CN102928448A - 通道式四视角x射线液态物品安全检查方法及检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于X射线透射成像安全检查技术领域，公开了一种通道式四视角X射线液态物品安全检查方法及检查装置；其主要的技术特点是：该方法是通过检查装置对获取的四视角液态物品图像进行分析，提取液态物品的材料和密度两维特征，并根据液态物品的材料和密度两维特征决定是否对该液态物品进行报警，来实现液态物品检查。检查装置的检查盒盒体内部横向的上、下部分别设有一个用于放置被检查液态物品的泡沫凹槽，盒体底部设有薄泡沫，泡沫凹槽上放置被检查液态物品的个数≤3。本发明安全检查方法及检查装置配套使用能够一次对检查盒中多个液态物品进行快速检查，高效的实现被检查液态物品的危险性自动探测。

Description

通道式四视角X射线液态物品安全检查方法及检查装置

技术领域

本发明属于X射线透射成像安全检查技术领域，特别涉及通道式四视角X射线液态物品安全检查方法。本发明还涉及用于通道式四视角X射线液态物品安全检查方法中的检查装置。

背景技术

自“9.11”事件以来，液态物品检查逐渐成为安全检查领域的热点问题，特别是在航空、铁路、公路、集会等安全领域，由于液态物品涉及种类繁多、包装各异，使得快速、准确地对各类液态物品进行危险性识别的难度越来越大。

在现有液态物品安全检查技术中，基于X射线透射成像技术的无损检测方法，以其同时具备检查结果准确性高、对容器材质敏感性低、操作便捷等特点，受到越来越多安检厂商的重视，这其中，比较有代表性的是公开号为CN101140247A和CN101629916A的两篇发明专利，它们的共同点是都基于了CT断层扫描技术，其方法可简述为：由射线源发出X射线透射被检查液态物品，利用探测器接受透射过液态物品的射线束，并形成数以百计的多角度投影数据，通过对此数以百计的多角度投影数据进行求逆计算，来计算得到被检查液态物品的射线吸收系数，其中，CN101629916A由于利用了双能X射线，更加能同时获得被检查液态物品的密度及材料信息，最后，将液态物品吸收系数或液态物品密度、材料信息与预设的数据库进行比对，完成对被检液态物品的检查。这类基于CT断层扫描技术的液态物品安全检查方法，其最大优势是检查精度高，因为其在检查过程中获得了数以百计的多角度投影数据，再利用相对成熟的各种投影重建技术，能够得到理想的断层截面数据。但是，这类CT断层扫描技术也存在较明显的不足：1)检查速度较低，通常检查一次需要约8秒，一次通常只能检查一个常规体积大小液态物品，且一次检查过程耗时较长；2)检查对象覆盖面不广，对于被检查液态物品的直径、高度、容积都有一定程度限制，且只能专门检查液态物品不能兼容检查包裹。这两点不足都将限制CT型液态物品安全检查方法及设备在人流量较大场合，如：机场、铁路车站、大型集会等场所的应用。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术中存在的不足，提供一种利用通道式四视角X射线对液态物品进行安全检查装置检查液体物品的检查方法，该方法能够一次对检查盒中多个液态物品进行快速检查。

所述方法是通过一个检查装置对获取的四视角液态物品图像进行分析，提取液态物品的材料和密度两维特征来实现液态物品检查，其具体步骤包括：

步骤一、液态物品图像的定位：对获取的每个视角图像进行图像分割，定位出液态物品区域，并通过区域匹配，在四视角图像中找出代表同一液态物品的一组成像区；其中：

所述的视角图像分割包括如下步骤：

对每个视角图像采用0.9倍饱和值的灰度阈值V_S进行分割，将图像中灰度值低于V_S部分标记成液态物品初始分割区域。

在初始分割区域附近进行边缘检测，使用图像处理技术领域中经典的Canny算子边缘检测方法，获得精确被检查液态物品边缘，完成液态物品分割。

所述的区域匹配是根据视角图像分割完成之后的每组液态物品在V1、V2、V3、V4视角图像中的相对位置关系，在四视角图像中找出代表同一个物品的一组成像区，完成液态物品四视角匹配。

步骤二、容器材质与壁厚的得出：对每组液态物品，首先判断容器材料属性，若容器材质为低原子序数物质，则容器效应对液态物品影响忽略不计，无需计算容器壁厚，将容器与液体作为一个整体进行计算；若容器为高原子序数物质，结合液态物品投影特征与四视角投影空间几何关系，计算出容器壁厚；其中：

所述容器材质的计算是通过分析四视角液态物品分割结果对应的原始高低能图像完成；包括如下步骤：

首先，根据容器的方向寻找瓶身中间位置的一行像素，计算这一行中容器边缘与容器中间的材料值的相对值，差异越大容器材质的原子序数越高；

然后，再通过这一行上下若干行容器边界特征补充判断，得到容器的材质属性，完成容器材质计算。

所述容器壁厚与容器外径的计算是通过分析四视角分割结果在输送通道坐标系中的空间几何关系完成；包括如下步骤：

首先，将通道截面以一个像素的宽度分为若干小正方形，并为每个单元格赋初值0，建立以(p1x,p1y)、(p2x,p2y)、(p3x,p3y)、(p4x,p4y)分别代表X射线源2、X射线源4、X射线源10和X射线源7的坐标系；

