CN103630563A - X射线螺旋扫描导航方法 - Google Patents

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CN103630563A CN201310647922.7A CN201310647922A CN103630563A CN 103630563 A CN103630563 A CN 103630563A CN 201310647922 A CN201310647922 A CN 201310647922A CN 103630563 A CN103630563 A CN 103630563A
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李斌
李保磊
莫阳
张耀军
陈力
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First Research Institute of Ministry of Public Security
Beijing Zhongdun Anmin Analysis Technology Co Ltd
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First Research Institute of Ministry of Public Security
Beijing Zhongdun Anmin Analysis Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及X射线螺旋扫描导航方法，包括以下步骤：S01:包裹进入螺旋扫描系统，所述螺旋扫描系统的X射线源对包裹扫描；S02：螺旋扫描的同时探测器采集投影数据；S03：对探测器采集的投影数据进行数据重组，并生成导航图；S04：判断包裹是否扫描完毕；如果未扫描完毕，则返回步骤S02；如果扫描完毕，则显示完整的包裹导航图。本发明所述X射线螺旋扫描导航方法的优越效果在于：所述X射线螺旋扫描导航方法在实际操作时不需要额外添加硬件设备，不需要CT重建和三维体显示技术的支持，计算简单，对计算资源开销小，且实时生成导航图。

