專利名稱：用于威脅檢測的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及安全檢查系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于檢測放射威脅物體的檢查系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鑒于恐怖分子組織希望獲得核武器或者其它放射武器諸如“臟”炸彈，正在投入重大努力以評估國家弱點并且增強國家安全。潛在弱點區(qū)域可以例如包括海港、機場、城市區(qū)域、邊界、體育館、興趣點等。例如在美國海港中，每天平均約16，000只貨物集裝箱船運抵達，任一集裝箱都可以用來藏匿裂變材料或者組裝的核設(shè)備。另外一旦在國內(nèi)，核材料可以事實上傳播到國內(nèi)的任何地方而檢測能力很少到?jīng)]有。一種用于解決這樣的與潛在反應(yīng)材料關(guān)聯(lián)的威脅的當(dāng)前盛行模型可以表征為如下基于海關(guān)的方式，其中輻射檢測系統(tǒng)集成到在港口和邊界渡口的現(xiàn)有海關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施中。 一旦集裝箱離開海關(guān)區(qū)域，需要額外篩選方法以調(diào)查一旦在國界內(nèi)的潛在威脅。存在若干用于檢測一旦在國界內(nèi)的核材料的方法。這些系統(tǒng)主要由如下設(shè)備組成，該設(shè)備可以檢測輻射但是不能對源明確定位也不能區(qū)分自然出現(xiàn)的輻射源和真正威脅。設(shè)備包括小型尋呼機尺寸的設(shè)備和更大的基于蓋革(Geiger)計數(shù)器的檢測器。這些設(shè)備依賴于測量在Y射線的檢測中的局部增加以確定放射材料的存在。由于它們未執(zhí)行任何成像或者能量區(qū)分，所以它們經(jīng)常表明誤判威脅從而潛在地導(dǎo)致忽視真實威脅。為了對可能在潛在恐怖主義威脅中國內(nèi)使用的放射材料進行無源檢測和定位，已考慮若干技術(shù)。 用于實現(xiàn)放射定位的衰減準直器受低效率的困擾并且可能為了衰減高能Y射線而具有龐大重量的問題。由于康普頓(compton)相機的定位能力而可以使用它們，但是它們在低輻射能量下的固有低效率、高成本和高系統(tǒng)復(fù)雜性致使它們對于這樣的應(yīng)用而言不合乎需要。用于檢測放射材料的系統(tǒng)可以采用編碼孔徑成像。編碼孔徑成像提供一種用于提高由X射線或者Y射線輻射形成的圖像的空間分辨率、靈敏度和信噪比(SNR)的手段。例如與這些其它系統(tǒng)對照，編碼孔徑相機的特征在于高靈敏度而同時在重構(gòu)的圖像中實現(xiàn)異常空間分辨率。這樣的高能電磁輻射(即X射線、Y射線)源一般由編碼孔徑陣列成像到檢測器上，該檢測器具有以行和列的圖案布置的檢測器元件。基于編碼孔徑的成像技術(shù)已被天體物理學(xué)界成功應(yīng)用并且現(xiàn)在正被開發(fā)用于國家安全用途。在用來對來自移動車輛的遠程源進行成像時，這樣的編碼孔徑系統(tǒng)使用反向投影或者更精細的基于反向投影的重構(gòu)算法以形成圖像。也稱為“X射線分層法”的反向投影是一種在計算斷層攝影術(shù)中使用的公知圖像形成技術(shù)。與裝配于移動平臺上的編碼孔徑成像器結(jié)合使用的圖像形成方式類似于“單光子發(fā)射計算斷層攝影術(shù)”(SPECT)的那些圖像形成方式，除了軸向成像幾何替換為“運動斷層攝影術(shù)”幾何。(參見A. Macovski的"Medical Imaging Systems〃，I^rentice Hall, 1983。)。這一現(xiàn)有技術(shù)成像方式也是一般合成孔徑成像方式的例子。除了嘗試對空間中的輻射源進行定位的成像方式之外，存在兩類嘗試使用感測的輻射的能量譜以確定輻射源的特性的已知技術(shù)。我們將所有這樣的方法稱為“威脅檢測”。 威脅分類是一種使用統(tǒng)計模式識別概念以將觀測的能量譜分類為威脅或者非威脅的方式。 基于Y光譜學(xué)的方式試圖從能量譜中挑選出視為威脅的具體放射性同位素的譜特征。這樣的威脅檢測技術(shù)未對空間中的任何檢測到的威脅進行定位；相反，它們僅確定在空間中的特定點處觀測的能量譜是否包含表明威脅存在的特征。因而需要一種改進的可以可靠檢測位于受檢區(qū)中任何地方的威脅材料的威脅檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種用于威脅檢測的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括成像檢測器，該成像檢測器被配置成檢測在行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射。該系統(tǒng)也包括耦合到成像檢測器的處理器。處理器被配置成經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的輻射反向投影到自然空間中的多個點上。