(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多種類のエネルギーを有する輻射束で物体を検査する方法であって、
少なくとも３種類のエネルギーを有する輻射束を利用して被検体と相互作用し、
異なるエネルギーを有する輻射束が被検体と相互作用した検出値を検出して記録し、
検出値の一部分を予め定められた所定関数に代入し、物体の属する可能性のある材料の範囲と物体の質量厚さとを包含する初歩的な材料属性を含む情報を取得し、及び
前記情報に対応するエネルギー区間に適切な関数グループであって、質量厚さの異なる物質に応じて異なる関数処理モデルを使用した段階的な処理を行う関数グループを利用して物体の材料属性をさらに判断することを含み、
前記エネルギー区間とは、このエネルギー区間における輻射束が一つの材料と相互作用した検出値の関数値と、他の材料の検出値の関数値との差別が他の区間よりも大きくなる区間であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記所定関数は、異なるエネルギーを有する輻射束が既知材料と相互作用して検出された検出値により得られたフィッティング関数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定関数をフィッティングするための、既知材料と相互作用する異なるエネルギーを有する輻射束の数は、被検体と相互作用する異なるエネルギーを有する輻射束の数より少なくないことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
物質と相互作用した前記検出値は輻射束が物体を貫通した透過強度値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
物質と相互作用した前記検出値は輻射束が物体を貫通した透過強度値であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記輻射束の輻射源は放射性同位元素であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記輻射束の輻射源は加速設備であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記輻射束の輻射源はＸ線装置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
多種類のエネルギーを有する輻射束で物体を検査する方法であって、
少なくとも３種類のエネルギーを有する輻射束を利用して被検体と相互作用し、
異なるエネルギーを有する輻射束が被検体と相互作用した検出値を検出して記録し、異なるエネルギーに対応する画像を形成し、
検出値の一部分を予め定められた所定関数に代入し、物体の属する可能性のある材料の範囲と物体の質量厚さとを包含する初歩的な材料属性を含む情報を取得し、
前記情報に対応するエネルギー区間に適切な関数グループであって、質量厚さの異なる物質に応じて異なる関数処理モデルを使用した段階的な処理を行う関数グループを利用して物体の材料属性をさらに判断し、及び
質量厚さに応じ、異なるエネルギーによる検出値の重みを選んで、画像を融合処理し、より精確な階調の画像が得られることを含み、
前記エネルギー区間とは、このエネルギー区間における輻射束が一つの材料と相互作用した検出値の関数値と、他の材料の検出値の関数値との差別が他の区間よりも大きくなる区間であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記方法は前記階調の画像の階調レベルをカラー画像に対応するカラーレベルに変換されることを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
物体の質量厚さの判断は輻射束の実際減衰状況を基に行うことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記異なるエネルギーの検出値の重みを選ぶこととは、材料が薄いほど高エネルギーの輻射束による検出値が占められる重みが小さく低エネルギーの輻射束による検出値が占められる重みが大きく、材料が厚いほど低エネルギーの輻射束による検出値が占められる重みが小さく高エネルギーの輻射束による検出値が占められる重みが大きいことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１または請求項９に記載の多種類のエネルギーを有する輻射束で物質を検査する方法を実施するための設備であって、
少なくとも３種類の異なるエネルギーを有する輻射束を発生できる一組の輻射源と、
多種類の異なるエネルギーを有する輻射束を同時に検出することに適用される検出器モジュールアレイと、
検出器モジュールアレイに接続され、異なるエネルギーを有する輻射束が物質と相互作用した検出値を処理し、物体の材料属性を得て物体の階調の画像を発生する処理器と、
前記輻射源に接続され、予め定められたシーケンスで輻射源の動作パラメーターを変動するための制御システムとを含み、
前記処理器は、
検出値の一部分を予め定められた所定関数に代入し、物体の属する可能性のある材料の範囲と物体の質量厚さとを包含する初歩的な材料属性を含む情報を取得し、
