CN101334369A - 检查液态物品中隐藏的毒品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种检查液态物品中隐藏的毒品的方法和设备，以在不打开包装的情况下判断该液态物品中是否隐藏有毒品。该方法包括步骤：发出射线束以透射所述液态物品；接收透射过所述液态物品的射线束，以形成多角度投影数据；基于所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值；利用所述液态物品的标识信息作为索引从预先创建的数据库中检索参考属性值，并且计算所计算的属性值和参考属性值之间的差值；以及判断所述差值是否大于预定的阈值；其中，在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述液态物品中隐藏了毒品。

Description

检查液态物品中隐藏的毒品的方法和设备

技术领域

本发明涉及毒品检查，具体涉及在诸如海关之类场所对液态物品进行检查的设备和方法，通过对液态物品进行单能CT成像来判断液态物品是否藏有诸如可卡因之类的毒品。

背景技术

将诸如可卡因之类的毒品隐藏于液体中以逃避检查，是各国海关共同面临的难题。针对该问题，目前主要采用两种方法来进行检查，包括诸如取样分析方法的侵入式检查方法和诸如微粒检测方法的非侵入检查方法。

取样分析方法是通过打开液态物品的包装，对液体取样并分析从而判断该液态物品是否隐藏有毒品。这种方法有一个难以克服的缺点：破坏了液态物品的原始包装，因此不适合对普通旅客的常规检查。

微粒检测方法是检测包装物上可能残余的微量毒品残留并进行辨别，而不打开液态物品的包装。这种方法的局限在于：如果毒品携带者能够有效地减少毒品在包装物上的残留(比如将毒品注射进密封容器)，那么此方法将变得无效。

因此，需要一种能够不破坏液态物品的包装就能够判断液态物品中是否隐藏有毒品的技术。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种用单能射线检查液态物品中隐藏的毒品的方法和设备，它可以在不破坏液态物品包装的情况下对其进行快速检查，得出被检查液态物品是否藏有毒品的结论。

在本发明的一个方面，提出了一种检查液态物品中隐藏的毒品的方法，包括步骤：发出射线束以透射所述液态物品；接收透射过所述液态物品的射线束，以形成多角度投影数据；基于所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值；利用所述液态物品的标识信息作为索引从预先创建的数据库中检索参考属性值，并且计算所计算的属性值和参考属性值之间的差值；以及判断所述差值是否大于预定的阈值；其中，在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述液态物品中隐藏了毒品。

在本发明的另一个方面，提出了一种检查液态物品中隐藏的毒品的设备，包括：射线源，发出射线束以透射所述液态物品；探测和采集装置，接收透射过所述液态物品的射线束，以形成多角度投影数据；以及计算机数据处理装置，包括：基于所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值的装置；利用所述液态物品的标识信息作为索引从预先创建的数据库中检索参考属性值，并且计算所计算的属性值和参考属性值之间的差值的装置；以及判断所述差值是否大于预定的阈值的装置；其中，在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述液态物品中隐藏了毒品。

利用本发明的上述系统和方法，能够判断被检液态物品(比如酒等)中是否隐藏有诸如毒品(比如可卡因等)之类的可疑物质。另外，由于用户可以根据具体的应用来向数据库中添加液态物品的种类，所以为用户的使用提供了便利性。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：

图1是根据本发明一个实施方式的检查设备的结构示意图；

图2示出了如图1所示的检查设备中的计算机数据处理器的结构图；

图3是说明根据本发明一个实施方式的检查液态物品中隐藏的毒品的详细流程图；

图4是说明用户扩展数据库的过程的详细流程图；以及

图5示出了如图1所示的检查设备中的计算机数据处理器的功能框图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，否则它们将使本发明的主题不清楚。

图1是根据本发明一个实施方式的检查设备的结构示意图。

如图1所示，根据本实施方式的检查设备包括：发出检查用射线的射线源10，诸如X光机或者同位素(X或γ射线源)；承载机构30，其承载被检液态物品20围绕轴Z转动，并且可以升降，使得被检液态物品20进入检测区域，从而由射线源10发出的射线能够透过被检液态物品20；探测和采集装置40，它是具有整体模块结构的探测器及数据采集器，用于探测透射被检液态物品20的射线，获得模拟信号，并且将模拟信号转换成数字信号，从而输出液态物品20的扫描数据；扫描控制器50，它用于控制整个系统的各个部分同步工作；以及计算机数据处理器60，它用来处理由数据采集器采集的数据，并输出检查结果。

