ES2206599T3 - Deteccion de contrabando por empleo interactivo de multiples sondas de tomografia. - Google Patents
Deteccion de contrabando por empleo interactivo de multiples sondas de tomografia.Info
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Abstract
UN SISTEMA DE INSPECCION PARA DETECTAR UN MATERIAL ESPECIFICO DE INTERES EN PAQUETES QUE COMPRENDE UNA SONDA DE INSPECCION POR RAYOS X DE MULTIPLES VISTAS (30) Y UNA O MAS SONDAS SENSIBLES LA MATERIAL. LA SONDA DE INSPECCION POR RAYOS X DE MULTIPLES VISTAS HACE USO DE LOS RAYOS X TRANSMITIDOS A TRAVES DE O DIFUSOS DE UN ELEMENTO EXAMINADO (14A; 14B) PARA IDENTIFICAR UNA REGION SOSPECHOSA (155) EN EL INTERIOR DEL ELEMENTO. SE HACE USO DE UNA INTERFAZ (119) PARA RECIBIR DE LA SONDA DE INSPECCION POR RAYOS X DATOS QUE PROPORCIONAN INFORMACION ESPACIAL SOBRE LA REGION SOSPECHOSA Y PARA ENVIAR ESTA INFORMACION A UNA SONDA SENSIBLE AL MATERIAL SELECCIONADA (140, 275). LAS ONDA SENSIBLE AL MATERIAL ADQUIERE ENTONCES INFORMACION ESPECIFICA SOBRE EL MATERIAL DE LA PARTE DE ALREDEDOR DE LA REGION SOSPECHOSA YA IDENTIFICADA Y SE LA ENVIA A UN ORDENADOR PARA QUE IDENTIFIQUE LA PRESENCIA DEL MATERIAL ESPECIFICO EN LA REGION SOSPECHOSA. LA SONDA SENSIBLE AL MATERIAL PUEDE SER UNA SONDA DIRECCIONAL TAL COMO UNA SONDA DE DISPERSION COHERENTE, O UNA SONDA NO DIRECCIONAL TAL COMO UNA SONDA DE DISPERSION COMPTON O UNA SONDA NQR.
Description
Detección de contrabando por empleo interactivo
de múltiples sondas de tomografía.
La presente invención se refiere a un sistema de
inspección para detectar un material específico de interés en
artículos de equipaje o paquetes, comprendiendo el sistema medios
de inspección por dispersión de rayos X, de múltiples vistas, para
inspeccionar un artículo examinado, y que comprende un sistema de
exposición a rayos X, de múltiples vistas, para obtener múltiples
vistas de rayos X del objeto examinado exponiendo el artículo
examinado a una haz de radiación de rayos X desde una pluralidad de
posiciones; medios de examen sensibles a materiales para adquirir
información específica del material acerca de dicho artículo
examinado; medios para identificar una región sospechosa dentro de
dicho artículo examinado, con dependencia de información espacial
acerca de dicho artículo examinado producida de la salida de dichos
medios de inspección por rayos X, y para controlar dichos medios de
examen sensibles a materiales a fin de concentrar su funcionamiento
sobre una región sospechosa identificada; y un procesador
configurado para procesar la salida de dichos medios de examen por
rayos X, sensibles a materiales, a fin de identificar la presencia
de dicho material específico en dicha región sospechosa.
La presente invención se refiere también a un
método de inspección por rayos X para detectar un material
específico de interés en artículos de equipaje o paquetes, que
comprende utilizar un sistema de exposición a rayos X, de múltiples
vistas, para obtener múltiples vistas de rayos X del objeto
examinado exponiendo el artículo examinado a una haz de radiación de
rayos X desde una pluralidad de posiciones y detectar los rayos X
dispersados por el objeto examinado; identificar, a partir de la
información, una región sospechosa dentro del artículo examinado;
determinar información espacial relacionada con dicha región
sospechosa; emplear medios de examen sensibles a materiales y usar
dicha información espacial para adquirir información específica del
material acerca de la región sospechosa; e identificar, basándose en
un tratamiento por ordenador, una presencia del material específico
en la región sospechosa.
En los últimos años, los sistemas de inspección
de equipajes por rayos X han evolucionado desde sistemas de rayos X
de una sola imagen que eran totalmente dependientes de la
interpretación por parte de un operador, hasta sistemas automáticos
más sofisticados que pueden reconocer automáticamente ciertos tipos
de contrabando. Los sistemas de inspección más sofisticados han
empleado la radiación de rayos X de una sola energía o de dos
energías transmitidas a través de, o dispersadas desde, el equipaje
examinado. Algunos sistemas han usado una disposición detectora de
fuente de una sola vista, otras han utilizado una disposición de
dos vistas o múltiples vistas. Los sistemas de una o dos vistas
exploran usualmente los equipajes cuando éstos se mueven sobre una
banda transportadora, usando un haz en abanico o un haz estrecho de
exploración de rayos X de una geometría fija. Los sistemas del tipo
de tomografía computarizada (TC) de múltiples vistas exploran
usualmente equipajes estacionarios en una geometría fija de ángulos
de exploración y procesan datos correspondientes a la absorción de
rayos X para reconstruir cortes seleccionados del equipaje.
En los aeropuertos, el procedimiento de
inspección de equipajes está dividido en al menos tres niveles de
inspección. Un sistema de "nivel 1" procesa los equipajes
rápidamente, idealmente a un ritmo de hasta 1.500 bultos por hora.
El siste a está situado en un primer puesto de inspección e
inspecciona todos los equipajes; de por sí, representa la primera
línea de defensa. El sistema explora rápidamente los equipajes y
toma automáticamente una decisión basándose en sus modos de
detección y metodología particulares. Esta metodología puede estar
basada en el objeto, por ejemplo, densidad de la masa, número
atómico efectivo (Z_{ef}), o dispersión de Compton de rayos X, o
puede estar basada en técnicas tales como Resonancia Nuclear
Cuadripolar (NQR = Nuclear Quadrupole Resonance), espectroscopia de
masa iónica, luminiscencia química de vapor, u otras técnicas.
