CN101071110A - 一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法 - Google Patents

一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及辐射检测技术领域，尤其涉及一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法，应用于包括双能量射线源、转台、数据采集单元和主控及数据处理计算机的货物安全检查系统，该方法包括：A.对检查对象进行快速螺旋扫描，重建检查对象的物理参数分布图像；B.判断重建的图像中是否存在嫌疑区域，如果存在，则执行步骤C；否则，结束本流程；C.对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描，重建嫌疑区域的断层图像，根据重建的断层图像对检查对象进行安全检查。利用本发明，缩短了对检查对象的扫描时间，进而节约了对货物安全检查的时间，实现对货物的快速准确检查。另外，本发明实现成本低，非常有利于本发明的推广和应用。

Description

一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法
技术领域
本发明涉及辐射检测技术领域，特别是涉及一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法。
背景技术
安全检查在反对恐怖主义、打击贩毒走私等领域具有十分重要的意义。2001年美国911事件之后，人们对民用航空的安全检查越来越重视。同时随着打击贩毒走私的深入展开，对航空集装箱、铁路行李箱等的检查要求也越来越高。
目前在机场、铁路或公路运输中使用的安全检查设备通常以X射线辐射成像设备为主，在辐射成像领域又以透视成像为主。透视成像系统最大的缺点是无法解决射线方向上物体的图像互相重叠的问题，不能实现立体检查。
例如，将塑性炸药制作成薄片状夹藏在大块的物体中，当该薄片与透视成像系统的传送带平行，即与X射线扇形面垂直放置时，在获取的图像上很难观察到薄片物的存在。
随着技术发展，计算机断层成像(CT)技术逐步发展成熟，已经有人展望将CT技术用到旅客行李检查系统中。采用CT系统对行李箱包检查需要进行旋转扫描和三维重建，而现在的CT系统检查速度一般都很慢，进行常规的检查需要花费大量的时间，而目前航空、铁路或公路等的安全检查系统一般需要在线实时检查，需要实现快速通关，即使是大螺距的螺旋CT也很难满足这个要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法，以节约对货物安全检查的时间，实现对货物的快速准确检查。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：
一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法，应用于包括双能量射线源、转台、数据采集单元和主控及数据处理计算机的货物安全检查系统，该方法包括：
A、对检查对象进行快速螺旋扫描，重建检查对象的物理参数分布图像；
B、判断重建的图像中是否存在嫌疑区域，如果存在，则执行步骤C；否则，结束本流程；
C、对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描，重建嫌疑区域的断层图像，根据重建的断层图像对检查对象进行安全检查。
所述步骤A之前进一步包括：将检查对象移动到转台，在检查对象中心与转台中心重合时固定检查对象。
步骤A中所述对检查对象进行快速螺旋扫描包括：启动系统，主控及数据处理计算机控制转台承载检查对象匀速转动，双能量射线源和数据采集单元沿竖直方向同步运动，同时双能量射线源产生射线束透射转台承载的检查对象，数据采集单元接收透射转台承载检查对象的透射投影数据。
步骤A中所述重建检查对象的物理参数分布图像包括：数据采集单元将接收的透射投影数据传送给主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机采用双能量材料分辨算法将接收的透射投影数据重建为物理参数分布图像。
所述步骤A与步骤B之间进一步包括：主控及数据处理计算机显示重建的物理参数分布图像。
所述步骤C之前进一步包括：主控及数据处理计算机将嫌疑区域透射投影数据重建为三维图像并显示。
步骤C中所述对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描包括：双能量射线源和数据采集单元沿竖直方向同步运动至嫌疑区域所在竖直位置后停止运动；主控及数据处理计算机控制转台承载检查对象开始转动，同时双能量射线源产生射线束透射转台承载检查对象的嫌疑区域，数据采集单元接收透射转台承载检查对象嫌疑区域的透射投影数据。
步骤C中所述重建嫌疑区域的断层图像包括：数据采集单元将接收的透射嫌疑区域的透射投影数据传送给主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机采用双能量CT重建算法将接收的透射投影数据重建为断层图像。
步骤C中所述重建嫌疑区域的断层图像之后进一步包括：主控及数据处理计算机显示重建的断层图像。
(三)有益效果
1、与对检查对象进行整体CT扫描和重建相比，本发明提供的方法由于先对检查对象进行快速螺旋扫描，重建检查对象的物理参数分布图像，然后再对物理参数分布图像的嫌疑区进行计算机断层扫描，重建嫌疑区域的断层图像，所以大大缩短了对检查对象的扫描时间，进而节约了对货物安全检查的时间，实现对货物的快速准确检查。