前記情報に対応するエネルギー区間に適切な関数グループであって、質量厚さの異なる物質に応じて異なる関数処理モデルを使用した段階的な処理を行う関数グループを利用して物体の材料属性をさらに判断するものであり、
前記エネルギー区間とは、このエネルギー区間における輻射束が一つの材料と相互作用した検出値の関数値と、他の材料の検出値の関数値との差別が他の区間よりも大きくなる区間であることを特徴とする設備。
【請求項１４】
前記輻射源は放射性同位元素であることを特徴とする請求項１３に記載の設備。
【請求項１５】
前記輻射源は異なる元素の放射性同位元素の組み合わせであり、異なる放射性同位元素がシーケンスで順にコリメーターの隙間を介して異なるエネルギーの輻射束を発することを特徴とする請求項１４に記載の設備。
【請求項１６】
前記輻射源は異なる複数種類のエネルギーが優勢である連続エネルギースペクトルの輻射束をそれぞれ発射できる加速設備であることを特徴とする請求項１３に記載の設備。
【請求項１７】
前記加速設備は輻射束出口の先端にあるエネルギースペクトルを変調するためのエネルギースペクトル変調器を含むことを特徴とする請求項１６に記載の設備。
【請求項１８】
前記輻射源はＸ線装置であることを特徴とする請求項１３に記載の設備。
【請求項１９】
前記Ｘ線装置は輻射束出口の先端にあるエネルギースペクトルを変調するためのエネルギースペクトル変調器を含むことを特徴とする請求項１８に記載の設備。
【請求項２０】
前記エネルギースペクトル変調器はターン・テーブルの形になり、異なる変調材料でベーンを構成し、前記ベーンが相応なエネルギーの輻射束に対応するシーケンスで軸をめぐって回転することを特徴とする請求項１７に記載の設備。
【請求項２１】
前記エネルギースペクトル変調器はターン・テーブルの形になり、異なる変調材料でベーンを構成し、前記ベーンが相応なエネルギーの輻射束に対応するシーケンスで軸をめぐって回転することを特徴とする請求項１９に記載の設備。
【請求項２２】
前記エネルギースペクトル変調器は、前記輻射源の輻射束の放出と検出器の信号収集とを同期に行うように、トリガー信号を輻射源の制御システムへ発射して収集信号を検出器の制御器に発射することを特徴とする請求項１７に記載の設備。
【請求項２３】
前記エネルギースペクトル変調器はターン・テーブルの形になり、異なる変調材料でベーンを構成し、前記ベーンが相応なエネルギーの輻射束に対応するシーケンスで軸をめぐって回転することを特徴とする請求項２２に記載の設備。
【請求項２４】
前記制御システムがトリガー信号を受信した場合には、前記輻射源が所要の動作状態に動作されるように直ちに各種の異なるエネルギーに対応する信号を前記輻射源へ発信することを特徴とする請求項１３に記載の設備。
【請求項２５】
前記異なるエネルギーの検出値は輻射束が物体を透過した透過強度値であることを特徴とする請求項１３に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型物体を輻射検査することに関し、特に、多種類のエネルギーを有する電離放射を用いて海運・空港コンテナー等の中小型オブジェクトにおける材料を認識して画像を形成する方法およびその設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、汎用な輻射によって結像される品物検査システムは、一般に単エネルギー放射線に被検体と相互作用させ、被検体と作用した放射線を検出して画像が得られるものである。このシステムは、被検体の形状と質量厚さの変化を反映できるが、物体の材料を認織することができない。
【０００３】
公知のように、異なるエネルギーのX線が物体と相互作用する際には、その発生した物理反応は物体の材料属性に相関する。X線と同一の物質との間に生じる相互作用はX線のエネルギーに伴って変化している。異なるエネルギー領域においては、光電効果と、コンプトン効果と電子対効果とが生じる確率はそれぞれ主になる。しかし、この３種類の物理効果が物質の原子番号にも相関している。
【０００４】
以下の式（１）はX線が物体と相互作用することを付与して：
【０００５】
【数１】
0004744428.tif 000002
【０００６】
ただし、ｔmは物体の質量厚さであり、μmは物体の材料と輻射エネルギーに関するX線の相応的なエネルギー区間における等価質量減衰係数であり、I’はあるエネルギーを有するX線が被検体と相互作用した強度値であり、I0はそのエネルギーを有するX線が物体と相互作用していない時の強度値である。
【０００７】
これにより、単一のエネルギーの放射線によっては同時に物体の材料と質量厚さとの影響を区別することができなくなる。しかし、異なるエネルギーを有するX線が物体と作用した放射線をプローブし、それと物体との間に相関的な物理反応を発生する確率が得られて、物体の材料属性を判断する。小型手荷物・品物検査システムにおいては、二種類のエネルギーのX線により被検物体の材料の認職を実現した。使用されているX線のエネルギーは質量厚さの大きい品物を貫通することに対してちっとも十分ではなく、コンテナーのような大中型オブジェクトの検査に適用できない。
【０００８】