Hasta cierto punto, tales sistemas pueden excluir rápidamente
equipajes "limpios" y no sospechosos de la corriente de
equipajes de pasajeros y han demostrado ser eficaces para detectar
amenazas reales. El número de bultos que no se pueden excluir en el
nivel 1 puede variar entre el 10% y el 50% del número total de
bultos. La eficacia de exclusión depende de la metodología
particular de detección y del umbral de amenaza usado en el
sistema. Los bultos rechazados (es decir, no excluidos) son
enviados automáticamente a un área de "nivel 2". Usualmente, en
el área de "nivel 2", un operador inspecciona visualmente una
imagen de rayos X del bulto rechazado e intenta determinar si un
objeto sospechoso dentro del bulto se puede excluir basándose en su
forma evidente. El operador busca en la imagen objetos
característicos tales como armas, dispositivos temporizadores y
detonadores, cables u otras características asociadas con el
contrabando. En su puesto, el operador puede excluir la mayoría,
pero no todos los bultos rechazados. El restante equipaje, que es
usualmente del 0,1% al 0,5% de la corriente inicial, se envía
después a un puesto de inspección de "nivel 3" que es
usualmente un medio de inspección más lento que usa una tecnología
diferente.
Se han usado detectores de vapores o indicios
(denominados también "sniffers" o "husmeadores") y
escáneres de TC como dispositivos de "nivel 3". Un detector de
vapores o indicios no emplea un tipo de radiación penetrante, sino
que busca indicios de materiales característicos. Se sugirió que,
mediante un cuidadoso emplazamiento dentro del bulto, una cantidad
relativamente grande de explosivo podría pasar sin ser detectada
por el dispositivo de indicios. Por otra parte, un escáner de TC
que, por supuesto, emplea radiación penetrante de rayos X, tiene
usualmente éxito en identificar explosivos dentro de un bulto,
especialmente cuando está presente en una cantidad grande. El
escáner de TC mide básicamente un solo parámetro, es decir, la
densidad de la masa del objeto examinado. El escáner de TC se puede
ajustar para comunicar con el dispositivo del "nivel 1" a fin
de investigar un objeto específico identificado por ese dispositivo
dentro del equipaje. Si un escáner de rayos X del "nivel 1"
identifica amenazas basándose en el número atómico efectivo
(Z_{ef}), la información adicional de la densidad procedente del
escáner de TC puede reducir significativamente la tasa de falsas
alarmas, pero no puede eliminarla completamente. Sin embargo, los
escáneres de TC pueden ser muy caros considerando la poca
utilización en un puesto de "nivel 3".
Como media, los dispositivos del "nivel 3"
excluyen menos de la mitad de los objetos inspeccionados, haciendo
que entre el 0,05% y el 0,25% de los equipajes sean enviados al
"nivel 4". El "nivel 4" está definido como reconciliación
con el propietario. La reconciliación es a menudo difícil, si no
imposible. Cuando la reconciliación no es posible, se confisca el
equipaje, lo cual origina una queja de un pasajero disgustado.
Aunque el sistema anterior puede funcionar con
éxito, todavía hay la necesidad de medios de inspección por rayos X
de coste relativamente bajo, que puedan detectar fiablemente varios
explosivos (u otro contrabando) que tengan formas diferentes y que
estén situados en cualquier parte del equipaje examinado. Tal
dispositivo debe tener una alta confianza y una baja tasa de falsas
alarmas.
El documento WO-9613839 describe
un sistema de inspección que emplea dos etapas de detección y está
comprendido en el estado de la técnica en virtud del Artículo
54(3) EPC.
El documento
EP-A-0459648 describe un sistema de
inspección que emplea dos etapas, una de las cuales emplea rayos
X.
Un sistema de inspección según la presente
invención está caracterizado porque el sistema de exposición a
rayos X está configurado para producir un haz de rayos X en
abanico; los medios de examen sensibles a materiales son unos
medios de examen por dispersión de rayos X, sensibles a materiales;
y el sistema de inspección comprende también un brazo que se puede
situar en posición mecánicamente, en el cual están montados los
medios de inspección por dispersión de rayos X, de múltiples
vistas, y los medios de examen por dispersión de rayos X, sensibles
a materiales, pudiendo ser hecho girar dicho brazo alrededor del
artículo examinado para obtener dichas múltiples vistas de rayos X y
la concentración de los medios de examen por dispersión de rayos X,
sensibles a materiales, sobre una región sospechosa
identificada.
Preferiblemente, dicho brazo es un brazo en forma
de C construido para girar alrededor del artículo examinado a fin
de situar la fuente de rayos X de los medios de inspección por
rayos X en dicha pluralidad de posiciones.
Preferiblemente, los medios de examen por rayos
X, sensibles a materiales, comprenden unos medios direccionales de
examen por dispersión coherente de rayos X, sensibles a
materiales.
Preferiblemente, los medios de inspección por
rayos X comprenden un sistema de detección que incluye una
formación de detectores de transmisión de rayos X situados para
detectar la radiación de rayos X transmitidos a través del artículo
examinado.
Preferiblemente, los medios de inspección por
rayos X comprenden un sistema de detección que incluye una
formación de detectores de rayos X retrodispersados, situados para
detectar la radiación de rayos X retrodispersada desde el artículo
examinado.
Preferiblemente, los medios de inspección por
rayos X comprenden un sistema de detección que incluye una
formación de detectores de rayos X dispersados hacia delante,
situados para detectar la radiación de rayos X dispersada hacia
delante desde el artículo examinado.
Preferiblemente, el sistema de exposición a rayos
X, de múltiples vistas, está construido para generar el haz en
abanico de radiación de rayos X con dos energías sustancialmente
diferentes.