计算四个视角的每个射线源与被检查液态物品起始和终止交线围成的交点区域多边形的小内切圆，获得其圆心位置;

计算多边形每条边与圆心的距离值，若所有距离值都接近，则多边形围成的液态物品截面与多边形最小内切圆相近，则容器截面为类圆形；否则，容器截面为非类圆形；

确定容器截面形状后，再分析容器在各视角中液态物品边缘附近的投影特征，计算容器壁投影位置，根据容器壁投影位置，以及射线源源心位置，基于容器壁投影位置对应探测器在检查通道坐标系的坐标位置，即可计算出容器壁厚。

步骤三、液态物品材料特征的得出：对每组液态物品，依次剔除掉液态物品周围检查盒背景与容器背景，恢复液态物品的近似真实双能灰度信息，并利用此近似真实双能灰度信息比值关系，计算液态物品材料特征；

所述的液态物品材料特征计算具体步骤包括：

a、剔除检查盒背景：根据步骤二中得出的四视角液态物品分割结果，分别查找每个液态物品其附近的检查盒背景位置，然后以检查盒背景灰度为依据剔除掉液态物品及其周边的检查盒背景灰度，近似恢复出液态物品不被检查盒遮挡时的真实高低能灰度；

b、根据步骤二中进行容器材质判断是否为低原子序数物质，区分为：

b1、若容器材质为低原子序数物质时，则根据步骤（a）中得出的高低能灰度，选择可靠投影区域，通过分析此区域内每个像素高低能灰度比值，将其与事先确定的材料特征经验值比对，计算出此可靠投影区域内每个像素对应材料特征；

b2、若容器材质为高原子序数物质时，则根据步骤二中得出的容器壁厚和容器外径，查询事先确定的高原子序数物质剔除表，分别对高低能液态物品投影图像进行容器剔除，然后，再选择剔除掉容器影响的液态物品图像可靠投影区域，通过分析此区域内每个像素高低能灰度比值，将其与事先确定的材料特征经验值比对，得出此可靠投影区域内每个像素对应材料特征；

C、分别统计步骤b1与b2得到的每个像素材料特征之平均值，将其与事先确定的材料特征经验值比对，得到液态物品材料特征。

步骤四、液态物品材料密度特征的得出：对每组液态物品，根据容器材质，分两种情况得出液态物品材料的密度特征：

a)当容器为低原子序数物质时，利用四视角代数重建计算出射线近似穿透厚度，以及穿透厚度与吸收灰度间比值关系即可得出液态物品材料的密度特征；

b)当容器为高原子序数物质，首先根据射线与液态物品区域在通道中形成的空间几何关系，估计出液态物品截面模型，然后以此截面模型及外径与步骤三中计算的容器壁厚为初始形态，利用最优化数值分析方法迭代计算得出液态物品材料的密度特征；

所述的液态物品密度特征计算具体步骤包括：

输入参数，包括剔除检查盒背景后的四视角高能图像数据、容器壁厚和容器外径；

根据步骤二中进行容器材质判断是否为低原子序数物质，区分为：

若容器材质为低原子序数物质时，则通过四视角ART代数迭代重建，得到液态物品的截面形状；根据重建出的液态物品截面形状，统计其对应的每个视角投影像素射线穿透距离，每一组穿透距离及其对应的高能灰度，通过查询事先建立的“穿透距离-吸收灰度-电子密度”表，得到一个密度特征，进一步对重建截面对应的所有密度特征进行统计，得到液态物品密度特征；所述的ART代数迭代重建是在重建图像上液态物品所在区域像素值为表示像素之大小的相等的正值，其它部分值为0的条件下进行。

若容器材质为高原子序数物质时，将容器截面各像素的身份、容器壁厚度、容器壁衰减系数和液体衰减系数作为待计算参数，通过迭代优化算法，得到各参数最优的值；也同时得出容器形状的重建和液体衰减系数、容器壁厚的求取；再通过查询事先建立的“衰减系数-电子密度”表，得到液态物品密度特征；其中，所述的容器截面各像素的身份是指：容器截面各像素的外壁、液体和空气。

步骤五、报警决策：根据步骤三和步骤四中得出的液态物品材料特征与密度特征，决定是否对该组液态物品进行报警。其中：所述报警决策是通过查询通道式四视角X射线危险液态物品数据库完成；所述的危险液态物品数据库，是指以材料特征为横坐标、密度特征为纵坐标围成的二维“材料—密度”的判别平面，在所述数据库中标记有若干液体炸药区以及高危险性可燃液体区，其统一表述为危险液体区；每一个视角都建立相应的危险液态物品数据库；最终决策报警通过综合分析四个视角数据库检查结果，对落入数据库中危险液体区物品予以报警；否则，不予报警。

本发明的另一目的在于提供一种利用通道式四视角X射线对液态物品进行安全检查装置，通过对放置于检查盒中的液态物品四视角X射线成像，在不损坏原有包装、保证较高检查精度的情况下，一次对检查盒中多个液态物品进行快速检查，高效的实现被检查液态物品的危险性自动探测。

本发明一种通道式四视角X射线液态物品检查装置，包括：输送通道5、检查盒6、位于输送通道下方的输送机11、位于输送通道顶部的系统控制及信号处理电路单元12、位于输送机下方并控制输送机操作的综合处理计算机13，以及四个视角模块，其中：所述的系统控制及信号处理电路单元、综合处理计算机分别与四个视角模块连接；其特征是：

