CA2163884C

CA2163884C - Method and device for identifying designated materials in the composition of an object

Info

Publication number: CA2163884C
Application number: CA002163884A
Authority: CA
Inventors: Serge Maitrejean; Didier Perion
Original assignee: HEIMANN SYSTEMS
Current assignee: HEIMANN SYSTEMS
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 2006-08-22
Anticipated expiration: 2014-05-16
Also published as: CA2163884A1

Abstract

Le procédé comporte les étapes suivantes: préalablement, on détermine la fonction d'atténuation sur un spectre large de rayons X d'au moins trois matériaux de référence et on en déduit des fonctions de projection (F P1, F P2, F P3, F P4) formant une base; et on détermine la fonction d'atténuation sur ledit spectre de rayons X d'au moins un matéri au de test et on projette la fonction d'atténuation de chaque matériau de test sur ladite base; pour chaque point de l'objet (1), on détermine la fonction d'atténuation de l'objet (1) sur ledit spectre de rayons X, que l'on projette sur ladite base, on compare les projections ains i obtenues aux projections de chaque matériau de test et on en déduit de cette comparaison si au moins un matériau de test entre dans la composition de l'objet (1), au point considéré. Application à l'inspection et au contrôle de bagages.The method comprises the following steps: previously, the attenuation function is determined over a wide X-ray spectrum of at least three reference materials and projection functions are deduced therefrom (F P1, F P2, F P3, F P4) forming a base; and determining the attenuation function on said X-ray spectrum of at least one test material and projecting the attenuation function of each test material to said base; for each point of the object (1), the attenuation function of the object (1) on said X-ray spectrum, which is projected on said base, is determined, the projections thus obtained are compared with the projections of each test material and it is deduced from this comparison if at least one test material is in the composition of the object (1) at the point considered. Application to the inspection and check of baggage.

Description

~O 94/28442 ~ ~ ~ PCT/FR94/00580 .~ PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA RECONNAISSANCE DE
MATERIAUX DETERMINES DANS LA COMPOSITION D'UN OBJET
La présente invention concerne un procédé pour la reconnaissance de s matériaux déterminés dans la composition d'un objet et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Elle s'applique notamment à la détection de matériaux spécifiques tels par exemple des explosifs ou de la drogue.
Le document de brevet WO 9202892 décrit plusieurs procédés et i o dispositifs pour l'inspection des bagages et la détection de matériaux spécifiques. L'objet à inspecter est soumis à un faisceau de rayons X
prE3sentant alternativement deux énergies différentes (basse et haute).
On mesure l'atténuation du faisceau à la traversée de l'objet. Donc en chaque point de l'image, on possède un couple d'atténuations, une pour i s la gamme d'énergie haute et l'autre pour la gamme d'énergie basse.
Par ailleurs, des mesures préliminaires sont effectuées. Elles consistent à déterminer des couples d'atténuations (une pour la gamme d'énergie haute, l'autre pour la gamme d'énergie basse) pour une grande quantité d'échantillons représentatifs du ou des matériaux 2o spécifiques recherchés dans l'objet. Pour chaque type de matériau spécifique, les échantillons sont formés par différentes épaisseurs de matériau spécifique recouvertes par différentes épaisseurs d'un matériau de recouvrement. Tous ces couples d'atténuations de référence sont classés dans une table enregistrée en mémoire. Ils 2s sont aussi mis en correspondance avec un paramètre P égal à
l'épaisseur de matériau spécifique pour l'échantillon considéré.
Lorsque l'objet à inspecter est soumis au faisceau de rayons X, pour un point de l'image, le couple d'atténuations mesuré est comparé aux couples d'atténuations enregistrés dans la table.
3 o Par interpolation, on déduit une valeur du paramètre P. En effectuant une corrélation entre au moins une des atténuations du couple mesuré, par exemple l'atténuation dans la gamme d'énergie haute, et la valeur de P, on peut déduire si l'objet contient une certaine quantité
de matériau spécifique au point considéré. Les risques d'erreur de ss détection et donc de fausse alerte sont diminués en comparant les différents points de l'image avec leurs voisins.
FEUILLE DE REMPLACEP~ENT (REGLE 26) WO 94/2844 ~ O 94/28442 ~ ~ ~ PCT / FR94 / 00580 METHOD AND DEVICE FOR RECOGNIZING
MATERIALS DETERMINED IN THE COMPOSITION OF AN OBJECT
The present invention relates to a method for the recognition of s determined materials in the composition of an object and a device for its implementation. It applies in particular to the detection of specific materials such as explosives or drugs.
WO 9202892 discloses several methods and devices for baggage inspection and material detection specific. The object to be inspected is subjected to an X-ray beam alternately presenting two different energies (low and high).
The attenuation of the beam is measured at the crossing of the object. So in every point of the image, we have a couple of attenuations, one for is the high energy range and the other for the low energy range.
In addition, preliminary measurements are made. They consist in determining pairs of attenuations (one for the high energy range, the other for the low energy range) for a large number of representative samples of the material (s) 2o specific sought in the object. For each type of material Specifically, the samples are formed by different thicknesses of specific material covered by different thicknesses of a covering material. All these couples of attenuations of reference are classified in a table stored in memory. They 2s are also mapped to a parameter P equal to the specific material thickness for the sample under consideration.
When the object to be inspected is subjected to the X-ray beam, for a point of the image, the measured pair of attenuations is compared with the pairs of attenuations recorded in the table.
3 o By interpolation, a value of the parameter P is deduced.
a correlation between at least one of the attenuations of the couple measured, for example attenuation in the high energy range, and the value of P, we can deduce if the object contains a certain quantity of specific material at the point considered. The risks of error ss detection and therefore false alarm are reduced by comparing the different points of the image with their neighbors.
SUBSTITUTE SHEET ~ ENT (RULE 26) WO 94/2844

2 , . PCT/FR94/00580 ~~~8~

~~ Cette méthode présente des inconvénients majeurs.
Deux mesures sont effectuées pour chaque point de l'image, l'une pour les hautes énergies, l'autre pour les basses énergies. Ces deux s mesures sensiblement indépendantes, permettent de déduire deux informations indépendantes en chaque point. Ces deux informations indépendantes sont utilisées pour extraire des indications sur la composition chimique de l'objet à inspecter.
L'indépendance de ces deux informations provient du fait que deux i o effets physiques prédominants peuvent survenir lors de l'interaction d'un photon X avec un matériau: l'effet Compton et l'effet photoélectrique. Mais d'autres informations indépendantes sont accessibles, ceci étant dû au fait qu'il existe d'autres effets physiques indépendants lors de ce type d'interaction.
i s La méthode proposée dans le document WO 9202892 n'exploite donc pas toutes les informations qu'il est possible d'extraire d'une interaction d'un photon X avec un matériau.
Pour compenser la restriction à deux informations indépendantes pour obtenir des indications sur la composition chimique de l'objet 2o inspecté, le procédé de l'art antérieur préconise d'utiliser des corrélations entre les atténuations mesurées et un paramètre P
correspondant à des valeurs d'atténuations tabulées. Ces valeurs d'atténuations tabulées doivent être enregistrées en très grand nombre pour limiter le risque d'erreur d'interprétation. Malgré tout, 2s aussi grand que soit le nombre de couples d'atténuations tabulées, la méthode, très indirecte, n'élimine pas le risque de fausse alerte ou à
l'inverse, de non détection du matériau recherché.
Par ailleurs, les caractéristiques (en intensité, en forme de spectre, en 2,. PCT / FR94 / 00580 ~~~ 8 ~
two ~~ This method has major disadvantages.
Two measurements are made for each point of the image, one for high energies, the other for low energies. These two s substantially independent measurements, allow to deduce two independent information at each point. These two informations are used to extract information on the chemical composition of the object to be inspected.
The independence of these two pieces of information stems from the fact that two Predominant physical effects may occur during the interaction of an X photon with a material: the Compton effect and the effect photoelectric. But other independent information is accessible, this being due to the fact that there are other physical effects independent in this type of interaction.
The method proposed in document WO 9202892 therefore does not exploit not all the information that can be extracted from a interaction of an X photon with a material.
To compensate for the restriction to two independent information for information on the chemical composition of the object 2o inspected, the method of the prior art recommends using correlations between the measured attenuations and a parameter P
corresponding to tabulated attenuation values. These values tabulated attenuations should be recorded in very large numbers number to limit the risk of misinterpretation. Nevertheless, 2s as large as the number of pairs of tabulated attenuations, the method, very indirect, does not eliminate the risk of false alarm or the opposite, of no detection of the desired material.
Moreover, the characteristics (in intensity, in spectrum form, in

3 o énergie ...) du faisceau de rayons X varient rapidement et de maniére notable dans le temps.
Les couples d'atténuations enregistrés dans la table, résultant d'une calibration effectuée avec un faisceau présentant certaines caractéristiques, dépendent de ces caractéristiques et ne sont plus 3 s valables comme référence pour un faisceau présentant d'autres ~O 94/28442 ~ PCT/FR94/00580 caractéristiques.
De ce fait, il peut arriver qu'à cause des modifications du faisceau, les reconnaissances de matériau spécifique soient de fausses alertes, et plus grave, il peut arriver que le système ne détecte pas la présence s d'un matériau spécifique dans l'objet. Ce dernier cas peut entraîner de 'funestes conséquences si le matériau spécifique est un explosif placé dans un bagage.
Les variations de caractéristiques du faisceau peuvent être i o compensées grâce à des calibrations effectuées à intervalles réguliers et suffisamment courts pour éviter que les dérives du faisceau entraînent une perturbation dans la détection. Mais étant donné le mode de fonctionnement de la méthode, pour effectuer une calibration, il faut mesurer tous les couples d'atténuations enregistrés i s dans ia table et ensuite refaire les correspondances avec les valeurs du paramètre P.
De 'façon concrète, il faut faire défiler dans le trajet du faisceau différentes épaisseurs de matériau spécifique à tester et différentes 2o épaisseurs d'un matériau de recouvrement. L'interpolation d'un couple d'atténuations dans les couples tabulés est d'autant plus précise que le nombre de couples tabulés est grand. Par conséquent, la mise à jour des couples d'atténuations tabulés prend un temps important, incompatible avec un fonctionnement continu du dispositif.
2s On peut fractionner les calibrations et effectuer les mesures de calibration pendant les temps morts de la machine, c'est à dire dans le cas de l'inspection de bagages, dans les temps séparant le passage de deux bagages successifs. Malgré cela, lorsque le nombre d'échantillons (un échantillon correspondant à une épaisseur donnée 3 o de matériau spécifique accolé à une épaisseur donnée de matériau de recouvrement) est élevé, comme cela est nécessaire pour obtenir une précision suffisante, la durée entre deux raffraichissements d'un couple d'atténuations tabulé est importante et les riques d'erreur ne sont pas négligeables.
3s 3 o energy ...) of the X-ray beam vary rapidly and so notable in time.
The pairs of attenuations recorded in the table, resulting from a calibration carried out with a beam presenting certain characteristics, depend on these characteristics and are no longer 3s valid as reference for a beam with other ~ O 94/28442 ~ PCT / FR94 / 00580 characteristics.
As a result, it may happen that due to beam changes, recognitions of specific material are false alerts, and more serious, it can happen that the system does not detect the presence s of a specific material in the object. This last case can lead to fatal consequences if the specific material is an explosive placed in a luggage.
The variations in beam characteristics can be compensated by calibrations performed at intervals regular and sufficiently short to prevent the drifts of the beam cause a disturbance in the detection. But being given the mode of operation of the method, to perform a calibration, it is necessary to measure all the pairs of attenuations recorded is in the table and then redo the values of the parameter P.
Concretely, you have to scroll through the beam path different thicknesses of specific material to be tested and different 2o thicknesses of a covering material. The interpolation of a couple of attenuations in the tabulated couples is all the more specifies that the number of tabulated pairs is large. Therefore, updating the tabulated attenuation pairs takes a long time important, incompatible with continuous operation of the device.
2s Calibrations can be split and measurements taken calibration during idle time of the machine, ie in the case of the baggage inspection, in the time separating the passage of two successive baggage. Despite this, when the number of samples (a sample corresponding to a given thickness 3 o specific material attached to a given thickness of material recovery rate) is high, as is necessary to obtain sufficient precision, the duration between two refreshes of a tabulated attenuation pair is important and the error are not negligible.
3s

