CN113316802A - X射线图像中的经篡改金属物品的自动检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测经篡改的金属物品(FC)的方法，非金属物质被隐藏在所述金属物品(FZ)中并且所述金属物品(FZ)已经被篡改，使得该经篡改的金属物品(FC)在包含该金属物品(FC)的检查对象(O1，O2，O3)的二维X射线数据中产生与相应的未篡改的金属物品相当的二维X射线图像，该方法包括以下步骤：(S10)在所述X射线数据中确定包含金属物品(FC)的区域；(S20)根据所述X射线数据，提供沿着穿过所述金属物品(FC)的线(L)的所探测的X射线辐射的衰减曲线(D(r))或强度曲线(I(r))；(S30)评估所述衰减曲线(D(r))或所述强度曲线(I(r))是否在预定区域(例如在所述金属物品(FZ)的边缘(R1、R2)或边缘区域(RB1、RB2))中展现出特性异常(P1、P2)；当所述预定范围内的所述衰减曲线(D(r))或所述强度曲线(I(r))展现出所述特性异常(P1、P2)时，(S40)触发报警功能。

Description

X射线图像中的经篡改金属物品的自动检测

本发明总体上涉及对象的无损检查和其中包含的潜在危险物品的检测。特别地，本发明涉及对经篡改以隐藏有害物质的物品的检测，所述物品例如电池或蓄电池单元(cell)，其已被修改以隐藏有害物质(例如爆炸物或毒品)以防止检测。

背景技术

下面的介绍性描述仅用于更好地理解本发明，并且在任何情况下都不应被理解为承认的现有技术，除非其被明确地如此指定。

目前已经知道了在透射图像内检测隐藏在本身无害的金属物品中的固有危险的有机爆炸物(例如，C.Endt等人在2017年5月17日的Süddeutsche Zeitung中的“Die

ist entscheidend”(“Size Materials”))，其即便并非是不可能的，也是非常困难的。也就是说，在用于光学定向分析的X射线图像中的危险物品“爆炸物”目前几乎不能或不再以类似于拟态的方式与环境区分开。具体地，这意味着爆炸物可能已经被隐藏在移动电子设备的电池单元或蓄电池单元中，这些电池单元或蓄电池单元本身是没有危险的。

在下文中，我们将仅谈及蓄电池单元(即，可再充电电池单元)，而不排除作为原电池单元(primary cells)的电池。移动设备(例如膝上型电脑)的电池目前主要是锂离子蓄电池(这里简称为锂蓄电池)。为了将爆炸物隐藏在蓄电池组的一个或多个蓄电池单元中，用所述爆炸物替换一个或多个蓄电池单元的内部的一部分或整个内部。这确保了具有篡改的或不正确的蓄电池单元的这种蓄电池组仍然可以为所述移动设备提供足够的功率以进行功能测试。

在机场对手提行李进行基于X射线的检查通常只产生待检行李的二维X射线图像。当检查指定用于飞机货舱的行李时，如今的惯例是使用可靠地检测爆炸物的计算机断层摄影方法。因此，应当改进用于手提行李检查的安全检查点的检查系统(该检查系统向操作者显示二维X射线图像)，以便检测隐藏的爆炸物。

US20160084984A1公开了一种用于在检查对象中定位锂电池的系统和方法。如果唯一的目的是检测锂电池或看起来像锂电池的电池的存在，这就足够了。然而，如果仅仅是关于发现经篡改的蓄电池，则这不是解决方案。这种已知系统和方法的实施将需要对具有蓄电池单元的每个移动设备进行更仔细的检查，以排除隐藏在其中的爆炸物，或者通常排除在飞机上携带相应的移动设备。没有一个方法适合实际使用。

US20110206240A1还涉及对可能隐藏在诸如便携式电子设备的对象内部的潜在威胁物品的检测，其中，检查对象被进行计算机断层摄影(CT)成像处理，并且获得该检查对象的3D CT数据。在CT数据的分析期间，首先将一件行李中的要更仔细地检查的物品(例如膝上型计算机)识别为检查对象。然后，通过产生所述CT数据的一维自投影，将该对象再划分成多个分区以进一步检查。由此，这些分区的特征向量和所述CT图像数据被用于生成布局特征向量。然后将一个或多个布局特征向量与来自一类被成像物品的包含威胁和不包含威胁的物品的训练数据进行比较，以确定被成像物品是否包含威胁。