Preferiblemente, los medios de examen por rayos
X, sensibles a materiales, incluyen una fuente de rayos X
construida para emitir un haz estrecho colimado de rayos X que
irradian la región sospechosa, y un detector de rayos X, sensible a
la posición, construido para detectar los rayos X dispersados desde
la región sospechosa. Más preferiblemente, los medios de examen por
rayos X, sensibles a materiales, incluyen también un filtro de
fuente construido y dispuesto para filtrar el haz estrecho
colimado. Aún más preferiblemente, los medios de examen por rayos
X, sensibles a materiales, incluyen también un filtro detector
situado enfrente del detector de rayos X, sensible a la posición,
construido para filtrar los rayos X dispersados desde la región
sospechosa.
Preferiblemente, el sistema comprende también una
interfaz gráfica y una pantalla de presentación construida para
ofrecer información espacial del artículo examinado.
Preferiblemente, el sistema comprende también una
interfaz de usuario construida y dispuesta para permitir la
comunicación interactiva con el sistema de inspección. Más
preferiblemente, los medios para identificar una región sospechosa
están configurados para determinar una geometría de inspección para
una región sospechosa identificada por ellos. Aún más
preferiblemente, la interfaz de usuario está construida también
para recibir una entrada de un usuario, que proporciona información
acerca de dicha geometría de inspección.
Un método según la presente invención está
caracterizado porque la primera etapa de utilización emplea un haz
de rayos X en abanico, la segunda etapa de utilización emplea unos
medios de examen por dispersión de rayos X, sensibles a materiales,
y el sistema de exposición a rayos X, de múltiples vistas, y los
medios de examen por dispersión de rayos X, sensibles a materiales,
están montados en el mismo brazo que se puede situar en posición
mecánicamente y que pueden girar por ello alrededor del artículo
examinado para la primera y segunda etapas de utilización, a fin de
obtener dichas múltiples vistas de rayos X y concentrar el
funcionamiento de los medios de examen por dispersión de rayos X,
sensibles a materiales, sobre una región sospechosa
identificada.
Preferiblemente, dicho brazo es un brazo
giratorio en forma de C, y la etapa de exponer el artículo
examinado con el sistema de exposición a rayos X, sensible a
materiales, incluye girar el brazo en forma de C para situar dicha
fuente de rayos X en dicha pluralidad de posiciones.
Preferiblemente, la etapa de emplear los medios
de examen por rayos X, sensibles a materiales, comprende utilizar
medios direccionales de examen por dispersión coherente de rayos X,
sensibles a materiales.
La etapa de detectar la radiación de rayos X
puede incluir detectar la radiación de rayos X transmitidos a
través del artículo examinado, detectar la radiación de rayos X
retrodispersada desde el artículo examinado, o detectar la radiación
de rayos X dispersada hacia delante desde el objeto examinado.
Preferiblemente, la etapa de exposición comprende
generar dos energías sustancialmente diferentes de haz de radiación
de rayos X.
Preferiblemente, la etapa de determinación
incluye determinar una geometría de inspección para la región
sospechosa. Más preferiblemente, el método incluye también la etapa
de presentar la información espacial. Aún más preferiblemente, la
etapa de determinación incluye efectuar al menos una reconstrucción
parcial de objetos en la región sospechosa, basándose en la
pluralidad de posiciones.
Preferiblemente, la etapa de emplear los medios
de examen por rayos X, sensibles a materiales, incluye utilizar
medios direccionales de examen por dispersión coherente de rayos X,
sensibles a materiales, y usar la información espacial para irradiar
la región sospechosa con un haz enfocado de rayos X y detectar los
rayos X dispersados coherentemente para adquirir datos de rayos X
específicos del material. Más preferiblemente, la etapa de
irradiación incluye emitir un haz estrecho colimado de rayos X
hacia la región sospechosa, o la etapa de detección incluye emplear
un detector de rayos X, sensible a la posición, o un detector de
rayos X, sensible a la energía. Aún más preferiblemente, la etapa
de irradiación incluye también filtrar el haz estrecho colimado y/o
la etapa de detección incluye también filtrar los rayos X
dispersados desde la región sospechosa. Todavía más preferiblemente,
la utilización de la información espacial incluye usar la
información espacial para situar los medios direccionales de examen
por dispersión coherente de rayos X, sensibles a materiales, para
irradiar la región sospechosa en una dirección seleccionada.
Ahora se describirán realizaciones de la
invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos
adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es una vista esquemática desde
arriba, de un sistema de inspección de equipajes que emplea dos
medios de inspección por rayos X;
la Figura 2 muestra una vista lateral
esquemática, de unos medios de inspección por rayos X empleados en
el sistema de la Figura 1;
la Figura 3 muestra una vista en corte
transversal de los medios de inspección de la Figura 2;
las Figuras 3A, 3B y 3C son vistas en corte
transversal de los medios de inspección de la Figura 2 en
diferentes ángulos de funcionamiento;
las Figuras 4, 4A y 4B son diagramas de bloques
del dispositivo de la Figura 2;
la Figura 5 muestra esquemáticamente una sonda
por dispersión coherente de rayos X empleada en el dispositivo de
la Figura 2; y
la Figura 6 es un diagrama de flujo del
funcionamiento del dispositivo de la Figura 2.
Con referencia a la Figura 1, un sistema 10 de
inspección por rayos X incluye un dispositivo 12 de inspección por
rayos X de nivel uno, tal como el "VIVID Rapid Detection
System" (disponible en Vivid Technologies, Inc., Waltham, MA),
que examina artículos de equipajes que son transportados sobre una
banda transportadora 16. Cuando el dispositivo 12 examina un
artículo de equipaje 14A y evalúa el artículo como libre de
regiones que podrían contener contrabando, el artículo es dirigido
automáticamente por un empujador 18 de equipaje para seguir
adelante sobre la banda transportadora 20. Si el dispositivo 12
detecta la posible presencia de contrabando, el empujador 18 dirige
el equipaje 14B a la banda transportadora 22 que transporta el
equipaje a un dispositivo 30 de inspección por rayos X, tal como una
versión modificada de un escáner QDR 4500 (disponible en Hologic,
Inc., Waltham, MA). Un operador situado en un puesto alejado 32
puede supervisar todo el proceso de inspección, evaluar los datos
detectados y procesados por el dispositivo de inspección 12, y
dirigir la operación del dispositivo de inspección 30.