4 w La présente invention propose de pallier ces inconvénients. Pour cela, au lieu d'utiliser deux mesures d'atténuation correspondant l'une à une gamme d'énergie basse et l'autre à une gamme d'énergie haute, l'invention préconise l'utilisation de la fonction d'atténuation s sur un large spectre.
De cette manière, on peut déduire au moins trois informations indépendantes pour caractériser chimiquement un objet. En théorie, l'utilisation de la fonction d'atténuation devrait permettre d'obtenir une grande quantité d'informations indépendantes, mais il se trouve que i o les phénomènes physiques de moindre probabilité que les effets Compton ou photoélectrique intervenant lors des interactions des photons X avec la matière sont en fait partiellement corrélés entre eux, limitant de ce fait le nombre d'informations que l'on peut tirer des mesures d'atténuation.
is De manière plus précise, la présente invention concerne un procédé
pour la reconnaissance de matériaux déterminés dans la composition d'un objet. Ce procédé comprend les étapes suivantes:
A. Préalablement, déterminer la fonction d'atténuation sur un 2o spectre large de rayons X d'au moins trois matériaux de référence et en déduire des fonctions de projection formant une base;
B. Lors d'une seconde étape préliminaire, déterminer la fonction d'atténuation sur ledit spectre de rayons X d'au moins un 2s matériau de test et projeter la fonction d'atténuation de chaque matériau de test sur ladite base;
C. Pour chaque point de l'objet , - déterminer la fonction d'atténuation de l'objet sur ledit spectre de rayons X, 30 - projecter la fonction d'atténuation de l'objet sur ladite base, - comparer les projections ainsi obtenues aux projections de chaque matériau de test et déduire de cette comparaison si au moins un matériau de test entre dans la composition de l'objet, au point considéré.

ø De manière avantageuse, le spectre de rayons X s'étend au moins sur une gamme allant de 30 à 100 keV.
~ Préférentiellement, la fonction d'atténuation de l'objet , les fonctions d'atténuation des matériaux de référence, les fonctions d'atténuation s des matériaux de test sont toutes exprimées en fonction d'une variable u en relation bijective avec l'énergie des rayons X.
Ceti;e variable u peut être égale à l'atténuation d'une épaisseur fixée d'un matériau de calibration. Ce matériau de calibration possède i o avantageusement un numéro atomique effectif Z effectif compris dans une gamme allant de 5 à 26.
De manière préférée, les fonctions de projection sont orthogonales entre elles.
i s Selon un mode de réalisation particulier, les fonctions de projection soni: des fonctions propres associées à des valeurs propres déterminées par la diagonalisation d'une matrice constituée des produits scalaires des fonctions d'atténuation des matériaux de référence.
Selon ce mode de réalisation avantageusement, lors d'une étape préliminaire, pour chaque matériau de test, on détermine un ensemble de coefficients de projection résultant de la projection des fonctions d'atténuation des matériaux de test sur ladite base, et 2s lesdites valeurs propres étant classées par ordre décroissant, de chaque ensemble de coefficients de projection, on déduit un ensemble de coefficients de comparaison pour les matériaux de test en divisant chaque coefficient de projection de l'ensemble considéré
par le coefficient de l'ensemble considéré correspondant à la 3o projection sur la fonction de projection associée à la plus grande des valeurs propres, ces ensembles de coefficients de comparaison pour les matériaux de test étant utilisés pour des comparaisons permettant de déduire si au moins un matériau de test entre dans la composition de l'objet.

s Si l'objet inspecté est composé de la réunion d'objets unitaires, on réalise une image des contours des objets unitaires, les contours étant des zones de transition entre les différents objets unitaires, pour chaque point de l'objet, on détermine un ensemble de coefficients de s projection résultant de la projection de la fonction d'atténuation de l'objet sur ladite base, on détermine des variations des ensembles de coefficients de projection de l'objet à l'intérieur des zones de transition, on déduit de ces variations des coefficients de comparaison avec les coefficients de comparaison pour les matériaux de test.
io Avantageusement, les numéros atomiques effectifs des matériaux de référence sont régulièrement répartis dans une gamme allant de 3 à
30.
Dans ce cas, de manière préférée, un premier matériau de référence i s est choisi parmi les matériaux présentant un numéro atomique effectif compris dans une gamme allant de 3 à 7, en ce qu'un deuxième matériau de référence est choisi parmi les matériaux présentant un numéro atomique effectif compris dans une gamme allant de 7 à 10;
en ce qu'un troisième matériau de référence est choisi parmi les 2o matériaux présentant un numéro atomique affectif compris dans une gamme allant de 10 à 17 et en ce qu'un quatrième matériau de référence est choisi parmi les matériaux présentant un numéro atomique effectif compris dans une gamme allant de 17 à 30.
2s Le premier matériau de référence peut être du polyéthylène, en ce que le second matériau de référence est du Téflon, en ce que le troisième matériau de référence est du duralumin, en ce que le quatrième matériau de référence est du fer.
3 o Les matériaux de test peuvent être des explosifs ou de la drogue dans une application à l'inspection de bagages.
L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Ce dispositif comprend:
ss - des moyens pour déterminer des fonctions d'atténuation sur un O 94/28442 ~ ~ ~ ~ ~ PCT/FR94I00580 spectre large de rayons X, ces fonctions d'atténuation étant exprimées en fonction d'une variable u en relation bijective avec l'énergie des rayons X, - des moyens de traitement aptes à effectuer des projections des = s fonctions d'atténuation sur des fonctions formant une base et préalablement déterminées à partir des fonctions d'atténuation d'au moins trois matériaux de référence, - des moyens de convoyage d'un objet à caractériser, permettant de soumettre cet objet aux moyens pour déterminer i o une fonction d'atténuation, - des moyens de comparaison des projections de la fonction d'atténuation de l'objet à des projections préalablement effectuées de fonctions d'atténuation d'au moins un matériau de test et pour déduire de cette comparaison si au moins un i s matériau de test entre dans la composition de l'objet, et - des moyens d'affichage apte à afficher au moins une image de l'objet en différenciant les points pour lesquels un matériau de test entre dans la composition de l'objet.
2o Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de traitement d'images aptes à former une image de contours.
De manière préférée, les moyens pour déterminer des fonctions d'atténuation comprennent une cible en matériau de calibration, et 2s possédant différentes épaisseurs, cette cible étant apte à défiler à
volonté dans le faisceau de rayons X.
Sslon une première variante, les moyens pour déterminer une fonction d'atténuation comprennent une source délivrant un faisceau 3 o de rayons X successivement sur plusieurs plages spectrales et une barrette de détecteurs, chaque détecteur étant sensible à toutes les plages spectrales.
Selon une autre variante, les moyens pour déterminer une fonction 3s d'atténuation comprennent un générateur de faisceau de rayons X sur un spectre large et fixe et une barrette d'empilements de détecteurs, chaque détecteur d'un empilement jouant le rôle de filtre passe-haut pour le détecteur adjacent suivant.
s Le procédé et le dispositif de l'invention présentent de nombreux avantages par rapport à l'art antérieur. Les éléments de comparaison sont ici des fonctions d'atténuation (ou plus précisement leurs projections sur des fonctions de base) des matériaux de test.
Le nombre d'informations indépendantes sur la composition de l'objet i o que l'on peut donc tirer sont au minimum égales au nombre d'informations obtenu par les techniques de l'art antérieur. Sans difficulté, on a accès à au moins une information supplémentaire, ce qui améliore la sensibilité et la fiabilité du système.
Ces fonctions d'atténuation une fois déterminées et enregistrées ne i s sont plus soumises à des fluctuations. Cela simplifie considérablement les problèmes de calibration.
Pour compenser les dérives éventuelles du faisceau de rayons X, il suffit d'effectuer des mesures de l'atténuation des différentes épaisseurs du matériau de calibration. Ceci peut-être fait très 2o rapidement (de l'ordre de 10 s par mesure) et fréquement, ce qui permet d'éviter toute erreur de détection due à des modifications dans les caractéristiques du faisceau.
La présente invention et ses avantages seront mieux comprise à la 2s lecture de la description qui suit donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention;
la figure 2 représente schématiquement une suite de spectres en 3o énergie utilisée pour mesurer des transmissions;
la figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation d'un dispositif pour ia mise en oeuvre du procédé conforme à
l'invention;
la figure 4 représente schématiquement une image de contours d'un 3 s objet; et ~O 94/28442 ~ ~. ~ ~ ~ ~ ~ PCTIFR94/00580 s la figure 5 représente schématiquement une vue agrandie d'une partie de l'image de la figure 4.
A
En référence à la figure 1, on décrit maintenant un dispositif pour la ~ s mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention.
Le dispositif comprend des moyens pour déterminer une fonction d'atténuation sur un spectre large de rayons X.
Comme on le verra dans le cours de la description, ces moyens de i o détermination d'une fonction d'atténuation sont utilisés à plusieurs fois:
- Une première fois, pour mesurer des fonctions d'atténuation de matériaux de référence. Ces fonctions d'atténuation servent à la détermination de fonctions formant une base. Ces mesures sont faites une fois pour toute lors d'une étape préliminaire.
i s - Une seconde fois, pour mesurer des fonctions d'atténuation de matériaux de test dont on recherche la présence dans la composition des objets à caractériser. Ces mesures sont aussi effectuées une fois pour toute lors d'une seconde étape préliminaire;
- Une troisième fois, pour mesurer les fonctions d'atténuation en 2o chaque point de l'objet à caractériser.
Un générateur 10 de rayons X délivre, sous la commande d'un système de commande 12 à potentiel variable, un faisceau en éventail 14 (la forme en éventail étant obtenue de façon connus à
2s l'aide d'un collimateur en forme de fente non représenté) dont fénE:rgie maximum est variable en fonction du potentiel appliqué au gën~érateur de rayons X. Un système 16 permet de faire défiler différents filtres 16a, en synchronisme avec la variation d'énergie du faisceau. Dans l'exemple de la figure 1, le système à filtres 16 s o comprend un disque dont les portions correspondent chacune à un filtre différent. Les filtres sont du type passe-haut et sont connus en eux mêmes. A chaque potentiel appliqué au générateur de rayons X
correspond un filtre.
La rotation du disque est entraînée par un système de commande 17 3s connecté à la commande 12 pour régler la synchronisation.