所述的输送通道上从左至右依次设有第四探测器1、第二探测器3、第一探测器8和第三探测器9；所述的第四探测器1为П型探测器；所述的第一探测器8、第二探测器3、第三探测器9为L型探测器；

所述的四个视角模块包括：右侧顶照视角模块﹑右侧侧照视角模块、右侧底照视角模块和中部底照视角模块；所述右侧顶照视角模块包括：设在输送通道右侧顶部的右侧顶照X射线源2和第一探测器8，所述的右侧顶照X射线源和第一探测器构成视角V1；所述右侧侧照视角模块包括：设在输送通道右侧侧部的右侧侧照X射线源4和第二探测器3，所述的右侧侧照X射线源和第二探测器构成视角V2；所述右侧底照视角模块包括：设在输送通道右侧底部的右侧底照X射线源10和第三探测器9，所述的右侧底照X射线源和第三探测器9构成视角V3；所述中部底照视角模块包括：设在输送通道中部下方的中部底照X射线源7和第四探测器1，所述的中部底照X射线源和第四探测器构成视角V4；

所述的输送机将检查盒送入检查通道，依序经过V1、V2、V3、V4；所述的第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器接收的信号经系统控制及信号处理电路单元处理后，分别产生V1、V2、V3、V4视角的双能图像传送到综合处理计算机中进行处理；所述的双能图像是包括高能图像信号与低能图像信号的双能X射线图像。

所述检查盒盒体内部横向的上、下部分别设有一个用于放置被检查液态物品的泡沫凹槽14，盒体底部设有薄泡沫15；所述泡沫凹槽上放置被检查液态物品的个数≤3。

本发明与现有技术相比，具备如下突出的实质性特点和显著的进步：

本发明通道式四视角X射线液态物品安全检查装置及其检查方法，是通过对液态物品的材料与密度两维特征对液态物品进行安全检查，除了能对低密度容器(如塑料)内的液体进行检查，还能对高密度容器(如玻璃)内的液体进行检查，具有较高的检查精度，此外，相比较于现有技术，其能够一次性对多个液态物品进行安全检查，检查速度快，适用于人流量较大场合如：机场、铁路车站、大型集会等场所的液态物品安全检查应用。

附图说明

图1是本发明所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查方法流程图。

图2是本发明所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查装置示意图。

图3是本发明所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查装置中输送通道与X射线源、探测器位置的正视示意图。

图4是图1中步骤S1液态物品专用检查盒示意图。

图5是图1中步骤S2涉及的输送通道坐标系示意图。

图6是图1中步骤S2涉及的探测器方向重建多边形交点区域示意图。

图7是图1中步骤S3具体的方法流程图。

图8是图1中步骤S4具体的方法流程图。

图9是图8中的步骤S433重建模型。

图10是图8中步骤S434容器形状迭代过程实例。

图11是图1中步骤S5涉及的通道式四视角X射线危险液态物品数据库示意图。

图12是图1中步骤S1的采集得到的四视角原始图像。

图13是图1中步骤S1的四视角液态物品分割结果。

图14是图1中步骤S1的图像匹配示意图。

图15是图1中步骤S4的容器界面迭代重建结果。

图16是图1中步骤S5的决策报警结果图。

通过下面给出的本发明的具体实施例并结合附图说明可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。

具体实施方式

图1为本发明所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查方法流程图，方法通过对获取的四视角液态物品图像分析，具体实例见图12，提取液态物品的材料和密度两维特征，实现液态物品安全检查，主要包括以下步骤：

1)步骤S1液态物品分割：对获取的每个视角图像进行分割，定位出液态物品区域，并通过区域匹配，在四视角图像中找出代表同一液态物品的同组液态物品区域：

2)步骤S2容器材质与壁厚计算：对每组液态物品，计算其容器材质与壁厚。首先判断容器材料属性，如果容器为低原子序数物质如塑料，认为容器效应对液态物品无影响，无需计算容器壁厚；如果容器为高原子序数物质如玻璃，结合液态物品投影区域及其四视角在通道中的投影空间几何关系，计算出容器壁厚；

3)步骤S3材料特征计算：对每组液态物品，依次剔除掉液态物品周围检查盒背景与容器背景，其中，剔除容器背景仅限于高原子序数物质容器，恢复出液态物品近似真实的双能灰度信息，并利用此近似真实双能灰度信息的比值关系，计算液态物品材料特征；

4)步骤S4密度特征计算：对每组液态物品，根据容器材质，分两种情况计算其密度特征。a)当容器为低原子序数物质如塑料时，利用四视角代数重建计算出射线近似穿透液态物品厚度，以穿透厚度与吸收灰度间比值关系计算密度特征；b)当容器为高原子序数物质如玻璃时，首先根据射线与液态物品区域在通道中形成的空间几何关系，估计出液态物品截面模型，然后以此截面模型与步骤3)计算出的容器壁厚为初始重建形态，利用最优化数值分析方法迭代重建并计算液态物品密度特征；

5)步骤S5报警决策：根据步骤3)和步骤4)计算出的液态物品材料特征与密度特征，通过查询本发明设计的通道式四视角X射线危险液态物品数据库，如果该组液态物品材料特征与密度特征落入数据库中危险液体区域则予以报警，否则不予报警。