Con referencia a las Figuras 2 y 3, el
dispositivo 30 de inspección por rayos X, contenido en el blindaje
28 (Figura 1), incluye varias sondas sensibles a materiales. Estas
sondas están situadas en un brazo 40 en forma de C, que utiliza los
subsistesas de desplazamiento 42 y 44 para moverse linealmente o
girar con respecto a una plataforma móvil 34 y un bastidor 35. Una
primera sonda utiliza radiación de rayos X policromos para explorar
el equipaje 14B desde varios ángulos a fin de localizar regiones u
objetos sospechosos. Basándose en datos de transmisión de rayos X,
de múltiples vistas, la primera sonda crea imágenes del artículo
que rodean las regiones u objetos sospechosos, e identifica también
la mejor geometría de examen para una sonda de la segunda etapa. La
mejor geometría de examen incluye una orientación óptima de
transmisión o reflexión (tal como la mejor vista de transmisión,
posición y orientación de una región seleccionada con respecto a un
detector de dispersión), una orientación donde un parámetro
seleccionado el material tenga un valor mínimo o máximo, o una
posición de la región examinada con respecto al detector empleado,
que obtenga la mayor relación señal/ruido.
El sistema usa varias sondas diferentes con
propiedades direccionales y no direccionales en la segunda etapa de
examen. Una sonda direccional preferida emplea la técnica de
difracción de rayos X usando la geometría proporcionada por la
primera sonda. Otras sondas de la segunda etapa utilizan
espectroscopia Raman, espectroscopia de infrarrojos, resonancia
nuclear cuadripolar (NQR), o creación de imágenes por microondas,
como se describirá más adelante.
La primera sonda crea una imagen o al menos
identifica las regiones u objetos sospechosos en el artículo
examinado y proporciona la mejor geometría de examen para la
segunda sonda direccional o no direccional. Para ahorrar tiempo y
aumentar la velocidad de inspección, la primera sonda no tiene que
reconstruir un conjunto de cortes seleccionados, proporcionar una
imagen del objeto sospechoso, ni determinar su masa o densidad
usada para reconocimiento del objeto. El reconocimiento del objeto
se puede lograr solamente por una cualquiera de las sondas
secundarias.
La primera sonda de rayos X polícromos de
múltiples vistas incluye un subsistema 46 de fuente de rayos X, un
subsistema 50 de detectores de rayos X, y los correspondientes
circuitos electrónicos mostrados esquemáticamente en la Figura 4A.
El subsistema 46 de fuente de rayos X tiene un tubo de rayos X, un
colimador y un controlador 48 de rayos X que incluye un
transformador de filamento del tubo de rayos X, un circuito
rectificador de alto voltaje y circuitos detectores que supervisan
el alto voltaje aplicado al tubo de rayos X y la corriente del haz.
El controlador de rayos X, que puede funcionar tanto en modo de
impulsos como en modo continuo, activa la fuente de rayos X (por
ejemplo, un tubo de rayos X de tungsteno) que puede producir un haz
de rayos X en bandas de alta y baja energía. (En el documento
US-A-5319547 se describe un
controlador de rayos X adecuado). La radiación de rayos X emitida es
colimada por el colimador para crear un haz en abanico de una
radiación 47 de rayos X.
El subsistema 50 de detectores de rayos X incluye
72 cristales centelleantes de CdWo_{4}, acoplados ópticamente
cada uno de ellos a un fotodiodo. Cada fotodiodo detecta luz
emitida por el correspondiente cristal y convierte la luz en
corriente, la cual es amplificada en un convertidor de corriente a
voltaje. La salida del amplificador se aplica a un integrador a
través de conmutadores analógicos. Los conmutadores analógicos, que
funcionan en paralelo, son activados durante el impulso de rayos X
y desactivados durante el tiempo de retención del integrador para
impedir ruido de integración en los datos. La señal de control que
activa y desactiva estos conmutadores es suministrada desde una
placa 114 de integrador/multiplexor.
La placa 114 de integrador/multiplexor envía las
señales analógicas a una placa 112 de convertidor analógico/digital
(A/D) para la conversión a un formato digital. Las señales
analógicas de la placa 114 de
integrador/multi-plexor se aplican a amplificadores
diferenciales de la placa 112 de convertidor A/D en cuatro grupos
de hasta 64 canales. Las salidas de los amplificadores
diferenciales se combinan en un multiplexor final que consta de
cuatro conmutadores analógicos. Las señales multiplexadas pasan a
través de un amplificador de ganancia programable y un amplificador
sumador antes de ser aplicadas al convertidor A/D. El convertidor
A/D convierte la señal analógica en datos paralelos de 16 bits para
ser procesados por un procesador de señales digitales, por ejemplo,
Motorola 56000. El procesador de señales digitales genera todas las
señales de control necesarias para el conjunto de la formación de
detectores. Este procesador también proporciona un enlace de datos
en serie de alta velocidad para el ordenador 70.
Con referencia también a la Figura 4, el
dispositivo de inspección 30 incluye también un ordenador 70 que
controla y gobierna el equipo físico. El ordenador 70 está
conectado a una placa de distribución 80 que proporciona las
interconexiones entre una consola 33 de operador, la interfaz 110
del brazo en forma de C (Figuras 4A, 4B o 4C), el controlador 84
del panel de control y los subsistemas de desplazamiento 42 y 44.