處理器也被配置成生成第一組圖像像素，該第一組圖像像素標識與自然空間中的每個點對應(yīng)的輻射源的位置，其中第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源。處理器還被配置成經(jīng)由威脅檢測算法基于第一組圖像像素來生成標識僅一個或者多個潛在威脅源的第二組圖像像素。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種用于提供威脅檢測系統(tǒng)的方法。該方法包括 提供成像檢測器，該成像檢測器被配置成檢測在行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射。該方法也包括提供耦合到成像檢測器的處理器。處理器被配置成經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的輻射反向投影到自然空間中的多個點上。處理器也被配置成生成第一組圖像像素，該第一組圖像像素標識與自然空間中的每個點對應(yīng)的輻射源的位置，其中第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源。處理器還被配置成經(jīng)由威脅檢測算法基于第一組圖像像素來生成標識僅一個或者多個潛在威脅源的第二組圖像像素。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種用于威脅檢測的方法。該方法包括檢測在成像檢測器行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射。該方法也包括經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的輻射反向投影到自然空間中的多個點上。該方法還包括生成第一組圖像像素，該第一組圖像像素標識與自然空間中的每個點對應(yīng)的至少一個輻射源的位置， 該第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源。該方法也包括經(jīng)由威脅檢測算法根據(jù)反向投影的輻射來生成第二組圖像像素，該第二組圖像像素表明存在僅一個或者多個潛在威脅源。將從結(jié)合附圖提供的本發(fā)明優(yōu)選實施例的以下詳細描述中更容易理解這些和其它優(yōu)點及特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于威脅檢測的示例系統(tǒng)的示意圖。圖2是由圖1中的系統(tǒng)檢測到的輻射的譜反向投影的示意圖。圖3是表明存在鈾238的生成的威脅圖像的示例圖。圖4是表明存在鉀40的生成的威脅圖像的示例圖。圖5是表明存在釷232的生成的威脅圖像的示例圖。圖6是代表根據(jù)本發(fā)明實施例的用于提供威脅檢測系統(tǒng)的方法中的步驟的流程圖。圖7是代表根據(jù)本發(fā)明實施例的用于威脅檢測的方法中的步驟的流程圖。
具體實施例方式如下面詳細討論的那樣，本發(fā)明的實施例包括一種用于威脅檢測的系統(tǒng)和方法。 該系統(tǒng)和方法包括組合圖像重構(gòu)技術(shù)與威脅檢測算法以表明存在除了適用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)的同位素和自然出現(xiàn)的放射材料之外的威脅源或者放射同位素。圖1是用于威脅檢測的示例系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10包括成像檢測器12，該成像檢測器被配置成檢測在檢測器行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源16的輻射14。在所示的實施例中，成像檢測器12是編碼孔徑檢測器。成像檢測器12的另一非限制例子是康普頓相機。成像檢測器12包括位置敏感檢測器(PSD)22和設(shè)置于PSD 22與輻射源16之間的編碼孔徑掩模M。在示例實施例中，PSD 22是Anger γ相機。另外，成像檢測器12可以裝配于移動平臺諸如卡車上以輔助通過合成孔徑技術(shù)的圖像形成。輻射源16發(fā)射輻射14，諸如但不限于由編碼孔徑掩模M調(diào)制并且射到PSD 22上的X射線和/ 或Y射線輻射。掩模M—般可以由衰減材料制成。如這里所用的，“衰減材料”用來一般定義任何減少χ射線或者Y射線匯集強度的材料。示例衰減材料可以包括鎢、鉛、行型活字(linotype)等。此外，衰減材料本身可以是能夠檢測入射輻射的材料，諸如例如閃爍物或者直接轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體。掩模M —般包括多個開放透明區(qū)觀和對源16發(fā)射的輻射14是衰減的閉合區(qū)32。在示例實施例中，閉合衰減區(qū)32可以對入射輻射而言不透明。可以選擇用于掩模的多個圖案并且它的選擇為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知。