以前、特許文献１には、異なるエネルギーの二束の高エネルギーX線を利用して大型オブジェクト内の材料属性を識別する技術思想が提案されている。このシステムにおいては、二セットの固定なX線源とそれに対応する二組の検出器アレイとを使用し、2つのX線発生器は、一束のX線のエネルギーが他の一束のエネルギーより高すぎように（例えば、一束のX線のエネルギーが+5Mevであり、他の一束のX線のエネルギーが1Mevである）異なるエネルギーの二束のX線を提供する。2つの検出された結果の割合により予め設けられている所定の表を調べて物質の平均原子番号を判断する。二セットのX線発射設備と二組の検出器アレイが構造の複雑化と高コストという問題を招来するため、この方法は一九九三年に提出したから広く応用されていない。
【０００９】
前記二セットのシステムによる構造の複雑化と高コストとの問題を解決するため、特許文献２と特許文献３には、フィルターを用いて一台の加速器によるX線ビームを変調し、異なるエネルギースペクトルの二束のX線を得ることが提案されている。上述の特許文献２と特許文献３の技術思想については、単一の加速設備を利用して異なるエネルギーを有するX線が得られる。しかし、X線をフィルターで濾過することによって得られた二束のX線のエネルギースペクトル間における相違が有限であるため、材料を正確に認識する範囲が限られる。
【００１０】
また、特許文献４には、進行波LINACによって双エネルギーのX線が得られる方法を提出し、単加速設備で異なるエネルギーの二束のX線が得られる可能性を明らかにした。
【００１１】
特許文献５には、高エネルギーの双エネルギーの方法を利用して高Z材料の含有物質を検出することが提案されている。特許文献５は一つの統計的関数を供給する。そして、感度と精度を釣り合わせるために選ばれる標準平方偏差に応じて閾値を調整し、さらに原子番号が予め所定の値より高い高Z材料を発見するときには警報を出す。
【００１２】
上述の方法は全て二種類のエネルギーを用いて材料を認識する方法であり、二種類のエネルギーによって検出された結果を利用して計算を行なって被検体に疑問のある材料が含まれるかどうかを判断する。例えば、特許文献１と特許文献５には
二回の検出結果の割合を用いて所定の表を調べて被検体に疑問のある材料が含まれるかどうかを判断することが提出されている。しかし、使用されるX線の二種類のエネルギーの制限のため、検出誤差が存在しているので、被検体が混雑な状況のひどい場合または被検体が薄い材料である場合、この方法の誤判断率が非常に高くなる。また、二回の測定値の割合によって判断を行う方法は、同じ一つの関数形式で異なる材料の間の測定値の差を区別することができず、異なる材料による割合が同一である可能性がある。検出結果が正確ではなくなる。また、二種類のエネルギーである場合、その感度の高い材料区間が有限であり、同時に低Z材料と高Z材料を正確に認識することができない。
【特許文献１】米国特許第5,524,133号明細書
【特許文献２】国際公開第00/437600号パンフレット
【特許文献３】米国特許第6,069,936号明細書
【特許文献４】国際公開第2004/030162号パンフレット
【特許文献５】国際公開第2005/084352号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は多種類のエネルギー輻射で物質を検査する方法およびその設備を開示する。特に、多種類のエネルギーを有する放射線ビームが物質と相互作用し、相互作用した結果によってカーブ・フィッティングのような計算解析が行われ、広範囲内の異なる材料の認職を実施し、物体に対する非侵入式エグザミネーションを実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明の一面には、多種類のエネルギーの輻射で物体を検査する方法が提案される。この方法は、
多種類のエネルギーを有する輻射を利用して被検体と相互作用し、
異なるエネルギーを有する輻射が被検体と相互作用した検出値を検出して記録し、
検出値の一部分を予定な所定関数に代入し、物体の初歩的な材料属性を含む情報を取得し、及び
上述の情報に対応するエネルギー区間にこのエネルギー区間に適切する関数グループを利用して物体の材料属性をさらに判断することを含む。
【００１５】
前記情報は物体の質量厚さの情報も含むことが好ましい。
【００１６】
前記所定関数は、異なるエネルギーを有する放射線が既知材料と相互作用して検出された検出値により得られたフィッティング関数であることが好ましい。
【００１７】
前記所定関数をフィッティングするための、既知材料と相互作用する放射線ビームの数目は、被検体と相互作用する放射線ビームの数目より少なくないことが好ましい。
【００１８】
前記多種類のエネルギーは三種類以上の異なるエネルギーまたはエネルギースペクトルであることが好ましい。
【００１９】
物質と相互作用した前記検出値は輻射が物体を貫通した透過強度値であることが好ましい。
【００２０】
前記エネルギー区間とは、このエネルギー区間における輻射が一つ材料と相互作用した検出値の関数値と、他の材料との検出値の関数値との差別が他の区間よりも大きくなることが好ましい。
【００２１】
前記関数グループとは、一つエネルギー区間に異なる材料間の細かい差別を明瞭にしながら、差別のない部分による影響を低下することができることが好ましい。
【００２２】
前記関数グループとは、厚さの異なる物質に応じて異なる関数処理モデルを使用して分段処理を行うことが好ましい。
【００２３】
前記輻射の輻射源は放射性同位元素であることが好ましい。
【００２４】
前記輻射の輻射源は加速器であることが好ましい。
【００２５】
前記輻射の輻射源はX線装置であることが好ましい。