El controlador 84 del panel de control adapta un panel de control 86
a la consola 33 del operador. El panel de control 86 proporciona
conmutadores que incluyen indicadores visuales para mover el brazo
40 en forma de C y la plataforma 34. El subsistema 42 de
desplazamiento lineal incluye motores paso a paso TX y TY y un
subsistema giratorio 44 incluye el motor 98 de giro del brazo en
forma de C y un motor 102 del carro del brazo en forma de C. El
excitador 88 del motor paso a paso TX controla el movimiento de la
plataforma 34 usando un motor 90 de accionamiento basándose en
órdenes procedentes del ordenador 70. Un codificador de posición
asociado con el motor 90 proporciona la supervisión de posición. El
motor paso a paso TY 94 y el excitador 92 asociado proporcionan el
movimiento de la plataforma 34 en la dirección del movimiento del
equipaje y su posición es rastreada por un codificador de posición
asociado. Un excitador 96 del motor paso a paso AR controla el giro
del brazo 40 en forma de C, que es movido por un motor 98 de giro
del brazo 40 en forma de C, y su posición es controlada por un
codificador de posición asociado. Un motor 102 de carro de brazo 40
en forma de C mueve linealmente el brazo 40 en forma de C, y un
codificador de posición asociado proporciona la supervisión de
posición. El movimiento del brazo 40 en forma de C a la izquierda o
a la derecha es controlado por un excitador 100 de motor paso a
paso AY. Un motor de plataforma eleva o desciende la plataforma 34,
y el correspondiente codificador de posición proporciona la
supervisión de posición. El movimiento del motor 106 es controlado
por un controlador 104 de excitación del motor DZ.
El dispositivo 30 está interconectado con un
ordenador de vía de comunicación ISA para controlar el movimiento
de la mesa y del brazo en forma de C, y la generación de rayos X,
efectuar todos los cálculos necesarios y gobernar la información
del equipaje y de la base de datos. Este sistema usa un ordenador
con un procesador Pentium, de 16 Mb de memoria y una tarjeta de
vídeo súper VGA.
Con referencia a la Figura 5, la segunda sonda,
que es una sonda 140 por dispersión coherente (Rayleigh) de rayos
X, también está situada en el brazo 40 en forma de C. La sonda 140
por dispersión coherente de rayos X incluye una fuente 142 de rayos
X policromos que emite una radiación de rayos X colimada por un
colimador 144 de haz estrecho. La fuente 142 de rayos X comparte el
tubo de rayos X de tungsteno con la fuente 142 de rayos X de la
primera sonda. (Alternativamente, la fuente 142 de rayos X usa un
tubo de rayos X separado). El colimador 144 está situado en, y
controlado por, un motor de apertura y sensor 118 (Figura 4A). El
haz estrecho 146 es filtrado por un filtro 148 de erbio o un filtro
Ross 150 de tulio antes que irradie el objeto examinado (155). El
haz 152 de rayos X filtrados es dispersado por el objeto examinado y
la radiación característica (158) es detectada por un subsistema
160 de detección de rayos X por dispersión coherente. El subsistema
de detección 160 incluye un colimador 162 que limita el ángulo de
visión del detector de rayos X. El detector de rayos X incluye un
tubo fotomultiplicador PMT 166 (PMT = Photo Multiplier Tube)
sensible a la posición, que detecta la ubicación espacial de la
radiación óptica emitida desde un cristal centelleante 164 de NaI.
La geometría de detección se seleccionó para evitar sustancialmente
la interacción de otros objetos ocultadores (154a, 154b) con el haz
de la sonda.
Esta sonda usa una técnica que utiliza un filtro
Ross, llamado también filtro equilibrado, y fue descrita por B.D.
Cullity en "Elements of X-ray Diffraction"
Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1978.
Puesto que los filtros (148 y 150) están hechos de dos sustancias
diferentes que difieren en el número atómico en una unidad, tienen
la misma atenuación relativa en cada longitud de onda, excepto para
la estrecha banda de longitudes de onda entre los bordes K de las
dos sustancias. Cuando la figura de difracción de una sustancia se
mide primero con un filtro y después con el otro filtro, la
diferencia entre las dos figuras de difracción medidas produce la
figura de difracción correspondiente a un haz casi monocromático
con una energía en el borde K. Ventajosamente, esta medida no
requiere la determinación de la energía fotónica de los rayos X
dispersados coherentemente. Los filtros empleados tienen
respectivamente bordes K justamente debajo (57,43 Kev) y justamente
encima (59,32 Kev) de la K_{\alpha} característica del tungsteno
(58,87 Kev). Por tanto, sus regiones de paso banda coinciden
precisamente con la banda de emisión más fuerte del tungsteno. El
equilibrio detallado de atenuación entre los dos filtros se consigue
mediante un equilibrio físico del grosor relativo de los dos
filtros o mediante la detección por programa de ordenador.
En otra realización, la sonda 140 por dispersión
coherente de rayos X mide con exactitud el espectro de energía de
los fotones dispersados, en varias posiciones diferentes. La sonda
mide todo el espectro de energía o solamente energías seleccionadas
correspondientes a materiales seleccionados. Utiliza diferentes
tipos de medidas por dispersión coherente de rayos X descritas en la
técnica anterior (véase (1) Strecker, H., Harding, G., Bomsdorf,
H., Kanzenbach, J., Linde, R., Martens, G. "Detection of
explosives in airport baggage using coherent X-ray
scatter", SPIE vol. 2092 Substance Detection Systems, páginas
399-410, 1993; (2) Luggar, R.D., Gilboy, W.B.,
MacCuaig, N., "Industrial potential of Rayleigh scattered
X-rays for identification of low-Z
materials", SPIE vol. 2092, Substance Detection Systems, páginas
378-386, 1993; (3) Speller, R.D., Horrock, J.A.,
Lacey, R., "X-ray scattering signatures for
material identification", SPIE vol. 2092, Substance Detection
Systems, páginas 366-377, 1993; y (4) Luggar, R.D.,
Horrocks, J.A., Speller, R.D., Royle, G.J., Lacey, R.,
"Optimization of a low angle X-ray scatter system
for explosive detection".
La Figura 4B muestra esquemáticamente una
interfaz tanto para una sonda 140 por dispersión coherente
(Rayleigh) como para una sonda 275 de dispersión de Compton. Un
subsistema conmutable de filtro/colimador incluye un motor y sensor
262 de filtro/colimador controlado por un excitador 260 de
filtro/colimador. El subsistema de filtro/colimador sitúa
selectivamente la filtración de borde K y un sistema de colimación
laminar en el haz 146 de rayos X, para permitir la detección óptima
de un material seleccionado. La radiación dispersada es detectada
por el subsistema de detección 160 que incluye un detector sensible
a la posición (es decir, el cristal centelleante 164 y el PMT 166
de la Figura 5) con los correspondientes circuitos electrónicos 270
y un discriminador 264 de posición/altura. El subsistema 160 de
detección Rayleigh es capaz de discriminar la posición (268) y la
energía (266) de cada evento interactivo. Los datos de posición y
energía son enviados a un ordenador a través de la interfaz 110 del
brazo en forma de C.