结合图2和图3中所示，四个视角分别包括由所述右侧顶照X射线源2和第一探测器8构成的V1视角；所述右侧侧照X射线源4和第二探测器3构成的V2视角；所述右侧底照X射线源10和第三探测器9构成的V3视角；所述中部底照X射线源7和第四探测器1构成的V4视角；所述图像为包括高能图像信号与低能图像信号的双能X射线图像。

其中，获取四视角图像时，需要将液态物品放置于如图4所示液态物品专用检查盒6中，检查盒6底部放置薄泡沫15，此外，在检查盒长方向有两道凹槽14，被检查液态物品在长度方向上平躺置于凹槽14中，需要特别说明，每道凹槽中最多可放置3个被检查液态物品，整个检查盒6中最多可以放置6个被检查液态物品。

如图2，在上述步骤S1中，首先将装有液态物品的检查盒6放置在输送机上，然后通过输送机11将检查盒6送入检查通道5，依序经过右侧顶照X射线源2和第一探测器8，右侧侧照X射线源4和第二探测器3，右侧底照X射线源10和第三探测器9，中部底照X射线源7和第四探测器1，第一探测器8、第二探测器3、第三探测器9和第四探测器1接收的信号经系统控制及信号处理电路单元12处理后，分别产生V1，V2，V3，V4视角的双能图像，并传送到综合处理计算机13中，进行后续步骤S1到S5处理。

在步骤S1中，由于液态物品检查盒背景相对简单，分割过程分两部分完成：首先，对每个视角图像分别采用一个与图像比特数位相关的0.9倍饱和值的经验灰度阈值V_S进行分割，将图像中灰度值低于V_S部分标记成液态物品初始分割区域，接着，在初始分割区域附近进行边缘检测，使用图像处理技术领域中经典的Canny算子边缘检测方法，获得精确被检查液态物品边缘，完成液态物品分割，图12实例的分割结果如图13所示；其中：所述的与图像比特数位相关的0.9倍饱和值是指：比如12位图像的饱和值为4095；16位图像饱和值为65535。

完成分割之后，根据每组液态物品在V1、V2、V3、V4视角图像中相对位置关系，可以方便的在四视角图像中找出代表同一个物品的一组成像区，完成液态物品四视角匹配，图12实例的匹配结果如图14所示。

接着进入步骤S2，容器材质与壁厚计算过程。步骤S2目的有两点：首先是获得液态物品的容器材质信息，将容器分为低原子序数物质如塑料和高原子序数物质如玻璃，当容器为低原子序数物质时，认为容器对液态物品材料特征和密度特征影响微乎其微，在后续步骤S3和步骤S4中，忽略容器效应，将容器与液体作为一个整体进行计算；当容器为高原子序数物质时，容器对液态物品材料特征和密度特征影响较大，不可忽略，在后续步骤S3和步骤S4中，需要分别应用不同策略进一步分析；其次是当容器为高原子序数物质时，要结合步骤S1得到的四视角分割结果在检查通道坐标系中的空间几何关系，计算出容器壁厚与容器外径，为后续步骤S3和步骤S4提供分析处理依据。

步骤S2中容器材质计算，通过分析步骤S2得到的四视角液态物品分割结果对应的原始高低能图像完成。首先，根据容器的方向寻找瓶身中间位置的一行像素，计算这一行中容器边缘与容器中间的材料值的相对值，差异越大容器材质的原子序数越高，然后再通过这一行上下若干行容器边界特征补充判断，得到容器的材质属性，完成容器材质计算。

步骤S2中容器壁厚与容器外径计算，通过分析四视角分割结果在检查通道坐标系中的空间几何关系完成。其中，所述检查通道坐标系如图5所示，将通道截面以一个像素的宽度分为若干小正方形，并为每个单元格赋初值0，再以图5所示方式建立坐标系，(p1x,p1y)、(p2x,p2y)、(p3x,p3y)、(p4x,p4y)分别代表图3中右侧顶照X射线源2、右侧侧照X射线源4、右侧底照X射线源10和中部底照X射线源7的圆心坐标系。所述四视角分割结果在检查通道坐标系中的空间几何关系，实质是指探测器方向重建多边形交点区域，参看图6，每个射线源与被检查液态物品都有起始和终止两条交线(对应于液态物品上下边)，四个视角的八条交线会围成一个交点区域多边形ABCDEFG，容器壁厚与容器外径计算方法通过分析此多边形最小内切圆实现，其具体步骤是：1)计算多边形ABCDEFG的小内切圆，获得其圆心位置;2)计算多边形每条边与圆心的距离，共8组，如果这8组距离值都很接近，则说明多边形围的液态物品截面与多边形最小内切圆相近，认为容器截面为类圆形，否则，认为容器截面为非类圆形。

确定容器截面形状后，再分析容器在各视角中液态物品边缘附近的投影特征，计算容器壁投影位置，根据容器壁投影位置，以及射线源源心位置，基于容器壁投影位置对应探测器在检查通道坐标系的坐标位置，可以方便的计算出容器壁厚。进一步的，可将此容器材质、容器壁厚和容器外径参量带入后续步骤S3和步骤S4，计算被检查液态物品的材料特征和密度特征。

