CN101387610A - 双源双能量直线式安检ct装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双源双能量直线式安检CT装置及其检测方法，射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统相连，射线发生装置包括高能射线发生装置和低能射线发生装置，与高能射线发生装置和低能射线发生装置对应设置高能数据采集装置和低能数据采集装置，高能射线发生装置与低能射线发生装置以射线互呈90°角的方式横向设置在被检物输送装置侧面，本发明能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，在得到待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识别，装置结构简单，制造成本低；采用重建和融合的方式对数据进行分析，能有效识别待检测物体内的危险品。

Description

双源双能量直线式安检CT装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种安全检测装置，特别涉及双源双能量直线式安检CT装置及其检测方法。

背景技术

安全检查是民用航空、铁路、码头、车站等公共场所的重要安全措施，随着经济的高速发展，对安全检查的效率也有所提高，安检装置由于其自动化程度较高，越来越受到广泛的应用。

现有技术中，机场、铁路、公路运输中使用的安全检查设备通常以X射线透视成像为主，透视成像一方面无法解决射线方向上物体图像互相重叠的问题；另一方面对可疑物的识别是通过分析和处理被检查物体透射图像的灰度层次和图像轮廓的方式来完成，如爆炸物、毒品等既没有特定形状的有机物，因其密度小，X射线的衰减量小，重建图像上又无法显示出明显的对比度，因而较难分辨。

为解决以上问题，出现了一种单能直线式CT成像系统，包括射线发生装置、数据采集装置、输送装置、控制和图像处理装置，采用直线轨迹扫描，使用直线滤波反投影算法重建待检测物体的断层图像和三维立体图像，具有检查速度快、不需要旋转、没有圆轨道锥束CT中的大锥角问题等优点。但是，此种装置扫描路径为有限长度的直线扫描，其等价于有限角度的CT扫描，待检测物体的重建属于一种近似重建，重建图像质量的好坏将直接影响可疑物的识别；同时，由于采用单能X射线，不能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质。

因此，需要一种安检CT装置，能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，能够在得到待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识别。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双源双能量直线式安检CT装置及其检测方法，能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，能够在得到待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识别，确定是否存在危险品，将重建图像进行融合，确定危险品种类；装置结构简单，制造成本低。

本发明的双源双能量直线式安检CT装置，包括射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送装置，所述射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统相连，所述射线发生装置包括高能射线发生装置和低能射线发生装置，与高能射线发生装置对应设置高能数据采集装置，与低能射线发生装置对应设置低能数据采集装置，所述高能射线发生装置的射线束与低能射线发生装置的射线束之间以横向互呈90°角的方式设置。

进一步，所述高能射线发生装置与低能射线发生装置处于不同横向截面；

进一步，所述被检物输送装置水平运动，高能射线发生装置和低能射线发生装置分别设置在被检物输送装置的旁侧和上侧；

进一步，高能数据采集装置和低能数据采集装置分别为含有多个探测器单元的面阵探测器。

本发明还公开了一种利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，包括以下步骤：

a.启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送装置；

b.高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束透射被检物输送装置上的待检测物体，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据并输送至控制及图像处理系统，对透视图像分析，判断图像中是否存在嫌疑区域；

c.步骤b中判断图像中如果存在嫌疑区域，从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像，利用重建图像判断出其中是否存在危险品。

进一步，步骤c中从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像，判断图像中如果存在危险品，则将重建图像进行融合；对融合图像进行分析，确定危险品种类；

进一步，步骤b中，进行透射投影数据的降噪和一致性校正预处理，求解有效原子序数和确定待检物体几何参数，判断是否存在嫌疑区域，如果否，则结束检查；

进一步，步骤b中，对透视图像内的嫌疑区域进行跟踪，跟踪采用有限线积分的方法；

进一步，还包括对投影数据、断层图像和三维立体图像的压缩存储，嫌疑区域实行无损的压缩存储，非嫌疑区域但含待检测物体的实行低损失率的压缩存储，非嫌疑区域又不含待检测物体的实行高损失率的压缩存储；

