CN102053096B - 双能量x射线安全检查设备的材料校准系统及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于安全检查领域，提供一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统及校准方法，所述系统包括依次连接的：材料测试箱、图像采集模块、自动校准模块、训练校准模块及材料表生成模块。所述图像采集模块采集材料测试箱图像，然后通过自动校准模块对图像进行分析，提取图像中有机玻璃、硬铝和低碳钢不同厚度的高低能数据，由材料表生成模块自动生成材料表，调试人员检查双能量X射线安全检查系统材料分辨能力是否满足指标，满足则输出材料表，不满足则进入训练校准模块，通过训练校准模块调整自动校准曲线上的个别点上下移动，并生成材料表。本发明实现了材料自动校准，并通过训练校准功能进行辅助，大大提高了现有产品的技术指标。
Description
技术领域
本发明属于安全检查领域，特别是涉及一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统及校准方法。
背景技术
目前，双能量X射线安全检查设备的材料表是在出厂前通过采集不同典型材料的物体图像数据，再通过特殊的工具处理生成材料表，在出厂前进行配置不再更改。这样的工作流程和处理方法存在一些不足：
一、材料表的生成工序较为复杂。需要采集不同材料的物质，在通过对采集数据的分析后通过特殊的工具生成材料表，耗时费力；
二、同种机型使用同一套材料表。由于设备在生产制造过程中存在差异，使用同一套材料表不能使设备给体材料分辨能力达到最佳状态；
三、设备的材料表为出厂设定，用户不能更改。设备在使用过程中，设备材料分辨特性会发生变化，继续使用出厂设定的材料表，设备的材料分辨能力将逐渐降低。
四、目前，安检市场还没有能够快速进行材料表设置与校准的方式方法，图像质量不能保持稳定。
发明内容
鉴于以上缺陷，本发明的主要目的是提供一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统及校准方法，通过对双能量X射线安全检查设备的材料特性算法的研究，实现双能量X射线安全检查设备对材料特性的自动校准，提高X射线安全检查设备的材料分辨能力，降低调试人员的调试难度，减轻开发人员对材料表维护的劳动强度，同时提高产品的图像质量以及系统的自动化程度和高技术含量。
为了达到以上目的，本发明提供的该种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统，主要包括依次连接的：材料测试箱、图像采集模块、自动校准模块、训练校准模块及材料表生成模块。
本发明还提供一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统的校准方法，包括以下步骤：
a.所述图像采集模块采集材料测试箱图像，然后通过自动校准模块对材料测试箱图像进行分析，提取材料测试箱图像中有机玻璃、硬铝和低碳钢不同厚度的高低能数据建立自动校准曲线，由材料表生成模块自动生成材料表；
b.调试人员检查双能量X射线安全检查设备材料分辨能力是否满足指标，即民航总局规定指标，满足则输出材料表，不满足则进入训练校准模块，调试人员对比自动校准曲线和实际的材料曲线差异，通过训练校准模块调整自动校准曲线上的个别点上下移动，从而使得校准曲线和实际的材料曲线达到完全吻合状态，生成并输出材料表。
上述步骤a具体包括以下步骤：
a).物理模型建立
选择有机玻璃代表有机物，硬铝代表混合物，低碳钢代表无机物，取不同厚度上述3种物质采集数据绘制曲线，横轴是双能量X射线高低能合成值，纵轴是双能量X射线低能/高能值，在这3条曲线之间均匀插入18条曲线，分别代表不同材料的有机物、混合物和无机物；
b).材料测试箱设计
选择不同厚度的有机玻璃、硬铝和低碳钢设计材料测试箱，其中有机玻璃、硬铝和低碳钢规格为总长400mm的连续厚度材料块，厚度符合上述物理模型要求；
c).自动校准算法实现
1)提取材料
采集步骤b)材料测试箱的图像，通过去噪等处理后，提取出材料测试箱整体轮廓，然后再计算出每种材料边缘值，即找到不同物质的边缘，进而把每种物质数据提取出来；
2)提取数据
根据1)计算的结果，提取出每种材料的高低能数据，把高低能数据显示在步骤a)建立的物理模型曲线坐标系中；
3)曲线生成
根据采集数据的特点，采用分区复合曲线生成方法。曲线生成分为两部分，在有采样数据点的区域采用Lagrange插值算法，在采样数据点以外区域采用最小二乘多次曲线拟合算法，生成校准曲线；
4)材料表生成
首先将整个材料空间进行区域划分，材料空间划分为五个区域，低灰度不可识别区域(灰度值小于60的区域)、高灰度不可识别区域(灰度值大于4000的区域)、有机物区域(有机玻璃曲线以上的区域)、混合物区域(有机玻璃和硬铝曲线之间的区域)和无机物区域(低碳钢曲线以下的区域)；
