CN102567960B - 一种用于安全检查系统的图像增强方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于安全检查系统中的图像增强方法，包括步骤：(A)基于从安全检查系统中的探测器获得的原始数据重建并显示初始辐射图像；(B)在显示的所述初始辐射图像中选定一目标区域；以及(C)对所述选定的目标区域进行对比度增强，并显示增强后的图像。通过采用本发明中的对辐射图像进行局部增强的方法，它能够使工作人员方便地对可疑区域进行局部对比度增强，突显感兴趣区域的细节信息，改善图像显示效果。

Description

一种用于安全检查系统的图像增强方法

技术领域

本发明涉及辐射成像领域中的图像处理技术，具体地，其涉及一种用于人体安全检查系统中对辐射图像进行增强的方法。更具体地说，其涉及一种通过对辐射图像中可疑区域的操作实现对辐射图像的局部进行增强的图像处理方法。

背景技术

人体安全检查系统是利用辐射源，例如X射线照射人体，以确定人体内、外是否藏有危险品、毒品以及违禁品的安全检查系统。因其可同时检查人体体表和体内，可有效突出爆炸物、毒品以及其它违禁品的显示，图像直观，便于操作人员判断和识别，广泛应用于机场、海关、监狱、特殊矿场、边境检查站以及其它安全敏感场所。

然而，X射线作为一种电磁波，其辐射吸收率极高，它在穿透人体皮肤、肌肉等软组织的同时，在一定程度上会给受检者带来潜在的危害。因此，在实际应用中，X射线人体安全检查系统必须降低X射线单次检查剂量，把其辐射限制在可以接受的最低水平，尽可能降低X射线安全检查给受检者带来的潜在危害，确保受检者以及工作人员的身体健康。

X射线检查剂量的降低必然会造成辐射所成图像清晰度、对比度的下降，难以识别图像中的细节信息，进而直接影响图像判识的效果和安检工作的效率，甚至会带来重大的安全隐患。

因此，有必要提供一种对安全检查系统中的辐射图像进行增强的方法，其能够有效地辨别上述图像中的可疑部分的细节之处，从而提高图像判识的效果和安检工作的效率。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

相应地，本发明的目的之一在于提供一种对人体安全系统中的辐射图像进行局部增强的方法。

本发明的另一目的之一在于提供一种人体安全检查系统中的辐射图像的处理方法，其能够确保将辐射射线的剂量降低到可接受的水平，仍然可有效地辨别上述图像中的可疑部分的细节之处，从而提高图像判识的效果和安检工作的效率。

本发明的还一目的在于提供一种人体安全检查系统中的辐射图像的处理方法，其能够提高人体安全检查系统中对图像中的可疑部分的细节之处进行识别的正确性。

根据本发明的一个方面，其提供一种用于安全检查系统中的图像增强方法，包括步骤：(A)基于从安全检查系统中的探测器获得的原始数据重建并显示初始辐射图像；(B)在显示的所述初始辐射图像中选定一目标区域；以及(C)对所述选定的目标区域进行对比度增强，并显示增强后的图像。

优选地，在所述步骤(A)之前，还包括对所述探测器获得的原始图像数据进行预处理的步骤。

具体地，所述预处理步骤包括对探测器的不一致性进行数据校正和/或对探测器缺陷进行数据校正。

优选地，在所述步骤(A)之前以及所述预处理步骤之后，还包括对所述预处理之后的图像的全部进行对比度预增强的步骤。

进一步地，所述对比度预增强步骤包括：细节增强、边缘增强或伪3D增强中的一种或其组合。

在上述技术方案中，所述选定目标区域的步骤包括：确定显示初始辐射图像中的可疑点，然后以所述可疑点为中心划定目标区域的大小。

优选地，以所述可疑点为中心划定的目标区域的形状为矩形、正方形和圆形中的一种。

进一步地，在上述技术方案中，还包括调整所述选定的目标区域的大小步骤。在上述技术方案中，当所述可疑点的位置改变和目标区域的大小改变时，所述目标区域进行对比度增强后的增强图像实时地显示出来。