如图1所示，射线源10置于可放置被检液态物品20的承载机构30一侧，探测和采集装置40置于承载机构30的另一侧，包括探测器和数据采集器，用于获取被检液态物品20的环境初始信息和多角度投影数据。数据采集器中包括数据放大成形电路，它可工作于(电流)积分方式或脉冲(计数)方式。探测和采集装置40的数据输出电缆与计算机数据处理器60连接，将采集的数据存储在计算机数据处理器60中。

另外，检查设备还包括由金属制成的筒状物体通道(未示出)，它设置在承载机构30上，能屏蔽X射线向外的辐射。被检液态物品放置在被检物体通道中。

图2示出了如图1所示的计算机数据处理器60的结构框图。如图2所示，数据采集器所采集的数据存储在存储器61中。只读存储器(ROM)62中存储有计算机数据处理器的配置信息以及程序。随机存取存储器(RAM)63用于在处理器66工作过程中暂存各种数据。另外，存储器61中还存储有用于进行数据处理的计算机程序和预先编制的数据库，该数据库存储有各种已知液态物品的相关信息，例如液体名称、种类和物理属性等信息，用于与处理器66所计算出的被检液态物品20中液体的诸如CT值之类的属性值进行比较。内部总线64连接上述的存储器61、只读存储器62、随机存取存储器63、输入装置65、处理器66和显示装置67。

在用户通过诸如键盘和鼠标之类的输入装置65输入的操作命令后，该计算机程序中的指令代码命令处理器66执行预定的数据处理算法，在得到数据处理结果之后，将其显示在诸如LCD显示器之类的显示装置67上，或者直接以硬拷贝的形式输出处理结果。

通常，液体的物理属性，在藏毒后将发生改变。因此，通过判断被检液态物品的某个物理属性与标准液态物品的物理属性之间的差异，就可以判断被检液态物品中是否隐藏有毒品。

根据本发明的实施方式，首先计算出被检液态物品的平均衰减系数，并且将其换算成表示与水的相对衰减系数的CT值，将实际测量的CT值与预先创建的数据库中相应类别的液体的CT值进行比较，如果二者之间的差值大于某个预定的阈值，则认为该液态物品可能隐藏了毒品。

根据本发明的实施方式，首先统计图像中所有液体像素的平均线衰减系数，并通过下式转换成表示相对于水衰减系数的CT值：

其中μ_水为水的线衰减系数，μ_测为被扫描物的实测线衰减系数。上述公式(1)能够将所有液态物品的衰减系数转换成相对于水的值。可以看出，水的相对衰减系数是0。

作为另一选择，也可以直接使用计算的平均线衰减系数进行类似的操作。例如，求出计算的平均线衰减系数与参考值之间的差值，并且将差值与另一预定的阈值进行比较，来判断液态物品中是否隐藏有毒品。

图3示出了根据本发明一个实施例的检查方法的流程图。

如图3所示，在步骤S10，操作员根据液态物品的持有者所提供的有关该液态物品的标识信息或者从液态物品的外包装上获得该信息，例如该液态物品是一瓶40度的朗姆酒。这里，操作员可以输入该项物品的先验信息：白酒--＞朗姆酒--＞40度。然后，将被检液态物品20放置在承载机构30上。

根据本发明的一个实施方式，当操作员发出开始扫描命令之后，扫描控制器50控制射线源10发出射线，控制承载机构30上升或者下降，进入由X射线源10和探测器构成的检测空间，即检测区域。此时，从射线源10发出射线束，透射被检液态物品20。扫描控制器50控制探测和采集装置40接收透射过被检液态物品的射线，获得被检测液态物品的环境初始信息，例如探测器的本底信息和几何边界信息。该几何边界信息可以通过X射线照相技术，也可以通过X射线扫描成像技术来获得。X射线扫描成像技术可以采用平移方式、旋转方式或者螺旋方式。

此外，在上述的处理过程中，所获得被检测液态物品20的环境初始信息，还包括包装的大小、包装的材质、包装和被检测液态物品的体积比等。可以利用神经网络识别算法事先对各种液态物品的这些信息和衰减系数值或者相对衰减系数值建立分类，形成数据库。在实际的检查过程中计算实际测量的各分类特征与数据库中的分类特征之间的差异并且将该差异与预定的阈值进行比较，来实现对被检测液态物品20的检查。

然后，在步骤S12，承载机构30在扫描控制器50的控制下，进行旋转，当达到第一角度时，从射线源10发出射线，穿透被检液态物品20。探测和采集装置40接收透射的射线，获得第一角度投影数据，表示为1×N维向量g₁，存储在计算机数据处理器60的存储器61中，这里N表示探测器中一行探测器单元的数目。