US4539648A披露了一种用于检查对象的成像X射线检查系统，以检测包含在检查对象(例如一件行李或包裹)中的农业违禁品。可选地，具有圆形横截面的物品的成像将被改进，以便更好地区分这些物品与具有矩形横截面的物品。基于所述物品被具有与该物品不同的密度吸收系数乘积的材料所包围的假设，提出了计算由检查对象透射的X射线辐射的空间分辨强度的梯度图像，以便基于此去除所述X射线图像中具有矩形横截面的物品的边缘。

发明内容

本发明的目的是提出一种X射线检查系统和一种X射线检查方法，通过该X射线检查系统和X射线检查方法，改进了对诸如蓄电池单元(特别是锂电池单元)的经篡改的基本上为金属的物品(在所述物品中隐藏了有机危险物质，例如爆炸物)的检测，或者至少使所述检测完全成为可能。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中限定了另外的实施例和有利的进一步发展。与根据本发明的X射线检查方法相关定义的特征和细节也与根据本发明的X射线检查设备相关有效，反之亦然。因此，各个方面的公开内容是相互关联的。

为了找到根据本发明的技术方案，发明人必须进行若干技术考虑。

通常，锂电池单元具有一圆柱形形状，其具有金属箔的薄护套，并且内部由已知的功能材料(例如，铝、金属锂氧化物、高度多孔的隔板、碳和铜)构成。如果这种锂电池单元的内部由于有机爆炸物完全或部分地填充该单元而被篡改，则这种篡改的电池将产生与实际锂电池单元不同的X射线图像。由于其主要为金属成分，所以实际锂电池对X射线辐射的衰减高于有机材料(如爆炸物)对X射线辐射的衰减。对于篡改的单元，由于有机爆炸物含量，X射线图像将因此显著不同于锂电池单元所预期的，并且因此在X射线图像中对于操作者将是很明显的。

为了补偿经篡改的单元的衰减属性的缺乏，可以用厚得多的金属护套来制造该经篡改的单元，使得经篡改的单元的基于透射的X射线图像的结果看起来与普通锂电池单元的图像相似。如果所述金属护套设计成具有均匀的厚度，即，设计成具有均匀厚度的套筒，则在具有多个透射方向的X射线检查系统(所谓的多视图设备)中，所得到的X射线图像在所有观察方向上看起来同样真实。这是有问题的。

这种经篡改的单元在这里被称为“伪单元”。伪单元是被篡改的蓄电池单元或电池单元，其中对该单元的实际功能来说外来的材料已经被隐藏在该单元中，并且该单元已经被篡改，使得该单元在X射线图像中看起来尽可能像真实的蓄电池单元或电池单元。

发明人认识到，在通过伪单元的所检测的X射线辐射的衰减或强度曲线的X射线图像中，可以检测到未被篡改的单元的特性特征，尤其是伪单元的特性异常。特别合适的是所检测的X射线辐射(其将被分析且其尽可能交叉地穿过电池单元，即，垂直于其纵轴延伸)的衰减或强度曲线，。

例如，已经发现，X射线图像中的伪单元的金属护层或套筒在衰减曲线中或相应地在穿过所述伪单元的强度曲线中的伪单元的边缘处会引起特性峰值(characteristicpeak)。这是由于金属护层或套筒在所述单元的边缘处被X射线辐射切向而不是垂直地辐射。结果，所述X射线辐射在所述单元的边缘处，尤其是在由金属护层或套筒限定的边缘区域中比在由金属护层或套筒限定的边缘区域之间的伪单元的区域中衰减得更强，因为它通过金属护层或套筒而被垂直地辐射，并且因此通过比所述边缘区域中更少的金属，并且因此X射线辐射被有效地衰减得更少。所述金属单元护套(即，金属护层或套筒)越厚，这种效果就越显著。对于伪单元而言，这正是这种情况，因为缺乏由有机危险材料(如爆炸物)引起的衰减，这将由单元护套中更多的金属来补偿。

最后，在开发上述方案期间，很明显，目的主要部分也是找到一种足够稳健的方法来检测伪单元。在真实的X射线图像中，出现了各种干扰，即，待分析的单元不是被理想地隔离的，而是例如被不同地堆叠，膝上型电脑部件和电缆可能覆盖所述单元，伪单元和真实单元的金属套筒可能具有不同的尺寸。这里，使用理想化的示例来解释这里提出的原理，所开发的检测方法基于该原理。在这方面，所示的X射线图像和画面本身可能是误导性的，因为在每种情况下分析的单元是“暴露的”。

应当注意，本发明的原理不限于检测包含爆炸物的伪单元。相反，该原理可应用于任何经篡改的金属物品(其中有机材料被隐藏)的检测。所述有机材料也可以是例如药物。因此，在下文中，术语“(一个或多个)伪单元”不应被理解为是限制性的，而是通常应被用作根据相同原理被篡改的任何种类的伪物品的替代。