具体地，对所述选定的目标区域进行对比度增强包括直方图均衡处理、分块直方图均衡处理和灰度变换中的一种。

具体地，所述直方图均衡处理包括步骤：(a)对选定目标区域内的图像像素的灰度进行统计，得到其灰度分布的直方图；以及(b)对选定目标区域内的图像像素，进行标准的直方图均衡算法，得到变换后的灰度值。

在上述技术方案中，在所述步骤(a)之前，还包括对所述目标区域中的图像像素进行过滤的步骤，其中当所述目标区域中的某一像素点的灰度值大于某一阈值时，在进行灰度统计时不考虑该像素，也不对其执行直方图均衡处理。

在上述技术方案中，所述细节增强处理包括对所述图像中每个像素执行下述操作：(a1)确定所述图像中的预定像素在人体的位置为人体区域或背景区域，其中如果该像素位于背景区域，则不处理；如果该像素位于人体区域，则进行如下处理；(b1)对图像进行分块，以所述预定像素所在的块为中心确定四个大块；(c1)确定所述四个大块为内部块、边缘块或背景块；如果所述大块为内部块，则采用直方图均衡的方式得到该像素灰度值的映射灰度值；如果所述大块为边缘块或背景块，则采用线性拉伸的方式得到该像素灰度值的映射灰度值；(d1)对步骤(c1)中获得的四个灰度值，采用双线性插值方法获得所述预定像素的最终灰度值。

具体地，在确定预定像素在人体的位置为人体区域或背景区域的步骤(a1)中，如果其灰度值大于一预定阈值，则确定其为背景区域；反之，则确定其为人体区域。

优选地，对图像进行分块的步骤(b1)在获得图像之后确定预定像素在人体图像的位置为人体区域或背景区域步骤(a1)之前预先完成。

具体地，在上述技术方案中，对探测器的不一致性进行数据校正的步骤包括：获取探测器通道的本底数据A_zero(i)；获取探测器通道的空气数据A_full(i)；获取探测器通道对人体进行扫描时的数据g(i，j)；通过下述公式获探测器的校正数据f(i，j)，

其中，GMAX为图像所能表示的最大灰度级，i为探测器通道，j为采样时刻，a，b为可配置的常数，用于控制图像的灰度级范围。

在上述技术方案中，对探测器缺陷的数据进行校正包括：确定探测器通道中的坏道；获取紧邻所述坏道的n个正常通道的数据；通过加权平均上述n个正常通道在m个采样时刻的数据，以作为所述坏道在某一时刻的数据。

进一步地，所述确定探测器通道中的坏道的步骤包括：获取各个探测器通道的空气数据；获取所有通道的空气数据的平均值；将各个探测器通道的空气数据与上述平均值进行比较，如果通道i的空气数据落在以该平均为中心的一个带状区域内，则确定通道i为正常通道；否则确定通道i为坏道。在探测器校正的步骤，优选地m为大于或等于3的正整数，n为大于或等于2的正整数。进一步地，在上述加权步骤中，坏道数据点与正常通道数据点的距离越大，其加权权重越小。

本发明的上述至少一个方面具有下述优点或有益的技术效果：

通过采用本发明的上述技术方案，其能够使工作人员方便地对可疑区域进行局部对比度增强，突显感兴趣区域的细节信息，改善图像显示效果。这样，在确保受检者和工作人员健康安全的前提下，使X射线人体安检设备能够清晰地显示人体体内和体表可疑区域的组织特征，方便工作人员判识。

本发明由于采用了上述的技术方案，通过自由选定，例如通过鼠标单击和滑动操作，对图像中的可疑区域进行对比度增强，并可简单地调节对比度增强的程度，突显可疑区域的细节信息，提高了图像的显示效果，方便了操作人员对图像的判识。

附图说明

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述，其中：

图1为显示根据本发明的具体实施方式中的安全检查系统中的图像增强方法的工作步骤流程图；

图2是显示根据本发明的一种具体实施方式中的探测器缺陷校正方法的示意图；

图3是显示根据本发明的一种具体实施方式中的人体安全检查辐射图像的示意图；以及

图4是显示根据本发明的一种具体实施方式中的对辐射图像进行细节增强的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