~ D'autres systèmes à filtres peuvent ëtre utilisés de manière équivalente; par exemple les filtres disposés successivement peuvent défiler dans le parcours du faisceau sous l'effet d'une translation.
s Sur la figure 2, on a représenté la suite des spectres obtenus successivement lors de la rotation du disque en fonction de l'énergie.
Les filtres sont choisis de manière à obtenir un chevauchement des spectres successifs.
Dans le spectre en énergie du faisceau 14, chaque filtre supprime i o toutes les énergies inférieures à un seuil caractéristique du filtre. Pour chaque spectre de la figure 2, la partie des hautes énergies correspond à l'énergie maximale délivrée par le générateur 10 lorsque le filtre associé est placé dans le parcours du faisceau.
Dans la pratique, les spectres en énergie ne sont pas caractérisés de i s manière précise, et leur forme exacte est sans incidence notable sur la mesure. Par contre, il est important que la forme et l'intensité de chaque spectre ne varient pas entre le moment où l'on effectue les mesures de référence et les mesures sur l'objet à caractériser.
2o Par ailleurs, les faibles discontinuités dans la succession des spectres sont, elles aussi, sans incidence sur les mesures. Toutefois, pour ne pas perturber les mesures, ces discontinuités doivent être inférieures à 5 keV pour la plage allant de 20 à 40 keV et inférieure à 10 keV au delà.
2s De retour à la figure 1, on voit que le dispositif comprend une cible ou pièce 18 en forme de marches d'escalier. Chaque marche correspond à un échantillon de matériau d'épaisseur différente.
Cette pièce 18 est réalisée dans un matériau de calibration dont le 3 o numéro atomique effectif Z peut être compris entre 5 et 26. On choisit par exemple l'alliage connu sous le nom Duralumin (mélange composé de 95% AI, 4,5%Cu, et 0,5%Mn) dont le Z effectif est environ ' égal à 13,5.
3 s Dans cette réalisation, l'épaisseur de la seconde marche 18a est wchoisie comme épaisseur de référence. Bien entendu, toute autre marche pourrait être choisie comme marche de référence.
L'épaisseur de référence pour le Duralumin peut être choisie dans la gamme allant de 1 à 5mm, par exemple 4mm.
S
D'une manière générale, un nombre N d'épaisseurs distinctes de matE~riau de calibration, et donc de marches de la pièce 18, est nécessaire lorsque N+1 spectres sont utilisés. Une pièce 18 comprenant neuf marches est donc adaptée à un dispositif utilisant i o dix spectres en énergie.
La pièce 18 peut être placée à volonté sur le parcours du faisceau grâce à un mouvement de translation. Pour des raisons de clareté de représentation, le dispositif permettant la translation de la pièce 18 n'esi: pas représenté sur la figure 1.
is Par ~~illeurs, la pièce 18 peut prendre d'autres formes, équivalentes à
celle de la pièce représentée. Par exemple, la pièce 18 peut prendre la forme d'un disque dont les portions possèdent les différentes épaisseurs souhaitées et dont une portion est évidés pour laisser 20 libre le trajet du faisceau.
Sur la figure 1, on voit que le dispositif comprend une barrette 20 de détecteurs 22, placée dans le trajet du faisceau 14. Une barrette 20 comprend environ mille détecteurs 22, par exemple, formés chacun d'une scintillateur et d'une photodiode. La barrette de détecteurs est 2s placée à l'arrière d'un élément de collimation 24, par exemple une fente. La barrette de détecteurs permet la formation d'une colonne d'image, chaque détecteur 22 correspond à un pixel de l'image. La barette peut également prendre la forme d'un L.
Les détecteurs 22 de ia barrette 20 sont connectés en sortie à l'entrée so d'un système de traitement 26, du type d'un ordinateur doté de mémoires.
Conformément au procédé de l'invention, une première étape consiste à déterminer pour chaque point de l'objet 1 à caractériser la fonction 3 s d'atténuation de cet objet dans une gamme d'énergie s'étendant au ~2 moins entre 30 et 100 keV. Elle peut être par exemple égale à la gamme allant de 20 à 150 keV. L'objet 1 prend sur la figure 1 fa forme d'une valise, à titre d'exemple.
s Pour chaque détecteur 22, lors d'une étape préliminaire où l'objet 1 n'est pas placé dans le faisceau, on effectue des mesures de calibration. Ces mesures de calibration consistent à mesurer l'intensité transmise par les différentes épaisseurs de la pièce 18 soumises au faisceau de mesure.
i v Dans un premier temps, on mesure cette intensité transmise pour une épaisseur nulle, c'est à dire sans que la pièce 18 soit interposée dans le trajet du faisceau.
Le système 26 commande la variation du potentiel variable et le filtrage adéquat du faisceau par le système 16 à filtres. Sous l'effet i s conjugué de la variation de potentiel et du filtrage adéquat, le faisceau de mesure 14 présente successivement N+1 spectres en énergie différents. N+1 peut être par exemple égal à 10.
A chaque valeur d'énergie maximum du faisceau correspond un filtre 2o du système 16 pour obtenir successivement les différents spectres en énergie. Chaque variation de l'énergie maximum est synchronisée avec le positionnement d'un nouveau filtre.
Chaque détecteur 22 mesure l'intensité du faisceau de mesure pour 2s chacun des spectres et ces mesures sont mises en mémoire par le système de traitement 26.
On refait ces mêmes mesures mais en plaçant successivement sur le trajet du faisceau les différentes épaisseurs de la pièce 18. Une fois 3 o ces mesures enregistrées en mémoire par le système 26, la pièce 18 est retirée du trajet du faisceau.
La calibration du dispositif est donc très rapide. Lors d'une utilisation continue du dispositif, appliqué à la surveillance de bagages, elfe s s peut-être renouvellée à chaque intervalle entre deux bagages.

a La cible 18 est ensuite retirée du trajet du faisceau et l'objet 1 à
caractériser est placé sur ce trajet. Pour cela, l'objet est placé sur un - convoyeur 28 du type d'un tapis roulant. La translation de l'objet est suffisamment lente pour permettre la formation successives des lignes .. s d'image. De façon optimale, le déplacement de l'objet est perpendiculaire au plan formé par l'axe longitudinal de la fente 24 et/ou de la barette 20 et par le point focal du tube générateur de rayons X.
i v Pour une ligne d'image, l'objet 1 est soumis successivement à chacun des spectres en énergie réalisés par la variation de l'énergie maximum du faisceau synchronisée avec l'interposition du filtre adéquat. Pour chaque spectre en énergie, l'intensité transmise après traversée de l'objet est mesurée par les détecteurs 22 de la barrette i s 20 Est mise en mémoire.
Grâce à ces mesures, le système 26 déduit une formule analytique de l'atténuation de l'objet, pour chaque pixel. Cette atténuation est exprimée en fonction d'une variable u en relation bijective avec l'énergie E. Dans l'exemple présentement décrit, u est égale à la 2o transmission d'une épaisseur donnée de la pièce 18, par exemple, celle de la seconde marche 18a, prise comme référence.
Dans l'exemple choisi où la pièce 18 est en Duralumin dont la densité
d (exprimée en g/cm3) est égale à 2,7 et où l'épaisseur ep de la deuxième marche choisie comme référence est égale à 0,4cm, la 2s variable u est égale à: u = e -att(E) . 2,7 . 0,4 où att(E) est l'atténuation massique.
De façon général, on a: u = e -att(E) . d . ep 3o Si on définit l'indice j comme étant le numéro du spectre auquel est soumis l'objet, j=1 correspondant au spectre d'énergie maximum la plus basse, alors l'intensité Dj transmise par l'objet s'exprime comme suit:
Dj = j Ij (E) Tr (E) dE (0) pj = j Ij (E) e-att (E) dE ( 1 ) où Ij (E) est l'intensité du jème spectre en énergie, fonction de l'énergie E, Tr (E) et att (E) sont respectivement la fonction de transmission et d'atténuation exprimées ici en fonction de l'énergie E.
s En effectuant un changement de variable, faisant apparaître le paramètre u à la place de E, Dj s'écrit Dj = ,( l'j (u) e-att' (u) du (2) où l'j (u) est l'intensité du jème spectre exprimée en fonction de u et att' (u) est la fonction d'atténuation recherchée.
io La fonction de transmission de l'objet est exprimée en fonction du paramètre u . Dans une première étape, le système 26 réalise ce changement de variable puis il fait l'approximation suivante: la fonction de transmission de l'objet est exprimée comme un i s développement polynomial fini en puissances du paramètre u; soit:
N
e-att' (u) ~ ~ a i u f(i) i=0 i étant un indice qui varie de 0 à N.
2o Cette approximation s'est en pratique révélée très précise.
Le nombre de termes du développement (N+1 ) est inférieur ou égal au nombre de spectres en énergie différentes utilisés pour les mesures de transmission. II est par conséquent inférieur ou égal au 2s nombre N d'épaisseurs de matériau de référence utilisées pour la calibration plus un (ce qui correspond à l'absence de la pièce 8 dans le faisceau). De ce fait, chaque indice i correspond à un numéro de marche de la pièce 18, l'indice i = 0 correspondant à une épaisseur nulle c'est à dire que la pièce 18 n'est pas dans le trajet du faisceau.
Pour chaque valeur de i, f (i) puissance du développement dans l'équation (3), représente un rapport entre une des épaisseurs du matériau de calibration et l'épaisseur de référence.
De manière avantageuse, ces rapports sont tels que les puissances 3 s f(i) augmentées de 1 /2 forment une suite géométrique.

