ES2546620T3

ES2546620T3 - Formación de imágenes de materiales

Info

Publication number: ES2546620T3
Application number: ES08736867.6T
Authority: ES
Inventors: Max Robinson
Original assignee: Kromek Ltd
Current assignee: Kromek Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2015-09-25
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2010522877A; EP2130068A2; US20080240356A1; WO2008119969A3; US7634051B2; MY149943A; GB0706089D0; CN101641614A; EP2130068B1; CN101641614B; WO2008119969A2

Abstract

Un aparato para generar y visualizar una imagen de un objeto, que comprende: una fuente de radiación (1) y una serie de, al menos, dos detectores de radiación lineal (3a, 3b, 3c) capaces de resolver espectroscópicamente radiación incidente, separados de la misma para definir una zona de escaneo entre sí; medios (7) para hacer que un objeto (9) se mueva con relación a la zona de escaneo y a través de la misma, en uso; un aparato de generación de imágenes (21) configurado para generar, al menos, una primera imagen procedente de la salida de un primer detector lineal y una segunda imagen procedente de la salida de un segundo detector lineal, y caracterizado por dicho aparato de generación de imágenes (21) que comprende un módulo de imágenes intermedias configurado para generar una tercera imagen procedente de un par adyacente de detectores lineales, al procesar la salida de dicho par de detectores y al generar una imagen representativa de una salida intermedia entre las dos salidas detectadas citadas, de manera que cada imagen de este tipo incluye una representación de radiación incidente resuelta espectroscópicamente; y por un monitor de imagen (25) adaptado para visualizar, al menos, dichas imágenes primera, segunda y tercera sucesivamente y visualizar, así, la paralaje del movimiento monocular entre las imágenes.

Description

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Así, la realización genera, al menos, cinco imágenes, y preferiblemente seis, para una resolución óptima del efecto de paralaje por un observador humano, pero preferiblemente, en todos los casos, con no más de cinco agrupaciones de detectores lineales. Se genera suficiente información visual procedente de un aparato simplificado.

El efecto de paralaje está complementado, de acuerdo con la invención, por un segundo efecto que ayuda en la resolución de diferentes objetos, componentes o partes de una imagen al presentar información espectroscópica de modo diferencial en la imagen (y presentando, así, información que tiene una relación de modo diferencial con la composición).

Los detectores de semiconductores centelleadores convencionales de la técnica anterior no dan ninguna información espectroscópica real sobre el espectro de rayos X transmitidos. Estos detectores sencillos detectan simplemente la presencia o no de los rayos X transmitidos. Incluso los detectores de doble energía funcionan, por último, según el mismo principio, aunque detectan la presencia o no de los rayos X dentro de dos bandas distintas del espectro.

No obstante, de acuerdo con la invención, al menos algunos de los detectores lineales en la serie comprenden detectores que pueden generar información espectroscópica sobre los rayos X o la radiación de otro tipo transmitidos. Es decir, el detector presenta una respuesta espectroscópicamente variable a través de, al menos, una parte sustancial del espectro, permitiendo que sea recuperada la información espectroscópica.

La resolución apropiada de información espectroscópica confiere dos ventajas. Ofrece el potencial directamente para caracterizar la composición de diferentes componentes u objetos, o partes de la imagen y, al distinguir entre objetos, componentes o partes de diferente composición, por ejemplo al representarlos de modo distinto (tal como en colores diferentes) en la imagen resultante, ayuda en la resolución de diferentes objetos, componentes o partes de la imagen.

No obstante, de acuerdo con la invención, la resolución espectroscópica de los rayos X o la radiación de otro tipo transmitidos obtenida desde la salida de cada uno de dichos detectores lineales se representa en la imagen generada. Por ejemplo, la diferenciación espectroscópica en los datos recogidos se representa en la imagen como color, sombreado o marcado diferenciado. Por ejemplo, se crea una correspondencia funcional entre la información espectroscópica recogida por el detector y el espectro visual, y una visualización de imágenes coloreada obtenida según esta relación funcional. Alternativamente, se usa una correspondencia de bandas, ya que el espectro está dividido en una pluralidad de bandas, por ejemplo entre cuatro y ocho bandas, y se usan diferentes colores para representar cada banda de este tipo en la imagen visualizada. Convenientemente, el aparato incluye medios de procesamiento de imágenes adecuados para efectuar esta correspondencia. También como se ha mencionado previamente, se pueden visualizar imágenes como bandas de energía únicas o como combinaciones de bandas de energía.