进一步，步骤b中，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据同时或不同时进行；

同时进行时，低能射线发生装置射线束S₁P的投影记作p₁₁(l，u₁，v₁)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{11}(r_{11},{\mathrm{\φ}}_{11},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{1,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{1,m}}{\mathrm{d\θ}}_1{\∫}_{-t_{1,m}}^{t_{1,m}}{p}_{11}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1,v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{11}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1,v)=p_{11}^{\′}(R_{S1}\frac{x}{\sqrt{{(R_{S1}+y)}^2+x^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R_{S1}+y}\right),v)$

$p_{11}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S1}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S1}^2+u^2+v^2}}{p}_{11}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S1}x}{R_{S1}+y},$ $v=\frac{R_{S1}z}{R_{S1}+y}$

x＝l+r₁₁ cosφ₁₁，y＝r₁₁ sinφ₁₁

高能射线发生装置射线束S₂P的投影记作p₁₂(l，u₂，v₂)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{12}(r_{12},{\mathrm{\φ}}_{12},y)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{2,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{2,m}}{\mathrm{d\θ}}_2{\∫}_{-t_{2,m}}^{t_{2,m}}{p}_{12}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2,v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{12}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2,v)=p_{12}^{\′}(R_{S2}\frac{x}{\sqrt{{(R_{S2}-z)}^2+x^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R_{S2}-z}\right),v)$

$p_{12}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S2}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S2}^2+u^2+v^2}}{p}_{12}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S2}x}{R_{S2}-z},$ $v=\frac{R_{S1}y}{R_{S1}-z}$

x＝l+r₁₂ cosφ₁₂，z＝r₁₂ sinφ₁₂

不同时进行时，低能射线发生装置射线束S₁P＇的投影记作p₂₁(l，u₁，v₁)，控制及图像处理系统中低能中心虚拟探测器中心

的坐标为(x₀₁，0，z)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{21}(r_{21},{\mathrm{\φ}}_{21},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{1,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{1,m}}d{\mathrm{\θ}}_1^{\′}{\∫}_{-t_{1,m}}^{t_{1,m}}{p}_{21}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1^{\′},v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{21}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1^{\′},v)=p_{12}^{\′}(R_{S1\′}\frac{x-x_{01}}{\sqrt{{(R_{S1\′}+y)}^2+{(x-x_{01})}^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x-x_{01}}{R_{S1\′}+y}\right),v)$

$p_{21}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S1\′}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S1\′}^2+u^2+v^2}}{p}_{21}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S1\′}(x-x_{01})}{R_{S1\′}+y},$ $v=\frac{R_{S1\′}z}{R_{S1\′}+y}$

x＝l+r₂₁ cosφ₂₁，y＝r₂₁ sinφ₂₁

高能射线发生装置射线束S₂P＇的投影记作p₂₂(l，u₂，v₂)，控制及图像处理系统中高能中心虚拟探测器中心

的坐标为(x₀₂，y，0)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{22}(r_{22},{\mathrm{\φ}}_{22},y)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{2,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{2,m}}d{\mathrm{\θ}}_2^{\′}{\∫}_{-t_{2,m}}^{t_{2,m}}{p}_{22}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2^{\′},v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{22}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2^{\′},v)=p_{22}^{\′}(R_{S2\′}\frac{x-x_{02}}{\sqrt{{(R_{S2\′}-z)}^2+{(x-x_{02})}^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x-x_{02}}{R_{S2\′}-z}\right),v)$