94/28442 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ PCTIFR94100580 Sous forme d'expression mathématique, ce choix peut s'écrire:
f (i) ~+ 1 /2 = ai (f (o) + 1 /2) ;
De plus, on choisit f (o) = o pour que i = o corresponde au trajet libre du faisceau et donc à une épaisseur nulle; par conséquent s f(i):=(ai-1)/2.
De plus, on inclut préférentiellement dans la suite, l'épaisseur de référence. De cette manière, si la seconde marche est choisie comme épaisseur de référence, on a i v f (2) = 1 et par conséquent a = X13; la raison de la suite est égale à
racine carrée de trois.
On peut montrer que ce choix pour les valeurs des puissances du développement et donc pour les épaisseurs des marches permet i s d'obtenir un développement stable.
En réalité, à cause des inévitables imprécisions d'usinage, les f (i) ne prennent pas exactement les valeurs calculées. Mais ces faibles écarts sont sans conséquence sur la validité du résultat.
On montre que l'intensité transmise par l'objet 1 pour le spectre j peut N
se décomposer comme suit : Dj = E ai Cji (4) i=0 2s somme dans laquelle les termes Cji correspondent pour chaque spectre j à l'intensité transmise par les différentes épaisseurs de matériau de calibration, i=0 correspondant à l'épaisseur nulle (la pièoe 18 étant hors du trajet du faisceau).
s o Dans l'égalité (4) , les Dj et les Cji sont connus par leur mesure, seuls les coefficients ai sont inconnus. Le nombre d'épaisseurs de matériau de calibration (en comptant en plus l'épaisseur nulle) peut être choisi inférieur ou égal au nombre de spectres pour que l'on puisse déterminer les coefficients ai. Dans l'exemple décrit ici, on réalise dix 3 s spectres différents en énergie, la cible 18 comporte neuf marches auxquelles il faut adjoindre les mesures supplémentaires effectuées lorsque la pièce 18 est hors du trajet du faisceau.
Par conséquent, lors d'une étape suivante, à l'aide des valeurs mises en mémoire lors de la calibration et des mesures de transmission de s l'objet, le système 26 détermine les ai . Ceci peut être réalisé par toute méthode connue par exemple par la méthode des moindres carrés.
L'atténuation Att est définie comme:
Att = -LogTr où Tr est la transmission.
Une fois, les coefficients ai déterminés, le système 26 les remplace i o par leurs valeurs dans l'équation (3), en prend le logarithme népérien et multiplie par (-1 ). De cette manière, le système 26 déduit la fonction d'atténuation de l'objet 1 en fonction du paramètre u.
La figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation.
i s Au lieu de tester successivement les différents spectres en énergie du faisceau 14, un faisceau de mesure à spectre fixe et large est utilisé.
Pour chaque pixel, les mesures d'intensité transmise par la pièce 18 ou par l'objet 1 sont effectuées grâce à un empilement 30 de détecteurs 30a, 30b, ... Chaque détecteur peut être formé d'un 2o scintillateur et d'une photodiode.
Les empilements 30 sont juxtaposés pour former une barrette 20 représentée partiellement sur la figure 3. Chaque détecteur joue le rôle de filtre passe haut pour les détecteurs suivants. C'est ainsi que 2s chaque détecteur délivre un signal électrique correspondant à
l'intensité pour une partie déterminée du spectre large en énergie.
On comprend donc que dans le dispositif de la figure 1, les objets à
caractériser sont soumis à un faisceau de mesure présentant successivement des spectres en énergie différents de manière à
3 o balayer la gamme en énergie désirée, alors que dans le dispositif de la figure 3, les objets sont soumis à un faisceau de mesure à spectre large correspondant à la gamme en énergie désirée, ce spectre large étant ensuite filtré par les différents détecteurs.
3s Le dispositif de la figure 3 comprend un générateur de faisceau de mesure 32. Ce générateur 32 est connecté à une commande 34 à
potentiel fixe telle que le faisceau de mesure présente un spectre large en énergie. Par spectre large en énergie, on entend toute la garnme d'énergie que l'on désire tester, par exemple la gamme s s'étendant de 20 keV à 150 keV.
Comme précédemment, le dispositif comprend une pièce 18 en forme de marches d'épaisseurs déterminées et réalisée en un matériau de référence. La pièce 18 peut défiler à volonté dans le faisceau ou bien i o être positionnée hors du trajet du faisceau grâce à un mouvement de translation non représenté.
Chaque détecteur 30a, 30b, ... de l'empilement 30 est connecté au système de commande et de traitement 26. Dans cette variante, les me sures d'intensités transmises pour chaque spectre découpé dans i s le spectre large par le filtrage dü aux détecteurs sont éffectuées simultanément. Le traitement réalisé par le système 26 pour obtenir la fonction d'atténuation est similaire à celui décrit précédement.
A l'aide de l'un des dispositifs et du procédé qui viennent d'être 2o décrits, lors d'une étape préliminaire effectuée après une étape de calibration et réalisée une fois pour toute, on détermine des fonctions d'atténuation d'au moins trois matériaux de référence, exprimées en fonction de u.
Les matériaux de test que l'on recherche dans la composition de 2s l'objet à caractériser peuvent être de n'importe quelle nature.
On choisit une gamme de numéros atomiques effectifs allant par exemple de 5 à 30 et dans cette gamme, on choisit des matériaux de référence ayant des numéros atomiques effectifs, Z effectif, s o régulièrement espacés de manière à couvrir cette gamme de référence.
A titre d'exemple, la suite de la description est donnée pour quatre matériaux de référence. Cependant, la présente invention s'applique 3 s en utilisant au moins deux matériaux de référence.

~- Le premier matériau de référence possède un Z effectif compris dans une gamme allant de 2 à 7; ce peut ëtre par exemple du polyéthylène, possédant un Z effectif environ égal à 5,3.
Le second matériau de référence possède un Z effectif compris dans s une gamme allant de 7 à 10; ce peut être par exemple du Téflon, possédant un Z effectif environ égal à 8.
Le troisième matériau de référence possède un Z effectif compris dans une gamme allant de 10 à 17 ; ce peut -ëtre par exemple du Duralumin, possédant un Z effectif environ égal à 13,5.
i o Le quatrième matériau de référence possède un Z effectif compris dans une gamme allant de 17 à 30; ce peut -ëtre par exemple du fer, possédant un Z effectif environ égal à 26.
Lors d'une autre étape préliminaire réalisée une fois pour toute, on détermine les fonctions d'atténuation (exprimées en fonction de u) de i s matériaux de test.
Ces matériaux de test sont les matériaux dont on recherche la présence dans la composition de l'objet inspecté. Ces matériaux de test peuvent être par exemple des explosifs ou de la drogue.
2o Le système de traitement 26 détermine autant de fonctions de projection que de matériaux de référence. Ces fonctions de projection forment une base calculée à partir des fonctions d'atténuation des matériaux de référence. Elles sont notées Fpi , Fp2, Fp3, Fp4, Pour déterminer les fonctions de projection, le système de traitement 2s 26 calcule d'abord tous les produits scalaires des fonctions d'atténuation des matériaux de référence entre elles. Ces produits scalaires forment une matrice définie, positive, qui est diagonalisée.
Le résultat de la diagonalisation est la détermination de valeurs propres auxquelles sont associées des fonctions propres 30 orthogonales entre elles. Toute base de fonctions de projection est determinée à partir de la base formée par les fonctions propres. En particulier, on peut utiliser directement la base formée par les fonctions propres.
3 s De façon plus spécifique, la détermination des fonctions de projection ~- peut, par exemple, s'effectuer en utilisant une méthode bien connue, dénommée analyse aux composants principales.
Si l'on appelle AH1, AH2, AH3, AH4 ... les fonctions Atténuations des s matériaux de référence, cette méthode procède comme suit:
- On construit d'abord une matrice carré M dont les éléments sont les produits scalaires deux à deux des fonctions AHi . Par produit scalaire on Entend, par exemple, le produit scalaire canonique des fonctions:
Mij = AHi . AHj = j AHi(u) . AHj (u) . du i o les .bornes de l'intégrale étant les valeurs extrèmes de la variable u correspondant à la plage d'énergie E considérée.
- On peut montrer que M est diagonalisable et que l'on peut l'écrire:
M = P-~ . D . ~ où _P est la matrice de passage, _P'1 est la matrice inverse de P et D est la matrice diagonale associée i s à M. Les vecteurs propres de M, représentés par les colonnes des ~, sont orthogonaux.
- Les fonctions de projections Fp1, Fp2, Fp3, Fp4 sont obtenues par des combinaisons linéaires des fonctions AHi dont les coefficients sont les coordonnées des vecteurs propres de M, c'est à dire les 2o colonnes de la matrice P.
On montre aisement que la base formée des Fp1, Fp2, ... est une base orthogonale.
Les fonctions de projection sont enregistrées dans une mémoire du 2 s système 26.
Les fonctions d'atténuation des matériaux de test sont projetées sur la base, c'est à dire sur les fonctions de projection. Pour chaque matériau de test, le système de traitement 26 détermine un ensemble de quatre valeurs t1, t2, t3, t4 égaux aux différents coefficients de 3 o projection. Si l'on note AttT la fonction d'atténuation d'un matériau de test, on a donc la relation:
Att~' = t1 Fp1 + t2Fp2 + t3Fpg + t4Fp4 La fonction d'atténuation AttT, comme d'ailleurs toutes les fonctions 3 s d'atténuation déterminées par le procédé décrit plus haut, peut ~1~~~
s lU
-~ s'écrire comme le produit d'une fonction AttT unitaire correspondant à
une épaisseur massique de 1 glcm2 multipliée par l'épaisseur massique e exprimée en g/cm2 du matériau considéré:
AttT = AttTunitaire x e On comprend donc que de la mëme manière, les coefficients t1, t2 ... , peuvent s'exprimer selon la formule t1 = ti unitaire x e t2 = t2 unitaire x e Or l'épaisseur est difficile à estimer avec précision. C'est pourquoi, à
partir des quatre coefficients déterminés par projection, on calcule trois coefficients indépendants de l'épaisseur et appelés coefficients de comparaison dans la suite.
is Les valeurs propres calculées pour déterminer les fonctions de projection sont classées par ordre décroissant. Les coefficients de comparaison sont par exemple le résultat de la division des coefficients de projection t2, t3, t4 par le coefficient t1 correspondant à
20 la projection sur la fonction de projection associée à la valeur propre la plus grande.
On comprend que ces rapports sont indépendants de l'épaisseur des matériaux. Ils sont enregistrés en mémoire du système de traitement 26.
Les objets à caractériser sont placés sur le convoyeur 28 (figure 1 ou 3) et défilent dans le faisceau de rayons X. La vitesse de convoyage est de l'ordre de 15 cm/s. A fréquence fixe, par exemple 100 Hz, les détecteurs de la barrette 20 délivrent un signal proportionnel à
s o l'intensité du faisceau transmis par l'objet. Ainsi, colonne après colonne (une ligne correspondant à l'ensemble de la barrette), le système de traitement 26 détermine en chaque point de l'objet une fonction d'atténuation exprimée en fonction de u.
Le système de traitement 26 effectue ensuite, pour chaque point de 3s l'objet, une projection de la fonction d'atténuation sur la base des 2~
°~fonctions de projection. Quatre coefficients de projection sont donc calculés en chaque point de l'objet.
Pour un point de l'objet, si on note Atto la fonction d'atténuation de l'objet, on a alors la relation:
s Atto = a1 Fp~ + a2Fp2 + a3Fp3 + a4Fp4 où a1, a2, a3, a4 représentent les coefficients de projection, au point considéré.
De manière similaire au calcul effectué pour les coefficients de i o projection des matériaux de test, on détermine des coefficients de comparaison à partir de l'ensemble (a1, a2, a3, a4). Pour cela, le système de traitement 26 effectue par exemple les rapports a2/a1, a3/a1, a41a1 qui sont des coefficients indépendants de l'épaisseur de l'objet.
~5 Pour chaque point de l'objet, des moyens de comparaison, constitué
du système de traitement 26, comparent l'ensemble des coefficients de comparaison de l'objet aux ensembles de coefficients de comparaison des matériaux de test. De cette comparaison, on déduit la présence de 2o matériau de test dans la composition de l'objet au point considéré
lorsque les coefficients de comparaison ont des valeurs voisins.
La description qui précède s'applique au cas où l'objet à caractériser est homogène. Mais dans le cas le plus général, les objets sont 2s rarement homogènes. En effet, si l'objet est un bagage dans lequel on recherche la présence d'explosifs, alors cet objet est constitué
d'objets qualifiés d'unitaires. Les fonctions d'atténuation mesurées correspondent donc à l'atténuation de l'empilement et non à un objet unitaire.
Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un bagage 1 contenant deux objets unitaires 2, 3 empilés. Le bagage possède une atténuation A1, les objets 2 et 3 possèdent des atténuations respectivement A2 et A3.
3s Comme on peut le voir sur la figure 4, lors des mesures en WO 94/28442 ~ ~ ~ ~ ~ ~ PCT/FR94/00580~