下面结合附图1-4，对根据本发明的用于安全检查系统中的图像增强方法进行说明。参见图1，其提供一种用于安全检查系统中的图像增强方法，包括步骤：(A)基于从安全检查系统中的探测器获得的原始数据重建并显示初始辐射图像；(B)在显示的初始辐射图像中选定一目标区域；以及(C)对选定的目标区域进行对比度增强，并显示增强后的图像。本发明方法是对X射线人体安全检查系统图像进行可疑区域增强，其具体优选的工作流程如图1所示。

在步骤S101，启动人体安全辐射检查设备。一般地，人体安全辐射检查设备包括辐射源，例如X光机；对来自X光机的X射线进行准直的准直器；以及探测器，其中经过准直器进行准直后的X射线穿透人体后，由探测器进行接收。基于从探测器获得的原始数据可以重建和显示关于人体质量密度信息的图像，从而确定人体内、外是否藏有危险品、毒品以及违禁品。

在一种优选方式中，考虑到探测器本身的各个探测器通道的不一致性，以及探测器通道在某些情况下可能产生损坏，由此需要对探测器本身获得的数据进行一定的校正。具体地，在步骤S102，采集人体安全检查设备中的辐射源，例如X光机不出束时的本底数据A_zero(i)；采集人体安全检查设备中出束但无受检者，例如被检查人体时的空气数据A_full(i)；采集人体安全检查设备中出束时并存在受检者情况下的人体数据作为当前数据g(i，j)，其中i为探测器通道，j为采样时刻。

在步骤S103，根据本底数据和空气数据对人体数据进行预处理。具体地，预处理步骤包括对探测器的不一致性进行数据校正和/或对探测器缺陷即探测器中的坏道进行数据校正。在步骤S103中，对探测器的不一致性进行数据校正的步骤包括：获取探测器通道的本底数据A_zero(i)；获取探测器通道的空气数据A_full(i)；获取探测器通道对人体进行扫描时的数据g(i，j)；通过下述公式获探测器的校正数据f(i，j)，

其中，GMAX为图像所能表示的最大灰度级，i为探测器通道，j为采样时刻，a，b为可配置的常数，用于控制图像的灰度级范围。通过上述计算公式，消除了各个探测器通道对辐射响应的不一致性，从而提高了数据的准确性。

下面，参照附图2对根据本发明具体实施方式中对探测器缺陷的数据进行校正的方法进行简要说明。参见图2，先判定图2中探测器中的通道是否为坏道，具体地，确定探测器某一通道k是否为坏道的步骤包括：获取探测器中的各个探测器通道的空气数据A_full(i)；获取探测器所有通道的空气数据的平均值；将各个探测器通道，例如通道k的空气数据A_full(k)与上述平均值进行比较，如果通道k的空气数据落在以该平均值为中心的一个预定带状区域，例如±15％的范围内，则确定通道k为正常通道；否则确定通道k为坏道。

在确定探测器中的某一通道，例如通道k为坏道之后，则进一步对该坏道k在采样时刻x的数据(k，x)进行校正如下：获取紧邻坏道k的n列正常通道在m个采样时刻的数据；通过加权平均上述m行和n列数据，以作为坏道k在采样时刻x的数据，其中m为大于或等于3的正整数，n为大于或等于2的正整数。

进一步地，参见图2，在上述加权步骤中，坏道数据点(图2中的阴影部分为连续n+1个坏道在采样时刻x-1、x、x+1的数据点)与正常数据点(A、B、C、D、E、F)的距离越大，其加权权重越小。例如，在图2中，坏道数据(k，x)与正常数据D的距离比坏道数据(k，x)与正常数据E的距离远，则在加权平均上述数据D和数据E的数据时，数据D的权重设定成比数据E的权重小一些。