步骤S3用于完成液态物品材料特征计算，其具体流程如图7所示。

步骤S31中，根据步骤S2得到的四视角液态物品分割结果，分别查找每个液态物品其附近的检查盒背景位置，然后以检查盒背景灰度为依据剔除掉液态物品及其周边的检查盒背景灰度，近似恢复出液态物品不被检查盒遮挡时的真实高低能灰度。步骤S32完成容器材质判断，根据判断结果，步骤S33分成两个分支进行。

1)当容器材质为低原子序数物质如塑料时，步骤S331通过步骤S31得到的液态物品高低能灰度，选择其中可靠投影区域，通过分析此区域内每个像素高低能灰度比值，并将其与事先确定的材料特征经验值比对，计算出此可靠投影区域内每个像素对应材料特征；

2)当容器材质为高原子序数物质如玻璃时，步骤S332首先根据步骤S2计算的容器壁厚和容器外径，查询事先确定的高原子序数物质剔除表，分别对高低能液态物品投影图像进行容器剔除，然后，再选择剔除掉容器影响的液态物品图像可靠投影区域，通过分析此区域内每个像素高低能灰度比值，并将其与事先确定的材料特征经验值比对，计算出此可靠投影区域内每个像素对应材料特征；

步骤S34，通过统计步骤S331与步骤S333得到的每个像素材料特征之平均值，并将其与事先确定的材料特征经验值比对，计算得到液态物品材料特征。

步骤S4用于完成液态物品密度特征计算，其输入参量包括：上述步骤S31得到的、剔除检查盒背景后的四视角高能图像，以及上述步骤S2得到的容器壁厚和容器外径，具体流程如图8所示。

步骤S42完成容器材质判断，根据判断结果，步骤S43分成两个分支进行。

1)当容器材质为低原子序数物质如塑料时，步骤S431通过四视角ART代数迭代重建，得到液态物品的截面形状，如图15所示。图15中左边为图12实例中出现的三个低原子序数容器，每个容器瓶身的黑线表示重建截面的位置，图15右边表示这三个容器的重建截面。需要指出的是，以上所述ART代数迭代重建计算是依据液态物品内部液体密度是基本匀质的前提下进行的，即液态物品截面上每个重建像素值都相同，而非液体物品截面区域重建像素值为0，也就是说，重建图像上液态物品所在区域像素值为表示像素之大小的相等的正值，其它部分值为0；步骤S432首先根据重建出的液态物品截面形状，统计其对应的每个视角投影像素射线穿透距离，每一组穿透距离及其对应的高能灰度，通过查询事先建立的“穿透距离-吸收灰度-电子密度”表，得到一个密度特征，进一步的，对重建截面对应的所有密度特征进行统计，计算出液态物品密度特征；

2)当容器材质为高原子序数物质如玻璃时，将容器视为如下的模型：其中a_i表示射线i穿过容器外壁所经历的厚度；b_i表示射线i穿过容器内液体所经历的厚度；μ_out表示外壁材质的衰减系数；μ_in表示液体的衰减系数，容器壁厚度d_out。很多时候，容器中液体不是满的，需要在液体顶部留出一个空腔，于是把液面高度（纵坐标）表示为Sf。如图9所示。

设R(x,y)表示图9中各像素(x，y)的身份（Air，Wall，Liquid），x=0:X-1,y=0:Y-1。R(x,y)的初始值的根据图6的多边形设置，其余的参数初始值设为合适的经验值。

然后设立如下的目标函数为公式(3)，其中D_i=A_i-a_i·μ_out-b_i·μ_in，表示容器截面重建结果与探测到的X射线信号的差异，显然a_i、b_i的计算利用了截面网格的身份信息。

$\mathrm{Min}\left(\underset{i\∈\mathrm{rayset}}{\mathrm{\Σ}}\right|D_i\left|\right)$ (3)

在每轮迭代中，会用到以下3大功能模块：

GetRole：根据参数，标记容器截面各网格点的身份。根据最新的容器截面重建结果，从容器区域的外边界向内，所有到外边界距离小于d_out的网格（点），都被标记为Wall，其余的点为Liquid；在Liquid点中，纵坐标大于Sf的点，都标记为Air。

UpdateShape：修改容器形状，即将某些与空气相邻的Wall点的身份改为Air，或将某些Air点的身份改为Wall。注意Air点的衰减系数为0，算法如下：

1）计算相关各点的修改增益。

for（每个视角的每条射线i）

i)对于射线i穿过的那些与容器壁相邻的Air点p，计算p的修改“增益”：

表示射线i穿过网格p的跨度。换句话说，考察p修改身份后所能带来的目标函数增益，从而判定点p是否可以变身份。

ii)类似地对于射线i路过的那些与空气相邻的外壁点p，计算它们的修改增益： $\mathrm{Update}\left(p\right)+=\left(\right|D_i|-|D_i+{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{out}}\·t_{\mathrm{out}}^i\left|\right).$

2）对于那些Update(p)>T_update的点p，修改它们的身份（

或）。在此过程中要注意：a）防止容器外形出现凹形；b)消除毛刺点（即孤立、凸楞的Air点或Wall点）；c)删除顺序要求：优先删除远离容器中心的点；d)灵活调整T_update，使每轮仅改变少量点的身份，防止过度变形。e)要求被改变身份的点p位于各视角的“端头”，即从每个穿过p的射线看来，p都是该射线遇到的第一个或最后一个容器点。