transmission, le bagage seul conduit à une atténuation A1, la superposition du bagage et de l'objet 2 conduit à une atténuation A1 +
A2, la superposition du bagage et de l'objet seul conduit à une atténuation A1 + A3 et l'empilement bagage - objet 1 - objet 2 s possède une atténuation A1 + A2 + A3. Ainsi au lieu de détecter trois objets (le bagage, l'objet 2 et l'objet 3), le dispositif identifiera quatre objets dont un seul aura une partie déterminée avec une fonction d'atténuation correcte (une partie du bagage).
i v Pour déterminer l'atténuation de chaque objet unitaire, l'invention préconise de former une image de contours, les contours devant être compris ici comme les zones de transition entre les objets unitaires, une zone de transition étant définie par la zone correspondant à une variation important du rayonnement transmis.
is Le terme "image" doit ici être compris comme un tableau de valeurs, chaque valeur étant attribuée à un pixel de l'image. Cette image n'est pas obligatoirement visualisée par des moyens d'affichage.
2o L'image des contours peut être réalisée à partir de plusieurs tableaux de données. Par exemple, elle peut ëtre réalisée à partir des signaux délivrés par les détecteurs pour l'irradiation de l'objet dans la gamme de plus haute énergie; elle peut-être aussi réalisée après la détermination de la fonction d'atténuation, à partir des valeurs 2s d'atténuation en chaque point et à une énergie donnée, 140 keV par exemple; elle peut aussi se faire à partir des valeurs des coefficients de projection en chaque point, de préférence à partir du coefficient de projection sur la fonction Fp1 qui est le plus stable.
L'image des contours peut être réalisée à partir de l'un de ces 3 o tableaux de données mais avantageusement on réalise plusieurs images de contours à partir de plusieurs de ces tableaux de données.
Ces images sont ensuite comparées les unes aux autres ce qui permet d'éliminer les fausses détections de contours et d'aboutir à
une image de contours définitive.

~O 94/28442 La réalisation de cette image de contours est effectuée par des moyens de traitement d'image 29 (fig. 1 et 3) qui sont reliés aux moyens de traitement 26. Cette séparation entre les moyens de traitement 26 et 29 est artificielle et n'a pour but que la simplicité de la s description. En effet, dans la réalité, tous les traitements, les calculs, les enregistrements en mémoire sont effectués par un même dispositif, par exemple un ordinateur.
Les moyens de traitement d'image 29 travaillent à partir des données qui lui sont fournies par le système de traitement 26. Pour réaliser i o l'image des contours recherchée, tous les procédés connus peuvent être utilisés, par exemple on peut utiliser les opérateurs de Soebel ou une méthode de filtrage.
Comme on l'a déjà précisé, par contour on entend une zone de transition, c'est à dire une bande de plusieurs pixels, par exemple 5, i s suivant des lignes définies par l'application de l'algorithme choisi.
La figure 5 représente une vue partielle de la partie 40 de l'objet de la figure 4 telle qu'elle est définie par le traitement d'image. La zone hachurée 5 représente la zone de transition.
Une fois l'image des contours définitive réalisée, celle ci est mise en 2o relation avec les ensembles de coefficients de projection pour chaque point de l'objet. Dans les zones de transition, le système de traitement 26 détermine des variations des coefficients de projection de l'objet.
Par variations, on doit comprendre toute modification ou évolution des coefficients de projection ou d'une combinaison de ces coefficients, 2s selon une direction choisie dans la zone de transition.
Avantageusement, cette direction est la direction perpendiculaire à la ligne principale 6 du contour 5, la ligne principale étant définie par la ligne des points où la variation du rayonnement transmis est maximale pour la zone considérée.
3 o On décrit maintenant un exemple de détermination de variations concernant l'ensemble des coefficients de projection des points P1, P2, P3, P4, p5 coupant la zone de transition 5 perpendiculairement à
la ligne 6.
La zone de transition 5 représentée sur la figure 5 sépare le fond 3s constitué par le bagage et l'objet 3. Lors de la détermination des °~ fonctions d'atténuation, de part et d'autre du contour, on trouve la fonction d'atténuation référencée A1 et correspondant au bagage et la fonction d'atténuation A1 + A3 correspondant à la superposition du bagage et de l'objet 3 (et non la fonction d'atténuation de l'objet 3 s seul).
Le système de traitement 26 applique une méthode de gradients pour déterminer la fonction d'atténuation de l'objet 3 seul. En fait, le calcul s'effectue sur les coefficients de projection des fonctions d'atténuation.
On ne décrit le procédé que pour un seul coefficient de projection, i o mais il va de soi qu'il est appliqué pour chaque coefficient de projection de l'ensemble des coefficients de projection déterminé pour chaque point.
Le système de traitement 26 soustrait le coefficient de projection au point p1 du coefficient de projection au point p3. Si a11 est le i s coefficient de projection sur la fonction Fp1 au point p1, si a'13 est le coefficient de projection sur Fp1 au point p3, le résultat de la soustraction donne le coefficient de projection a13 de la fonction d'atténuation A3 seule sur la fonction Fp~ .
En répétant cette opération pour tous les coefficients de projection en 2o tous les points de la zone de transition, le système de traitement détermine les coefficients de projection des fonctions d'atténuation de chaque objet unitaire. II en déduit des coefficients de comparaison en effectuant les rapports des coefficients de projection par celui correspondant à la projection sur la fonction de projection Fp~ . Ces 2s coefficients de comparaison sont comparés aux coefficients de comparaison pour les matériaux de test. De cette comparaison, on déduit la présence ou l'absence d'un matériau de test dans la composition de l'objet unitaire considéré.
Le procédé conforme à l'invention permet donc d'isoler chaque objet 3o unitaire et de là, détermine des coefficients de comparaison utilisés pour la reconnaissance de la présence d'un matériau de test dans la composition des objets unitaires.
On note qu'en fait, dans l'exemple décrit, ce sont les transitions entre 3s objets unitaires qui sont recherchées. Au cas où on détecte une ~O 94/28442 transition vers un objet unitaire comprenant un matériau de test dans sa composition, les comparaisons entre coefficients de comparaison sont étendues à tout l'intérieur du contour ou au moins à une zone étendue autour du contour. De cette manière, les détections isolées s de matériau de test sont éliminées comme étant de fausse détection.
Pour chaque information déterminée, par exemple pour chaque ensemble de coefficients de projection de l'objet global, un tableau de valeurs est constitué. Chacun de ces tableaux de valeurs peuvent être la base de la réalisation d'une image. Grâce à ces tableaux, une ou i o plusieurs images peuvent ëtre visualisées par des moyens d'affichage 36 comprenant un écran de contrôle 40 (fig.1 ).
Ces moyens d'affichage sont dôtés de moyens de traitement 38 qui permettent à volonté d'agrandir telle ou telle partie de l'image ou de faire des variations de contraste ou tout autre traitement usuel sur les i s images. L'image des contours peut aussi être visualisée, seule ou superposée à une autre image. Les moyens 36 et 38 sont déjà
couramment utilisés dans le domaine de l'imagerie par rayons X et ne seront donc pas décrits plus en détails.
2o Les points de l'image pour lesquels un matériau de test entre dans la composition de l'objet peuvent être mis en évidence sur l'image affichée par une visualisation en couleur ou par un affichage clignotant. La détection d'un matériau de test peut aussi déclencher une alarme sonore ou l'affichage d'un message particulier sur l'écran 2s de contrôle 40.
'~t 4 The present invention proposes to overcome these disadvantages. For this instead of using two corresponding mitigation measures one to a low energy range and the other to a range of energy high, the invention advocates the use of the attenuation function s on a broad spectrum.
In this way, one can deduce at least three pieces of information independent to chemically characterize an object. In theory, the use of the attenuation function should make it possible to obtain a large amount of independent information but it turns out that io the physical phenomena of less probability than the effects Compton or photoelectric intervening during the interactions of X photons with matter are actually partially correlated between limiting the amount of information that can be reduction measures.
is More specifically, the present invention relates to a method for the recognition of determined materials in the composition of an object. This process comprises the following steps:
A. Prior to determining the mitigation function on a 2o wide x-ray spectrum of at least three materials of reference and deduce from it projection functions forming a based;
B. In a second preliminary step, determine the function attenuation on said X-ray spectrum of at least one 2s test material and project the attenuation function of each test material on said base;
C. For each point of the object, determine the attenuation function of the object on said spectrum X-ray, Project the attenuation function of the object onto said base, - compare the projections thus obtained with the projections of each test material and deduce from this comparison if at unless a test material enters the composition of the object, at the point in question.