然后，优选地，在步骤(A)之前以及预处理步骤之后，还包括对预处理之后的图像的全部进行对比度预增强，然后显示在屏幕上的步骤S104。该对比度预增强步骤包括：细节增强、边缘增强或伪3D增强中的一种或其组合。对伪3D增强技术和边缘增强技术，其已经在该辐射图像处理以及其他图像处理领域被广泛采用，对其具体处理方法不再详细介绍。

下面结合附图3-4对细节增强处理的基本过程简要介绍如下：

参见图3，细节增强处理包括对图像，例如人体图像10中每个像素执行下述操作：(a1)确定图像10中的预定像素，例如图4中像素块5中的像素P在该人体图像10的位置为人体区域11或背景区域12；具体地，在确定预定像素P在人体图像的位置为人体区域11或背景区域12的步骤(a1)中，如果其灰度值大于一预定阈值，则确定其为背景区域12；反之，则确定其为人体区域11。如果该像素位于背景区域，则不处理；如果该像素位于人体区域，则进行如下步骤处理。(b1)对图像10进行分块，以预定像素P所在的块5为中心确定四个大块，例如图4中像素大块(1，2，4，5)；(2，3，5，6)；(4，5，7，8)和(5，6，8，9)；(c1)确定四个大块为内部块13、边缘块14或背景块15；如果大块为内部块13，则采用直方图均衡的方式得到该像素灰度值的映射灰度值；如果大块为边缘块14或背景块15，则采用线性拉伸的方式得到该像素灰度值的映射灰度值；(d1)对步骤(c1)中获得的四个灰度值，采用双线性插值方法获得预定像素P的最终灰度值。虽然，在上述技术方案中，在确定了预定像素P在人体图像中的位置为人体区域11或背景区域12之后对图像10进行如图4中的分块，但是本发明并不仅限于此。例如，对图像10进行分块的步骤(b1)可以在获得图像之后确定预定像素P在人体的位置为人体区域11或背景区域12步骤(a1)之前预先完成。

接下来，在步骤S105中，当工作人员发现图像中存在可疑区域，且该区域图像对比度较小、难以辨识时，其可以通过将可疑区域作为图像中的选定目标区域进行对比度增强，以得到比较满意的显示效果，从而辨识出图像10中的可疑物体或违禁物体16。

具体地，选定目标区域的步骤包括：确定显示初始辐射图像中的可疑点，然后以可疑点为中心划定目标区域的大小。在步骤S106中，操作者可以通过鼠标点击操作时光标的位置确定可疑区域的位置，并根据步骤S107中软件给定的可疑区域大小形成选定目标区域。优选地，以可疑点为中心划定的目标区域的形状为矩形、正方形和圆形中的一种。

然后，在步骤S108中，对选定目标区域内的图像进行对比度增强，而选定目标区域外的图像不受影响。在步骤S108中，例如，对选定目标区域内的图像进行对比度增强的方法可以为直方图均衡。具体来说，(a)对选定目标区域内的图像像素的灰度进行统计，得到其灰度分布的直方图；以及(b)对选定目标区域内的图像像素，进行标准的直方图均衡算法，得到变换后的灰度值。

为避免选定目标区域内包含背景区域，在步骤(a)之前，还包括对目标区域中的图像像素进行过滤的步骤，其中当目标区域中的某一像素点的灰度值大于某一阈值时，在进行灰度统计时不考虑该像素，也不对其执行直方图均衡处理。

为实现不同程度对比度的调节(步骤S109)，可在步骤S110中通过鼠标滚轮的滚动操作调节选定目标区域的大小，然后再次在步骤S108对选定目标区域内的图像进行对比度增强。步骤S109、S110、S108可重复进行，得到比较满意的显示效果。优选地，在上述调整选定目标区域大小的过程中，当可疑点的位置改变和目标区域的大小改变时，目标区域进行对比度增强后的增强图像实时地显示出来，从而有利于操作者实时地发现和确定图像中的可疑点。