本发明的核心思想是将上述发现用于在X射线检查过程中检测金属伪单元，特别是用于在检查对象的透射图像(例如二维X射线图像)中检测伪单元的评估过程中。

本发明的第一方面涉及一种用于检测经篡改的金属物品的方法，其中在包含该物品的检查对象的二维(2D)透射数据中，特别是2D X射线数据中，非金属物质被隐藏。例如，所述金属物品可以被篡改，使得经篡改的金属物品产生与相应的未篡改的金属物品相当的透射图像，例如2D X射线图像。2D透射数据是已经优选地通过沿着第二空间维度在一个空间维度中照射所述检查对象并且感测未被检查对象吸收的辐射而获取的数据。在2D X射线数据的情况下，这些是总是沿着一个(或多个)线的传输方向感测的X射线辐射的衰减值或强度值。当然，2D透射数据也可以从针对所述检查对象的空间元素采集的三维(3D)透射数据导出，并且用于这里呈现的过程。

所述方法包括以下步骤：确定所述X射线数据中的包含金属物品的区域；从所述X射线数据提供沿着穿过所述金属物品的线的所探测的X射线辐射(其已经穿过所述检查对象)的衰减曲线或强度曲线；评估所述衰减曲线或强度曲线是否在预定区域中展现出特性异常，例如在金属物品的边缘处或边缘区域中；若所述衰减曲线或强度曲线在所述预定区域内展现出特性异常，则触发报警功能。

优选地，确定所述X射线数据中包含所述金属物品的所述区域包括：基于所述X射线数据中的区域是否基本上引起所述X射线辐射的最小衰减和/或基于什么原子序数或有效原子序数(Z值或Z有效)被分配给所述X射线数据中的材料，确定该区域包含金属。

优选地，从所述X射线数据提供沿着穿过所述金属物品的所述线的所述衰减曲线或所述强度曲线包括：确定所述金属物品的纵向方向；以及提供沿着穿过所述金属物品的所述线的所述衰减曲线或所述强度曲线。优选地，所述线被对齐，使得其与所确定的纵向方向正交。

优选地，评估所述衰减曲线或对应的强度曲线是否在所述预定区域中展现出特性异常包括以下步骤(a)-(d)中的至少一者。显然，所述强度曲线基本上与所述衰减曲线互补，因此，考虑到这一点，可以将用于所述衰减曲线的所有步骤相应地应用于所述强度曲线。

步骤(a)：确定所述衰减的值是否沿着所述衰减曲线从所述金属物品的所述边缘到所述金属物品的中心增加。

步骤(b)：确定所述衰减曲线在所述金属物品的边缘或外围区域是否具有阶跃(跳跃)。

步骤(c)：确定所述衰减曲线是否在所述金属物品的所述边缘处具有最大衰减，并且基于所述最大衰减，所述衰减曲线朝向所述金属物品的中心减小和/或与所述边缘相比以低水平延伸。

步骤(d)：根据位置，确定所述衰减曲线的一阶导数，并且确定所述导数是否在所述金属物品的所述边缘区域中的每一者中展现出峰值。

结合上述措施，而且对于手头的整个文件，应当注意，“边缘区域”在这里被理解为表示从所述金属物品的边缘开始朝向所述金属物品的中心的区域，其中所述边缘区域优选地由从所述边缘到所述中心的距离的大约10％限定。

作为轮廓信号的衰减曲线或相应的强度曲线可以用不同的方法例如通过机器学习来分析，以识别或检测特性异常，其中在系统中存储了根据经验的“人工”知识。原则上，所述系统通过待识别的伪单元的呈现示例来学习数据中的模式和规律性，其中关于所述示例的知识在所述学习阶段之后被概括。最终，所述系统不仅可以识别所呈现的示例，而且可以评估未知的(即，新的)数据。机器学习的原理对于本领域的专家是已知的，因此不需要在此详细解释。

优选地，触发报警功能具有以下步骤(i)-(iii)中的至少一者

步骤(i)：将所述衰减曲线或所述强度曲线与所述衰减曲线或所述强度曲线沿着其呈现的线重叠到所述检查对象的X射线图像中。

步骤(ii)：触发对所述检查对象的手动检查。

步骤(iii)：在实施所述方法的检查系统处，触发视觉和/或听觉警报。

优选地，所述金属物品是具有金属套筒或金属覆盖物的物品。更优选地，所述经篡改的金属物品是经篡改的蓄电池单元或电池单元(伪单元)，例如经篡改的锂电池单元。

本发明的第二方面涉及一种用于评估透射图像的处理设备，该处理设备包括计算机单元。该计算机单元适于执行根据本发明第一方面的方法。

优选地，所述处理设备包括输出单元，该输出单元被布置成执行警报功能。

优选地，所述计算机单元具有通信接口，所述计算机单元通过该通信接口可以与检查对象的无损检查的一个或多个检查设备联网，以进行数据通信，以便从所述一个或多个检查设备接收X射线图像，用于通过数据通信进行(优选地视觉)评估。