掩模M在PSD 22上投射用開放區(qū)觀和閉合區(qū)32圖案化的陰影。該陰影可以根據(jù)源16的位置而偏移位置。在一個實施例中，輻射源16可以是移動的而成像檢測器12可以是靜止的。在替代實施例中，輻射源16可以是靜止的而成像檢測器12可以是移動的。在又一實施例中，輻射源16和成像檢測器12均可以是移動的。在又一實施例中，成像檢測器12和輻射源16均可以是靜止的。處理器36耦合到成像檢測器12。處理器36被配置成輸出表明存在實際威脅源的威脅圖像38。在操作中，處理器36采用保留輻射14的能量信息的圖像重構(gòu)技術(shù)與威脅檢測算法的組合以生成威脅圖像。首先，處理器36將檢測到的輻射14反向投影到包括能量信息的自然空間中的多個點。生成第一組圖像像素，這些像素標識針對自然空間中的多個映射點中的每個映射點的輻射源16的位置?？梢曰跈z測到的所有能量或者可能能量子集來構(gòu)造圖像像素。第一組圖像像素表明存在許多可能類型的輻射源。應(yīng)當(dāng)注意，可以采用除了如這里討論的反向投影之外的圖像重構(gòu)技術(shù)。其次，經(jīng)由威脅檢測算法根據(jù)反向投影數(shù)據(jù)來生成也稱為‘威脅圖像’38的第二組圖像像素，這些像素標識僅一個或者多個潛在威脅源。在示例實施例中，可以采用西北太平洋國家實驗室(PNNL)為標識具有低信號統(tǒng)計的潛在威脅(即相對少數(shù)檢測到的Y射線)而開發(fā)的威脅檢測算法?？梢栽谕ㄟ^引用由此整體合并于此、于 2007 年 8 月發(fā)表于 IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 54, No. 4、標題為〃Examination of Count-Starved Gamma Spectra Using the Method of Spectral Comparison Ratios"的出版物中獲得適當(dāng)威脅檢測算法的更多細節(jié)。一種將需要明顯更高統(tǒng)計的替代威脅檢測算法稱為峰值擬合。峰值擬合算法是普通類的依賴于對能量譜中的峰值進行定位以標識同位素的技術(shù)并且在本領(lǐng)域中是公知的。在其它實施例中， 可以采用其它同位素標識方法，這些方法將標識具體同位素或者將可能性縮減至一類同位
ο圖2是將檢測到的輻射51到自然空間52上的譜反向投影的示意圖。PSD 22 (圖 1)上的檢測到的輻射51經(jīng)過掩模M反向投影到自然空間52中的多個像素M上?；谘谀的衰減性質(zhì)來計算檢測到的輻射14源自特定像素的由‘P’表示的概率。在向與具體像素M關(guān)聯(lián)的譜添加檢測到的輻射時將使用這一概率作為加權(quán)值。另外，針對自然空間 52中的每個像素M獲得稱為‘像素譜’的譜。針對每個能量和自然空間像素位置，對每個檢測到的輻射51的概率ρ進行求和和記錄。針對在每個像素處的不同能量的所有這樣的求和的匯集是像素譜。在本說明書和關(guān)聯(lián)的圖中描繪了 2維重構(gòu)空間，但是該技術(shù)可以以類似方式延伸到3維。此外，這描述了一種用于生成像素譜的反向投影技術(shù)。其它技術(shù)是可能的，包括傳統(tǒng)上用來增強標準圖像中的對比度的那些技術(shù)。在針對自然空間中的每個位置生成像素譜之后，威脅標識算法然后應(yīng)用于這些位置。這些算法中共同的是很大(some)需要背景譜估計，該譜歸因于背景輻射，該背景輻射包括如果不存在源則將存在的自然出現(xiàn)的放射材料(NORM)?？梢砸匀舾煞绞?包括取視野中的所有像素譜的均值、先前測量的歷史背景譜或者自適應(yīng)估計(其嘗試基于在當(dāng)前測量之前的測量來預(yù)測背景譜))估計背景譜。圖3-5是在如下場合中獲得的威脅圖像72、82和92的示例圖，其中鈾(U)238、鉀 (K) 40和釷(Th) 232分別設(shè)置于自然空間中的坐標(50，100)。X軸74代表水平方向上的自然空間坐標，而Y軸76代表沿著垂直方向的自然空間坐標。對于這些圖示，檢測器系統(tǒng)在y=0處與χ軸平行移動。使用早先引用的PNNL的威脅檢測算法并且設(shè)計該算法以忽略 K40和Th232。如圖3中所示的，黑斑78出現(xiàn)在標號80所引用的位置(50，100)，表明存在威脅源。類似地，在圖4和圖5中，在位置80處無任何特征表明無任何威脅源。應(yīng)當(dāng)注意， 在用于投影圖像的常規(guī)圖像投影技術(shù)中，將存在表明威脅的特征。因此，威脅檢測算法消除對錯誤威脅警報的觸發(fā)。圖6是代表用于提供威脅檢測系統(tǒng)的方法中的步驟的流程圖。該方法包括在步驟 102中提供成像檢測器，該檢測器被配置成檢測在成像檢測器行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射。在一個實施例中，提供的成像檢測器是編碼孔徑系統(tǒng)。在替代實施例中，成像檢測器是康普頓相機。此外，檢測器可以是靜止的或者移動的。在步驟 104中提供耦合到成像檢測器的處理器。