$p_{22}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S2\′}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S2\′}^2+u^2+v^2}}{p}_{22}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S2\′}(x-x_{02})}{R_{S2\′}-z},$ $v=\frac{R_{S2\′}y}{R_{S2\′}-z}$

x＝l+r₂₂ cosφ₂₂，z＝r₂₂ sinφ₂₂

公式中：x轴待检物体运动方向，y轴为横向，z轴为高度方向；P、P＇代表重建物体点，S₁代表低能射线源，S₂代表高能射线源，O₁代表低能面阵探测器中心，O₂代表高能面阵探测器中心，O为S₁O₁和S₂O₂连线的交点，O＇为S₁O₁和S₂O₂垂线的中点，S₁到O的距离记作R_S1，S₁到O＇的距离记作R_S1＇，S₂到O的距离记作R_S2，S₂到O＇的距离记作R_S2＇，待检测物体中心坐标为(l，0，0)，高能、低能探测器坐标系分别为u₁-v₁和u₂-v₂，u₁、u₂平行于x轴，v₁平行于z轴，v₂平行于y轴，θ_1，m＝tan^-1(u_1，m/R_S1)，u_1，m为低能探测器在x方向的半宽度，t_1，m为低能射线束重排后低能探测器在x方向坐标的最大值，θ_2,m＝tan^-1(u_2，m/R_S2)，u_2，m为高能探测器在x方向的半宽度，t_2，m为高能射线束重排后高能探测器在x方向坐标的最大值，h(t)为斜坡滤波器，S₁P的长度为r₁₁，S₂P的长度为r₁₂，S₁P＇的长度为r₂₁，S₂P＇的长度为r₂₂，S₁P与x方向的夹角为φ₁₁，S₂P与x方向的夹角为φ₁₂，S₁P＇与x方向的夹角为φ₂₁，S₂P＇与x方向的夹角为φ₂₂，g₁₁(r₁₁，φ₁₁，z)、g₂₁(r₂₁，φ₂₁，z)为S₁所在中心平面以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标，g₁₂(r₁₂，φ₁₂，y)、g₂₂(r₂₂，φ₂₂，y)为S₂所在中心平面以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标。

本发明的有益效果是：本发明的双源双能量直线式安检CT装置，采用高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束以横向互呈90°角方式设置的结构，能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，采用有限线积分变换对被检查物体中嫌疑区域进行跟踪，在得到被检查物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识别，确定是否存在危险品，将重建图像进行融合，确定危险品种类；因此，采用重建和融合的方式对数据进行分析，能有效识别待检测物体内的危险品；并且装置结构简单，制造成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构布置示意图；

图3为本发明的检测方法框图；

图4为本发明坐标系示意图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为本发明结构布置示意图，如图所示：本发明的双源双能量直线式安检CT装置，包括射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统5和被检物输送装置6，射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统相连，射线发生装置包括高能射线发生装置1和低能射线发生装置2，与高能射线发生装置1对应设置高能数据采集装置3，与低能射线发生装置2对应设置低能数据采集装置4，高能射线发生装置的射线束与低能射线发生装置的射线束之间以横向互呈90°角的方式设置；高能数据采集装置3和低能数据采集装置4分别为含有多个探测器单元的面阵探测器；本实施例中高能射线发生装置1与低能射线发生装置2处于不同横向截面，可部分或全部消除高能射线发生装置1与低能射线发生装置2射线束之间的相互干扰，有助于更加准确地判断待检测物体中是否存在危险品；当然也可以处于同一横截面，同时进行扫描，也能达到发明目的；本实施例中，被检物输送装置6水平运动，高能射线发生装置1和低能射线发生装置2分别设置在被检物输送装置的旁侧和上侧。