低灰度不可识别区域材料值定义为125，高灰度不可识别区域材料值定义为0，有机物区域材料值定义为0，无机物区域材料值定义124，混合物区域是无机物到有机物的过度区域，需要计算得到不同空间点的材料值。在混合物区域内三条材料曲线在3)中已经得到，根据步骤a)建立的物理模型计算出其它18条曲线不同厚度的高低能数据，通过不同材料的21条曲线和不同厚度的100个数据采样点，可以将混合物区域剖分为2079个网格。每个网格都有ABCD四个点组成，通过线性插值算法我们可以算出网格内任意一点的材料值。至此，整个材料空间内所有点的材料值都可以计算得到，形成整体材料表。
上述步骤a的具体步骤，其实质是通过建立物理模型曲线，并参考物理模型曲线设计材料测试箱，即设计材料测试箱中各组成材料的形状和排列组合，然后再实际测量材料测试箱的图像，获得其每种材料的高低能数据，并把数据归入物理模型曲线坐标系中，然后再通过算法生成校准曲线，再将校准曲线进行区域划分，进而计算得到材料表。
本发明提供的双能量X射线安全检查设备的材料校准系统及校准方法，最终实现了材料自动校准，并通过训练校准功能进行辅助，大大提高了现有产品的技术指标。
附图说明
图1为本发明提供的一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统架构示意图；
图2为本发明提供的一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统的校准流程示意图；
图3为实施例1中的物理模型曲线图；
图4为实施例1中的材料测试箱示意图；
图5为实施例1中的材料测试箱图像示意图；
图6为实施例1中的提取数据后的曲线图；
图7为实施例1中的材料校准曲线图；
图8为实施例1中的材料空间图；
图9为实施例1中的训练校准材料曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案进一步说明，但不作对其的限定：
本发明提供的该种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统，如图1所示，主要包括依次连接的：材料测试箱、图像采集模块、自动校准模块、训练校准模块及材料表生成模块。
再如图2所示，本发明提供的该种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统，在校准时，所述图像采集模块采集材料测试箱图像，然后通过自动校准模块对材料测试箱图像进行分析，提取材料测试箱图像中有机玻璃、硬铝和低碳钢不同厚度的高低能数据建立自动校准曲线，由材料表生成模块自动生成材料表，调试人员检查双能量X射线安全检查系统材料分辨能力是否满足指标，满足则输出材料表，不满足则进入训练校准模块，调试人员对比自动校准曲线和实际的材料曲线差异，通过训练校准模块调整自动校准曲线上的个别点上下移动，从而使得校准曲线和实际的材料曲线达到完全吻合状态，生成并输出材料表。
实施例1
以CMEX-B6550双能量X射线安全检查设备机型为例：
1.物理模型建立
选择有机玻璃代表有机物，硬铝代表混合物，低碳钢代表无机物，取不同厚度3种物质采集数据绘制曲线如图3所示。图3横轴是双能量X射线高低能合成值，纵轴是双能量X射线低能/高能值，在这3条曲线之间均匀插入18条曲线，分别代表不同材料的有机物、混合物和无机物。
2.材料测试箱设计
选择不同厚度的有机玻璃、硬铝和低碳钢设计如图4所示材料测试箱，其中有机玻璃、硬铝和低碳钢规格为总长400mm的连续厚度材料块，厚度符合上述物理模型要求。
3.自动校准算法实现
1)提取材料
采集上述材料测试箱的图像，如图5所示，通过去噪等处理后，提取出材料测试体整体边缘，然后再计算出每种材料边缘值，即找到不同物质的边缘，进而把每种物质数据提取出来；
2)提取数据
根据1)计算的结果，提取出每种材料的高低能数据，把高低能数据显示在上述物理模型曲线坐标系中，如图6所示。
3)曲线生成
根据采集数据的特点，采用分区复合曲线生成方法。对Lagrange插值、分段线性插值、Hermite插值、多项式拟合、最小二乘多次曲线拟合、高斯拟合等算法进行了对比研究，最终选用了计算精度高，计算机实现相对容易的算法。在有采样数据点的区域采用Lagrange插值算法，在采样数据点以外区域采用最小二乘多次曲线拟合算法。采样点不能覆盖所有的数据，比最小的采样点还小的数据区域和比最大采样点还大的数据区域即为采样数据点以外区域。所述生成校准曲线如图7所示。
4)材料表生成
首先将整个材料空间进行区域划分，材料空间划分为五个区域，低灰度不可识别区域(灰度值小于60的区域)、高灰度不可识别区域(灰度值大于4000的区域)、有机物区域(有机玻璃曲线以上的区域)、混合物区域(有机玻璃和硬铝曲线之间的区域)和无机物区域(低碳钢曲线以下的区域)，如图8所示。
低灰度不可识别区域材料值定义为125，高灰度不可识别区域材料值定义为0，有机物区域材料值定义为0，无机物区域材料值定义124，混合物区域是无机物到有机物的过度区域需要计算得到不同空间点的材料值。在混合物区域内三条材料曲线在3)中已经得到，根据物理模型计算出其它18条曲线不同厚度的高低能数据。通过不同材料的21条曲线和不同厚度的100个数据采样点，可以将混合物区域剖分为2079个网格。每个网格都有ABCD四个点组成，通过线性插值算法我们可以算出网格内任意一点的材料值。至此，整个材料空间内所有点的材料值都可以计算得到，形成整体材料表。