2、与对检查对象进行传统的透视成像相比，本发明提供的方法先对检查对象进行快速螺旋扫描，重建检查对象的物理参数分布图像，并对重建的物理参数分布图像中进行危险品检查，如果有发现嫌疑区，则对嫌疑区进行计算机断层扫描，重建嫌疑区域的断层图像，所以可以发现精心隐藏在夹层中的塑性炸药等危险品，有效地解决了透视图像中的物体重叠问题。
3、对于现有货物安全检查系统而言，本发明在硬件上无需改动，实现成本低，非常有利于本发明的推广和应用。
附图说明
图1为本发明提供的货物安全检查总体技术方案的实现流程图；
图2为本发明提供的货物安全检查系统结构示意图；
图3为本发明一个实施例中对货物进行安全检查的方法流程图；
图4为本发明提供的货物安全检查系统中控制信号与数据流向示意图。
具体实施方式
为使本发明提供的技术方案更加清楚和明白，以下结合具体实施例并参照附图，对本发明进行详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的货物安全检查方法总体技术方案的实现流程图。本发明提供的货物安全检查方法，应用于包括双能量射线源、转台、数据采集单元和主控及数据处理计算机的货物安全检查系统，该方法包括以下步骤：
步骤101：对检查对象进行快速螺旋扫描，重建检查对象的物理参数分布图像；
步骤102：判断重建的图像中是否存在嫌疑区域，如果存在，则执行步骤103；否则，结束本流程；
步骤103：对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描，重建嫌疑区域的断层图像，根据重建的断层图像对检查对象进行安全检查。
上述步骤101对检查对象进行快速螺旋扫描之前，需要利用传送带或者辊道式输送机将检测对象移动到转台上，并在检查对象中心与转台中心重合时固定检查对象，以免转台转动时检查对象产生位移。
步骤101中所述对检查对象进行快速螺旋扫描包括：启动系统，主控及数据处理计算机控制转台承载检查对象匀速转动，双能量射线源和数据采集单元沿竖直方向同步运动，同时双能量射线源产生射线束透射转台承载的检查对象，数据采集单元接收透射转台承载检查对象的透射投影数据。
步骤101中所述重建检查对象的物理参数分布图像包括：数据采集单元将接收的透射投影数据传送给主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机采用双能量材料分辨算法将接收的透射投影数据重建为物理参数分布图像。
步骤103中所述对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描包括：双能量射线源和数据采集单元沿竖直方向同步运动至嫌疑区域所在竖直位置后停止运动；主控及数据处理计算机控制转台承载检查对象开始转动，同时双能量射线源产生射线束透射转台承载检查对象的嫌疑区域，数据采集单元接收透射转台承载检查对象嫌疑区域的透射投影数据。
步骤103中所述重建嫌疑区域的断层图像包括：数据采集单元将接收的透射嫌疑区域的透射投影数据传送给主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机采用双能量CT重建算法将接收的透射投影数据重建为断层图像。
上述包含有双能量射线源、转台、数据采集单元和主控及数据处理计算机的货物安全检查系统如图2所示，图2为本发明应用的货物安全检查系统结构示意图。
双能量射线源1一般为X射线加速器，能够以很高的频率交替产生两种能量的射线束。一般情况下，一种能量的射线束为3Mev，另一种能量的射线束为6Mev。双能量射线源可以在一次扫描中扫描出物体的原子序数、厚度和密度等信息，利用扫描出的这些信息可以提高货物安全检测率，降低货物安全检测的误报率，大大提高货物安全检查的速度与可靠性。双能量射线源也可以是X光机或者同位素源等。
转台4用于承载检查对象，检查对象固定在转台4上，在转台4转动时固定在其上的检查对象相对转台4不会发生位移。
数据采集单元3一般为探测器阵列，位于双能量射线源1的对面，探测器阵列的中心与双能量射线源1产生的双能量锥形射线束的中心关于转台的旋转轴对称，并且锥形射线束范围刚好覆盖整个探测器阵列的表面。
为了实现快速和精确检查，数据采集单元3还包括精确测量或标定以下系统参数的装置：双能量射线源到转台中心的距离，双能量射线源到探测器中心的距离，转台的转速，双能量射线源与探测器垂直运动的速度，双能量射线源能量，探测器采样间隔，探测器物理尺寸等。所述探测器物理尺寸包括单个探测器物理尺寸和探测器阵列的物理尺寸。对于这些系统参数进行测量或标定的装置在本领域中是公知的，因此在此不再赘述。
主控及数据处理计算机包括扫描控制单元和数据处理，可以为单个计算机，也可以为由多个计算机组成的计算机群或工作站等。计算机一般为高性能的PC机。扫描控制单元可以控制转台4的匀速旋转，还可以控制双能量射线源1与探测器阵列3沿竖直方向同步运动。
在对检查对象进行快速螺旋扫描时，数据处理单元接收到数据采集单元发送的、经检查对象透射的透射投影数据后，采用双能量材料分辨算法将接收的透射投影数据重建为物理参数分布图像，根据危险品检查算法判断检查对象中是否存在嫌疑区域，并对嫌疑区域进行标示。另外，数据处理单元还能够进一步根据嫌疑区域的透射投影数据对嫌疑区域进行三维重建。
在对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描时，数据采集单元将接收的透射嫌疑区域的透射投影数据传送给数据处理单元，数据处理单元采用双能量CT重建算法将接收的透射投影数据重建为断层图像。在对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描中，数据处理单元能够根据双能量CT重建算法确定断层图像上每一点的原子序数和密度。
在对检查对象进行安全检查之前，需要先将检查对象2安置到水平的转台4上。检查对象2可以通过传送带或者辊式输送机移动到转台4上，然后将检查对象2的中心与转台4的中心重合。另外，为保证在安全检查过程中检查对象2与转台4不发生相对运动，可以将转台4与检查对象2接触的表面做成粗糙面或另外设置固定装置。