图3为本发明的检测方法框图，图4为本发明坐标系示意图，如图所示：图4中，待检物体7运动方向为x轴，横向为y轴，高度方向为z轴；双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，包括以下步骤：

a.启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送装置；

b.高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束透射被检物输送装置上的待检测物7，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据并输送至控制及图像处理系统，进行透射投影数据的降噪和一致性校正预处理，求解有效原子序数和确定待检物体几何参数，对透视图像分析，判断是否存在嫌疑区域，如果不存在，则结束检查，如果存在，则采用有限线积分(Finit Line IntegralTransform)的方法对待检测物7中的嫌疑区域进行跟踪；

c.步骤b中判断图像中如果存在嫌疑区域，从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像；

有限线积分变换作为近年来一种基于多尺度几何分析的新方法，其利用一系列不同尺度的固定模板或模块对图像或体数据进行分析，尤其适合图像或体数据中线特征的分析。

高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据同时进行时，低能射线发生装置射线束S₁P的投影记作p₁₁(l，u₁，v₁)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{11}(r_{11},{\mathrm{\φ}}_{11},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{1,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{1,m}}{\mathrm{d\θ}}_1{\∫}_{-t_{1,m}}^{t_{1,m}}{p}_{11}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1,v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{11}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1,v)=p_{11}^{\′}(R_{S1}\frac{x}{\sqrt{{(R_{S1}+y)}^2+x^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R_{S1}+y}\right),v)$

$p_{11}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S1}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S1}^2+u^2+v^2}}{p}_{11}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S1}x}{R_{S1}+y},$ $v=\frac{R_{S1}z}{R_{S1}+y}$

x＝l+r₁₁ cosφ₁₁，y＝r₁₁ sinφ₁₁

高能射线发生装置射线束S₂P的投影记作p₁₂(l，u₂，v₂)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{12}(r_{12},{\mathrm{\φ}}_{12},y)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{2,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{2,m}}{\mathrm{d\θ}}_2{\∫}_{-t_{2,m}}^{t_{2,m}}{p}_{12}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2,v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{12}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2,v)=p_{12}^{\′}(R_{S2}\frac{x}{\sqrt{{(R_{S2}-z)}^2+x^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R_{S2}-z}\right),v)$

$p_{12}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S2}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S2}^2+u^2+v^2}}{p}_{12}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S2}x}{R_{S2}-z},$ $v=\frac{R_{S1}y}{R_{S1}-z}$

x＝l+r₁₂ cosφ₁₂，z＝r₁₂ sinφ₁₂

高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据不同时进行时，低能射线发生装置射线束S₁P＇的投影记作P₂₁(l，u₁，v₁)，控制及图像处理系统中低能中心虚拟探测器中心

的坐标为(x₀₁，0，z)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{21}(r_{21},{\mathrm{\φ}}_{21},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{1,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{1,m}}d{\mathrm{\θ}}_1^{\′}{\∫}_{-t_{1,m}}^{t_{1,m}}{p}_{21}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1^{\′},v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{21}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1^{\′},v)=p_{12}^{\′}(R_{S1\′}\frac{x-x_{01}}{\sqrt{{(R_{S1\′}+y)}^2+{(x-x_{01})}^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x-x_{01}}{R_{S1\′}+y}\right),v)$

$p_{21}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S1\′}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S1\′}^2+u^2+v^2}}{p}_{21}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S1\′}(x-x_{01})}{R_{S1\′}+y},$ $v=\frac{R_{S1\′}z}{R_{S1\′}+y}$

x＝l+r₂₁ cosφ₂₁，y＝r₂₁ sinφ₂₁

高能射线发生装置射线束S₂P＇的投影记作p₂₂(l，u₂，v₂)，控制及图像处理系统中高能中心虚拟探测器中心的坐标为(x₀₂，y，0)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{22}(r_{22},{\mathrm{\φ}}_{22},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{2,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{2,m}}d{\mathrm{\θ}}_2^{\′}{\∫}_{-t_{2,m}}^{t_{2,m}}{p}_{22}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2^{\′},v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{22}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2^{\′},v)=p_{22}^{\′}(R_{S2\′}\frac{x-x_{02}}{\sqrt{{(R_{S2\′}-z)}^2+{(x-x_{02})}^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x-x_{02}}{R_{S2\′}-z}\right),v)$