4.训练校准算法实现
当材料达到一定厚度时，某些机型材料分辨能力达到极限，自动校准功能不能达到最理想的效果，如图9所示。技术调试人员可以通过训练校准模块调整自动校准生成的曲线上的个别点上下移动，从而使得校准曲线和实际的材料曲线达到完全吻合状态，通过简单的操作，生成整体材料表。
通过上述操作实现了材料自动校准，并通过训练校准功能进行辅助，大大提高了现有产品的技术指标。见表1：
表1材料分辨力技术指标的提高
以上已对本发明的技术内容作了详细说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都不会超出本申请所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种双能量X射线安全检查设备的材料校准系统，其特征在于，包括依次连接的：材料测试箱、图像采集模块、自动校准模块、训练校准模块及材料表生成模块；
所述材料测试箱由不同厚度的有机玻璃、硬铝和低碳钢组成，其中有机玻璃、硬铝和低碳钢规格为总长400mm的连续厚度材料块；
所述图像采集模块采集材料测试箱图像，然后通过自动校准模块对材料测试箱图像进行分析，提取材料测试箱图像中有机玻璃、硬铝和低碳钢不同厚度的高低能数据建立自动校准曲线，由材料表生成模块自动生成材料表；调试人员检查双能量X射线安全检查设备材料分辨能力是否满足指标，满足则输出材料表，不满足则进入训练校准模块，调试人员对比自动校准曲线和实际的材料曲线差异，通过训练校准模块调整自动校准曲线上的个别点上下移动，从而使得校准曲线和实际的材料曲线达到完全吻合状态，生成并输出材料表。
2.一种权利要求1双能量X射线安全检查设备的材料校准系统的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.所述图像采集模块采集由不同厚度的有机玻璃、硬铝和低碳钢设计而成的材料测试箱图像，其中有机玻璃、硬铝和低碳钢规格为总长400mm的连续厚度材料块；然后通过自动校准模块对材料测试箱图像进行分析，提取材料测试箱图像中有机玻璃、硬铝和低碳钢不同厚度的高低能数据建立自动校准曲线，由材料表生成模块生成材料表；
b.调试人员检查双能量X射线安全检查设备材料分辨能力是否满足指标，满足则输出材料表，不满足则进入训练校准模块，调试人员对比自动校准曲线和实际的材料曲线差异，通过训练校准模块调整自动校准曲线上的个别点上下移动，从而使得校准曲线和实际的材料曲线达到完全吻合状态，生成并输出材料表。
3.根据权利要求2所述的双能量X射线安全检查设备的材料校准系统的校准方法，其特征在于，所述步骤a具体包括以下步骤：
a).物理模型建立
选择有机玻璃代表有机物，硬铝代表混合物，低碳钢代表无机物，取不同厚度3种物质采集数据绘制曲线，横轴是双能量X射线高低能合成值，纵轴是双能量X射线低能/高能值，在这3条曲线之间均匀插入18条曲线，分别代表不同材料的有机物、混合物和无机物；
b).材料测试箱设计
选择不同厚度的有机玻璃、硬铝和低碳钢设计材料测试箱，其中有机玻璃、硬铝和低碳钢规格为总长400mm的连续厚度材料块，厚度符合上述物理模型要求；
c).自动校准算法实现
1)提取材料
采集步骤b)材料测试箱的图像，通过去噪处理后，提取出材料测试箱整体轮廓，然后再计算出每种材料边缘值，即找到不同物质的边缘，进而把每种物质数据提取出来；
2)提取数据
根据1)计算的结果，提取出每种材料的高低能数据，把高低能数据显示在步骤a)建立的物理模型曲线坐标系中；
3)曲线生成
根据采集数据的特点，采用分区复合曲线生成方法，曲线生成分为两部分，在有采样数据点的区域采用Lagrange插值算法，在采样数据点以外区域采用最小二乘多次曲线拟合算法，生成校准曲线；
4)材料表生成
首先将整个材料空间进行区域划分，材料空间划分为五个区域，灰度值小于60的低灰度不可识别区域、灰度值大于4000的高灰度不可识别区域、有机玻璃曲线以上的有机物区域、有机玻璃和硬铝曲线之间的混合物区域和低碳钢曲线以下的无机物区域；
低灰度不可识别区域材料值定义为125，高灰度不可识别区域材料值定义为0，有机物区域材料值定义为0，无机物区域材料值定义124，混合物区域是无机物到有机物的过度区域，通过计算得到不同空间点的材料值，在混合物区域内三条材料曲线在3)中已经得到，根据步骤a)建立的物理模型计算出其它18条曲线不同厚度的高低能数据，通过不同材料的21条曲线和不同厚度的100个数据采样点，将混合物区域剖分为2079个网格，每个网格都有ABCD四个点组成，通过线性插值算法算出网格内任意一点的材料值，至此，整个材料空间内所有点的材料值都可以计算得到，形成整体材料表。
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