【００２６】
本発明の他の一面には、多種類のエネルギーを有する輻射で物体を検査する方法が提案され、以下のステップが含まれる。
【００２７】
多種類のエネルギーを有する輻射を利用して被検体と相互作用し、
異なるエネルギーを有する輻射が被検体と相互作用した検出値を検出して記録し、異なるエネルギーに対応する画像を形成し、
検出値の一部分を予定な所定関数に代入し、物体の質量厚さを判断し、及び
質量厚さに応じ、異なるエネルギーによる検出値の重みを選んで、画像を融合処理し、より精確な階調の画像が得られる。
【００２８】
前記方法は前記階調の画像の階調レベルをカラー画像に対応するカラーレベルに変換されることを更に含むことが好ましい。
【００２９】
前記多種類のエネルギーは二種類以上の異なるエネルギーであることが好ましい。
【００３０】
前記物質材料の厚さの判断は輻射の実際減衰状況を基に行うことが好ましい。
【００３１】
前記異なるエネルギーの検出値の重みを選ぶこととは、材料が薄いほど高エネルギーの輻射による検出値が占められる重みが小さく低エネルギーの輻射による検出値が占められる重みが大きく、材料が厚いほど低エネルギーの輻射による検出値が占められる重みが小さく高エネルギーの輻射による検出値が占められる重みが大きいことが好ましい。
【００３２】
本発明のさらに一面には、多種類のエネルギーを有する輻射で物質を検査する方法を実施するための設備が提案され、以下の部材が含まれる。
【００３３】
多種類の異なるエネルギーを有する輻射を発生できる一組の輻射源と、
多種類の異なるエネルギーを有する輻射を同時に検出することに適用される検出器モジュールアレイと、
検出器モジュールアレイに接続され、異なるエネルギーを有する輻射が物質と相互作用した検出値を処理し、物体の材料属性を得てまたは物体の階調の画像を発生する処理器と、
前記輻射源に接続され、予定なシーケンスで輻射源の動作パラメーターを変動するための制御システム。
【００３４】
前記多種類の異なるエネルギーは三種類以上の異なるエネルギーまたはエネルギースペクトルであることが好ましい。
【００３５】
前記多種類の異なるエネルギーは二種類以上の異なるエネルギーまたはエネルギースペクトルであることが好ましい。
【００３６】
前記検出器アレイは多層多結晶体検出器であり、異なる結晶体を複合して構成されることが好ましい。
【００３７】
前記検出器アレイにおいては、異なる結晶体の間をフィルターで離間することが好ましい。
【００３８】
前記輻射源は放射性同位元素であることが好ましい。
【００３９】
前記輻射源は異なる元素の放射性同位元素の組み合わせであり、異なる放射性同位元素がシーケンスで順にコリメーターの隙間を介して異なるエネルギーの輻射を発することが好ましい。
【００４０】
前記輻射源は異なるエネルギーが優勢である連続エネルギースペクトルの輻射を発射できる加速設備であることが好ましい。
【００４１】
前記加速設備は放射線出口の先端にあるエネルギースペクトルを変調するためのエネルギースペクトル変調器を含むことが好ましい。
【００４２】
前記輻射源はX線装置であることが好ましい。
【００４３】
前記X線装置は放射線出口の先端にあるエネルギースペクトルを変調するためのエネルギースペクトル変調器を含むことが好ましい。
【００４４】
前記エネルギースペクトル変調器はターン・テーブルの形になり、異なる変調材料でベーンを構成し、前記ベーンが相応なエネルギーの放射線ビームに対応するシーケンスで軸をめぐって回転することが好ましい。
【００４５】
前記エネルギースペクトル変調器は、前記輻射源の放射線ビームの放出と検出器の信号収集とを同期に行うように、トリガー信号を輻射源の制御システムへ発射して収集信号を検出器の制御器に発射することが好ましい。
【００４６】
前記制御システムがトリガー信号を受信した場合には、前記輻射源が所要の動作状態に動作されるように直ちに各種の異なるエネルギーに対応する信号を前記輻射源へ発信することが好ましい。
【００４７】
前記異なるエネルギーの検出値は輻射が物体を透過した透過強度値であることが好ましい。
【発明の効果】
【００４８】
多種類のエネルギーを有するX線で物体の材料を識別することにより、異なる物質材料に対してそれぞれ異なる最適な区分エネルギー区間を用いることができる。このようにして、材料識別の精確率は大きく向上される。同時に、物体の材料属性と質量厚さとの総合影響によって検出結果の曲線が交差にされることが生じやすい。しかしながら、多種類のエネルギーを有するX線の検出値をフィットして材料を識別するための特定曲線が得られ、材料識別の精確率を高くなることに貢献する。また、既知の材料の検出値により得られた分段フィティング関数の関数値が比較閾値とするので、全ての判断は実際上の測定値を基にするようになり、二次判断と厚さに対する特別な処理により従来技術における直接挿値と査表による誤差を減少し、材料識別の精確率を増加した。
【００４９】
異なるエネルギーのX線が物体と相互作用して検出値が得られ、高エネルギーと低エネルギーとでサンプリングされたデータにそれぞれ異なる重み因数が与えられるので、被検体の質量厚さの差別が比較的に大きい物体に対しても、非常にクリアな階調の画像とカラーグラデーションの豊かなカラー画像が同様に得られることを実現できる。
【００５０】