$p_{22}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S2\′}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S2\′}^2+u^2+v^2}}{p}_{22}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S2\′}(x-x_{02})}{R_{S2\′}-z},$ $v=\frac{R_{S2\′}y}{R_{S2\′}-z}$

x＝l+r₂₂ cosφ₂₂，z＝r₂₂ sinφ₂₂

公式中：P、P＇代表重建待检测物体点，S₁代表低能射线源，S₂代表高能射线源，O₁代表低能面阵探测器中心，O₂代表高能面阵探测器中心，O为S₁O₁和S₂O₂连线的交点，O＇为S₁O₁和S₂O₂垂线的中点，S₁到O的距离记作R_S1，S₁到O＇的距离记作R_S1＇，S₂到O的距离记作R_S2，S₂到O＇的距离记作R_S2＇，待检测物体中心坐标为(l，0，0)，高能、低能探测器坐标系分别为u₁-v₁和u₂-v₂，u₁、u₂平行于x轴，v₁平行于z轴，v₂平行于y轴，θ_1，m＝tan^-1(u_1，m/RS₁)，u_1，m为低能探测器在x方向的半宽度，t_1，m为低能射线束重排后低能探测器在x方向坐标的最大值，θ_2,m＝tan^-1(u_2，m/R_S2)，u_2，m为高能探测器在x方向的半宽度，t_2，m为高能射线束重排后高能探测器在x方向坐标的最大值，h(t)为斜坡滤波器，S₁P的长度为r₁₁，S₂P的长度为r₁₂，S₁P＇的长度为r₂₁，S₂P＇的长度为r₂₂，S₁P与x方向的夹角为φ₁₁，S₂P与x方向的夹角为φ₁₂，S₁P＇与x方向的夹角为φ₂₁，S₂P＇与x方向的夹角为φ₂₂，g₁₁(r₁₁，φ₁₁，z)、g₂₁(r₂₁，φ₂₁，z)为S₁所在中心平面以待检测物体中心坐标为极坐标原点建立的待检测物体重建坐标，g₁₂(r₁₂，φ₁₂，y)、g₂₂(r₂₂，φ₂₂，y)为S₂所在中心平面以待检测物体中心坐标为极坐标原点建立的待检测物体重建坐标。

利用重建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，判断出其中是否存在危险品，如果不存在，则结束检查程序；如果存在，则将高低能重建图像进行融合；针对融合图像重新判断嫌疑区域性质，确定危险品种类；如果确定种类成功，则结束检查程序，如果确定种类不成功，则可以将待检测物体交给安检人员进行人工检查确认。

高低能重建图像间的融合主要采用特征级融合和决策级融合。特征级融合需对高低能重建图像提取特征(如危险品的边缘、轮廓、形状、相互间距)，并进行综合，以得到置信度更高的判断结果，适合刀具、枪支的确定。决策级融合则先分别对高低能图像进行危险品种类确定，再根据一定的准则以及每个决策的可信度直接作出最优决策，适合有机物(如爆炸物、毒品)的确定。具体的方法如贝叶斯法、证据推理法、神经网络法、模糊集理论法、粗糙集理论法。

还包括对投影数据、断层图像和三维立体图像的压缩存储，嫌疑区域实行无损的压缩存储，非嫌疑区域但含待检测物体的实行低损失率的压缩存储，非嫌疑区域又不含待检测物体的实行高损失率的压缩存储。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种双源双能量直线式安检CT装置，包括射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统(5)和被检物输送装置(6)，所述射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统(5)相连，其特征在于：所述射线发生装置包括高能射线发生装置(1)和低能射线发生装置(2)，与高能射线发生装置(1)对应设置高能数据采集装置(3)，与低能射线发生装置(2)对应设置低能数据采集装置(4)，所述高能射线发生装置(1)的射线束与低能射线发生装置(2)的射线束之间以横向互呈90°角的方式设置。