Es necesario que se permita que el sistema detector detecte radiación de manera que pueda ser resuelta espectroscópicamente por el aparato de procesamiento de datos. Preferiblemente, un sistema detector lineal de acuerdo con la invención, o algunos o todos los elementos detectores discretos que forman un sistema detector de múltiples elementos de acuerdo con la invención, puede estar adaptado intrínsecamente para producir una resolución espectroscópica, ya que presenta una respuesta espectroscópica directa. En particular, un sistema o elemento se fabrica a partir de un material seleccionado para presentarse intrínsecamente como una propiedad material directa, una respuesta eléctrica variable directa, y por ejemplo fotoeléctrica, a diferentes partes del espectro de la fuente. Por ejemplo, el sistema o elemento detector comprende un material semiconductor de amplia anchura de banda directa. Por ejemplo, el sistema o elemento detector comprende un material o materiales semiconductores formados preferiblemente como un cristal volumétrico y, por ejemplo, como un único cristal volumétrico (en el que cristal volumétrico indica, en este contexto, un grosor de, al menos, 500 µm, y preferiblemente de, al menos, 1 mm). Los materiales que forman el semiconductor están seleccionados preferiblemente a partir de teluluro de cadmio, teluluro de cadmio-cinc (CZT), teluluro de cadmio-manganeso (CMT), germanio, bromuro de lantano y bromuro de torio. Los semiconductores de los Grupos II-VI, y especialmente los enumerados, son particularmente preferidos a este respecto. Los materiales que forman el semiconductor están seleccionados preferiblemente a partir de teluluro de cadmio, teluluro de cadmio-cinc (CZT), teluluro de cadmio-manganeso (CMT) y aleaciones de los mismos, y comprenden, por ejemplo, Cd1-(a+b)MnaZnbTe cristalino, en el que a y/o b pueden ser nulos.

Se puede considerar la combinación de estos materiales y de cualquier otro tipo similar que proporcionan una detección espectroscópica, en lugar de detectar simplemente la amplitud de la radiación transmitida.

El uso de detectores de agrupación lineal, que confieren información espectroscópica completa de acuerdo con la invención, es una mejora significativa ya que, además de las ventajas intrínsecas de dar información sobre la composición procedente de la espectroscopia, la capacidad de este tipo para identificar materiales funcionará de modo colaborador con la capacidad para obtener indicaciones tridimensionales a través de la paralaje del movimiento monocular, para ayudar adicionalmente en la resolución de múltiples objetos, componentes o elementos de imagen en la tercera dimensión.

La forma geométrica básica que comprende, al menos, dos detectores de agrupación lineal en agrupación en serie, y preferiblemente una pluralidad de los mismos, para permitir la generación de múltiples imágenes y para verlas

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adecuado para colimar la salida de la fuente de radiación de rayos X o de otro tipo de fuente para producir un haz principal de este tipo.

Con un objeto en su sitio, este único haz principal es dirigido hacia un detector lineal central dentro de la serie de detectores. En estas circunstancias, este detector detecta rayos X transmitidos, pero los otros detectores solamente podrían estar detectando haces secundarios difractados. Sometidas a una calibración apropiada, las señales que aparecen en los detectores secundarios darían información adicional respecto a los rayos X dispersados. Se sabe que la dispersión es característica de los materiales policristalinos, cuya estructura es relevante con relación a muchos de los materiales explosivos y similares a los que un aparato detector de seguridad podría estar dirigido durante la identificación. En consecuencia, en este modo de funcionamiento, se ofrece una mejora significativa de la capacidad de poder detectar dichos artículos. Esto se consigue sin necesidad de detectores de dispersión secundarios, sino más bien mediante el procesamiento adecuado de datos desde el modo secundario de funcionamiento.

En una realización preferida particular, se pueden aplicar ambos modos de funcionamiento de manera secuencial o muy sucesiva o eficazmente simultánea para recoger la máxima información. Es decir, se pueden formar imágenes usando un único haz principal dirigido a través de toda la zona de escaneo creada por los detectores lineales en la serie, y un único haz principal colimado puede estar dirigido de modo posterior o muy sucesivo o eficazmente simultáneo a un detector lineal individual, tal como un detector lineal situado generalmente en el centro de la serie, e información dispersada recogida procedente de los otros detectores.

Una ventaja particular de la invención es, ya que se usan detectores que son capaces de resolver espectroscópicamente la información, que los datos recogidos por estos dos métodos se pueden resolver más fácilmente para proporcionar una mejora sustancial de la información sobre la composición que se puede obtener por funcionamiento del sistema.

Para poner en práctica el método de la invención, es necesario causar un movimiento relativo entre un objeto a escanear y el aparato, a fin de hacer que el objeto a escanear se mueva con relación a la zona de escaneo y a través de la misma. En la práctica, para la mayoría de los objetivos prácticos, un objeto es desplazado con relación a una zona de escaneo estacionaria. Por ejemplo, el aparato de la invención incluye medios de transporte de objetos para transportar un objeto a escanear a través de una zona de escaneo. Los medios de transporte de objetos pueden estar constituidos, por ejemplo, por un transportador plano, que transporta preferiblemente un objeto en un plano paralelo a otro en el que está dispuesta la serie de detectores de agrupación lineal. Por ejemplo, el transportador es un transportador de cinta sin fin o similar. No obstante, es también válido hacer que el objeto se mantenga estático y trasladar el detector y la fuente para crear el movimiento relativo.