加速設備で発生するX線に対しては、異なる材料に応じて対象を識別し、異なるエネルギーを有するX線に対して異なる変調材料を利用してエネルギースペクトル変調を行うので、最適なエネルギースペクトル変調効果が得られる、つまり、最適な材料識別エネルギースペクトルが得られる。このようにして、放射線のエネルギースペクトルのばらつきによる最終識別結果の誤差を減少する。
【００５１】
多層の検出器は異なるエネルギーを有するX線に対する検出効果をさらに高くすることができ、検出効果と検出精度とは高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本発明によれば、コンテナー品物を検査する時には加速設備で高エネルギーのX線を発生する必要があるので、十分なエネルギーと剤量とを持つ放射線はコンテナー品物を貫通した後に依然として検出器によって有効信号が検出される。被検体材料の識別を実現するキーポイントは、異なるエネルギーを有する多束のX線を加速設備で発生する必要であり、被検体の同じ位置と相互作用し、検出器で精確に検出することにある。
【００５３】
図1は本発明の実施例による多種類のエネルギーを有するX線でコンテナー品物のような物体を検査する設備の概略図である。図1には、加速器1は動作パラメーターを変動することにより異なるエネルギーを有するX線が生じ得る。加速器１の動作パラメーターの変動は設備における制御システム4によって行われている。
【００５４】
加速器１の各種のエネルギーのX線を発生する時に相応な動作状態は制御システム４に記憶される。制御システム4がトリガー信号3を受信した場合には、加速器１が所要の動作状態に動作されるように直ちに各種の異なるエネルギーのX線に対応する信号を加速器１へ発信する。加速器１は制御システム4に要求される動作状態における特定エネルギーのX線の発生を完成すると、システム4へ終了指令を返送する。加速器１で発生するX線はエネルギースペクトル変調器2によって変調されて最適化されたX線が得られる。そして、異なるエネルギーを有する多束のX線はそれぞれ被検体7における同じ位置と相互作用する。制御設備9は検出器8に検出される被検体を貫通したX線を制御する。検出器8による検出信号12はネットワークを介してワークステーション13に送信される。ワークステーション13においては、被検体の階調の画像と材料属性が得られるようにデータを処理する。
【００５５】
X線は電子ビームを加速器１で加速してターゲットと衝突させることによって発生され、コリメーター6Aによってコリメートされ、扇状のX線ビームが得られる。また、図１中に示すコリメーター６Bと６Cは測定過程における散乱輻射を抑制する。
【００５６】
相応なエネルギーの放射線を異なる変調材料でエネルギースペクトル変調する必要があるので、加速器の放射線ビーム放出と検出器の収集との同期を実現するように信号3と信号10を発信する。
【００５７】
加速器1で発生するX線により、エネルギースペクトル変調器2は異なるエネルギーのX線に対して不同エネルギースペクトル変調材料を利用して変調を行う。図2に示すように、エネルギースペクトル変調器は円状であり、エネルギースペクトル変調器２の軸心は透かし彫りの中軸である。軸をめぐって回転するベーンは異なる変調材料によって構成される。エネルギースペクトル変調器2と加速器１との間の同期を維持するようにトリガー信号3は加速器１の制御器に発信される。このように、異なるエネルギーを有するX線は相応なエネルギースペクトル変調材料に構成されるベーンでエネルギースペクトル変調を行う。放射線と物体との作用は放射線の特性に相関すると共に物体の属性に相関している特点により、異なる変調方案と、異なるエネルギーを有する放射線とは完全に異なる変調効果が得られる。
【００５８】
例えば、低Z材料がエネルギースペクトルにおける高エネルギーの放射線を吸収することに強いので、X線のエネルギースペクトル分布のエネルギー範囲の下限が、あるエネルギーの高い閾値（例えば、〜3MeV）より高くなる場合には、該X線ビームのエネルギースペクトル変調材料としてBや、ポリエチレンや、水素が豊富な有機物等のような低Z材料を選択すべきである。
【００５９】
高Z材料がエネルギー数百KeVの放射線を吸収することに強いので、X線のエネルギースペクトル分布のエネルギー範囲の下限が、あるエネルギーの低い閾値（例えば、〜300keV）より高くなる場合には、該X線ビームのエネルギースペクトル変調材料としてPbや、Wや、U等ような高Z材料を選択すべきである。
【００６０】
図2は本発明の実施例による異なるエネルギーを有する放射線にエネルギースペクトルの変調を行うエネルギースペクトル変調器の平面図である。加速器１で発生する3〜6MeVのX線に対して、使用される変調ベーンが第一部分14と第二部分15とで構成される。第一部分14は変調材料としてポリエチレンを選んでよいし、第二部分15は変調材料としてPbを選んでよい。第一部分14は比較的高エネルギーの放射線を吸収し、第二部分15は比較的低エネルギーの散乱成分を吸収する。
【００６１】
約〜9MeVエネルギーの放射線に対して、使用される変調ベーン16は高分子材料を選ぶことが可能である。約200KeV〜1MeVエネルギーの放射線に対して、変調ベーン17は変調材料としてWを選ぶことができる。図２に示すように、上述の三種類のベーンは周期的に円周をめぐって並んでいるので、毎回予定の角度を転じると相応なエネルギーを有するX線にエネルギースペクトル変調を行う。
【００６２】