2.根据权利要求1所述的双源双能量直线式安检CT装置，其特征在于：所述高能射线发生装置(1)与低能射线发生装置(2)处于不同横向截面。

3.根据权利要求2所述的双源双能量直线式安检CT装置，其特征在于：所述被检物输送装置(6)水平运动，高能射线发生装置(1)和低能射线发生装置(2)分别设置在被检物输送装置(6)的旁侧和上侧。

4.根据权利要求3所述的双源双能量直线式安检CT装置，其特征在于：高能数据采集装置(3)和低能数据采集装置(4)分别为含有多个探测器单元的面阵探测器。

5.一种利用权利要求1所述的双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送装置；

b.高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束透射被检物输送装置上的待检测物体，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据并输送至控制及图像处理系统，对透视图像分析，判断图像中是否存在嫌疑区域；

c.步骤b中判断图像中如果存在嫌疑区域，从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像，利用重建图像判断出其中是否存在危险品。

6.根据权利要求5所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于：步骤c中从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像，判断图像中如果存在危险品，则将重建图像进行融合；对融合图像进行分析，确定危险品种类。

7.根据权利要求6所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于：步骤b中，进行透射投影数据的降噪和一致性校正预处理，求解有效原子序数和确定待检物体几何参数，判断是否存在嫌疑区域，如果否，则结束检查。

8.根据权利要求7所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于：步骤b中，对透视图像内的嫌疑区域进行跟踪，跟踪采用有限线积分的方法。

9.根据权利要求8所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于：还包括对投影数据、断层图像和三维立体图像的压缩存储，嫌疑区域实行无损的压缩存储，非嫌疑区域但含待检测物体的实行低损失率的压缩存储，非嫌疑区域又不含待检测物体的实行高损失率的压缩存储。

10.根据权利要求9所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于：步骤b中，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据同时或不同时进行；

同时进行时，低能射线发生装置射线束S₁P的投影记作p₁₁(l，u₁，v₁)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{11}(r_{11},{\mathrm{\φ}}_{11},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{1,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{1,m}}{\mathrm{d\θ}}_1{\∫}_{-t_{1,m}}^{t_{1,m}}{p}_{11}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1,v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{11}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1,v)=p_{11}^{\′}(R_{S1}\frac{x}{\sqrt{{(R_{S1}+y)}^2+x^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R_{S1}+y}\right),v)$

$p_{11}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S1}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S1}^2+u^2+v^2}}{p}_{11}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S1}x}{R_{S1}+y},$ $v=\frac{R_{S1}z}{R_{S1}+y}$

x＝l+r₁₁cosφ₁₁，y＝r₁₁sinφ₁₁

高能射线发生装置射线束S₂P的投影记作p₁₂(l，u₂，v₂)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{12}(r_{12},{\mathrm{\φ}}_{12},y)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{2,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{2,m}}{\mathrm{d\θ}}_2{\∫}_{-t_{2,m}}^{t_{2,m}}{p}_{12}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2,v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{12}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2,v)=p_{12}^{\′}(R_{S2}\frac{x}{\sqrt{{(R_{S2}-z)}^2+x^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R_{S2}-z}\right),v)$

$p_{12}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S2}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S2}^2+u^2+v^2}}{p}_{12}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S2}x}{R_{S2}-z},$ $v=\frac{R_{S1}y}{R_{S1}-z}$

x＝l+r₁₂cosφ₁₂，z＝r₁₂sinφ₁₂

不同时进行时，低能射线发生装置射线束S₁P′的投影记作p₂₁(l，u₁，v₁)，控制及图像处理系统中低能中心虚拟探测器中心

的坐标为(x₀₁，0，z)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{21}(r_{21},{\mathrm{\φ}}_{21},z)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{1,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{1,m}}d{\mathrm{\θ}}_1^{\′}{\∫}_{-t_{1,m}}^{t_{1,m}}{p}_{21}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1^{\′},v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{21}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_1^{\′},v)=p_{21}^{\′}(R_{S1\′}\frac{x-x_{01}}{\sqrt{{(R_{S1\′}+y)}^2+{(x-x_{01})}^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x-x_{01}}{R_{S1\′}+y}\right),v)$