当图像10中存在多个可疑区域时，上述步骤S106-S110可重复进行，直到可疑区域被逐一排查完毕，图像判识过程结束(步骤S111)。

另外，虽然上述对选定目标区域的对比度增强方法为直方图均衡，但它并不仅限于此。在考虑选定目标区域大小对直方图均衡效果的影响时，可以采用灰度变换、分块直方图均衡等图像处理技术。

虽然在本发明的上述实施方式中，结合人体安全检查系统对本发明进行了说明，但是本发明并不仅限于此，其也可以应用到非人体的辐射安全检查系统中。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (11)

1.一种用于安全检查系统中的图像增强方法，包括步骤：

(A)基于从安全检查系统中的探测器获得的原始数据重建并显示初始辐射图像；

(B)在显示的所述初始辐射图像中选定一目标区域；以及

(C)对所述选定的目标区域进行对比度增强，并显示增强后的图像；

所述对比度预增强步骤包括：细节增强；

所述细节增强处理包括对所述图像中每个像素执行下述操作：

(a1)确定所述图像中的预定像素在人体的位置为人体区域或背景区域，其中如果该像素位于背景区域，则不处理；如果该像素位于人体区域，则进行如下处理；

(b1)对图像进行分块，以所述预定像素所在的块为中心确定四个大块；

(c1)确定所述四个大块为内部块、边缘块或背景块；如果所述大块为内部块，则采用直方图均衡的方式得到该像素灰度值的映射灰度值；如果所述大块为边缘块或背景块，则采用线性拉伸的方式得到该像素灰度值的映射灰度值；

(d1)对步骤(c1)中获得的四个灰度值，采用双线性插值方法获得所述预定像素的最终灰度值。

2.根据权利要求1所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于：

在所述步骤(A)之前，还包括对所述探测器获得的原始数据进行预处理的步骤。

3.根据权利要求2所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其中所述预处理步骤包括对探测器的不一致性进行数据校正和/或对探测器缺陷进行数据校正。

4.根据权利要求2或3所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于：

在所述步骤(A)之前以及所述预处理步骤之后，还包括对所述预处理之后的图像的全部进行对比度预增强的步骤。

5.根据权利要求1所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于：

在确定预定像素在人体的位置为人体区域或背景区域的步骤(a1)中，如果其灰度值大于一预定阈值，则确定其为背景区域；反之，则确定其为人体区域。

6.根据权利要求5所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于：

对图像进行分块的步骤(b1)在获得图像之后确定预定像素在人体图像的位置为人体区域或背景区域步骤(a1)之前预先完成。

7.根据权利要求3所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于对探测器的不一致性进行数据校正的步骤包括：

获取探测器通道的本底数据A_zero(i)；

获取探测器通道的空气数据A_full(i)；

获取探测器通道对人体进行扫描时的数据g(i，j)；

通过下述公式获探测器的校正数据f(i，j)，

$f(i,j)=\[g(i,j)-A_{zero}\left(i\right)\]\×\frac{GMAX\×a}{A_{full}\left(i\right)-A_{zero}\left(i\right)}+b$

其中GMAX为图像所能表示的最大灰度级，i为探测器通道，j为采样时刻，a，b为可配置的常数，用于控制图像的灰度级范围。

8.根据权利要求3所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于对探测器缺陷的数据进行校正的步骤包括：

确定探测器通道中的坏道；

获取紧邻所述坏道的n个正常通道的数据；

通过加权平均上述n个正常通道在m个采样时刻的数据，以作为所述坏道在某一时刻的数据。

9.根据权利要求8所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于所述确定探测器通道中的坏道的步骤包括：

获取各个探测器通道的空气数据；

获取所有通道的空气数据的平均值；

将各个探测器通道的空气数据与上述平均值进行比较，如果通道i的空气数据落在以该平均为中心的一个带状区域内，则确定通道i为正常通道；否则确定通道i为坏道。

10.根据权利要求9所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于其中m为大于或等于3的正整数，n为大于或等于2的正整数。

11.根据权利要求9所述的用于安全检查系统中的图像增强方法，其特征在于：

在上述加权步骤中，坏道数据点与正常通道数据点的距离越大，其加权权重越小。