エネルギースペクトル変調器の変調ベーンは中軸18をめぐって同じな速度で回転する。第一種類の変調ベーンが放射線平面前のある固定位置に回転しているとき、信号を触発する。図3は上述のようなシーケンス信号が生じるシーケンス図を示す。加速器１は異なるエネルギーを有する多束のX線を連続に発生し、それぞれの放射線ビームを発射する時間間隔がt1であり、エネルギースペクトル変調器の次の変調ベーンが時間間隔t1という期間でちょうど上述の固定位置に転ずる。そして、時間t2を経って、第一種類の変調ベーンが同じ固定位置に回転しているとき、再び信号を触発し、次の連続パルス放射線ビームの発射周期を発生する。そのトリガー信号は検出器の制御システムへ同時に発信され、一定の遅延時間を経って、検出器に信号収集を開始させる。このように、各部品の間の同期性が実現される。
【００６３】
検出器は多層多結晶体構成の検出器を利用してもよい。この場合、上述の加速器は放射性同位元素を使用しても良い。すなわち、多種類の同位元素を組み合わせ、異なる放射性同位元素が予定のシーケンスでコリメーターのスリットを通過して異なるエネルギーの放射線を放出する。図4に示すように、相応なエネルギーの信号に対する異なる材料の収集レベルにより、第一測定部分41は比較的低エネルギーの放射線を収集するためにCsI結晶体構成が選ばれ、第一測定部分41によって低エネルギーの放射線が収集され、第一出力部分42から出力信号を出力する。他の比較的高エネルギーの放射線は第一測定部分41と第一出力部分42とを通過して濾過部分43に到着する。濾過部分43はコンプトン散乱等のような低エネルギーの放射線を濾過するためのフィルターであり、濾過部分43の材料がPbまたはWを選択しても良い。第二測定部分44はCWO結晶体を選択でき、ほとんどの高エネルギー成分の放射線が第二測定部分44の中に沈殿する。第二測定部分44の信号が第二出力部分45端から抽出される。検出器に得られる検出信号は、ADCを介して十六位の二進数に変換され、処理ワークステーション13に発送される。
【００６４】
検出値が得られた後、画像処理モジュールでデータを処理する。まず、既知物質の検出結果により、全てのエネルギー区間内における一組の関数関係曲線が定められ、関数グループの間の関係を示す曲線を形成。図5に示すように、関数グループ中の関数を任意に選択でき、例えば、横座標におけるAと縦座標におけるPは以下の式（２）と（３）によって計算される。
【００６５】
【数２】
0004744428.tif 000003
【００６６】
【数３】
0004744428.tif 000004
【００６７】
ここで、下付き数字mとnとkとは、放射線の異なるエネルギーを表しており、α、β、γ、η、λは既知材料に対する係数であり、tは物体の質量厚さであり、μは質量減衰係数であり、Inは第ｎ種類のエネルギーが物体と作用した信号強度であり、I0nは第ｎ種類のエネルギーが物体と作用した信号強度である。異なる関数グループは異なるエネルギーの区間に識別レベルが違う。本発明はそれらの特点を利用して異なる材料に対してそれと相応な所定関数グループによって材料識別がなされる。
【００６８】
検査過程において、被検体の数種エネルギーの検出値を定められる関数グループにおける関数に代入し、そして、得られた関数値を定められる既知物質の関数値と比較し、被検体の物質の属する可能である物質範囲を初歩的に判断する。
【００６９】
異なる材料については、その最適なエネルギー識別区間も違う。各自のエネルギー区間に応じて選ばれる関数モデルも違う。図6に示すように、重金属を区分するのに適用するエネルギー区間に相応する関数関係曲線は図に示している。図面からわかるように、該エネルギー区間の特定関数曲線を利用すると重金属がよく区分されることができる。したがって、第一回の判断された材料所属材料領域に応じ、適当なエネルギー組み合わせの形と相応な区段の関数グループとをさらに利用し、材料属性をより精確に判断することができる。
【００７０】
物質が薄材料である場合には、材料に対する識別の精確性に影響を及ぼす。選ばれる関数グループの関数値が座標系におけるある領域にある時、または減衰が非常に小さい時には、物体が薄材料であると認められる。放射線と薄材料の物体と相互作用した検出結果に対する統計的ゆらぎが比較的に高い場合には、薄材料に対応する関数関係を利用し、識別精確性を確保するように検出値をさらに処理する。使用される薄材料の関数関係は実際な材料の特定データをフィッティングして得られる。
【００７１】
例えば、普通厚さの材料について以下の式（4）の関数が使用される。
【００７２】
【数４】
0004744428.tif 000005
【００７３】
しかし、薄材料については、このような関数関係が適当ではなく、この時以下の式（5）の関数を用いる。
【００７４】
【数５】
0004744428.tif 000006
【００７５】
図7には六種のエネルギーを例として多種類のエネルギーを利用して材料属性を判断するときの方法フローチャートを示す。
【００７６】
ステップS１１０において、六種のエネルギーのX線が既知物質と相互作用することにより、その中の任意三種(もちろん、ここで二種または四種等、六種より小さく二種以上の放射線数目も使用可能である)のエネルギーのある関数関係を関数フィッティングして、その材料を定める。このように、各既知材料の分類曲線を作成できる。
【００７７】