本发明的第三方面涉及一种检查设备，该检查设备被布置成用于传送检查对象通过所述检查设备、用于执行对所述检查对象进行无损检查的成像检查方法、以及用于将所述检查对象的透射图像提供给根据本发明的第二方面的处理设备，并且该检查设备被连接到所述处理设备以进行数据通信。

本发明的第四方面涉及一种具有至少一个根据本发明第二方面的处理设备的检查系统，该处理设备在空间上独立地连接到至少一个根据本发明第三方面的检查设备以进行数据通信，其中，在所述至少一个检查设备处检查的检查对象的透射图像被传输到所述处理设备以进行视觉评估。

本发明的第五方面涉及一种计算机程序产品，其包括具有软件装置的计算机程序，当在计算机上，特别是在根据本发明的第二方面的处理设备上执行该计算机程序时，该软件装置用于执行根据本发明的第一方面的方法。

本发明的第六方面涉及一种包含根据本发明第五方面的计算机程序产品的数据载体。

本发明的第七方面涉及一种具有电子可读控制信号的数据流，其可以与可编程计算机以这样的方式交互，即，当所述计算机执行所述电子可读控制信号时，该计算机执行根据本发明第一方面的方法。

优选实施例

本发明的其它优点、特征和细节从以下描述中得到，其中参考附图详细描述本发明的示例。在权利要求和说明书中提及的特征可以单独地或以任何组合对本发明是必要的。同样，上述特征和在此进一步详述的特征可以各自单独使用或以任何期望的组合与若干其他特征组合使用。具有相似或相同功能的部件或组件部分地用相同的附图标记表示。在设计示例的描述中使用的术语“左”、“右”、“顶”和“底”指的是与通常可读的附图标记或通常可读的参考符号对齐的附图。所示和所述的实施例不应理解为穷举性的，而是具有解释本发明的示例性特征。详细描述旨在通知技术人员，因此，在描述中没有详细示出或解释已知的结构和过程，以便不使对本描述的理解复杂化。

图1示出了具有用于评估检查对象的透射图像的处理设备的检查系统的简化框图。

图2示出了一种检查系统，其在一个检查点具有若干(N个)图1的检查设备，且在空间上分离的评估点具有若干(M个)评估设备。

图3示出了X射线辐射的衰减曲线沿着穿过真实锂电池单元(左)和穿过经篡改的锂电池(所谓的伪单元(右))的线的比较，以说明和解释这里提出的用于检测伪单元的原理。

图4示出了沿着穿过未篡改的锂电池单元的线的衰减曲线的另一示例。

图5示出了安装在膝上型计算机中的伪单元上的衰减曲线的另一示例。

图6A从上到下示出了未篡改的锂电池单元的简化横截面、所述锂电池单元的2D X射线图像的部分、沿着穿过所述X射线图像的线的所检测的X射线辐射的强度曲线、以及通过位置变量对所述强度曲线进行求导的曲线。

图6B从上到下示出了两个相互邻近放置的经篡改的锂电池单元(即，伪单元)的简化横截面、所述伪单元的2D X射线图像的部分、沿着穿过所述X射线图像的线的强度曲线、以及由位置变量对所述强度曲线进行求导的曲线。

图7示出了根据本发明的用于在检查对象中发现伪单元的方法的流程图。

图1示出了具有评估设备100的检查系统300的简化框图，该评估设备用于评估检查对象O1、O2、O3的透射图像B1(图3)、B2(图4)、B3(图5)、B4(图6A)和B5(图6B)。为了简化，图1中的检查对象O1、O2、O3仅被象征性地示出。

所述评估设备100基本上可以是一个操作人员的工作站，并且包括处理单元110、输入单元120和输出单元130。

所述输出单元130已经被设置成向操作者显示检查对象O1、O2、O3的透射图像，例如透射图像B1(图3)、B2(图4)和B3(图5)，以便检查所述检查对象O1、O2、O3的内容中是否存在目标物品。目标物品可以是危险物品，例如武器、爆炸物、危险液体和/或违禁品和/或毒品等。在本发明的上下文中，发现隐藏在本身不危险的金属物品中的有害物质(特别是爆炸物)是特别重要的。如在别处已经描述的，可以以这样的方式篡改或伪造的无害金属物品(即，被篡改或伪造的物品(伪造物品))在二维X射线图像中显示为与真实的(即，未被篡改的)物品相似或几乎相同。这会相应地影响检测率。为了改进或便于检测这种伪造物品，这里使用篡改或伪造的电池单元或蓄电池单元作为示例描述了适当的措施。