UpdatePara：修改各参数，具体规则如下：

$Z_{\mathrm{in}}^{+}=\underset{i,D_i>0}{\mathrm{\Σ}}{D}_i\frac{b_i\·{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{in}}}{a_i\·{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{out}}+b_i\·{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{in}}}---\left(4\right)$

$Z_{\mathrm{in}}^{-}=\underset{i,D_i<0}{\mathrm{\&Sigma;}}(-D_i)\&CenterDot;\frac{b_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}}}{a_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}+b_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}}}---\left(5\right)$

$Z_{\mathrm{out}}^{+}=\underset{i,D_i>0}{\mathrm{\&Sigma;}}{D}_i\frac{a_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}}{a_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}+b_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}}}---\left(6\right)$

$Z_{\mathrm{out}}^{-}=\underset{i,D_i<0}{\mathrm{\&Sigma;}}(-D_i)\&CenterDot;\frac{a_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}}{a_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}+b_i\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}}}---\left(7\right)$

令

表示射线i经过的那些与外壁相邻的Liquid点的跨度之和，

表示射线i经过的那些与液体相邻的Wall点的跨度之和，则有：

$Z_d^{+}=\underset{i,D_i>0}{\mathrm{\&Sigma;}}{l}_i^{\mathrm{out}}\&CenterDot;({\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}})---\left(8\right)$

$Z_d^{-}=\underset{i,D_i<0}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_i^{\mathrm{in}}\&CenterDot;({\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}})---\left(9\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{in}}={\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{in}}\&CenterDot;\frac{Z_{\mathrm{in}}^{+}-Z_{\mathrm{in}}^{-}}{Z_{\mathrm{in}}^{+}+Z_{\mathrm{in}}^{-}}---\left(10\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{out}}={\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{out}}\&CenterDot;\frac{Z_{\mathrm{out}}^{+}-Z_{\mathrm{out}}^{-}}{Z_{\mathrm{out}}^{+}+Z_{\mathrm{out}}^{-}}---\left(11\right)$

$\mathrm{\&Delta;d}={\mathrm{\&delta;}}_d\&CenterDot;\frac{Z_d^{+}-Z_d^{-}}{Z_d^{+}+Z_d^{-}}---\left(12\right)$

令

其中δ_in、δ_out、δ_d取自经验值，是参数修改的步长。以公式(4)为例解释一下参数增量计算的思想：所有的射线共同决定参数的增量，其中每条射线i以D_i为基准，决定射线i为μ_in的变化贡献多少权重，同时也要考虑A_i中有多大比例的吸收量来自于液体（因为是在处理μ_in）。Δd的计算则是假设容器壁厚度发生变化，考察这种变化会对目标函数带来积极还是消极的影响。

交替执行模块UpdateShape，GetRole，UpdatePara，GetRole，如此迭代共执行T轮（T为经验值）。记录下目标函数最小的那轮的重建结果及各个参数的值。从而通过逐步修改各参数和外壳形状，直至使目标函数较小，达到一个合理的结果。图10是容器形状的迭代过程的实例，其中的子图分别是第11、21、31、41、51轮的迭代结果。

最终得到高密度容器内液体的衰减系数，和更为精确的容器壁厚度。通过查询事先建立的“衰减系数-电子密度”表，得到液态物品密度特征。

在步骤S44，计算出液态物品密度特征之后，进入步骤S5报警决策过程。

步骤S5报警决策通过查询本发明设计的通道式四视角X射线危险液态物品数据库完成，所述通道式四视角X射线危险液态物品数据库，如图11所示，被设计成横坐标为材料特征、纵轴为密度特征所围成的二维“材料—密度”的判别平面，根据危险液态物品检查需要，数据库中标记了若干液体炸药区以及高危险性可燃液体区，比如图11中出现的危险液体区1、危险液体区2、危险液体区3，将其统一表述为危险液体区，需要说明，为了提高检查精确性，每一个视角都需要建立相应的危险液态物品数据库，最终决策报警的依据需要综合分析四个视角数据库检查结果，对落入数据库中危险液体区物品予以报警；否则，不予报警。图15为实例图12的报警情况，其中危险液体用红色矩形框报警，安全液体不报警。

本发明所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查装置参照图2和图3中所示，该装置包括综合处理计算机13、输送机11、输送通道5、系统控制及信号处理电路单元12、右侧顶照视角模块﹑右侧侧照视角模块、右侧底照视角模块和中部底照视角模块；其中，输送机11位于通道5下方，系统控制及信号处理电路单元12位于通道5顶部、综合处理计算机13位于输送机11下方，系统控制及信号处理电路单元和综合处理计算机连接四个视角模块，输送机受控于综合处理计算机。所述右侧顶照视角模块包括右侧顶照X射线源2和第一探测器8；所述右侧侧照视角模块包括右侧侧照X射线源4和第二探测器3；所述右侧底照视角模块包括所述右侧底照X射线源10和第三探测器9；所述中部底照视角模块包括所述中部底照X射线源7和第四探测器1。