承载机构30在扫描控制器50的控制下，继续旋转，当达到第2角度时，从射线源10发出射线，穿透被检测液态物品20。探测和采集装置40接收透射的射线，获得第二角度投影数据，表示为1×N维向量g₂，存储在计算机数据处理器60的存储器61中。

这样，重复上述的步骤，承载机构30在扫描控制器50的控制下，进行旋转，直到第M角度时，获得第M角度投影数据，表示为1×N维向量g_M，存储在计算机数据处理器60的存储器61中。经过上述的扫描过程，获得了被检液态物品20的多角度投影数据，以M×N维向量g表示。因此，可以在一个断层内连续获取被检液态物品20的多角度投影数据g。

这里，为了增加多角度投影数据，在扫描中可以增加角度投影数或将探测器安装偏移组成探测器的探测器单元的尺寸的1/4。

设被扫描液态物品20的线衰减系数表示为I维的向量f，其中I表示被扫描液态物品的离散化像素维数。由X射线与物质的相互作用，根据比尔定律有：

g₁＝exp(-H₁f)

g₂＝exp(-H₂f)

……

g_M＝exp(-H_Mf)        ----(2)

其中，H₁，...，H_M均为N×I的系统矩阵，它们的每个元素H_nj反映了物体图像中离散象素点j在该对应角度时对第n个探测器所采集信号的贡献系数。H₁，...，H_M的每一个为稀疏矩阵，由扫描系统的具体设计决定，可以通过预计算存储在存储器61中或根据系统参数即时计算确定。因此，通过对公式(2)进行求逆运算即可以得到被扫描物体的线衰减系数信息。

求逆运算是指正运算的逆过程。正运算过程是指射线源发出的初始信号在经过被检液态物品20时进行衰减，衰减后的射线信号被探测器接收的运算过程。因此，根据探测器的接收信号来计算被检液态物品对射线的衰减信息的过程即为逆运算。

但是，在液态物品检查过程中，由于求逆运算是一个病态问题，需要融合其它信息，例如前面在步骤S10获得的被检液态物品20的几何边界信息，来提高解的有效性和稳定性。

然后，基于在步骤S10中获得的包括被检液态物品20的几何边界信息的初始环境信息来设定求逆运算用的边界条件以及均匀性条件。被检液态物品20的空间形状可以表示为一个有界函数，通过上述的X射线照相技术或者X射线扫描成像技术可以确定被检液态物品20的几何边界信息，从而限定物体函数的有效作用域Ω，即f_i＝0， $i\∉\mathrm{\Ω}.$ 边界条件的引入可以提高求解速度，并且一定程度改善问题的病态性。其次，由于检查系统的目标物体是液态物品部分，所以可以把扫描物体分为两个部分：液态物品区域Ω_l和非液态物品区域Ω_n。根据液态物品的均匀性，有f_i＝平滑函数，i∈Ω_l。该平滑函数的特点是液态物品区域Ω_l内的整体方差有限，液态物品区域Ω_l内局部的波动有限。液态物品均匀性的使用很大程度上优化了液态物品信息的提取，提高了系统的鲁棒性。

注意，具有均匀性的液态物品，是指对射线衰减均匀的溶液、悬浊液或者乳浊液。例如，牛奶、粥等液态物品也是上述意义上具有均匀性的液态物品。也就是说，液态物品的均匀性是指被检液态物品对射线衰减表现出均匀性。

因此，计算机数据处理器60以被检液态物品20的几何边界尺寸为边界条件，通过上述的公式(2)以液态物品的均匀性为收敛条件，计算得到被检液态物品20的射线衰减系数。然后，根据得到的Ω_l区域内象素值的统计特性计算出液态物品的有效射线衰减系数。计算机数据处理器60将计算的射线衰减系数按照上述的公式转换成对水的相对衰减系数CT值。

然后，在步骤S13，计算机数据处理器60，利用在步骤S10输入的液态物品的标识信息，例如40度郎姆酒和容器形状，在数据库中进行检索来得到相关的基准CT值。

在步骤S14，通过将计算出的CT值与数据库中的已知液态物品的CT值进行比较来判断该液态物品中是否隐藏了毒品。例如，未隐藏毒品的40度郎姆酒的相对CT值是20，而隐藏了毒品的40度郎姆酒的相对衰减系数是22，并且设定阈值为2，则22-20＞＝2，所以认为该液态物品中隐藏了毒品。然后，通过显示装置67给出警告或者直接打印输出检查结果。