處理器被配置成經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的輻射反向投影到自然空間中的多個點上。處理器也被配置成生成第一組圖像像素，這些像素標識與自然空間中的每個點對應(yīng)的輻射源的位置，其中第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源。還經(jīng)由威脅檢測算法生成第二組圖像像素，這些像素標識僅一個或者多個潛在威脅源。在特定實施例中，威脅檢測算法忽略適用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)的同位素和自然出現(xiàn)的放射材料。在特定實施例中，完全或者部分地根據(jù)第二組圖像像素或者預(yù)定值確定背景譜。圖7是代表用于威脅檢測的方法中的步驟的流程圖。該方法包括在步驟112中檢測在成像檢測器行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射。在步驟114中經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的輻射反向投影到自然空間中的多點上。在步驟116中生成第一組圖像像素，這些像素標識與自然空間中的每個點對應(yīng)的輻射源的位置。第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源。在步驟118中經(jīng)由威脅檢測算法生成第二組圖像像素，這些像素表明存在僅一個或者多個潛在威脅源?？梢詮南袼刈V數(shù)據(jù)或者通過其它手段導(dǎo)出威脅檢測算法中使用的背景譜。上述用于威脅檢測的系統(tǒng)和方法的各種實施例因此提供一種用于針對安全應(yīng)用實現(xiàn)便利且高效的威脅源標識的方式。該技術(shù)允許減少否則將變得讓用戶厭煩的誤判的數(shù)目。另外，該系統(tǒng)和技術(shù)允許成本有效的安全手段。將理解可以根據(jù)任何特定實施例實現(xiàn)未必所有上述這樣的目的或者優(yōu)點。因此例如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到可以以如下方式實施或者實現(xiàn)這里描述的系統(tǒng)和技術(shù)，該方式實現(xiàn)或者優(yōu)化如這里教導(dǎo)的一個優(yōu)點或者一組優(yōu)點而未必實現(xiàn)如這里可以教導(dǎo)或者提示的其它目的或者優(yōu)點。另外，技術(shù)人員將認識到來自不同實施例的各種特征的可互換性。例如，關(guān)于一個實施例對康普頓相機的使用可以適于與關(guān)于另一實施例描述的反向投影圖像重構(gòu)技術(shù)一起使用。類似地，本領(lǐng)域的一位普通技術(shù)人員可以混合和匹配描述的各種特征以及針對每個特征的其它已知等效物以根據(jù)本公開內(nèi)容的原理構(gòu)造額外系統(tǒng)和技術(shù)。盡管已僅結(jié)合有限數(shù)目的實施例詳細描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易理解本發(fā)明不限于這樣的公開實施例。相反，可以修改本發(fā)明以合并此前未描述的但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)目的變化、變更、替換或者等效布置。此外，盡管已描述了本發(fā)明的各種實施例，但是將理解本發(fā)明的方面可以包括僅一些描述的實施例。因而，本發(fā)明將不視為由前文描述限制而僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于威脅檢測的系統(tǒng)，包括成像檢測器，配置成檢測在行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射；以及處理器，耦合到所述成像檢測器，所述處理器被配置成經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的所述輻射反向投影到自然空間中的多個點上； 生成第一組圖像像素，所述第一組圖像像素標識與自然空間中的每個所述點對應(yīng)的所述輻射源的位置，所述第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源；并且經(jīng)由威脅檢測算法根據(jù)反向投影的所述輻射來生成標識僅一個或者多個潛在威脅源的第二組圖像像素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像檢測器包括編碼孔徑系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像檢測器包括康普頓相機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述圖像重構(gòu)算法包括反向投影。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述威脅檢測算法被配置成忽略適用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)的同位素和自然出現(xiàn)的放射材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像檢測器和所述至少一個輻射源相對于彼此移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中完全或者部分地根據(jù)所述第二組圖像像素或者預(yù)定值來確定背景譜。