参照图3，上述右侧顶照X射线源2、右侧侧照X射线源4、右侧底照X射线源10、中部底照X射线源7分别位于输送通道5的不同方位，即，在所述输送通道5的正视方向上，所述右侧顶照X射线源2为设置于输送通道5的右侧顶部位置，所述右侧侧照X射线源4为设置于输送通道5的右侧侧部，所述右侧底照X射线源10为设置于输送通道5的右侧底部，所述中部底照X射线源7为设置于输送通道5的中部下方，从而在输送通道5的右侧顶部、右侧侧部、右侧底部和中部下方四个角度构成一个四视角的布局模式。

同样，对应于上述右侧顶照X射线源2、右侧侧照X射线源4、右侧底照X射线源10、中部底照X射线源7，与其对应的第一探测器8、第二探测器3、第三探测器9、第四探测器1亦分别附着于所述输送通道5的不同位置。

其中，所述右侧顶照X射线源2和第一探测器8构成V1视角；所述右侧侧照X射线源4和第二探测器3构成V2视角；所述右侧底照X射线源10和第三探测器9构成V 3视角；所述中部底照X射线源7和第四探测器1构成V4视角。

所述第一探测器8、第二探测器3、第三探测器9为L型探测器，所述第四探测器1为П型探测器。

Claims (11)

1.一种通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：该方法是通过一个检查装置对获取的四视角液态物品图像进行分析，提取液态物品的材料和密度两维特征来实现液态物品检查，其具体步骤包括：

步骤一、液态物品图像的定位：对获取的每个视角图像进行图像分割，定位出液态物品区域，并通过区域匹配，在四视角图像中找出代表同一液态物品的一组成像区；

步骤二、容器材质与壁厚的得出：对每组液态物品，首先判断容器材料属性，若容器材质为低原子序数物质，则容器效应对液态物品影响忽略不计，无需计算容器壁厚，将容器与液体作为一个整体进行计算；若容器为高原子序数物质，结合液态物品投影特征与四视角投影空间几何关系，计算出容器壁厚；

步骤三、液态物品材料特征的得出：对每组液态物品，依次剔除掉液态物品周围检查盒背景与容器背景，恢复液态物品的近似真实双能灰度信息，并利用此近似真实双能灰度信息比值关系，计算液态物品材料特征；

步骤四、液态物品材料密度特征的得出：对每组液态物品，根据容器材质，分两种情况得出液态物品材料的密度特征：

a)当容器为低原子序数物质时，利用四视角代数重建计算出射线近似穿透厚度，以及穿透厚度与吸收灰度间比值关系即可得出液态物品材料的密度特征；

b)当容器为高原子序数物质，首先根据射线与液态物品区域在通道中形成的空间几何关系，估计出液态物品截面模型，然后以此截面模型及外径与步骤三中计算的容器壁厚为初始形态，利用最优化数值分析方法迭代计算得出液态物品材料的密度特征；

步骤五、报警决策：根据步骤三和步骤四中得出的液态物品材料特征与密度特征，决定是否对该组液态物品进行报警。

2.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤一中，所述的视角图像分割包括如下步骤：

对每个视角图像采用0.9倍饱和值的灰度阈值V_s进行分割，将图像中灰度值低于V_s部分标记成液态物品初始分割区域；

在初始分割区域附近进行边缘检测，使用图像处理技术领域中经典的Canny算子边缘检测方法，获得精确被检查液态物品边缘，完成液态物品分割。

3.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤一中，所述的区域匹配是根据视角图像分割完成之后的每组液态物品在V1、V2、V3、V4视角图像中的相对位置关系，在四视角图像中找出代表同一个物品的一组成像区，完成液态物品四视角匹配。

4.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤二中，所述容器材质的计算是通过分析四视角液态物品分割结果对应的原始高低能图像完成；包括如下步骤：

首先，根据容器的方向寻找瓶身中间位置的一行像素，计算这一行中容器边缘与容器中间的材料值的相对值，差异越大容器材质的原子序数越高；

然后，再通过这一行上下若干行容器边界特征补充判断，得到容器的材质属性，完成容器材质计算。

5.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤二中，所述容器壁厚与容器外径的计算是通过分析四视角分割结果在输送通道坐标系中的空间几何关系完成；包括如下步骤：

首先，将通道截面以一个像素的宽度分为若干小正方形，并为每个单元格赋初值0，建立以(p1x,p1y)、(p2x,p2y)、(p3x,p3y)、(p4x,p4y)分别代表X射线源（2）、X射线源（4）、X射线源（10）和X射线源（7）的坐标系；

计算四个视角的每个射线源与被检查液态物品起始和终止交线围成的交点区域多边形的小内切圆，获得其圆心位置;

计算多边形每条边与圆心的距离值，若所有距离值都接近，则多边形围成的液态物品截面与多边形最小内切圆相近，则容器截面为类圆形；否则，容器截面为非类圆形；

确定容器截面形状后，再分析容器在各视角中液态物品边缘附近的投影特征，计算容器壁投影位置，根据容器壁投影位置，以及射线源源心位置，基于容器壁投影位置对应探测器在检查通道坐标系的坐标位置，即可计算出容器壁厚。