La fuente debe producir una distribución de energías. Preferiblemente, la fuente es una fuente de rayos X. El volframio es el objetivo más apropiado, pero se podrían usar otros. Se pueden usar múltiples fuentes para producir la distribución deseada de energías.

Una o más de estas características de la invención se pueden combinar para proporcionar información mejorada a un operario, y la realización específica descrita en lo que sigue muestra dichas combinaciones.

La invención se describirá a continuación a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 es una vista lateral de una representación de una realización de la invención;

la figura 2 ilustra el efecto creado por imágenes sucesivas generadas mediante la realización de la figura 1;

la figura 3 es una vista lateral de la realización de la invención en un modo alternativo de funcionamiento;

la figura 4 es una representación esquemática de un sistema de procesamiento y visualización de imágenes.

Haciendo referencia a la figura 1, se usa una fuente de rayos X 1 adecuada para dirigir rayos X a través de una zona de escaneo en la dirección de tres detectores de agrupación lineal 3a a 3c.

En la realización, los detectores de agrupación lineal 3a a 3c comprenden un material capaz de resolver espectroscópicamente rayos X incidentes, y comprenden, en el ejemplo específico, teluluro de cadmio, aunque el experto en la técnica apreciará que pueden ser apropiadas otras selecciones de materiales. Para aprovechar esta resolución espectral, la fuente de rayos X emite rayos X por un amplio espectro de energía. En el ejemplo, se usa una fuente de volframio, aunque el experto en la técnica apreciará que podrían ser apropiados otros materiales.

Se muestran unas trayectorias 5a a 5c de rayos incidentes a través de la zona de escaneo entre la fuente de rayos X 1 y, respectivamente, los detectores 3a a 3c.

Un transportador de cinta sin fin 7 hace que un objeto a escanear 9 se mueva en una dirección d para interceptar las trayectorias de rayo 5a a 5c en la zona de escaneo. La aplicación prevista de esta realización de la invención es como un escáner de seguridad, y se puede considerar típicamente que un objeto 9 es un recipiente que se espera

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En la realización ilustrada, se usan detectores que son capaces de resolver espectroscópicamente los rayos X transmitidos. Esta información espectroscópica resuelta forma parte de los datos que se procesan posteriormente para proporcionar la identificación de los materiales de los objetos en la imagen.

Las ventajas particulares de la presente invención sobre los sistemas estereoscópicos más complejos están bien ilustradas por las figuras 1 y 4. No se requiere ningún aparato de visión estereoscópica particular, sino simplemente una pantalla bidimensional 25. La forma geométrica del sistema se presta, a su vez, simplemente a un aparato de transporte por cinta y, así, el sistema de la presente invención requiere pocos cambios fundamentales de las características básicas del aparato o del método de uso cuando se compara con un escáner de rayos X convencional. No obstante, ofrece una capacidad significativa para mejorar tanto la resolución de objetos en tres dimensiones como la caracterización de materiales, en particular gracias al efecto ilustrado en la figura 2.

La figura 3 representa un modo alternativo de funcionamiento para el escáner, y se ilustra con un objeto 9 en posición en una zona de escaneo.

La fuente de rayos X 1 tiene su salida colimada en un único haz cortina 13 mediante un colimador 11. El único haz de trayectoria está dirigido al detector intermedio 3b. El detector intermedio 3b recibe el rayo X transmitido a través de la trayectoria de rayo 15b. Los otros detectores 3a y 3c reciben rayos X dispersados a través de las trayectorias de rayo 15a y 15c respectivas. Así, el aparato de la invención se puede adaptar fácilmente mediante este modo de funcionamiento para detectar simultáneamente tanto el rayo X transmitido como el dispersado, y para hacer uso de la información que se puede obtener del mismo a fin de caracterizar los materiales policristalinos. No se requieren detectores de dispersión independientes. La resolución de los rayos X transmitidos y dispersados, en la realización, recibe ayuda de la resolución espectroscópica conferida por los detectores de teluluro de cadmio.

Los datos desde el modo de funcionamiento representado en la figura 3 se pueden recoger y procesar junto con los datos procedentes del modo de funcionamiento representado en la figura 1, de la manera representada esquemáticamente en la figura 4. Por ejemplo, los dos modos de funcionamiento se pueden accionar de manera secuencial, muy sucesiva o simultánea para proporcionar una información de caracterización mejorada para la composición de objetos de los que se están formando imágenes.

De acuerdo con la realización a modo de ejemplo, se ilustran en serie tres detectores de agrupación lineal. Sería comprensible que incluso un par de detectores generaran un par de imágenes de las que se podría obtener la paralaje del movimiento monocular y que, en un sistema práctico, podría ser bien deseable tener un mayor número de detectores en serie. Se presentan tres detectores solamente a modo de ilustración. No obstante, una serie de imágenes que se pueden manipular y animar eficazmente se pueden obtener de un número relativamente pequeño de detectores lineales en serie, especialmente si se usan algoritmos adecuados dentro del sistema de formación de imágenes, para generar imágenes intermedias a partir de los datos recogidos.

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