在上述的步骤S12中，可以采用贝叶斯方法了将几何边界信息和均匀性作为条件来计算被检液态物品20的射线衰减系数。但是，也可以采用非统计方法首先求解上述的公式(2)，得到初步射线衰减系数之后，利用边界条件和均匀性优化处理后，根据f_i，i∈Ω_l的分布估计出被检液态物品20的线衰减系数，以提高计算的有效性和稳定性。下面以示例的形式说明用贝叶斯方法和非统计方法来计算射线衰减系数的过程。

【贝叶斯方法计算液态物品线衰减系数示例】

1、确定目标函数：

Φ(f)＝Φ_l(g；f)+λP(f)    ----(3)

其中，Φ_l(g；f)是似然函数，由采集到的数据的噪声特性确定，P(f)为对f_i∈Ω_l的均匀性的度量，比如 $P\left(f\right)=-\mathrm{variance}\left(f\right){|}_{f\∈{\mathrm{\Ω}}_l},$ λ为调节参数，根据经验预先设置；

2、由数值优化方法求解 $\hat{f}=\arg \max \left[\mathrm{\Φ}\left(f\right)\right],$ 在此求解过程中，让f_i＝0， $i\∈\mathrm{\Ω};$

3、统计f∈Ω_l的概率分布p(μ_液体)，可以得到被扫描液态物品的线衰减系数，例如

或者

【非统计方法计算液态物品线衰减系数示例】

1、用解析方法，例如滤波反投影重建方法或ART方法，得到射线衰减系数f的初步估计；

2、计算f_i∈Ω_l的均匀性

a)如果满足预先设定的均匀性要求，例如局部方差小于某个阈值，则根据f∈Ω_l的统计特性，例如

得到液态物品的衰减系数；

b)如果不满足均匀性要求，对射线衰减系数f进行边界条件处理和平滑处理，得到f′。计算处理后f′的正投影和采集数据g比较，对两者的差异进行再次地解析重建修改f，回到步骤2。

在非统计方法的实现过程中，可以通过设置不同的均匀性要求来调节运算速度和精度，极端情况下，可以一步得到液态物品的衰减系数，无需迭代。

在非统计方法的情况下，由于不需要几何边界信息就能够计算出液态物品的射线衰减系数，因此可以从重建的衰减图像来计算有关容器的信息，而不用X摄像照相技术来获得液态物品的几何边界信息。这里与容器相关的信息包括：容器的线衰减系数，容器半径，容器壁厚，容器形状。统计CT图中所有容器像素的平均线衰减系数作为容器的线衰减系数。记录每个容器像素的位置坐标，然后根据容器位置坐标计算得到容器的平均壁厚和容器壁点到容器中心的距离，计算容器壁点到容器中心的距离的平均值作为容器半径，容器壁点到容器中心的距离的方差作为容器形状的表征，这是因为如果容器为标准圆则方差为0，而为异形容器则方差会很大，方差的大小表征容器形状偏离标准圆的程度。

在本实施例中，采用被检液态物品20旋转的方式来实现扫描，采用这种扫描方式，减小了设备的体积，降低了设备的成本。但是，也可以采用被检液态物品20静止，而射线源10和探测和采集装置40旋转的扫描方式。

此外，射线源10可以包括一个或者多个X光机，或者一个或者多个同位素源，并且X光机的射线的能量是可调的。在射线源10包括多个X光机或者多个同位素源的情况下，探测器的数目可以与X光机或者同位素源的数目相同，并且这多个探测器与射线源相对应地设置。这里，探测器可以是气体探测器、液体探测器、固体探测器或者半导体探测器，并且具有能量选择功能。此外，探测器使用方式可以是一维阵列或者二维阵列，也就是线阵探测器或者面阵探测器。

根据本发明的实施方式，用户可以根据需要对数据库进行扩展，例如，当需要在数据库中添加一种新的液态物品的属性信息时。图4是说明用户扩展数据库的过程的详细流程图。

在步骤S20，操作员给系统上电，系统自检后进入就绪状态，然后登陆数据库设置界面。操作员输入希望被加入到数据库中的液体样本的标识(主类，子类和备注信息)，如主类朗姆酒，子类40度，备注产自巴西。

