CN104777178A - 一种x射线扫描方法及扫描系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线扫描方法及扫描系统，所述方法包括：在X射线不出束的情况下采集本底数据；在X射线出束但探测通道内没有扫描物体的情况下采集空气数据；对物体进行扫描，采集原始扫描数据；根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。本发明在对静止物体进行X射线扫描时，通过对本底数据和空气数据进行测量和对扫描数据进行的处理，解决了机械振动所产生的噪声问题，提高了测量精度。

Description

一种X射线扫描方法及扫描系统

技术领域

本发明涉及辐射检测领域，尤其涉及一种X射线扫描方法及扫描系统。

背景技术

用X射线扫描成像是安全检查、工业探伤、医疗检查等行业常用的技术手段，尤其是X射线安检机在车站、码头、机场、展览会馆等场所广泛应用。大多数的X射线扫描系统是X射线出束面的位置相对静止，由传送系统将被检物体移动通过出束面完成扫描的。但是在一些特定的条件下，被检测物体不适合被移动，只能通过扫描装置本身移动X射线出束面来完成扫描。例如，被检测的物体是固定死的工业器件；或者在检查人体时，如果移动人体，则不好保持平衡。因此，需要有一种在被检测物体保持静止不动时，通过X射线扫描装置移动X射线出束平面完成扫描的成像系统。

当被检测的物体静止不动时而X射线出束面发生移动时，由于机械运动过程中无法避免地存在振动，会使得在扫描过程中X光机和探测器之间不能做到完全的相对静止，这就会导致探测器接收到的X射线强度不稳定，如果此时依然采用传统的校正方法，即经过目前采用的对所采集到的图像进行单纯的数据传输和简单降噪处理分析方法之后，在图像上就会不可避免地出现条纹状的噪声，如图1所示。

发明内容

本发明提供一种X射线扫描方法及扫描系统，以解决现有技术中对静止物体进行X射线扫描时机械振动所产生的噪声问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种X射线扫描方法，包括：

在X射线不出束的情况下采集本底数据；

在X射线出束但探测通道内没有扫描物体的情况下采集空气数据；

对物体进行扫描，采集原始扫描数据；

根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

进一步地，所述采集本底数据还包括：

对所述本底数据取均值，获取平均本底数据。

进一步地，所述采集空气数据还包括：

对所述空气数据取均值，获取平均空气数据。

进一步地，所述根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据还包括：

根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

进一步地，

所述根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域包括：利用预设阈值将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

进一步地，

所述根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域包括：利用阈值法、边缘检测法或区域法将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

进一步地，所述根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据还包括：

将扫描区域内规定不允许摆放物体的区域作为空气区域，其余区域作为物体区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

另一方面，本发明还提供一种X射线扫描系统，所述系统包括：

X光机，用于出射X射线；

探测器，与所述X光机保持相对静止，用于对所述X射线的探测信号进行收集；

处理器，与所述探测器相连，用于对所述探测器所收集的X射线的探测信号进行处理，包括：

在所述X光机不出射所述X射线的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为本底数据；

在所述X光机出射所述X射线但探测通道内没有扫描物体的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为空气数据；

在所述X光机出射所述X射线对物体进行扫描的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为原始扫描数据；

根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

进一步地，所述处理器还用于：

对所述本底数据取均值，获取平均本底数据；

和/或，对所述空气数据取均值，获取平均空气数据。

进一步地，所述系统还包括：

准直器，固定在所述X光机和所述探测器之间的光路上，与所述X光机和所述探测器之间保持相对静止，用于对所述X光机出射的X射线进行准直。

进一步地，所述处理器还用于：

根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

进一步地，所述处理器还用于：

利用预设阈值将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

进一步地，

所述处理器还用于：利用阈值法、边缘检测法或区域法将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

进一步地，所述处理器还用于：

将扫描区域内规定不允许摆放物体的区域作为空气区域，其余区域作为物体区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

可见，在本发明提供的一种X射线扫描方法及扫描系统中，在对静止物体进行X射线扫描时，通过对本底数据和空气数据进行测量和对扫描数据进行的处理，解决了机械振动所产生的噪声问题，提高了测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中所产生的条纹状噪声示意图；