所述任务的重要部分是寻找一种足够鲁棒的方法，因为在真实图像中可能发生各种干扰，例如所述单元可能被不同地堆叠，膝上型计算机部件和线缆可能重叠，套筒和单元可能具有不同的尺寸和类型；在这方面，图像/图画本身可能是误导的，因为那里的单元“自由地”放置；

图1中的输入单元120基本上被设置成输入所述操作者的输入以控制所述评估设备100。此外，所述操作者可以响应于所显示的透射图像B1、B2、B3而输入视觉评估的结果，例如检查对象O1、O2、O3是“安全的”，或者检查对象O1、O2、O3的内容必须被进一步检查，尤其是在必须手动检查的情况下。更详细的调查也可以由处理单元110通过报警功能自动触发，例如以便在更详细的调查(爆炸痕迹检测，ETD)中检查有关爆炸物痕迹的对象。这种措施是耗时且昂贵的，因此应当仅在存在足够理由这样做的情况下是必需的。

所述检查对象O1、O2、O3的透射图像B1(图3A)、B2(图4A)和B3(图5A)由检查设备200(图1)通过成像技术生成。在该实施例中，所述检查设备200是从DE10149254A1中已知的X射线检查设备。该X射线检查设备可具有一个或多个辐射平面。

所述检查设备200基本上设计成用于通过例如传送带的传送设备T将检查对象O1、O2、O3传送通过所述检查设备200。在所述检查设备200内部，所述检查对象O1、O2、O3以已知方式非破坏性地用X射线而被照射。由此，所述检查设备200产生所述检查对象O1、O2、O3的二维X射线数据，由此可以在评估设备上产生100个X射线图像并且在所述显示单元130上显示给操作者。

在图1的作为检查系统300的实施例中的评估设备100与检查设备200在空间上分离，并且经由网络连接310连接到检查设备200以用于数据通信。为此，所述计算机单元110配备有第一通信接口112，并且所述检查设备200配备有第二通信接口212，所述计算机单元110通过该第二通信接口与所示的一者连接，而且还经由用于数据通信的网络连接310与其他检查系统200连接，以用于检查对象的无损检查。通过网络连接310，将在检查设备200处检查的检查对象O1、O2、O3的采集透射数据传输到评估设备100以进行评估。除了多个检查设备200之外，检查系统300也可以具有多个评估设备100，从而可以将透射数据的评估的工作负荷最佳地分布在现有的评估设备100(这种系统在图2中示出)中。当然，所述评估设备100可以总是安装在检查设备200附近，或者作为所述检查设备200的整体部分。

图2示出了检查系统300，其具有位于一个检查点250的若干(n)个图1的检查设备200.1,200.2,...,200.n以及位于与检查系统空间分离的评估点150处的若干(m)个评估设备100.1,...,100.m。所述检查点250处的所述检查设备200.1,200.2,...,200.n通过数据网络320与所述评估点150处的评估设备100.1,...,100.m连接，用于以已知方式进行电子数据交换。当然，若干检查点250也可与一个或多个评估点150联网。

例如，检查点250可以是机场安全区域入口处的检查点。在该检查点，使用检查点250的检查设备200.1,200.2,...,200.n以通常的方式检查航空乘客的手提行李。在该示例中，由所述检查设备200.1,200.2,...,200.n中的一者产生的X射线数据是例如作为乘客检查对象的行李的X射线数据。为了进行评估，例如关于可能的安全风险或其它感兴趣的物品，所述X射线数据通过网络320被传输到评估设备100.1,...,100.m中的一者，在那里，所述X射线数据被用于产生X射线图像B1-B3并使它们被操作者视觉检查。

如果检查对象包含具有电池单元或蓄电池单元的电子移动设备，则操作者尤其受到挑战。操作者必须决定移动设备的电池单元或蓄电池单元是否可能已经被篡改，因此必须要求额外的耗时和昂贵的检查。如果通过在评估设备100处更有效地评估X射线数据而避免了不必要的额外检查，则可避免检查点250处不必要的延迟，并改进整个检查过程。此外，可以避免额外的成本。