在步骤S21，操作员将液体样本放在转台30上，按下扫描按钮，系统进行如上所述的CT扫描，获得各个角度下的投影值。

在步骤S22，计算机数据处理器60按照上述的方法执行CT图像重建，从CT图像获取液态物品的CT值和容器相关信息。

在步骤S23，将液体标识与参考CT值及容器相关信息绑定后，保存到数据库中。

如果操作员希望进一步扩展其他样本，对其他的样本进行如上相同的操作过程。否则，操作员退出数据库设置界面，本次扩展流程结束。

以上以在计算机数据处理器60执行包含了预定数据处理算法的计算机程序的形式描述了射线衰减系数的计算过程和被检测液态物品20的CT值获得过程，但是计算机数据处理器60还可以以其他的形式来实现。图5示出了如图1所示的检查设备中的计算机数据处理器60的功能框图。

如图5所示，作为计算机数据处理器的另一个例子，该计算机数据处理器60’包括：数据存储器71，存储环境初始信息和多角度投影数据以及其他的数据，例如描述系统特性的系统矩阵H₁，……H_M；数据库74，存储有各种液态物品的CT值，容器相关信息用于检查过程中的检索和比对之用；CT值计算单元72，它基于数据存储器71中存储的环境初始信息，例如被检液态物品的几何边界信息，和多角度投影数据，根据上述的公式(2)，以液态物品的均匀性作为条件，计算被检液态物品20的射线衰减系数，并且将射线衰减系数转换成CT值；判断单元73，它根据CT值计算单元72所计算的被检液态物品20的CT值与数据库中预先存储相应液态物品的参考CT值进行比较，在二者之间的差异大于预定的阈值的情况下确定该被检液态物品20中可能隐藏了毒品；输出单元75，例如显示器或者其他的输出设备，将判断单元73所得到的判断结果直接呈现给操作员。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (20)

1、一种检查液态物品中隐藏的毒品的方法，包括步骤：

发出射线束以透射所述液态物品；

接收透射过所述液态物品的射线束，以形成多角度投影数据；

基于所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值；

利用所述液态物品的标识信息作为索引从预先创建的数据库中检索参考属性值，并且计算所计算的属性值和参考属性值之间的差值；

以及

判断所述差值是否大于预定的阈值；

其中，在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述液态物品中隐藏了毒品。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述属性值是线衰减系数。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述属性值是相对线衰减系数。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述相对线衰减系数是通过下式计算的：

其中μ_水为水的线衰减系数，μ_测是计算的线衰减系数。

5、如权利要求1所述的方法，其中所述标识信息包括以下至少之一：被检液态物品的名称、种类、容器相关信息和产地。

6、如权利要求5所述的方法，还包括步骤：

用所述被检液态物品各个位置的线衰减系数形成被检物品的图像；

基于所述图像来计算所述容器相关信息。

7、如权利要求1所述的方法，其中所述数据库是可扩展的。

8、如权利要求1所述的方法，还包括步骤：

获取环境初始信息；

其中，基于所述环境初始信息和所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值。

9、如权利要求8所述的方法，其中所述环境初始信息包括液态物品的几何边界信息。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述几何边界信息是通过射线照相技术或者扫描成像技术而获取的。

11、一种检查液态物品中隐藏的毒品的设备，包括：

射线源，发出射线束以透射所述液态物品；

探测和采集装置，接收透射过所述液态物品的射线束，以形成多角度投影数据；以及

计算机数据处理装置，包括：

基于所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值的装置；

利用所述液态物品的标识信息作为索引从预先创建的数据库中检索参考属性值，并且计算所计算的属性值和参考属性值之间的差值的装置；以及

判断所述差值是否大于预定的阈值的装置；

其中，在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述液态物品中隐藏了毒品。

12、如权利要求11所述的设备，其中所述属性值是线衰减系数。

13、如权利要求11所述的设备，其中所述属性值是相对线衰减系数。

14、如权利要求13所述的设备，其中所述相对线衰减系数是通过下式计算的：

其中μ_水为水的线衰减系数，μ_测是计算的线衰减系数。

15、如权利要求11所述的设备，其中所述标识信息包括以下至少之一：被检液态物品的名称、种类、容器相关信息和产地。

16、如权利要求11所述的设备，所述计算机处理器还包括：

用所述被检液态物品各个位置的线衰减系数形成被检物品的图像的装置；

基于所述图像来计算所述容器相关信息的装置。

17、如权利要求1所述的设备，其中所述数据库是可扩展的。

18、如权利要求11所述的设备，其中，所述探测和采集装置还获取环境初始信息，以及基于所述环境初始信息和所述液态物品的均匀性，通过对所述多角度投影数据进行求逆运算，来计算得到被检液态物品的属性值。

19、如权利要求18所述的设备，其中所述环境初始信息包括液态物品的几何边界信息。

20、根据权利要求19所述的设备，其中，所述几何边界信息是通过射线照相技术或者扫描成像技术而获取的。

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