La sonda 275 de dispersión de Compton incluye una
formación de detectores PMT y los correspondientes circuitos
electrónicos (272) montados debajo de la mesa 34. La formación por
dispersión, construida como se describió en la solicitud de patente
anteriormente mencionada, es movida a una posición deseada mediante
el motor 280 controlado por el excitador 282. La formación de
dispersión explora programablemente a lo largo del eje axial del
artículo examinado para reconstruir un mapa de dos dimensiones de la
radiación de rayos X retrodispersados. La radiación de rayos X
dispersados hacia delante es detectada por una formación adicional
por dispersión hacia delante, o se ajusta el subsistema de detección
Rayleigh para detectar la dispersión de Compton.
La Figura 6 muestra esquemáticamente el
funcionamiento del dispositivo de inspección 30. Primero, la sonda
de rayos X polícromos de múltiples vistas adquiere datos de imagen
de proyección (datos H y L de absorción y dispersión de rayos X, y
datos transformados B e I) de una manera similar a como se efectúa
mediante un escáner (200) de rayos X de "nivel 1". Empleando el
algoritmo de detección descrito en la solicitud mencionada
anteriormente, la sonda de rayos X polícromos detecta objetos
dentro de la ventana Z_{ef} que podrían contener un material
amenazador (202) y también procesa el algoritmo laminar (204) para
identificar láminas de un material amenazador. Después, la sonda
identifica las coordenadas de los objetos individuales y efectúa un
reconocimiento sobre cada objeto (206). Los objetos que son
identificados como libres de cualquier amenaza (o contrabando) son
excluidos, y los restantes objetos se examinan otra vez dependiendo
de su forma (208).
La sonda también examina los objetos voluminosos
que fueron rechazados (es decir, no excluidos) tomando vistas
radiales (210) seleccionadas. El algoritmo forma una imagen de
reconstrucción y localiza los objetos en la imagen. Después, el
algoritmo mide la densidad de estos objetos (212). La decisión de
amenaza se efectúa automáticamente tomando como base un umbral de
densidad seleccionado (214). Los objetos fuera de este umbral son
excluidos (216) y los otros (218) necesitan un proceso ulterior por
una segunda sonda, tal como la sonda por dispersión coherente
(236). Este algoritmo de volumen es más rápido que un algoritmo
normal de tomografía computarizada (TC), ya que la sonda toma
solamente un número limitado de vistas radiales de objetos que no
pudieron ser excluidos por el examen del "nivel 1" (etapas 200
a 208). Los objetos excluidos ya no se examinan más.
La sonda también examina los objetos laminares
identificados tomando vistas laterales de alta resolución de estos
objetos (220). Usualmente, los objetos laminares se encuentran en
las paredes de una maleta o bolsa examinada. Entonces el algoritmo
aplica una rutina de amenaza seleccionada (230) para excluir
objetos libres de explosivos (u otro contrabando investigado).
Alternativamente, la sonda de rayos X puede emplear aquí solamente
la técnica de dispersión de Compton para examinar las paredes de una
maleta examinada.
Como se describió anteriormente, la segunda sonda
emplea dispersión coherente (Rayleigh) de rayos X para inspeccionar
otra vez los objetos que no pudieron ser excluidos (236). La sonda
por dispersión coherente recibe coordenadas de objetos sospechosos
y otros objetos ocultadores, e identifica la mejor geometría de
examen. La sonda acumula datos de rayos X en diferentes posiciones
y de diferentes características de energía del material irradiado.
La sonda efectúa una decisión de amenaza comparando los datos
adquiridos con una base de datos de explosivos (u otro contrabando)
(238). Si hubiera un objeto que no se pudiera excluir, también se
podría emplear otra sonda tal como una sonda Raman, una sonda de
infrarrojos, una sonda de microondas o una sonda de resonancia
nuclear cuadripolar NQR (240).
Alternativamente, el sistema emplea una sonda de
rayos X que utiliza un algoritmo que enfoca interactivamente la
inspección dependiendo de la información recogida de vistas previas
y la topología del equipaje. El algoritmo implica "observar
selectivamente alrededor" el equipaje bajo inspección para medir
ciertos parámetros del material, tales como Z_{ef}con mucha más
exactitud. Para conseguir mayor exactitud, el sistema ajusta
selectivamente el ángulo del haz para evitar confusiones detectadas
en vistas previas, e integra los datos durante periodos de tiempo
más largos para minimizar interferencias estadísticas. El sistema
"observa alrededor" procesando la imagen de proyección para
seleccionar planos de corte que tengan la menor cantidad de
confusión, medida por un algoritmo de "confusión" que es
sensible a variaciones rápidas de las propiedades del material
sobre un área pequeña. Estos planos de corte son explorados después
para encontrar una par de coordenadas del haz estrecho situadas
próximamente, que vean diferentes cantidades de materiales
amenazadores. Las coordenadas del haz estrecho están en proximidad
cercana y relativamente definidas y, por tanto, se pueden usar para
una medida de mayor precisión de Z_{ef} del objeto
seleccionado.
El sistema inspecciona ciertas áreas sospechosas
con mucha mayor resolución y también coloca selectivamente filtros
de materiales específicos enfrente de la fuente o detectores. En
este tipo de "búsqueda dirigida", los resultados de
exploraciones previas indican la siguiente área y el modo de
inspección. Por ejemplo, en una rutina, si una exploración de
proyección detecta que una parte de la cubierta parece anormalmente
gruesa con respecto al resto del bulto examinado (o comparada con
un conjunto almacenado de modelos de bultos), la máquina dirige la
atención específicamente a esta área. La geometría de la
exploración subsiguiente se escoge para maximizar la atenuación en
corte transversal; esto mejora considerablemente la medida de
Z_{ef} y de la masa y densidad estimadas. Después se calcula la
densidad midiendo la densidad zonal en la vista en corte
transversal dividida por la longitud de la parte engrosada en donde
los datos de longitud se miden oblicuamente mediante una exploración
perpendicular. Concentrando las vistas de rayos X sobre el objeto
apuntado, en oposición a las vistas angulares distribuidas
uniformemente alrededor de toda la región de inspección, el
algoritmo es más exacto o más rápido que una exploración general
del tipo de tomografía computarizada que efectúe una reconstrucción
estándar del corte transversal.