图3示出了所提出的用于评估的改进的第一实施例，尤其是用于检测检查对象中可能的伪造物品的改进的第一实施例。

图3在上部分(a)示出了作为第一检查对象O1的托盘W的第一X射线图像B1。在托盘W中有两个蓄电池组AP1、AP2，每个蓄电池组由9个单元组成。

所述第一蓄电池组AP1由9个锂电池单元LZ的布置组成，其中三个电池单元串联连接，并且具有串联连接的锂电池单元的三个单元并联连接。

所述第二蓄电池组AP2在锂电池单元的连接方面基本上与第一蓄电池组AP1相同，但是具有三个串联连接的电池单元的一个单元由三个经篡改的锂电池单元组成，在这里称为伪单元FZ。这意味着第二蓄电池组AP2仅具有第一蓄电池组AP1的2/3容量，但基本上是起作用的。因此，第二蓄电池组AP2不能通过对仅包含该蓄电池组AP2的移动设备进行功能测试而被识别。

如别处已经讨论过的和图3中所示的，真正的锂电池单元LZ具有带有薄金属箔护套的圆柱形形状，并且内部由已知的功能材料组成，例如涂覆有金属氧化锂的铝电极和涂覆有碳的铜电极，所述氧化锂层和所述碳层都被布置在电解质中并且通过高度多孔的隔板彼此隔开。

如果经篡改的伪单元FZ的内部完全或部分地填充有有机爆炸物，则与真实的锂电池单元LZ相比，这种伪单元FZ将产生可清楚识别的不同的X射线图像。由于其主要的金属成分，在真实锂电池单元LZ中X射线辐射的衰减高于如伪单元中的由有机材料(例如爆炸物)制成的填充物的衰减。因此，在伪单元FK的情况下，由于有机爆炸物含量，X射线图像将与真实锂电池单元LZ的X射线图像清楚地区分开来，因此对于操作者来说，容易被识别，其在X射线图像B1中是很明显的。

为了补偿伪单元FZ的缺失衰减特性，可以设计更厚的金属护套，其材料厚度以这样的方式调整，使得该伪单元FZ的基于透射的X射线图像看起来像普通的未篡改锂电池单元LZ的X射线图像。

如果所述金属护套被设计成具有均匀厚度，即，具有均匀厚度的护层或套筒的形式，则在多视图X射线检查系统中，在该过程中采集的所有视图方向上，所得到的X射线图像也可以看起来是同样真实的。这是有问题的，因为FZ伪单元可能仍然未被检测到，并且爆炸物可能借助于这样的伪单元被走私到安全区域中。

发明人已经认识到，X射线图像中的伪单元FZ在沿着穿过该伪单元FZ的线的衰减曲线中展现出特性异常，这使得可以自动检测伪单元FZ的可能存在。在沿着基本上横向于或正交于(一个或多个)伪单元FZ的纵向方向LR的线L的衰减曲线中，可以特别好地检测到这样的异常。

所述伪单元FZ的金属单元护套会导致X射线图像B1中沿着穿过伪单元FZ的线L的衰减曲线中出现特征峰值P1、P2，其出现在伪单元FZ的左边缘R1和右边缘R2处。所述峰值P1、P2是由于在所述单元边缘R1、R2处，金属护层或金属套筒切向而非垂直地被辐射。结果，所述X射线辐射穿过单元边缘R1、R2处的更多金属，因此比单元边缘R1、R2之间的伪单元区域中衰减得多。在所述单元边缘R1、R2之间的区域中，所述金属套筒或金属护层基本上被垂直穿透，因此实际上较少的金属被辐照。因此，X射线辐射较少衰减。伪单元FZ的金属套筒或金属护层越厚，这种效应以及由此可检测的异常就越显著。

因此，通过搜索上述异常，可以发现伪单元FZ。对于人眼来说，所述异常是难以检测的，尤其是由于屏幕分辨率，因此直到现在仍未被检测到。

在任何情况下，发明人已经认识到，这种异常尤其发生在与未篡改的锂电池单元相比的伪单元FZ中，因为衰减的缺乏，尤其是隐藏在其中的有机危险材料(例如，爆炸物)的衰减的缺乏，必须通过电池外壳中的更多金属来补偿。

在图3的下部(b)中，上述发现由沿着具有位置变量r的线L的衰减曲线D(r)示出，为了最佳分析，优选地，横向于蓄电池组AP1、AP2的单元的纵向方向LR检查衰减曲线D(r)。然而，应当注意，这里描述的原理在其他情况下也是有效的，即，如果以与纵向方向LR成角度(即，倾斜)地检查曲线，也可以检测到指示篡改的异常。

在任何情况下，在图3的下部(b)中，可以看出，对于左蓄电池组AP1，衰减曲线D(r)如所期望的那样从电池单元边缘朝向蓄电池组AP1的中心M增加，并且从中心M朝向电池单元边缘减小。