Advantageously, the X-ray spectrum extends at least over a range from 30 to 100 keV.
~ Preferentially, the attenuation function of the object, the functions mitigation of reference materials, mitigation functions s test materials are all expressed in terms of a variable u in bijective relation with the energy of X-rays.
This variable u may be equal to the attenuation of a fixed thickness of a calibration material. This calibration material has advantageously an actual effective atomic number Z included in a range from 5 to 26.
Preferably, the projection functions are orthogonal between them.
According to a particular embodiment, the projection functions soni: eigenfunctions associated with eigenvalues determined by the diagonalization of a matrix made up of scalar products of the mitigation functions of the materials of reference.
According to this embodiment, advantageously, during a step preliminary test, for each test material, a set of projection coefficients resulting from the projection of attenuation functions of the test materials on said base, and 2s said eigenvalues being ranked in descending order, from each set of projection coefficients, we deduce a set of comparison coefficients for test materials by dividing each projection coefficient of the considered ensemble by the coefficient of the set considered corresponding to the 3o projection on the projection function associated with the largest of eigenvalues, these sets of comparison coefficients for test materials being used for comparisons allowing to deduce if at least one test material enters the composition of the object.

s If the inspected object is composed of the unitary objects, one makes an image of the contours of the unitary objects, the contours being transition zones between the different unitary objects, for each point of the object, we determine a set of coefficients of s projection resulting from the projection of the attenuation function of the object on said base, variations of the sets of projection coefficients of the object within the zones of transition, we derive from these variations of the comparison coefficients with the comparison coefficients for the test materials.
io Advantageously, the effective atomic numbers of the materials of reference are regularly distributed in a range from 3 to 30.
In this case, preferably, a first reference material is is selected from materials having an effective atomic number ranging from 3 to 7, in that a second reference material is selected from the materials having a effective atomic number in a range of 7 to 10;
in that a third reference material is selected from 2o materials having an emotional atomic number included in a range from 10 to 17 and in that a fourth material of reference is chosen from the materials presenting a number effective atomic range in the range of 17 to 30.
2s The first reference material may be polyethylene, in this case that the second reference material is Teflon, in that the Third reference material is duralumin, in that the fourth reference material is iron.
3 o Test materials may be explosives or drugs in an application to the baggage inspection.
The invention also relates to a device for implementing a such a method. This device comprises:
ss - means to determine attenuation functions on a O 94/28442 ~ ~ ~ ~ ~ PCT / FR94I00580 broad spectrum of X-rays, these attenuation functions being expressed as a function of a variable u in a bijective relationship with the energy of X-rays, processing means capable of making projections of the = s attenuation functions on functions forming a base and previously determined from the attenuation functions at least three reference materials, means for conveying an object to be characterized, to submit this object to the means to determine an attenuation function, means for comparing the projections of the function attenuation of the object to previous projections performed attenuation functions of at least one material of test and to infer from this comparison if at least one test material is used in the composition of the object, and display means capable of displaying at least one image of the object by differentiating the points for which a material of test enters the composition of the object.
Advantageously, the device comprises processing means images capable of forming an outline image.
Preferably, the means for determining functions of attenuation include a target of calibration material, and 2s having different thicknesses, this target being able to scroll to will in the X-ray beam.
Sslon a first variant, the means to determine a attenuation function include a source delivering a beam 3 o X-rays successively over several spectral ranges and one detector array, each detector being sensitive to all spectral ranges.
According to another variant, the means for determining a function 3s of attenuation include an X-ray beam generator on a broad and fixed spectrum and a stack of detectors stacks, each detector of a stack acting as a high-pass filter for the next adjacent detector.
The method and the device of the invention have many advantages over the prior art. Comparative elements here are attenuation functions (or more precisely their projections on basic functions) test materials.
The number of independent information about the composition of the object that can therefore be drawn are at least equal to the number information obtained by the techniques of the prior art. Without difficulty, we have access to at least one additional information, this which improves the sensitivity and reliability of the system.
These mitigation functions once determined and recorded do not are more subject to fluctuations. It simplifies considerably the problems of calibration.
To compensate for the possible drifts of the X-ray beam, just need to measure the attenuation of the different thicknesses of the calibration material. This can be done very 2o quickly (of the order of 10 s per measurement) and frequently, which prevents any detection error due to changes in the characteristics of the beam.
The present invention and its advantages will be better understood in 2s reading of the following description given for illustrative purposes and not limited with reference to the accompanying drawings in which:
FIG. 1 schematically represents a device for setting implementation of the process according to the invention;
FIG. 2 schematically represents a series of spectra in Energy used to measure transmissions;
FIG. 3 diagrammatically represents a variant embodiment a device for implementing the method according to the invention;
FIG. 4 schematically represents an outline image of a 3s object; and ~ O 94/28442 ~ ~. ~ ~ ~ ~ ~ PCTIFR94 / 00580 s FIG. 5 schematically represents an enlarged view of a part of the image of Figure 4.
AT
With reference to FIG. 1, a device for ~ s implementation of the method according to the invention.
The device comprises means for determining a function attenuation over a wide spectrum of X-rays.
As will be seen in the course of the description, these means of the determination of an attenuation function are used several times:
- A first time, to measure attenuation functions of reference materials. These attenuation functions are used for determination of functions forming a basis. These measurements are made once and for all during a preliminary stage.
is - A second time, to measure mitigation functions of test materials whose presence is sought in the composition objects to be characterized. These measurements are also performed once for all during a second preliminary stage;
- A third time, to measure mitigation functions in 2o each point of the object to be characterized.
An X-ray generator 10 delivers, under the control of a control system 12 with variable potential, a beam in fan 14 (the fan shape being obtained in known manner to 2s using a slit-shaped collimator (not shown) with fenE: maximum energy is variable depending on the potential applied to X-ray generator. A system 16 makes it possible to scroll through different filters 16a, in synchronism with the variation of energy of the beam. In the example of Figure 1, the filter system 16 n / a includes a disk whose portions each correspond to a different filter. The filters are of the high-pass type and are known in themselves. At each potential applied to the X-ray generator corresponds to a filter.
The rotation of the disk is driven by a control system 17 3s connected to the control 12 to adjust the synchronization.

~ Other filter systems can be used equivalent; for example the filters arranged successively can scroll in the course of the beam under the effect of a translation.
FIG. 2 shows the sequence of the spectra obtained successively during the rotation of the disc according to the energy.
The filters are chosen so as to obtain an overlap of successive spectra.
In the energy spectrum of beam 14, each filter removes all energies below a characteristic threshold of the filter. For each spectrum of Figure 2, the high energy part corresponds to the maximum energy delivered by the generator 10 when the associated filter is placed in the path of the beam.
In practice, energy spectra are not characterized by is accurate way, and their exact form has no noticeable impact on measurement. However, it is important that the shape and intensity of each spectrum does not vary between the time when the reference measurements and measurements on the object to be characterized.
2o Moreover, the small discontinuities in the succession of spectra are also not affected by the measures. However, to not disturb the measurements, these discontinuities must be inferior at 5 keV for the range from 20 to 40 keV and below 10 keV at of the.
2s Returning to FIG. 1, it can be seen that the device comprises a target or room 18 in the form of steps. Each step corresponds to a sample of material of different thickness.
This piece 18 is made of a calibration material whose 3 o effective atomic number Z can be between 5 and 26. We choose for example the alloy known as Duralumin (mixture composed of 95% AI, 4.5% Cu, and 0.5% Mn) whose effective Z is approximately equal to 13.5.
3 s In this embodiment, the thickness of the second step 18a is wchoisie as reference thickness. Of course, any other market could be chosen as reference market.
The reference thickness for Duralumin can be chosen in the range from 1 to 5mm, for example 4mm.
S
In general, a number N of distinct thicknesses of calibration material, and thus of the steps of the piece 18, is necessary when N + 1 spectra are used. One piece 18 comprising nine steps is therefore adapted to a device using ten energy spectra.
The piece 18 can be placed at will on the course of the beam thanks to a translation movement. For the sake of clarity representation, the device allowing the translation of the piece 18 not shown in Figure 1.
is By the same token, piece 18 can take other forms, equivalent to that of the piece represented. For example, Exhibit 18 can take the shape of a disc whose portions have the different desired thicknesses and a portion of which is hollowed out to leave 20 free the path of the beam.
In FIG. 1, it can be seen that the device comprises a bar 20 of detectors 22, placed in the path of the beam 14. A bar 20 comprises about one thousand detectors 22, for example, each formed a scintillator and a photodiode. The detector array is 2s placed at the rear of a collimation element 24, for example a slot. The detector array allows the formation of a column image, each detector 22 corresponds to a pixel of the image. The barette can also take the form of an L.
The detectors 22 of the bar 20 are connected at the output to the input of a processing system 26, of the type of a computer equipped with memories.
According to the method of the invention, a first step consists to be determined for each point of the object 1 to characterize the function 3 s attenuation of this object in a range of energy extending to 2 ~
less between 30 and 100 keV. It can be for example equal to the range from 20 to 150 keV. The object 1 takes on FIG.
of a suitcase, as an example.
s For each detector 22, during a preliminary step where the object 1 is not placed in the beam, measurements are taken calibration. These calibration measurements consist in measuring the intensity transmitted by the different thicknesses of the piece 18 subjected to the measuring beam.
iv At first, this transmitted intensity is measured for a zero thickness, ie without the piece 18 being interposed in the path of the beam.
The system 26 controls the variation of the variable potential and the adequate filtering of the beam by the system 16 with filters. Under the effect is conjugated with the variation of potential and the adequate filtering, the measuring beam 14 successively has N + 1 spectra in different energy. N + 1 may be for example equal to 10.
At each maximum energy value of the beam corresponds a filter 2o of the system 16 to successively obtain the different spectra in energy. Each variation of the maximum energy is synchronized with the positioning of a new filter.
Each detector 22 measures the intensity of the measuring beam for 2s each of the spectra and these measurements are stored by the treatment system 26.
These same measures are repeated, but successively beam path the different thicknesses of the piece 18. Once 3 o these measurements recorded in memory by System 26, Exhibit 18 is removed from the beam path.
The calibration of the device is very fast. When in use continuous device, applied to luggage monitoring, elf It may be renewed at each interval between two bags.