Description

X射线螺旋扫描导航方法
技术领域
本发明涉及安全检查及辐射成像领域，具体涉及安全检查过程中的X射线螺旋扫描导航方法。
背景技术
基于X射线的安全检查设备具有操作方便、检测效率高的优点，在机场、铁路、港口等需要安检的场合得到了广泛的应用。X射线安检设备采用的扫描方式包括三种：单视角透视扫描、多视角透视扫描和螺旋扫描。
单视角透视扫描设备中，X射线源从一个固定的角度方向照射物体，安检员仅依据一个角度方向的透视图像判断是否存在违禁品。这种扫描图像上，物体叠加遮挡十分严重，故而该类设备探测性能较差。
多视角透视扫描设备中，在多个不同的角度方向布置了X射线源，安检员依据不同角度方向的透视图像综合判断是否存在违禁品。因提供了多个视角下的透视图像，在某个视角下，违禁品可能不存在遮挡或遮挡很少，但存在违禁品被遮挡的可能性。
螺旋扫描设备中，X射线源围绕着行李包裹做螺旋扫描，其采集的投影视角个数通常在几百甚至一千多。基于CT(Computed Tomography)重建技术，螺旋扫描设备具有最高的违禁品探测性能，也是当前最重要的一种爆炸物探测设备。
现有技术中基于螺旋扫描的危险品识别流程通常包括以下步骤：一是通过螺旋扫描获取投影数据；二是采用双能螺旋CT重建算法，获取包裹的切片信息；三是基于切片信息判定当前包裹中是否存在危险品。在实际应用中，安检员不仅希望安检设备提示当前包裹中是否存在危险品，同时也希望安检设备具备危险品导航能力。“导航”指的是通过安检设备提供的多维图像，也称之为导航图像，安检员能够方便的确认危险品或其它感兴趣物体在包裹中的三维空间位置。
螺旋扫描设备中，导航图像的生成方法主要有两种。第一种方法是在螺旋扫描装置之前添加一套透视DR（Digital Radiography)系统，利用透视系统获得的二维透视图作为导航图。这种方案实施简单，但需额外添加一套源探设备，增加了系统成本，加大了设备体积，且只能得到二维的导航图。第二种方法是，首先基于螺旋CT技术获得物体的切片信息，再采用三维体显示技术，由切片信息生成包裹的三维导航图像。这种方法的优点是不需要增加额外的源探设备即可实现三维导航功能，其不足是该方法需经过大量的CT重建，对计算资源要求很高，不利于实时导航；同时，三维体显示操作对CPU/GPU和内存的消耗也很大。
针对上述弊端本发明提出一种X射线螺旋扫描导航方法。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种X射线螺旋扫描导航方法。本发明所述X射线螺旋扫描导航方法的技术核心是通过重组螺旋扫描投影数据，生成绕传送带运动方向旋转、具有三维立体导航效果的动态导航图。
本发明所述X射线螺旋扫描导航方法的工作原理是在螺旋扫描系统中的X射线源相对于包裹做螺旋扫描；在X射线源扫描过程中，X射线源发出的射线穿过包裹被探测器接收，所述探测器接收到的信号经过AD转换器转换后输入计算机，所述计算机基于投影数据重组算法对原始投影数据进行重组，进而获得包裹的导航图。
本发明是通过以下技术方案实现的：
X射线螺旋扫描导航方法,包括以下步骤：
S01:包裹进入螺旋扫描系统，所述螺旋扫描系统的X射线源对包裹扫描；
S02：螺旋扫描的同时探测器采集投影数据；
S03：对探测器采集的投影数据进行数据重组，并生成导航图；
S04：判断包裹是否扫描完毕；
如果未扫描完毕，则返回步骤S02；
如果扫描完毕，则显示完整的包裹导航图。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S01中，所述X射线源是单个X射线源或分布在圆周上的多个X射线源。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S01中，所述X射线源对包裹扫描采用滑环带动X射线源和探测器绕传送带运动方向旋转的方式对包裹扫描。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S01中，所述X射线源对包裹扫描采用X射线源周向分布，轮流切换发射X射线的方式对包裹扫描。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S02中，所述探测器是单排探测器或多排探测器。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S03中，所述数据重组是对探测器获取的投影数据进行插值和重新排布。
与现有技术相比，本发明所述X射线螺旋扫描导航方法的优越效果在于：所述X射线螺旋扫描导航方法在实际操作时不需要额外添加硬件设备，不需要CT重建和三维体显示技术的支持，计算简单，对计算资源开销小，且实时生成导航图。
附图说明
图1为本发明所述X射线螺旋扫描导航方法的工作流程图；
图2为本发明所述螺旋扫描时X-Y平面示意图；
图3为本发明所述X射线螺旋扫描导航方法的实施例示意图；
图4为应用本发明所述X射线螺旋扫描导航方法生成的导航图。
1-X射线源、2-传送带、3-探测器、4-包裹、5-滑环带动X射线源和探测器旋转方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1-4所示，X射线螺旋扫描导航方法,包括以下步骤：
S01:包裹4进入螺旋扫描系统，所述螺旋扫描系统的X射线源1对包裹扫描；
S02：螺旋扫描的同时探测器3采集投影数据；
S03：对探测器3采集的投影数据进行数据重组，并生成导航图；
S04：判断包裹4是否扫描完毕；
如果未扫描完毕，则返回步骤S02；
如果扫描完毕，则显示完整的包裹导航图。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S01中，所述X射线源是单个X射线源1或分布在圆周上的多个X射线源1。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S01中，所述X射线源对包裹扫描采用滑环带动X射线源1和探测器3绕传送带2运动方向旋转的方式对包裹4扫描。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S01中，所述X射线源1对包裹4扫描采用X射线源1周向分布，轮流切换发射X射线的方式对包裹4扫描。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S02中，所述探测器3是单排探测器或多排探测器。
本发明X射线螺旋扫描导航方法的步骤S03中，所述数据重组是对探测器3获取的投影数据进行插值和重新排布。
下面以螺旋扫描系统采用X射线源、单排探测器、滑环带动X射线源和探测器3绕传送带2运动方向旋转的方式对包裹4扫描为例，说明所述单排探测器对投影数据的采集、并进行数据重组的过程。
设传送带2运动方向为Z轴正方向，传送带2速度为v(m/s)，滑环（图中未示）转速为q(r/min),X射线源1到滑环旋转中心的距离为D(m)。
定义扫描起始时刻为0时刻，终止时刻为t0时刻。则射线源轨迹可表示为
SourcePos(t)=(Dcosωt,Dsinωt,vt)0≤t≤t0
其中ω=πq/30，表示滑环的角速度，单位是弧度/秒。
定义滑环旋转一周，传送带运动的距离为h，则h=60v/q。
线阵探测器上获取的投影数据可表示为：P(θ,t)，其中-θ0≤θ≤θ0，0≤t≤t0，θ0代表射束在X-Y平面内扇束张角的1/2，如图2所示；
本发明生成的导航图是一个三维数据体，表示为Nav(i,j,k)，其中-θ0≤i≤θ0，0≤j≤vt0，0≤k≤2π。Nav(i,j,k)的计算伪代码如下：
Figure BDA0000430228860000041
Figure BDA0000430228860000051
其中，运算符[·]表示向下取整。以上运算过程中fn，ft，ft1，ft2是用于运算的中间变量。
导航应用中，Nav(i,j,k)是一个视频图像，且以k为视频时间轴，循环播放。
本发明所述X射线螺旋扫描导航方法中涉及的螺旋扫描系统、探测器3、滑环、传送带2均为现有设备，本发明并未对现有技术的设备进行发明创造。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (8)

1.X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，包括以下步骤：
S01:包裹进入螺旋扫描系统，所述螺旋扫描系统的X射线源对包裹扫描；
S02：螺旋扫描的同时探测器采集投影数据；
S03：对探测器采集的投影数据进行数据重组，并生成导航图；
S04：判断包裹是否扫描完毕；
如果未扫描完毕，则返回步骤S02；
如果扫描完毕，则显示完整的包裹导航图。
2.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S01中，所述X射线源是单个X射线源。
3.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S01中，所述X射线源是分布在圆周上的多个X射线源。
4.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S01中，所述X射线源对包裹扫描采用滑环带动X射线源和探测器绕传送带运动方向旋转的方式对包裹扫描。
5.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S01中，所述X射线源对包裹扫描采用X射线源周向分布，轮流切换发射X射线的方式对包裹扫描。
6.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S02中，所述探测器是单排探测器。
7.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S02中，所述探测器是多排探测器。
8.根据权利要求1所述的X射线螺旋扫描导航方法,其特征在于，在步骤S03中，所述数据重组是对探测器获取的投影数据进行插值和重新排布。
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