上述准备工作就绪后，启动整个系统，就可以实现对检查对象的安全检查。如图3所示，图3为本发明一个实施例中对货物进行安全检查的方法流程图，具体检查过程如下：
首先对检查对象2进行快速螺旋扫描，将扫描区域的位置信息和采集到的投影数据持续传到主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机运行危险品检查算法，从投影数据中查找是否存在危险品，如果存在，则对嫌疑区域进行标识。
进一步地，主控及数据处理计算机还可以根据嫌疑区域投影数据重建出嫌疑区域的三维图像，进一步判断嫌疑区域的性质，决定排除嫌疑或者保持嫌疑，从而确定是否需要做进一步的断层扫描。
在快速螺旋扫描中，扫描与嫌疑区域的标示以及三维重建是同步进行的，即在扫描结束之后马上可以判断出是否具有存在危险品的嫌疑区域。本发明的货物安全检查系统将对整个检查对象2进行快速螺旋扫描，当扫描到检测对象顶端时，转台4停止转动，双能量射线源1和探测器阵列3停止上升和工作，主控及数据处理计算机显示出检查结果。
如果没有发现嫌疑区域，那么利用传送装置将检测对象运走，各系统复位，等待下一次检查。
如果在嫌疑区域的三维重建之后仍然无法排除嫌疑，那么主控及数据处理计算机将控制双能量射线源1和探测器阵列3垂直移动至嫌疑区域所对应的平面，然后转台4匀速旋转，双能量射线源1产生射线，探测器阵列3开始数据采集，开始对嫌疑区域进行断层扫描。
断层扫描结束后，主控及数据处理计算机利用CT重建算法计算嫌疑区域断层的精确信息，重新判断嫌疑区域性质，给出识别结果。
如果嫌疑排除，则利用传送装置将检测对象运走，各系统复位，等待下一次检查。
如果经过断层扫描和CT重建之后仍然无法排除嫌疑，则可以进一步将检测对象交给安检人员进行人工检查确认，货物安全检查系统复位，等待下一次检查。
在本发明的货物安全检查系统中，危险品的范围和各种危险品的报警阈值需要事先确定，可能需要与民航和相关部门协商，可能会随着检查环境和安全等级不同而进行调整。
整个检查系统的机械与电气控制、数据传输、图像重建、数据处理和危险品自动检查均由计算机完成。系统控制信号与数据流向如图4所示，图4中实线表示控制信号，虚线表示数据信息。运行检查分系统软件在工作站上运行，获取投影数据和位置信息，执行危险品自动检查算法，给出判断结果，并发出控制命令。投影图像和三维重建图像均可以在显示器中显示，供安检人员查看和操作。必要时，安检人员可以在计算机上人工操作，以辅助检测算法进行危险品检查。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种基于螺旋扫描立体成像的货物安全检查方法，应用于包括双能量射线源、转台、数据采集单元和主控及数据处理计算机的货物安全检查系统，其特征在于，该方法包括：
A、对检查对象进行快速螺旋扫描，重建检查对象的物理参数分布图像；
B、判断重建的图像中是否存在嫌疑区域，如果存在，则执行步骤C；否则，结束本流程；
C、对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描，重建嫌疑区域的断层图像，根据重建的断层图像对检查对象进行安全检查。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括：
将检查对象移动到转台，在检查对象中心与转台中心重合时固定检查对象。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述对检查对象进行快速螺旋扫描包括：
启动系统，主控及数据处理计算机控制转台承载检查对象匀速转动，双能量射线源和数据采集单元沿竖直方向同步运动，同时双能量射线源产生射线束透射转台承载的检查对象，数据采集单元接收透射转台承载检查对象的透射投影数据。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述重建检查对象的物理参数分布图像包括：
数据采集单元将接收的透射投影数据传送给主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机采用双能量材料分辨算法将接收的透射投影数据重建为物理参数分布图像。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A与步骤B之间进一步包括：主控及数据处理计算机显示重建的物理参数分布图像。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C之前进一步包括：
主控及数据处理计算机将嫌疑区域透射投影数据重建为三维图像并显示。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述对存在的嫌疑区域进行计算机断层扫描包括：
双能量射线源和数据采集单元沿竖直方向同步运动至嫌疑区域所在竖直位置后停止运动；主控及数据处理计算机控制转台承载检查对象开始转动，同时双能量射线源产生射线束透射转台承载检查对象的嫌疑区域，数据采集单元接收透射转台承载检查对象嫌疑区域的透射投影数据。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述重建嫌疑区域的断层图像包括：
数据采集单元将接收的透射嫌疑区域的透射投影数据传送给主控及数据处理计算机，主控及数据处理计算机采用双能量CT重建算法将接收的透射投影数据重建为断层图像。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述重建嫌疑区域的断层图像之后进一步包括：
主控及数据处理计算机显示重建的断层图像。
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