图2是人体安全检查系统的结构示意图；

图3是本发明实施例X射线扫描方法的基本流程示意图；

图4是本发明实施例1中X射线人体扫描方法的流程示意图；

图5是本发明实施例1中物体区域和空气区域划分示意图；

图6是本发明实施例1中扫描区域的限定方法示意图；

图7是本发明实施例2的X射线扫描系统结构示意图；

图8是本发明实施例的扫描图像示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2提供了一种被检测的物体静止不动时而X射线出束面发生移动的人体安全检查系统，其包括：底座1、支承在底座1上的立柱2、准直器安装面3、同步带4、同步带轮5、轴承座6、一体臂7、螺母25、引导滑块26、导轨27、电机28和准直器调节装置29，以及可驱动地连接到立柱2上的扫描成像装置150。其中用于人体安全检查系统的驱动装置，包括驱动机构100，用于驱动扫描成像装置150沿预定方向，例如图2中的竖直方向进行扫描操作。图2中的扫描成像装置150中的射线源、准直器和探测器通过一体臂7固定连接在一起以形成一体结构。

本发明实施例首先提供一种X射线扫描方法，参见图3，包括：

步骤301：在X射线不出束的情况下采集本底数据；

步骤302：在X射线出束但探测通道内没有扫描物体的情况下采集空气数据；

步骤303：对物体进行扫描，采集原始扫描数据；

步骤304：根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

其中，在X射线出束但探测通道内没有扫描物体的情况下采集空气数据时，包括X光机和探测器的X射线出束面在扫描过程中是移动的。

可以对所采集的本底数据和/或空气数据取平均，以使得测量结果更加精确。可选地，方法可以包括：对所述本底数据取均值，获取平均本底数据，或对所述空气数据取均值，获取平均空气数据。

其中，根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据还可以包括：

根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

其中，根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域可以包括：利用预设阈值将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

其中，根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域包括：利用阈值法、边缘检测法或区域法将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

其中，阈值法可以用于区分目标(即物体区域)和背景(即空气区域)的灰度门限。如果图像只有目标和背景两大类，那么可以只选取一个阈值称为单阈值分割，如上所述的预设阈值即为单阈值分割的一种。边缘检测法则是最为普遍的对于灰度间断的检测方法，可以采用一阶和/或二阶导数根据原始扫描数据对图像的灰度间断进行检测，从而划分出图像的物体区域和空气区域。区域法的基本思想是将具有相似性质的像素集合起来构成区域，首先选取一个种子点，然后依次将种子像素周围的相似像素合并到种子像素所在的区域中，从而分别得到原始扫描数据中的物体区域和空气区域。

其中，根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据还可以包括：

将扫描区域内规定不允许摆放物体的区域作为空气区域，其余区域作为物体区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

实施例1：

本发明实施例1提供一种X射线扫描方法，可以用来进行人体扫描。其中，如果固定X射线的出束面，让被检查者站在传送带上通过出束面，会因为在移动过程中被检查者难以保持平衡和身体晃动而影响检查效果，因此，在本实施例1的扫描过程中，让被检查者站立在指定的固定位置上，通过垂直于出束平面移动相对位置固定的X光机和探测器完成扫描。在扫描过程中被检查者只要保持静止不动即可。

为了校正在扫描过程中由于机械振动导致的图像上条纹状噪声，参见图4，本发明实施例1的扫描方法具体可以包括：

步骤401：在X射线不出束的情况下采集本底数据，并对其取平均。

本步骤中，在X射线不出束的情况下采集本底数据。由于采集本底数据的时候不产生X射线，所以不会受到扫描过程中机械振动引起的探测器接收到的X射线强度不稳定的问题。

在本底数据采集过程中，可以采集一段时间的本底数据并取平均值，记为平均本底数据Z(j)，j＝1,…,n，j表示探测器通道下标。

步骤402：在X射线出束但探测通道内没有扫描人体的情况下采集空气数据，并对其取平均。

本步骤中，在X射线出束但探测通道内没有扫描物体的情况下采集空气数据。扫描空气数据是为了对探测器进行增益校正。由于采集空气数据的过程中会受到机械振动的影响，因此空气数据会有较大的波动。在采集时，扫描通道上不放置任何物体，垂直于出束平面运动且空扫，从而得到一组空气数据F(i，j)，i＝1,…,m，j＝1,…,n。其中i是采样时刻的下标，在扫描路径上共得到m行数据；j表示探测器通道下标，共有n个探测器通道，m、n也是所采集图像的高和宽。