ステップS１2０において、六種の異なるエネルギーを有するX線で被検体を走査し、検出器は被検体が六種の異なるエネルギーを有するX線によって走査された検出値を集める。そして、ステップS１３０において、X線をエネルギーで両組分け、例えば、第一エネルギーを有するX線と、第三エネルギーを有するX線と、第四エネルギーを有するX線とは第一組に分けられ、第二エネルギーを有するX線と、第五エネルギーを有するX線と、第六エネルギーを有するX線とは第二組に分けられる。ステップS１３０とステップS１４０において、毎組における三種のエネルギーの検出値を上述所定関数に代入し、材料属性を初歩的に判断する。例えば、第一組のX線の検出値によって被検体に材料aが含まれるかどうかを判定し、第二組のX線の検出値によって被検体に材料ｂが含まれるかどうかを判定する。
【００７８】
ステップS１5０において、両組のX線による検出結果はそれぞれCuとWであれば、CuとWに適用するエネルギー区間の検出値をそれぞれ選択し、該エネルギー区段に適用する関数グループを利用し、材料属性をさらに判断する。例えば、上述の材料aに対して、最適な識別率に適するエネルギー範囲における放射線ビーム、例えば、第二エネルギーを有するX線と、第三エネルギーを有するX線と、第四エネルギーを有するX線とを利用し、それらの検出値の所定関数グループにより、材料aの材料属性をさらに判定する。上述の材料ｂに対して、最適な識別率に適するエネルギー範囲における放射線ビーム、例えば、第四エネルギーを有するX線と、第五エネルギーを有するX線と、第六エネルギーを有するX線とを利用し、それらの検出値の所定関数グループにより、材料ｂの材料属性をさらに判定する。
【００７９】
その判断することにより、CuとWとの中に一つが相応な関数関係に一致していない結果は得られる。はっきりとして、エネルギー数を続けて増加させると、区段がより細かく分けられる。対比の結果、多エネルギーでエネルギー区段を選択する方法が材料属性識別の精確性をより向上させる。
【００８０】
最後、クリアな被検体イメージを得るために、異なるエネルギーのX線で物体を検査して得られた多枚の画像を融合処理し、品質のよりよい走査画像を得る。
【００８１】
公知として、高エネルギーの放射線は物体に対する貫通力が強く、質量厚さの大きい物体を貫通して得られた検出データの精度が高く、質量厚さの大きいことに対して階調の画像が比較的にクリア。しかし、高エネルギーの放射線は質量厚さの薄いものを識別するときにぼけられる階調の画像が得られ、細かい情報を失いやすくなる。この欠点はちょうど低エネルギーの放射線が物質を貫通して得られた階調の画像が補償されるものである。
【００８２】
図8は不同質量厚さの情報を利用して画像を調整する方法のフローチャートである。この画像融合過程は高低エネルギーの放射線の不同質量厚さに対する異なる減衰特性を利用し、二種類の検出値の融合によって広い質量厚さ範囲におけるクリアな画像が得られる。
【００８３】
ステップS２１０とS２２０において、被検体の材料属性、例えば、被検体の質量厚さが厚いか薄いかを確定する。ここで、放射線の減衰状況により、材料質量厚さの大体の範囲を判定し、つまり、減衰が非常にひどい時例えば予定の閾値より小さく、質量厚さの高い材料であることが認められ、減衰が非常に小さい時例えば予定の閾値より大きく、質量厚さの低い材料であることが認められる。
【００８４】
ステップS２3０において、質量厚さの低い材料に対しては、高エネルギーのデータに３0％のような小さい重みが与えられ、低エネルギーのデータに70％のような大きい重みが与えられる。
【００８５】
ステップS２4０において、質量厚さの大きい材料に対しては、高エネルギーのデータに70％のような大きい重みが与えられ、低エネルギーのデータに３0％のような小さい重みが与えられる。
【００８６】
そして、ステップS２５０において、上述のように与えられる重みに基づいて、高エネルギー画像と低エネルギー画像とを合成し、最終なクリアな画像を得る。
【００８７】
従って、本発明は異なるエネルギーのX線が物質と相互作用して得られた検出値をそれと対応して予め決められる閾値を比較し、高エネルギーと低エネルギーとのデータにそれぞれ異なる重みが付与され、最終画像の階調情報を合成して得られる。
【００８８】
放射線が異なる質量厚さの物体と相互作用して検出された画像は異なる画像特性があるが、上述方法の処理を行い、物体を検出走査する過程において、被検体の質量厚さの差が大きい材料に対しては、非常にクリアな画像が同様に得られる。
【００８９】
以上述べたように、加速器に少なくとも三束の異なるエネルギーのX線が生じ、それらがそれぞれ同一物体と作用し、検出器で物体を貫通した放射線を検出し、検出結果に対する解析処理によって被検体の材料属性の区分を実現する。
【００９０】
加速器は加速器の動作パラメーターを変更することによって多束の異なるエネルギーの割合が優先するX線エネルギースペクトルを発生させる。加速器によるX線エネルギーのエネルギースペクトル範囲が比較的に広く、他のエネルギーのX線が占める割合は比較的に大きく、材料識別の精度に影響を及ぼし、エネルギースペクトル変調の手段によってX線スペクトルにおける所要のエネルギーのX線の割合を高くとする必要がある。異なるエネルギーのX線に対して異なる材料を利用して変調を行なって、最適化されたX線が得られる。当然、異なる放射性元素を異なるエネルギーの放射源とするとエネルギースペクトルを変調する必要がないが、選択できるエネルギー範囲が連続ではない。