Otro algoritmo busca interactivamente modalidades
específicas basadas en forma, densidad o Z_{ef}. El algoritmo
dirige una secuencia de exploraciones de propiedades del material
con resoluciones y disposiciones espaciales seleccionadas
apropiadamente para permitir una inspección flexible y dirigida,
sensible a las propiedades del material. Cada exploración adicional
añade información y modifica parámetros para exploraciones
subsiguientes a fin de efectuar una convergencia rápida hacia una
decisión sobre un objeto particular. Este proceso se efectúa
iterativamente. El algoritmo también puede dividir información
espacial de un bulto más grande en varias regiones y, después,
procesar iterativamente las regiones en paralelo.
El modo totalmente automático descrito
anteriormente, denominado "ojos de rayos X inteligentes", es
una analogía a un operador humano con ojos de rayos X que puede
"ver alrededor" del bulto para observar "anormalidades" y
ver y entender cada objeto amenazador indicado. Alternativamente, el
modo automático es mejorado proporcionando entradas desde un
operador en diferentes etapas del examen. Aquí, el sistema de
inspección incluye una interfaz gráfica y una interfaz de usuario.
En diferentes etapas, el operador recibe una o más imágenes que
también pueden incluir una superposición de colores que indiquen
propiedades de las regiones u objetos localizados. Después, el
operador es incitado a proporcionar una selección óptima de
geometrías de inspección para la subsiguiente exploración. De esta
manera, el algoritmo utiliza la experiencia de una persona de una
manera interactiva.
Otra realización del sistema utiliza una sola
sonda de rayos X de dos energías y una interfaz de datos para la
máquina de inspección del "nivel 1". Esto permite al sistema
usar los datos del dispositivo del "nivel 1" para dirigir el
proceso de inspección, acortando, por ello, el tiempo para ejecutar
el proceso de inspección del "nivel 3".
Claims (31)
1. Un sistema de inspección para detectar un
material específico de interés en artículos de equipaje o paquetes,
comprendiendo el sistema:
medios de inspección (46, 50) por dispersión de
rayos X, de múltiples vistas, para inspeccionar un artículo
examinado (14B), y que comprende un sistema de exposición a rayos
X, de múltiples vistas, para obtener múltiples vistas de rayos X
del objeto examinado exponiendo el artículo examinado a un haz de
radiación de rayos X desde una pluralidad de posiciones;
medios de examen (140) sensibles a materiales
para adquirir información específica del material sobre dicho
artículo examinado (14B);
medios (70) para identificar una región
sospechosa dentro de dicho artículo examinado (14B), con
dependencia de información espacial acerca de dicho artículo
examinado (14) producida de la salida de dichos medios (46, 50) de
inspección por rayos X, y para controlar dichos medios de examen
(140) sensibles a materiales para concentrar su funcionamiento
sobre una región sospechosa identificada (155); y
un procesador (70) configurado para procesar la
salida de dichos medios (140) de examen por rayos X, sensibles a
materiales, a fin de identificar la presencia de dicho material
específico en dicha región sospechosa (155);
caracterizado porque
el sistema de exposición a rayos X está
configurado para producir un haz de rayos X en abanico;
los medios de examen (140) sensibles a materiales
son unos medios de examen (140) por dispersión de rayos X,
sensibles a materiales; y
el sistema de inspección comprende también un
brazo que se puede situar en posición mecánicamente, en el cual
están montados los medios de inspección (46, 50) por dispersión de
rayos X, de múltiples vistas, y los medios de examen (140) por
dispersión de rayos X, sensibles a materiales, pudiendo ser hecho
girar dicho brazo (40) alrededor del artículo examinado para
obtener dichas múltiples vistas de rayos X y la concentración de
los medios de examen (140) por dispersión de rayos X, sensibles a
materiales, sobre una región sospechosa identificada.
2. Un sistema según la reivindicación 1, en el
que dicho brazo (40) es un brazo en forma de C construido para
girar alrededor del artículo examinado a fin de situar la fuente
(46) de rayos X, de los medios de inspección por rayos X, en dicha
pluralidad de posiciones.
3. Un sistema según las reivindicaciones 1 ó 2,
en el que los medios de examen por rayos X, sensibles a materiales,
comprenden medios direccionales de examen por dispersión coherente
de rayos X, sensibles a materiales.
4. Un sistema según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, en el que los medios (46, 50) de inspección por rayos X
comprenden un sistema de detección (50) que incluye una formación
de detectores de transmisión de rayos X situados para detectar la
radiación de rayos X transmitida a través del artículo examinado
(14B).
5. Un sistema según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, en el que los medios (46, 50) de inspección por rayos X
comprenden un sistema de detección (50) que incluye una formación
de detectores de rayos X retrodispersados, situados para detectar la
radiación de rayos X retrodispersada desde el artículo examinado
(14B).
6. Un sistema según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, en el que los medios (46, 50) de inspección por rayos X
comprenden un sistema de detección (50) que incluye una formación
de detectores de rayos X dispersados hacia delante, situados para
detectar la radiación de rayos X dispersada hacia delante desde el
artículo examinado (14B).
7. Un sistema según la reivindicación 1, en el
que el sistema (46) de exposición a rayos X, de múltiples vistas,
está construido para generar el haz en abanico de radiación de
rayos X con dos energías sustancialmente diferentes.