Target 18 is then removed from the beam path and object 1 to characterize is placed on this path. For this, the object is placed on a conveyor 28 of the type of a treadmill. The translation of the object is slow enough to allow the successive formation of lines ..'s image. Optimally, the displacement of the object is perpendicular to the plane formed by the longitudinal axis of the slot 24 and / or barette 20 and by the focal point of the generator tube of X-rays.
iv For an image line, object 1 is successively submitted to each energy spectra made by the variation of energy maximum of the beam synchronized with the interposition of the filter adequate. For each energy spectrum, the intensity transmitted after crossing of the object is measured by the detectors 22 of the bar is stored in memory.
Thanks to these measurements, the system 26 deduces an analytical formula of the attenuation of the object, for each pixel. This attenuation is expressed as a function of a variable u in a bijective relationship with the energy E. In the example described here, u is equal to 2o transmission of a given thickness of the part 18, for example, that of the second step 18a, taken as a reference.
In the example chosen where the piece 18 is in Duralumin whose density d (expressed in g / cm3) is equal to 2.7 and where the ep thickness of the second step chosen as reference is equal to 0.4cm, the 2s variable u is equal to: u = e -att (E). 2.7. 0.4 where att (E) is the mass attenuation.
In general, we have: u = e -att (E). d. ep 3o If we define the index j as the number of the spectrum at which subject the object, j = 1 corresponding to the maximum energy spectrum the lower, then the intensity Dj transmitted by the object is expressed as follows:
Dj = j Ij (E) Tr (E) dE (0) pj = j Ij (E) e-att (E) dE (1) where Ij (E) is the intensity of the jth spectrum in energy, a function of the energy E, Tr (E) and att (E) are respectively the function of transmission and attenuation expressed here as a function of energy E.
s By performing a variable change, showing the parameter u instead of E, Dj is written Dj =, (the j (u) e-att '(u) of (2) where j (u) is the intensity of the jth spectrum expressed as a function of u and att '(u) is the desired attenuation function.
io The transmission function of the object is expressed according to the u parameter. In a first step, the system 26 realizes this variable change then it makes the following approximation: the transmission function of the object is expressed as a is finite polynomial expansion in powers of the parameter u; is:
NOT
e-att '(u) ~ ~ aiuf (i) i = 0 i being an index that varies from 0 to N.
This approximation has in practice proved very precise.
The number of terms of development (N + 1) is less than or equal to the number of different energy spectra used for transmission measures. It is therefore less than or equal to 2s number N of reference material thicknesses used for the calibration plus one (which corresponds to the absence of the piece 8 in the beam). As a result, each index i corresponds to a number of step of the piece 18, the index i = 0 corresponding to a thickness null, ie the piece 18 is not in the path of the beam.
For each value of i, f (i) power of development in equation (3), represents a ratio between one of the thicknesses of the calibration material and the reference thickness.
Advantageously, these ratios are such that the powers 3 sf (i) increased by 1/2 form a geometric sequence.

94/28442 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ PCTIFR94100580 As a mathematical expression, this choice can be written:
f (i) ~ + 1/2 = ai (f (o) + 1/2);
Moreover, we choose f (o) = o so that i = o corresponds to the free path beam and therefore at zero thickness; Therefore sf (i) = (I-1) / 2.
In addition, preferentially included in the following, the thickness of reference. In this way, if the second step is chosen as reference thickness, we have ivf (2) = 1 and therefore a = X13; the reason for the sequel is equal to square root of three.
We can show that this choice for the values of the powers of the development and so for the thicknesses of the steps allows is to get stable development.
In fact, because of the inevitable machining inaccuracies, the f (i) do not exactly take the calculated values. But these weak deviations have no effect on the validity of the result.
It is shown that the intensity transmitted by the object 1 for the spectrum j can NOT
break down as follows: Dj = E ai Cji (4) i = 0 2s sum in which the terms Cji correspond for each spectrum j to the intensity transmitted by the different thicknesses of calibration material, i = 0 corresponding to the zero thickness (the piece 18 being out of the beam path).
so In equality (4), Dj and Cji are known by their measure, only the coefficients ai are unknown. The number of material thicknesses calibration (counting in addition the zero thickness) can be chosen less than or equal to the number of spectra so that we can determine the coefficients ai. In the example described here, ten 3 s different spectra in energy, target 18 has nine steps to which must be added the additional measures taken when the piece 18 is out of the path of the beam.
Therefore, in a next step, using the put values in memory during calibration and transmission measurements of s the object, the system 26 determines the ai. This can be achieved by any known method for example by the least squares method.
Att mitigation is defined as:
Att = -LogTr where Tr is the transmission.
Once, the coefficients have determined, the system 26 replaces them io by their values in equation (3), take the natural logarithm and multiplies by (-1). In this way, the system 26 deduces the function attenuation of object 1 according to the parameter u.
Figure 3 shows schematically an alternative embodiment.
Instead of successively testing the different energy spectra of the beam 14, a fixed and wide spectrum measuring beam is used.
For each pixel, the intensity measurements transmitted by the piece 18 or by the object 1 are made through a stack of 30 detectors 30a, 30b, ... Each detector may be formed of a 2o scintillator and a photodiode.
The stacks 30 are juxtaposed to form a bar 20 partially shown in FIG. 3. Each detector plays the Filter role passes high for the following detectors. Therefore 2s each detector delivers an electrical signal corresponding to the intensity for a given part of the spectrum broad in energy.
It is therefore understood that in the device of FIG.
characterize are subjected to a measuring beam presenting successively different energy spectra so as to 3 o sweep the range into desired energy, while in the device of Figure 3, the objects are subjected to a spectrum measurement beam wide corresponding to the desired energy range, this broad spectrum being then filtered by the different detectors.
3s The device of Figure 3 comprises a beam generator of measurement 32. This generator 32 is connected to a command 34 to fixed potential such that the measuring beam has a spectrum wide in energy. By spectrum broad in energy, we mean the whole energy envelope that one wishes to test, for example the range s ranging from 20 keV to 150 keV.
As before, the device comprises a shaped part 18 of determined thicknesses and made of a material of reference. The piece 18 can scroll at will in the beam or else io be positioned out of the path of the beam through a movement of translation not shown.
Each detector 30a, 30b, ... of the stack 30 is connected to the In this variant, the control and processing I am sure of the intensities transmitted for each spectrum cut in is the broad spectrum by filtering dü the detectors are carried out simultaneously. The processing performed by the system 26 to obtain the attenuation function is similar to that previously described.
With the help of one of the devices and the process that have just been 2o described, during a preliminary step performed after a step of calibration and carried out once and for all, functions are determined mitigation of at least three reference materials, expressed in function of u.
The test materials that are sought in the composition of The object to be characterized can be of any kind.
A range of effective atomic numbers ranging from example from 5 to 30 and in this range, we choose materials of reference having effective atomic numbers, effective Z, so regularly spaced so as to cover this range of reference.
As an example, the rest of the description is given for four reference materials. However, the present invention applies 3 s using at least two reference materials.

~ - The first reference material has an effective Z included in a range from 2 to 7; it can be for example polyethylene, having an effective Z of about 5.3.
The second reference material has an effective Z included in s range from 7 to 10; it may be for example Teflon, having an effective Z of about 8.
The third reference material has an effective Z included in a range from 10 to 17; this may be for example from Duralumin, having an effective Z about 13.5.
The fourth reference material has an effective Z included in a range from 17 to 30; it may be for example iron, having an effective Z equal to approximately 26.
In another preliminary stage, once and for all, we determines the attenuation functions (expressed as a function of u) of is test materials.
These test materials are the materials we are looking for.
presence in the composition of the object inspected. These materials test may be for example explosives or drugs.
2o The processing system 26 determines as many functions of projection as reference materials. These projection functions form a basis calculated from the mitigation functions of reference materials. They are denoted Fpi, Fp2, Fp3, Fp4, To determine the projection functions, the processing system 2s 26 first calculates all scalar products of functions attenuation of reference materials to each other. These products scalars form a definite, positive matrix, which is diagonalized.
The result of diagonalization is the determination of values with own functions 30 orthogonal to each other. Any base of projection functions is determined from the base formed by the eigenfunctions. In In particular, it is possible to use directly the base formed by own functions.
3 s More specifically, the determination of projection functions ~ - can, for example, be carried out using a well-known method, called principal component analysis.
If we call AH1, AH2, AH3, AH4 ... the attenuation functions of s reference materials, this method proceeds as follows:
- First we build a square matrix M whose elements are the two-by-two scalar products of the AHi functions. By scalar product For example, we hear the canonical scalar product of functions:
Mij = AHi. AHj = j AHi (u). AHj (u). of the .bornes of the integral being the extreme values of the variable u corresponding to the energy range E considered.
- We can show that M is diagonalisable and that we can write it:
M = P- ~. D. ~ where _P is the transit matrix, _P'1 is the inverse matrix of P and D is the associated diagonal matrix is to M. The eigenvectors of M, represented by the columns of ~, are orthogonal.
- The projection functions Fp1, Fp2, Fp3, Fp4 are obtained by linear combinations of the functions AHi whose coefficients are the coordinates of the eigenvectors of M, ie the 2o columns of the matrix P.
It is easy to show that the base formed of Fp1, Fp2, ... is a orthogonal basis.
The projection functions are saved in a memory of the 2 s system 26.
The attenuation functions of the test materials are projected onto the base, ie on the projection functions. For each test material, the processing system 26 determines a set four values t1, t2, t3, t4 equal to the different coefficients of 3 o projection. If one notes AttT the attenuation function of a material of test, we have the relation:
Att ~ '= t1 Fp1 + t2Fp2 + t3Fpg + t4Fp4 The attenuation function AttT, like all functions 3 s of attenuation determined by the process described above, may ~ 1 ~~~
s read - ~ write as the product of a unit AttT function corresponding to a thickness of 1 glcm2 multiplied by the thickness mass e expressed in g / cm 2 of the material considered:
AttT = Attendant xe It is therefore understood that in the same way, the coefficients t1, t2 ..., can express themselves according to the formula t1 = unit ti x t2 = t2 unitary xe The thickness is difficult to estimate accurately. That's why, at from the four coefficients determined by projection, we calculate three coefficients independent of the thickness and called coefficients comparison in the following.
is The eigenvalues calculated to determine the functions of projection are ranked in descending order. The coefficients of comparison are for example the result of the division of projection coefficients t2, t3, t4 by the coefficient t1 corresponding to 20 the projection on the projection function associated with the eigenvalue the biggest.
It is understood that these ratios are independent of the thickness of the materials. They are stored in memory of the processing system 26.
The objects to be characterized are placed on the conveyor 28 (FIG.
3) and scroll in the X-ray beam. Conveying speed is of the order of 15 cm / s. At a fixed frequency, for example 100 Hz, the detectors of the bar 20 deliver a signal proportional to so the intensity of the beam transmitted by the object. So, column after column (a line corresponding to the entire bar), the processing system 26 determines in each point of the object a attenuation function expressed as a function of u.
The processing system 26 then performs, for each point of 3s the object, a projection of the attenuation function on the basis of 2 ~
° ~ projection functions. Four projection coefficients are therefore calculated at each point of the object.
For a point of the object, if Atto is the attenuation function of the object, we then have the relation:
Atto = a1 Fp ~ + a2Fp2 + a3Fp3 + a4Fp4 where a1, a2, a3, a4 represent the projection coefficients, at the point where considered.
In a similar way to the calculation made for the coefficients of projection of the test materials, the coefficients of comparison from the set (a1, a2, a3, a4). For that, the processing system 26 performs for example the ratios a2 / a1, a3 / a1, a41a1 which are coefficients independent of the thickness of the object.
5 ~
For each point of the object, means of comparison, constituted of the processing system 26, compare all the coefficients of comparing the object to the sets of comparison coefficients test materials. From this comparison, we deduce the presence of 2o test material in the composition of the object at the point considered when the comparison coefficients have neighboring values.
The foregoing description applies to the case where the object to be characterized is homogeneous. But in the most general case, the objects are 2s rarely homogeneous. Indeed, if the object is a piece of luggage in which search for the presence of explosives, then this object is constituted objects qualified as unitary. Measured attenuation functions therefore correspond to the attenuation of the stack and not to an object unit.
FIG. 4 diagrammatically shows a piece of luggage 1 containing two stacked unit objects 2, 3. The luggage has a A1 attenuation, objects 2 and 3 have attenuations respectively A2 and A3.
3s As can be seen in Figure 4, during measurements in WO 94/28442 ~ ~ ~ ~ ~ ~ PCT / FR94 / 00580 ~