然后对所获得的空气数据F(i，j)的所有行平均，得到平均空气数据 $F\left(j\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{m}F(i,j)/n.$

步骤403：对人体进行扫描，采集原始扫描数据。

本步骤中，通过移动X光机和探测器对静止的人体进行正常扫描以采集原始扫描数据。设扫描人体时得到的原始数据为R(i，j)，i＝1,…,m，j＝1,…,n。

步骤404：根据平均本底数据和平均空气数据对原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

所获取的原始扫描数据需要根据平均本底数据和平均空气数据做本底和增益校正，也就是数据的预处理，预处理后的图像记为N(i，j)。下面详细介绍计算N(i，j)的方法。

首先，根据平均本底数据和平均空气数据对原始扫描数据进行处理，对每个i按下面的公式求得T(i，j)：

$T(i,j)=\frac{R(i,j)-Z\left(j\right)}{F\left(j\right)-Z\left(j\right)}\×\mathrm{GMAX}\×a+b$

其中GMAX是扫描图像所能表示的最大灰度级，a和b是可配置的常数，根据实际扫描情况决定。事实上这就是普通的原始数据预处理方法，所得的扫描图像T(i，j)有明显的横条纹。

在T(i，j)的基础上，针对每一时刻的原始扫描数据，可以将所获取的扫描图像分割为有人体的物体区域和没有人体存在的空气区域(参见图5)。

在区域分割时，可以简单的采用一个预设阈值t，将大于t的区域记为空气区域，不大于t的区域当做物体区域，当然也可以采用其他图像分割方法，如阈值法、边缘检测法、区域法等等。对每个行i，设对应空气区域的列坐标的集合为A_i，也就是说，在扫描第i行的原始扫描数据的时候，属于集合A_i的这些列并没有物体对X射线的吸收，应为扫描空气的空气数据。对集合A_i中的列，可以在空气数据F(i，j)中搜索与对应的原始扫描数据的值最接近的行k_i：

$k_i=\underset{0\≤s\≤1}{\arg \min }\sqrt{\underset{r\∈A_i}{\mathrm{\Σ}}{(R(i,r)-F(s,r))}^2}$

那么对于空气数据列A_i，原始扫描数据中的第i行的值与空气数据中的第k_i行是最接近的。在本实施例中，用欧氏距离来度量向量间的距离，当然也可以根据实际情况选用街区距离、棋盘距离等其他距离来度量。在此可以认为，虽然存在着机械振动和数据的波动，但在扫描第i行原始扫描数据和第k_i行空气数据时，整个系统的状态是最接近的，所以可以用第k_i行的空气数据去校正第i行的原始扫描数据：

$N(i,j)=\frac{R(i,j)-Z\left(j\right)}{F(k_i,j)-Z\left(j\right)}\×\mathrm{GMAX}\×a+b$

上述校正方法比用平均空气数据F(j)去校正更为合理，并且能够去除因此而带来的条纹状噪声。

其中，集合A_i的大小是影响校正结果的一个因素，为了保证A_i不会太小，可以适当地增加探测器线的宽度，或者限定扫描区域，以保证空气区域的大小。例如，在扫描通道的一侧或两侧划分出一定的区域，这些区域也在扫描和成像范围，但在这些区域不允许放置被扫描物体或其他物体(如图6所示)，这样还可以不用做图像分割，直接用不允许摆放物体的区域对应的图像作为空气区域。

实施例2：

本发明实施例2提供一种X射线扫描系统，参见图7，包括：

X光机71，用于出射X射线；

探测器72，与所述X光机保持相对静止，用于对所述X射线的探测信号进行收集；

处理器73，与所述探测器72相连，用于对所述探测器72所收集的X射线的探测信号进行处理，包括：

在所述X光机不出射所述X射线的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为本底数据；

在所述X光机出射所述X射线但探测通道内没有扫描物体的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为空气数据；

在所述X光机出射所述X射线对物体进行扫描的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为原始扫描数据；

根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

其中，当需要满足被检物体相对不动的扫描方式时，X光机71和探测器72可以均设置在固定支架74上，由驱动装置进行驱动，以使X光机71和探测器72沿垂直于出束平面的方向进行运动，且X光机71和探测器72之间保持相对静止，以完成扫描。