对于图3的下部(b)中的右侧的第二蓄电池组件AK2的伪单元FZ，可以看出，伪单元FZ的单元边缘R1、R2处的衰减曲线D(r)在相应的局部最大值Dmax1和Dmax2中具有特性峰值P1、P2，即，明显的阶跃(跳跃)，然后衰减曲线D(r)朝向蓄电池组件AP2和伪单元FZ的中心M明显减小，或以明显更低的水平明显可见地延伸。这与实际锂电池单元LZ的衰减曲线D(r)相比是异常的，并且在此被描述为用于检测伪单元FZ的可能的特性异常。

在基于典型的伪单元单元的构造的第一考虑中，尝试从所识别的电池单元的区域中的X射线数据提取金属部分是一种方法。然而，即使在简单的场景中，由于被有机材料衰减的X射线信号的干扰，这被证明是极其困难的。这里提出和讨论的解决方案精确地使用伪单元的金属部分来检测由其引起的异常(异常检测)，这也在困难的场景中起作用。特别难以检测的场景是内置电子设备(例如膝上型计算机)中的电池单元，其与许多其它对象一起放置在包中。

图4和5各自示出了这里提出的原理的另一示例，因此图4和5不再详细解释，而仅在本质上解释。

在图4的上部(a)，第二X射线图像B2示出了作为第二检查对象O2的托盘W。在托盘W中，存在第三蓄电池组AP3，其具有六个实际的(即，未篡改的)并排布置的锂电池单元LZ。

在图4的下部(b)中，沿图4的上部(a)中的线L的X射线辐射的衰减曲线D(r)由具有位置变量r的第三蓄电池组AP3示出。穿过六个锂电池单元LZ的预期衰减曲线D(r)清晰可见。该衰减从电池单元边缘到电池单元中心M(在该中心处，X射线辐射必须穿过金属电池单元材料的大部分)增加，并且从该处到边缘再次减小。

在图5的上部(a)中，存在作为第三检查对象O3的箱子BO的第三X射线图像B3。该箱子BO容纳作为移动设备的一个示例的膝上型计算机LT，该膝上型计算机LT容纳具有并排布置的9个蓄电池单元的第四蓄电池组AP4。篡改其中三个蓄电池单元以将有机材料隐藏在该单元内部。这些单元是伪单元FZ。

在图5的下部(b)中，再次示出了沿穿过在图5的上部(a)中的第四蓄电池组AP4的具有位置变量r的线L的X射线辐射的衰减曲线D(r)，其中所述线L横穿纵向LR伪单元FZ。在此，在伪单元FZ上的预期衰减曲线D(r)也是清楚可见的。所述衰减在相应的单元边缘R处具有峰值，并且从相应的单元边缘R到相应的伪单元FZ的相应的单元中心M减小，并且从伪单元FZ的相应的中心M开始到边缘R再次增加。

基于以上在图3-5中解释的发现，借助于可检测的异常，可以可靠地自动检测伪单元FZ。

图6A从上到下示出了未篡改的锂电池单元LZ的简化横截面Q1、锂电池单元LZ的2DX射线图像B4的截面、沿着穿过X射线图像B4的线L的强度曲线I(r)、以及通过位置变量(r)对强度曲线I(r)进行求导的曲线。

图6A的未篡改锂电池单元LZ具有薄金属护层H1，而内部基本均匀地填充高金属含量的锂电池单元LZ的功能材料直到中心M。这导致从右边缘RR或左边缘RL开始朝向未篡改锂电池单元LZ的中心M，强度曲线I(r)的强度值朝向中心降低。由于X射线辐射的衰减基本上由要穿过的材料的厚度确定，并且横截面Q1是圆形的，因此越朝向中心，其变得越厚，在X射线辐射的检测强度曲线I(r)的一阶导数的过程中会产生典型的“特征”。所述强度曲线I(r)的一阶导数dI(r)/dr在强度曲线I(r)的左形变点WL和右形变点WR处展现出了峰值，其不位于锂电池单元LZ的边缘或外围区域中。因此，根据这里的发现，即使是未篡改的锂电池单元LZ也能够被肯定地检测或确认。

与图6B相比，图6B从上到下示出了彼此相邻放置的两个经篡改的锂电池单元(即，伪单元FZ)的简化截面Q2。下面是这些伪单元FZ的2D X射线图像B5的截面，下面是沿着穿过所述X射线图像B5的线L的强度曲线I(r)，下面是所述强度曲线I(r)的根据位置变量(r)的导数dI(r)/dr的曲线。