【００９１】
上述のように、直接に加速器によって生じられるX線は連続なスペクトルであるので、材料識別の精度に影響を及ぼす。本発明はエネルギースペクトル変調器を利用して加速設備で発生するX線のエネルギースペクトルを変調する。異なるエネルギーについて異なる材料を用いてエネルギースペクトルを変調し、物質材料の識別に最適なエネルギースペクトルが得られる。
【００９２】
X線エネルギースペクトル分布のエネルギー範囲が不同であり、適合されるエネルギースペクトル変調の材料も不同である。例えば、ある一束のX線エネルギースペクトル分布の主なエネルギー範囲の下限があるエネルギーの高い閾値（例えば、〜3MeV）より高くなる場合には、該束のX線のエネルギースペクトル変調材料としてBや、ポリエチレンや、他の水素が豊富な有機物等のような低Z材料を選択すべきであると共に、放射線における低エネルギーの散乱成分を吸収するため、厚い低Z材料でエネルギースペクトル変調を行う後に薄い高Z材料を加えてエネルギースペクトル変調を行うことが好ましい。ある一束のX線エネルギースペクトル分布の主なエネルギー範囲の下限が、あるエネルギーの低い閾値（例えば、〜300keV）より高くなる場合には、該束のX線のエネルギースペクトル変調材料としてPbや、Wや、U等のような高Z材料を選択すべきであるが、Cuのような中Z材料であってもよい。
【００９３】
検出過程においては、分層される検出器を利用して異なるエネルギーの多束のX線を検出し、異なるエネルギーの放射線が物体と作用する区別を正確に区分するように異なるエネルギーの放射線と物質と作用した信号の値を精確に得る。異なる検出結晶体は異なるエネルギーのX線に対して敏感であるので異なる応答特性が表されている。異なるエネルギーの放射線が異なる検出結晶体内に信号を発生して収集すると同時に、異なるエネルギーの信号をさらに使用するように異なるエネルギーの検出信号を総合的に処理する。
【００９４】
異なる材料と放射線と作用する差別が最も顕著なエネルギー範囲は不同である。これにより、異なる材料に対して材料の材料属性を正確に得ることができるため、物質材料の識別を区分することに有利である、最低閾値と最高エネルギー閾値を予め供給する特定なエネルギー範囲を使用すべきである。例えば、有機物と無機物とを区分することに最適なエネルギー区間が0.3MeV〜3MeVであり、重金属を区分することに最適なエネルギー区間が1MeV〜4MeVであり、異なるエネルギー区間に対応して使用される処理関数も相同ではない。
【００９５】
以上のように、異なるエネルギーのX線を用いて物質材料属性の識別を実現するキーポイントは、異なるエネルギーのX線と物体と相互作用するときの区別を精確に検出できることである。また、上述の操作には物質が薄材料であるかとうかを解析する。選べられる検出エネルギーが一般にある値より高くて相応なμmがあまり小さい可能性がないことを決定するため、関数値が位置する座標系の領域により物質が薄材料であるかとうかを判断する。被検体の質量厚さが比較的に薄い場合には、輻射物理にある固有な統計性が無視できなくなる。加速器で発生する連続エネルギースペクトルのX線に対して、その優勢のあるエネルギー部分の放射線が物体と作用する特性は表れにくい。これは、検出精度の低下と材料属性に対する識別の精確率の減低を招来する。故に、被検体の質量厚さが薄い場合に対して、物体作用に対する最敏感なエネルギー区間を選択し、高ゆらぎ（fluctuation）の場合に対して設定される処理模型を利用して検出値を相応的に処理し、最終に精確に被検体の材料属性を得る。
【００９６】
また、本発明はいろいろな変形が可能であり、例えば、Ｘ線装置は上述の加速器を代替してもよい。この場合、X線装置の放射線出力端に本発明のエネルギースペクトル変調器を配置する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施例による多種類のエネルギーを有するX線で物体を検査する設備の概略図である。
【図２】本発明の実施例による異なるエネルギーを有する放射線にエネルギースペクトルの変調を行う装置設備の平面図である。
【図３】エネルギースペクトル変調器が加速設備における制御システムに発信した信号シーケンスを示す。
【図４】本発明の実施例による精確な多エネルギー放射線検出を実現するのに利用される検出器の概略図である。
【図５】全てのエネルギー区間内において輻射エネルギーと材料属性と材料質量厚さとの間に定められる関数関係の曲線である。
【図６】高Ｚ材料を区分することに有利であるエネルギー区間内において輻射エネルギーと材料属性と材料量厚さとの間に図5と相違な所定関数関係の曲線である。
【図７】異なるエネルギーの多束の放射線による検出値を利用して材料の識別を実現するトータルフローチャートである。
【図８】不同質量厚さの情報を利用して最終画像を調整する方法のフローチャートである。
【図１】
0004744428.tif 000007
【図２】
0004744428.tif 000008
【図３】
0004744428.tif 000009
【図４】
0004744428.tif 000010
【図５】
0004744428.tif 000011
【図６】
0004744428.tif 000012
【図７】
0004744428.tif 000013
【図８】
0004744428.tif 000014