$p_{21}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S1\′}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S1\′}^2+u^2+v^2}}{p}_{21}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S1\′}(x-x_{01})}{R_{S1\′}+y},$ $v=\frac{R_{S1\′}z}{R_{S1\′}+y}$

x＝l+r₂₁cosφ₂₁，y＝r₂₁sinφ₂₁

高能射线发生装置射线束S₂P′的投影记作p₂₂(l，u₂，v₂)，控制及图像处理系统中高能中心虚拟探测器中心

的坐标为(x₀₂，y，0)，待检测物体的重建公式如下，

$g_{22}(r_{22},{\mathrm{\φ}}_{22},y)={\∫}_{-{\mathrm{\θ}}_{2,m}}^{{\mathrm{\θ}}_{2,m}}d{\mathrm{\θ}}_2^{\′}{\∫}_{-t_{2,m}}^{t_{2,m}}{p}_{22}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2^{\′},v)h(t-t\′)\mathrm{dt}\′$

其中，

$p_{22}^{\%}(t\′,{\mathrm{\θ}}_2^{\′},v)=p_{22}^{\′}(R_{S2\′}\frac{x-x_{02}}{\sqrt{{(R_{S2\′}-z)}^2+{(x-x_{02})}^2}},{\tan }^{-1}\left(\frac{x-x_{02}}{R_{S2\′}-z}\right),v)$

$p_{22}^{\′}(l,u,v)=\frac{\sqrt{R_{S2\′}^2+u^2}}{\sqrt{R_{S2\′}^2+u^2+v^2}}{p}_{22}(l,u,v)$

$u=\frac{R_{S2\′}(x-x_{02})}{R_{S2\′}-z},$ $v=\frac{R_{S2\′}y}{R_{S2\′}-z}$

x＝l+r₂₂cosφ₂₂，z＝r₂₂sinφ₂₂

公式中：x轴待检物体运动方向，y轴为横向，z轴为高度方向；P、P′代表重建物体点，S₁代表低能射线源，S₂代表高能射线源，O₁代表低能面阵探测器中心，O₂代表高能面阵探测器中心，O为S₁O₁和S₂O₂连线的交点，O′为S₁O₁和S₂O₂垂线的中点，S₁到O的距离记作R_S1，S₁到O′的距离记作R_S1′，S₂到O的距离记作R_S2，S₂到O′的距离记作R_S2′，待检测物体中心坐标为(l，0，0)，高能、低能探测器坐标系分别为u₁-v₁和u₂-v₂，u₁、u₂平行于x轴，v₁平行于z轴，v₂平行于y轴，θ_1，m＝tan^-1(u_1，m/R_S1)，u_1，m为低能探测器在x方向的半宽度，t_1，m为低能射线束重排后低能探测器在x方向坐标的最大值，θ_2.m＝tan^-1(u_2，m/R_S2)，u_2，m为高能探测器在x方向的半宽度，t_2，m为高能射线束重排后高能探测器在x方向坐标的最大值，h(t)为斜坡滤波器，S₁P的长度为r₁₁，S₂P的长度为r₁₂，S₁P′的长度为r₂₁，S₂P′的长度为r₂₂，S₁P与x方向的夹角为φ₁₁，S₂P与x方向的夹角为φ₁₂，S₁P′与x方向的夹角为φ₂₁，S₂P′与x方向的夹角为φ₂₂，g₁₁(r₁₁，φ₁₁，z)、g₂₁(r₂₁，φ₂₁，z)为S₁所在中心平面以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标，g₁₂(r₁₂，φ₁₂，y)、g₂₂(r₂₂，φ₂₂，y)为S₂所在中心平面以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标。

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