8.一種用于提供威脅檢測系統(tǒng)的方法，包括提供成像檢測器，所述成像檢測器被配置成檢測在行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射；并且提供耦合到所述成像檢測器的處理器，所述處理器被配置成 經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的所述輻射反向投影到自然空間中的多個點上； 生成第一組圖像像素，所述第一組圖像像素標識與自然空間中的每個所述點對應(yīng)的所述輻射源的位置，所述第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源；并且經(jīng)由威脅檢測算法根據(jù)反向投影的所述輻射來生成標識僅一個或者多個潛在威脅源的第二組圖像像素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中提供成像檢測器包括提供編碼孔徑系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中提供成像檢測器包括提供康普頓相機。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述威脅檢測算法被配置成忽略適用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)的同位素和自然出現(xiàn)的放射材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括完全或者部分地根據(jù)所述第二組圖像像素或者預(yù)定值來確定背景譜。
13.一種用于威脅檢測的方法，包括檢測在成像檢測器行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射； 經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的所述輻射反向投影到自然空間中的多個點上； 生成第一組圖像像素，所述第一組圖像像素標識與自然空間中的每個所述點對應(yīng)的至少一個輻射源的位置，所述第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源；并且經(jīng)由威脅檢測算法根據(jù)反向投影的所述輻射來生成標識僅一個或者多個潛在威脅源的第二組圖像像素。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述檢測輻射包括經(jīng)由編碼孔徑系統(tǒng)進行檢測。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述檢測輻射包括經(jīng)由康普頓相機進行檢測。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述生成第一組圖像像素包括經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)進行生成。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括完全或者部分地根據(jù)所述第二組圖像像素或者預(yù)定值來確定背景譜。
全文摘要
提供一種用于威脅檢測的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括成像檢測器，該成像檢測器被配置成檢測在行進的預(yù)定時間段或者距離內(nèi)源自至少一個輻射源的輻射。該系統(tǒng)也包括耦合到成像檢測器的處理器。處理器被配置成經(jīng)由圖像重構(gòu)技術(shù)將檢測到的輻射反向投影到自然空間中的多個點上。處理器也被配置成生成第一組圖像像素，該第一組圖像像素標識與自然空間中的每個點對應(yīng)的輻射源的位置，其中第一組圖像像素表明存在所有可能輻射源。處理器還被配置成經(jīng)由威脅檢測算法根據(jù)反向投影的輻射來生成標識僅一個或者多個潛在威脅源的第二組圖像像素。
文檔編號G01T1/169GK102265181SQ200980151787
公開日2011年11月30日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者T. 霍克托爾 R., S. 澤拉基維奇 S. 申請人:莫弗探測公司