6.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤三中，所述的液态物品材料特征计算步骤包括：

a、剔除检查盒背景：根据步骤二中得出的四视角液态物品分割结果，分别查找每个液态物品其附近的检查盒背景位置，然后以检查盒背景灰度为依据剔除掉液态物品及其周边的检查盒背景灰度，近似恢复出液态物品不被检查盒遮挡时的真实高低能灰度；

b、根据步骤二中进行容器材质判断是否为低原子序数物质，区分为：

b1、若容器材质为低原子序数物质时，则根据步骤（a）中得出的高低能灰度，选择可靠投影区域，通过分析此区域内每个像素高低能灰度比值，将其与事先确定的材料特征经验值比对，计算出此可靠投影区域内每个像素对应材料特征；

b2、若容器材质为高原子序数物质时，则根据步骤二中得出的容器壁厚和容器外径，查询事先确定的高原子序数物质剔除表，分别对高低能液态物品投影图像进行容器剔除，然后，再选择剔除掉容器影响的液态物品图像可靠投影区域，通过分析此区域内每个像素高低能灰度比值，将其与事先确定的材料特征经验值比对，得出此可靠投影区域内每个像素对应材料特征；

C、分别统计步骤b1与b2得到的每个像素材料特征之平均值，将其与事先确定的材料特征经验值比对，得到液态物品材料特征。

7.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤四中，所述的液态物品密度特征计算步骤包括：

输入参数，包括剔除检查盒背景后的四视角高能图像数据、容器壁厚和容器外径；

根据步骤二中进行容器材质判断是否为低原子序数物质，区分为：

若容器材质为低原子序数物质时，则通过四视角ART代数迭代重建，得到液态物品的截面形状；根据重建出的液态物品截面形状，统计其对应的每个视角投影像素射线穿透距离，每一组穿透距离及其对应的高能灰度，通过查询事先建立的“穿透距离-吸收灰度-电子密度”表，得到一个密度特征，进一步对重建截面对应的所有密度特征进行统计，得到液态物品密度特征；

若容器材质为高原子序数物质时，将容器截面各像素的身份、容器壁厚度、容器壁衰减系数和液体衰减系数作为待计算参数，通过迭代优化算法，得到各参数最优的值；也同时得出容器形状的重建和液体衰减系数、容器壁厚的求取；再通过查询事先建立的“衰减系数-电子密度”表，得到液态物品密度特征；其中，所述的容器截面各像素的身份是指：容器截面各像素的外壁、液体和空气。

8.根据权利要求7所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：所述的ART代数迭代重建是在重建图像上液态物品所在区域像素值为表示像素之大小的相等的正值，其它部分值为0的条件下进行。

9.根据权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法，其特征在于：在步骤五中，报警决策是通过查询通道式四视角X射线危险液态物品数据库完成；

所述的危险液态物品数据库，是指以材料特征为横坐标、密度特征为纵坐标围成的二维“材料—密度”的判别平面，在所述数据库中标记有若干液体炸药区以及高危险性可燃液体区，其统一表述为危险液体区；

每一个视角都建立相应的危险液态物品数据库；

最终决策报警通过综合分析四个视角数据库检查结果，对落入数据库中危险液体区物品予以报警；否则，不予报警。

10.一种用于权利要求1所述的通道式四视角X射线液态物品安全检查方法中的检查装置，包括：输送通道（5）、检查盒（6）、位于输送通道下方的输送机（11）、位于输送通道顶部的系统控制及信号处理电路单元（12）、位于输送机下方并控制输送机操作的综合处理计算机（13），以及四个视角模块，其中：所述的系统控制及信号处理电路单元、综合处理计算机分别与四个视角模块连接；其特征在于：

所述的输送通道上从左至右依次设有第四探测器（1）、第二探测器（3）、第一探测器（8）和第三探测器（9）；所述的第四探测器（1）为П型探测器；所述的第一探测器（8）、第二探测器（3）、第三探测器（9）为L型探测器；

所述的四个视角模块包括：右侧顶照视角模块﹑右侧侧照视角模块、右侧底照视角模块和中部底照视角模块；所述右侧顶照视角模块包括：设在输送通道右侧顶部的右侧顶照X射线源（2）和第一探测器（8），所述的右侧顶照X射线源和第一探测器构成视角V1；所述右侧侧照视角模块包括：设在输送通道右侧侧部的右侧侧照X射线源（4）和第二探测器（3），所述的右侧侧照X射线源和第二探测器构成视角V2；所述右侧底照视角模块包括：设在输送通道右侧底部的右侧底照X射线源（10）和第三探测器（9），所述的右侧底照X射线源和第三探测器（9）构成视角V3；所述中部底照视角模块包括：设在输送通道中部下方的中部底照X射线源（7）和第四探测器（1），所述的中部底照X射线源和第四探测器构成视角V4；

所述的输送机将检查盒送入检查通道，依序经过V1、V2、V3、V4；所述的第一探测器（8）、第二探测器（3）、第三探测器（9）和第四探测器（1）接收的信号经系统控制及信号处理电路单元处理后，分别产生V1、V2、V3、V4视角的双能图像传送到综合处理计算机中进行处理；所述的双能图像是包括高能图像信号与低能图像信号的双能X射线图像。

11.根据权利要求10所述的通道式四视角X射线液态物品检查装置，其特征在于：所述检查盒盒体内部横向的上、下部分别设有一个用于放置被检查液态物品的泡沫凹槽（14），盒体底部设有薄泡沫（15）；所述泡沫凹槽上放置被检查液态物品的个数≤3。

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