8. Un sistema según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los medios (140) de examen
por rayos X, sensibles a materiales, incluyen:
una fuente (142) de rayos X construida para
emitir un haz estrecho colimado de rayos X que irradian la región
sospechosa (155); y
un detector (166) de rayos X, sensible a la
posición, construido para detectar los rayos X dispersados desde la
región sospechosa (155).
9. Un sistema según la reivindicación 8, en el
que los medios (140) de examen por rayos X, sensibles a materiales,
incluyen también un filtro (148, 150) de fuente, construido y
dispuesto para filtrar el haz estrecho colimado.
10. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que los medios (140) de examen por rayos X, sensibles a materiales,
incluyen también un filtro detector situado enfrente del detector
de rayos X, sensible a la posición, construido para filtrar los
rayos X dispersados desde la región sospechosa (155).
11. Un sistema según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende también una interfaz
gráfica y una pantalla de presentación (72) construida para ofrecer
información espacial del artículo examinado (14B).
12. Un sistema según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende también una interfaz de
usuario construida y dispuesta para permitir la comunicación
interactiva con el sistema de inspección.
13. Un sistema según la reivindicación 12, en el
que los medios (70) para identificar una región sospechosa están
configurados para determinar una geometría de inspección para una
región sospechosa (155) identificada por ellos.
14. Un sistema según la reivindicación 13, en el
que la interfaz de usuario está construida también para recibir una
entrada de un usuario, que proporciona información acerca de dicha
geometría de inspección.
15. Un método de inspección por rayos X para
detectar un material específico de interés en artículos de equipaje
o paquetes (14B), que comprende:
utilizar un sistema (50) de exposición a rayos X,
de múltiples vistas, para obtener múltiples vistas de rayos X del
objeto examinado exponiendo el artículo examinado a un haz de
radiación de rayos X desde una pluralidad de posiciones y detectar
los rayos X dispersados por el objeto examinado;
identificar, a partir de la información, una
región sospechosa (155) dentro del artículo examinado (14B);
determinar información espacial relacionada con
dicha región sospechosa;
utilizar medios de examen (140) sensibles a
materiales, y usar dicha información espacial para adquirir
información específica del material sobre la región sospechosa
(155); e
identificar, basándose en un tratamiento por
ordenador, una presencia del material específico en la región
sospechosa;
caracterizado porque
la primera etapa de utilización emplea un haz de
rayos X en abanico;
la segunda etapa de utilización emplea unos
medios de examen (140) por dispersión de rayos X, sensibles a
materiales; y
el sistema (46) de exposición a rayos X, de
múltiples vistas, y los medios de examen (140) por dispersión de
rayos X, sensibles a materiales, están montados en el mismo brazo
(40) que se puede situar en posición mecánicamente y que puede ser
hecho girar por ello alrededor del artículo examinado para la
primera y segunda etapas de utilización, a fin de obtener dichas
múltiples vistas de rayos X y concentrar el funcionamiento de los
medios de examen (140) por dispersión de rayos X, sensibles a
materiales, sobre una región sospechosa identificada.
16. Un método según la reivindicación 15, en el
que dicho brazo (40) es un brazo giratorio en forma de C, y la
etapa de exponer el artículo examinado con el sistema (46, 50) de
exposición a rayos X, sensible a materiales, incluye hacer girar el
brazo en forma de C para situar dicha fuente de rayos X en dicha
pluralidad de posiciones.
17. Un método según las reivindicaciones 15 ó 16,
en el que la etapa de utilizar los medios de examen por rayos X,
sensibles a materiales, comprende emplear medios direccionales de
examen por dispersión coherente de rayos X, sensibles a
materiales.
18. Un método según las reivindicaciones 15, 16 ó
17, en el que la etapa de detectar la radiación de rayos X incluye
detectar la radiación de rayos X transmitida a través del artículo
examinado (14B).
19. Un método según las reivindicaciones 15, 16 ó
17, en el que la etapa de detectar la radiación de rayos X incluye
detectar la radiación de rayos X retrodispersados desde el artículo
examinado (14B).
20. Un método según las reivindicaciones 15, 16 ó
17, en el que la etapa de detectar la radiación de rayos X incluye
detectar la radiación de rayos X dispersados hacia delante desde el
objeto examinado (14B).
21. Un método según las reivindicaciones 15, 16 ó
17, en el que la etapa de exposición comprende generar dos energías
sustancialmente diferentes del haz de radiación de rayos X.
22. Un método según las reivindicaciones 15, 16 ó
18, en el que la etapa de determinación incluye determinar una
geometría de inspección para la región sospechosa (155).
23. Un método según la reivindicación 22, que
incluye también la etapa de presentar la información espacial.
24. Un método según la reivindicación 23, en el
que la etapa de determinación incluye efectuar al menos una
reconstrucción parcial de objetos en la región sospechosa (155),
basándose en la pluralidad de posiciones.
25. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 24, en el que la etapa de emplear los medios
de examen por rayos X, sensibles a materiales, incluye utilizar
medios direccionales de examen (140) por dispersión coherente de
rayos X, sensibles a materiales, y usar la información espacial
para irradiar la región sospechosa (155) con un haz enfocado de
rayos X (146) y detectar los rayos X dispersados coherentemente
para adquirir datos de rayos X específicos del material.
26. Un método según la reivindicación 25, en el
que la etapa de irradiación incluye emitir un haz estrecho colimado
de rayos X (146) hacia la región sospechosa (155).
27. Un método según la reivindicación 25, en el
que la etapa de detección incluye emplear un detector (166) de
rayos X, sensible a la posición.
28. Un método según la reivindicación 25, en el
que la etapa de detección incluye emplear un detector (160) de
rayos X, sensible a la energía.
29. Un método según la reivindicación 25, en el
que la etapa de irradiación incluye también filtrar el haz estrecho
colimado.
30. Un método según la reivindicación 25, en el
que la etapa de detección incluye también filtrar los rayos X
dispersados desde la región sospechosa (155).
31. Un método según la reivindicación 25, en el
que, la utilización de la información espacial incluye usar la
información espacial para situar los medios direccionales de examen
por dispersión coherente de rayos X, sensibles a materiales, para
irradiar la región sospechosa en una dirección seleccionada.
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