transmission, the baggage alone leads to an A1 attenuation, the superposition of the luggage and the object 2 leads to an attenuation A1 +
A2, the superposition of luggage and the object alone leads to a attenuation A1 + A3 and stacking luggage - object 1 - object 2 s has an attenuation A1 + A2 + A3. So instead of detecting three objects (baggage, object 2 and object 3), the device will identify four objects of which only one will have a determined part with a function correct attenuation (part of the luggage).
iv To determine the attenuation of each unitary object, the invention recommends forming an outline image, the contours to be understood here as the transition zones between the unitary objects, a transition zone being defined by the zone corresponding to a significant variation of the transmitted radiation.
is The term "image" here must be understood as an array of values, each value being assigned to a pixel of the image. This picture is not necessarily visualized by display means.
2o The image of the contours can be made from several tables of data. For example, it can be done from the signals delivered by the detectors for the irradiation of the object in the range higher energy; it can also be done after the determination of the attenuation function, from the values 2s attenuation at each point and at a given energy, 140 keV per example; it can also be done from the values of the coefficients of projection at each point, preferably from the coefficient of projection on the function Fp1 which is the most stable.
The contour image can be made from any of these 3 o tables of data but advantageously we realize several Outline images from several of these data tables.
These images are then compared to each other which eliminates false detections of contours and leads to a definite outline image.

~ O 94/28442 The realization of this contour image is carried out by image processing means 29 (Figs 1 and 3) which are connected to the means of treatment 26. This separation between the means of Treatment 26 and 29 is artificial and is intended only for the simplicity of s description. Indeed, in reality, all treatments, calculations, the records in memory are made by the same device, for example a computer.
The image processing means 29 work from the data provided by the processing system 26. To achieve the image of the contours sought, all known methods can be used, for example one can use the operators of Soebel or a filtering method.
As already mentioned, by contour we mean a zone of transition, that is to say a band of several pixels, for example 5, is following lines defined by the application of the chosen algorithm.
FIG. 5 represents a partial view of the part 40 of the object of the Figure 4 as defined by the image processing. The area hatched 5 represents the transition zone.
Once the image of the final contours is completed, this one is put in 2o relation to the sets of projection coefficients for each point of the object. In transition zones, the treatment system 26 determines variations of the projection coefficients of the object.
By variations, one must understand any modification or evolution of projection coefficients or a combination of these coefficients, 2s in a direction chosen in the transition zone.
Advantageously, this direction is the direction perpendicular to the main line 6 of contour 5, the main line being defined by the line of points where the variation of transmitted radiation is maximum for the area.
3 o An example of variation determination is now described concerning all the projection coefficients of points P1, P2, P3, P4, p5 intersecting the transition zone 5 perpendicular to line 6.
The transition zone 5 shown in FIG. 5 separates the bottom 3s constituted by the baggage and the article 3. When determining the ° attenuation functions, on both sides of the contour, we find the damping function referenced A1 and corresponding to the luggage and the attenuation function A1 + A3 corresponding to the superposition of the luggage and object 3 (and not the function of attenuation of the object 3 s alone).
The processing system 26 applies a gradient method for determine the attenuation function of object 3 alone. In fact, the calculation is performed on the projection coefficients of the attenuation functions.
The process is only described for a single projection coefficient, but it goes without saying that it is applied for each coefficient of projection of the set of projection coefficients determined for each point.
The processing system 26 subtracts the projection coefficient from point p1 of the projection coefficient at point p3. If a11 is the is the projection coefficient on the function Fp1 at point p1, if a'13 is the projection coefficient on Fp1 at point p3, the result of the subtraction gives the projection coefficient a13 of the function attenuation A3 only on the function Fp ~.
Repeating this operation for all the projection coefficients in 2o all the points of the transition zone, the treatment system determines the projection coefficients of the attenuation functions of each unitary object. It deduces from it coefficients of comparison in performing the ratios of the projection coefficients by that corresponding to the projection on the projection function Fp ~. These 2s comparison coefficients are compared to the coefficients of comparison for test materials. From this comparison, we infers the presence or absence of a test material in the composition of the unit object considered.
The method according to the invention thus makes it possible to isolate each object 3o unit and from there, determines the comparison coefficients used for the recognition of the presence of a test material in the composition of unitary objects.
We note that in fact, in the example described, it is the transitions between 3s unitary objects that are searched for. In case we detect a ~ O 94/28442 transition to a unitary object comprising a test material in its composition, comparisons between comparison coefficients are extended to the whole interior of the contour or at least to an area extended around the outline. In this way, isolated detections s of test material are eliminated as false detection.
For each information determined, for example for each set of projection coefficients of the global object, a table of values is constituted. Each of these tables of values can be the basis of the realization of an image. With these tables, one or several images can be viewed by display means 36 comprising a control screen 40 (fig.1).
These display means are equipped with processing means 38 which allow you to enlarge this or that part of the image or make contrast variations or any other usual treatment on the is pictures. The image of the contours can also be visualized, alone or superimposed on another image. Means 36 and 38 are already commonly used in the field of X-ray imaging and not will not be described in more detail.
2o The points of the image for which a test material enters the composition of the object can be highlighted on the image displayed by color display or display turn signal. Detection of a test material can also trigger an audible alarm or the display of a particular message on the screen 2s of control 40.
~ T

Claims

A method for recognizing at least one test material determined in the composition of an object (1), characterized in that that it includes the following steps:
A. Beforehand, determine the attenuation function on a wide x-ray spectrum of at least two reference and infer projection functions (FP1, FP2, ...) forming a base;
B. in a second preliminary step, determine the function attenuation on said X-ray spectrum of at least one test material and project the attenuation function of each test material on said base;
C. for each point of the object (1), determining the attenuation function of the object (1) for said X-ray spectrum, projecting the attenuation function of the object (1) on said based, - compare the projections thus obtained with the projections of each test material and deduce from this comparison if at less a test material goes into the composition of the object (1) at the point in question.

2. Method according to claim 1, characterized in that the X-ray spectrum extends at least over a range from 30 to 100 keV.

3. Method according to claim 1, characterized in that the function of attenuation of the object, the functions of attenuation of reference materials, the mitigation functions of test materials are all expressed according to a variable u in bijective relation with the energy E of X-rays.

4. Method according to claim 3, characterized in that variable u is chosen equal to the attenuation of a fixed thickness a calibration material (18).

5. Method according to claim 4 characterized in that the calibration material has an effective Z included in a range from 5 to 26.

6. Method according to claim 1 characterized in that the projection functions are orthogonal to each other.

7. Method according to claim 6 characterized in that the projection functions are eigenfunctions associated with eigenvalues determined by the diagonalization of a matrix consisting of dot products of functions attenuation of reference materials.

Process according to claim 7, characterized in that, when of a preliminary step, for each test material, one determines a set of projection coefficients resulting from the projection of the attenuation functions of the test materials on said base, and said eigenvalues being classified by descending order of each set of coefficients of projection, we deduce a set of coefficients of comparison for the test materials by dividing each projection coefficient of the set considered by the coefficient of the set considered corresponding to the projection on the projection function associated with the largest eigenvalues, these sets of coefficients of comparison for test materials being used for comparisons making it possible to deduce if at least one test enters the composition of the object (1).

9. Method according to claim 8 characterized in that the object inspected being composed of the union of unitary objects (1, 2, 3), an image of the outlines (5) of the unitary objects is made, the contours (5) being transition zones between the different unitary objects, for each point of the object (1), it is determined a set of projection coefficients resulting from the projection of the attenuation function of the object on said base, - variations of the sets of projection coefficients of the object inside the transition zones (5), and - these coefficients are derived from comparison with the comparison coefficients for the test materials.

10. Process according to claim 1, characterized in that that the actual atomic numbers of the materials of reference are regularly distributed in a range from 3 to 30.

11. The method of claim 10 characterized in what a first reference material is chosen from among the materials with an effective atomic number in a range from 3 to 7, in that a second reference material is selected from the materials having an effective atomic number included in a range from 7 to 10; in that a third material of reference is chosen from the materials presenting a effective atomic number in a range from 10 at 17 and in that a fourth reference material is chosen from materials with an atomic number effective in a range from 17 to 30.

12. Process according to claim 11, characterized in that at least one of the reference materials is chosen as follows: the first reference material is 28a polyethylene, the second reference material is Teflon, the third reference material is Duralumin, the fourth reference material is iron.

13. Method according to one of claims 1 to 12 characterized in that the test materials are explosives and / or drug.

14. Device for implementing a method according to the claim 1 characterized in that it comprises:
means (10, 12, 16, 17, 18, 20 or 30) for determining attenuation functions over a wide x-ray spectrum these mitigation functions being expressed in terms of a variable u in bijective relation with the energy of X-rays, - processing means (26) capable of performing projections attenuation functions on functions forming a base and previously determined from the attenuation functions at least three reference materials, conveying means (28) for an object (1) to be characterized, to submit this object to the means to determine an attenuation function, - means of comparison (27) of projections of the function attenuation of the object to previous projections performed attenuation functions of at least one material of test and to infer from this comparison if at least one test material goes into the composition of the object, display means (36) capable of displaying at least one image of the object by differentiating the points for which a test material enters the composition of the object.

15. Device according to claim 14 characterized in that further comprises suitable image processing means (29) to geometrically isolate each substance from the object for the forming an outline image.

Device according to claim 14, characterized in that the means to determine mitigation functions comprise a piece (18) of calibration material, and having different thicknesses, this piece (18) being suitable for scroll at will in the beam (14, 15) of X-rays.

30 -17. Device according to Claim 14, characterized in that the means for determining a mitigation function include a source (10, 12, 16, 17) delivering an X-ray beam successively on several spectral ranges and a bar Detectors (22), each detector (22) being sensitive to all spectral ranges.

18. Device according to claim 14 characterized in that the means for determining a mitigation function include an X-ray beam generator (32, 34) on a spectrum wide and fixed and a bar (20) of stacks of detectors (30), each detector (30a, 30b) of a stack playing the role high pass filter for the next adjacent detector.