进一步地，处理器73还可以用于：

对所述本底数据取均值，获取平均本底数据；

和/或，对所述空气数据取均值，获取平均空气数据。

进一步地，系统还可以包括：准直器75，固定在所述X光机71和所述探测器72之间的光路上，与所述X光机71和所述探测器72之间保持相对静止，用于对所述X光机71出射的X射线进行准直。

进一步地，处理器73还可以用于：

根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

进一步地，处理器73还可以用于：

利用预设阈值将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

进一步地，处理器73还可以用于：利用阈值法、边缘检测法或区域法将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

进一步地，处理器73还可以用于：

将扫描区域内规定不允许摆放物体的区域作为空气区域，其余区域作为物体区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

利用本发明实施例提供的X射线扫描方法及扫描系统对静止物体进行X射线扫描和数据处理之后的扫描图像如图8所示，经与图1对比可以明显看出，左侧空白区域和右侧扫描物体的区域的条纹噪声现象均得到了显著的改善。

可见，在本发明实施例提供的一种X射线扫描方法及扫描系统中，在对静止物体进行X射线扫描时，通过对本底数据和空气数据进行测量和对扫描数据进行的处理，解决了机械振动所产生的噪声问题，提高了测量精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种X射线扫描方法，其特征在于，包括：

在X射线不出束的情况下采集本底数据；

在X射线出束但探测通道内没有扫描物体的情况下采集空气数据；

对物体进行扫描，采集原始扫描数据；

根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

2.根据权利要求1所述的X射线扫描方法，其特征在于，所述采集本底数据还包括：

对所述本底数据取均值，获取平均本底数据。

3.根据权利要求1所述的X射线扫描方法，其特征在于，所述采集空气数据还包括：

对所述空气数据取均值，获取平均空气数据。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的X射线扫描方法，其特征在于，所述根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据还包括：

根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

5.根据权利要求4所述的X射线扫描方法，其特征在于：

所述根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域包括：利用预设阈值将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

6.根据权利要求4所述的X射线扫描方法，其特征在于：

所述根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域包括：利用阈值法、边缘检测法或区域法将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的X射线扫描方法，其特征在于，所述根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据还包括：

将扫描区域内规定不允许摆放物体的区域作为空气区域，其余区域作为物体区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

8.一种X射线扫描系统，其特征在于，所述系统包括：

X光机，用于出射X射线；

探测器，与所述X光机保持相对静止，用于对所述X射线的探测信号进行收集；

处理器，与所述探测器相连，用于对所述探测器所收集的X射线的探测信号进行处理，包括：

在所述X光机不出射所述X射线的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为本底数据；

在所述X光机出射所述X射线但探测通道内没有扫描物体的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为空气数据；

在所述X光机出射所述X射线对物体进行扫描的情况下，将所述探测器所采集的探测信号作为原始扫描数据；

根据所述本底数据和所述空气数据对所述原始扫描数据进行预处理，获取扫描图像数据。

9.根据权利要求8所述的X射线扫描系统，其特征在于，所述处理器还用于：

对所述本底数据取均值，获取平均本底数据；

和/或，对所述空气数据取均值，获取平均空气数据。

10.根据权利要求8所述的X射线扫描系统，其特征在于，所述系统还包括：

准直器，固定在所述X光机和所述探测器之间的光路上，与所述X光机和所述探测器之间保持相对静止，用于对所述X光机出射的X射线进行准直。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的X射线扫描系统，其特征在于，所述处理器还用于：

根据所述原始扫描数据将扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。

12.根据权利要求11所述的X射线扫描系统，其特征在于，所述处理器还用于：

利用预设阈值将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

13.根据权利要求11所述的X射线扫描系统，其特征在于，所述处理器还用于：

利用阈值法、边缘检测法或区域法将所述扫描区域分割为有物体的物体区域和没有物体存在的空气区域。

14.根据权利要求8-10中任一项所述的X射线扫描系统，其特征在于，所述处理器还用于：

将扫描区域内规定不允许摆放物体的区域作为空气区域，其余区域作为物体区域；

从所述空气数据中搜索与所述空气区域的原始扫描数据的值最接近的空气数据，根据所述本底数据和所述最接近的空气数据对所述原始扫描数据进行增益校正，获取扫描图像数据。