与图6A的薄金属护层H1相比，图6B的经篡改的伪单元FZ具有更厚的金属护层H2，而内部基本上均匀地填充直到中心M，其中有机材料(例如爆炸物)隐藏在伪单元FZ中。金属套筒H2的厚度限定了左边缘区域RB1和右边缘区域RB2。

如别处所述，所述边缘区域被定义为从单元FZ的边缘RL、RR向单元FZ的中心M延伸的区域，并且其厚度为从边缘RL、RR到中心M的距离的至多约10％；该定义适用于所有的示例。

在伪单元的情况下，与图6A的未篡改的锂电池单元LZ相比，在右侧边缘区域RB1和左侧边缘区域RB2中的强度I(r)有显著下降。由于有机材料的较低衰减特性，所检测的X射线辐射的强度朝向伪单元FZ的中心M几乎是均匀的，因为X射线辐射所穿过的金属套筒H2的总(有效)厚度基本上几乎不改变。这导致对于伪单元FZ，在强度I(r)的一阶导数中存在显著不同的信号。特别重要的是边缘区域RB1、RB2中的可清楚识别的峰值，其位于单元的边缘处，因此与图6A中形变点WL、WR处的峰值相比，所述可识别的峰值是清楚可辨的，而形变点明显更靠近未篡改的锂电池单元LZ的中心。

图7示出了在包含金属物品FZ的检查对象O1或O3的二维X射线数据中用于发现该经篡改的金属物品(例如图3A和5A的伪单元FZ)的过程的流程图，其中在所述经篡改的金属物品中，非金属物质(例如爆炸物)被隐藏。为此，该方法具有以下步骤。

在步骤S10中，确定所述X射线数据中包含所述金属物品FZ的区域。然后是步骤S20，从所述X射线数据提供跨所述金属物品FZ的衰减曲线I(r)(见图3A-5B)。然后是步骤S30，评估所述衰减曲线I(r)在所述金属物品FZ的边缘R1、R2处是否展现出特性异常P1、P2(见图3B、4B、5B)。最后，步骤S40，如果所述衰减曲线I(r)在所述金属物品FZ的边缘R1、R2处展现出所述特性异常P1、P2，则触发警报功能。

所述报警功能可以具有以下步骤中的至少一者：

(i)在所述检查对象O1、O2、O3的X射线图像B1、B2、B3上叠加所述衰减曲线I(r)以及该衰减曲线I(r)沿着其被呈现的线，以便使操作者能够进行更好的视觉评估；

(ii)通过自动控制设备，以使所述检查对象自动从第三方的入口移出并转移到后续检查点，触发对所述检查对象O1、O2、O3的手动检查。

(iii)在应用该过程的检查设备200处，触发视觉和/或听觉警报。这也可以确保操作者和其他安全人员的注意力。

最后，应当注意，本发明的原理不限于检测包含爆炸物的伪单元FZ。相反，该原理可应用于其中有机材料被隐藏的任何经篡改的金属物品的检测。这也可以涉及例如毒品。因此，在下文中我们将不限制性地提及伪单元，而是伪物品。

本发明的核心思想是将上述发现应用于X射线检查方法中的金属伪单元的检测，特别是应用于在检查对象的透射图像(例如二维X射线图像)中检测伪单元的评估方法中。

Claims (15)

1.一种用于检测经篡改的金属物品(FZ)的方法，其中非金属物质被隐藏在所述金属物品(FZ)中并且所述金属物品(FZ)已经被篡改，使得所述经篡改的金属物品(FZ)在包含所述金属物品(FZ)的检查对象(O1、O2、O3)的二维X射线数据中产生与相应的未篡改的金属物品相当的二维X射线图像，所述方法包括以下步骤：

-(S10)确定所述X射线数据中包含金属物品(FZ)的区域；

-(S20)从所述X射线数据提供沿着穿过所述金属物品(FZ)的线(L)的所探测的X射线辐射的衰减曲线(D(r))或强度曲线(I(r))；

-(S30)评估所述衰减曲线(D(r))或所述强度曲线(I(r))是否在预定区域中展现出特性异常(P1、P2)，所述预定区域例如在所述金属物品(FZ)的边缘(R1、R2)处或边缘区域(RB1、RB2))中；以及

-如果所述衰减曲线(D(r))或所述强度曲线(I(r))所述预定区域中展现出所述特性异常(P1、P2)，(S40)，触发警报功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，(S10)确定所述X射线数据中包含所述金属物品(FZ)的所述区域包括：

-基于所述X射线数据中的一区域是否引起X射线辐射的最小衰减和/或基于所述X射线数据中的材料被分配了什么原子序数或有效原子序数，确定所述区域包括金属。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，(S20)从所述X射线数据提供沿着穿过所述金属物品(FZ)的所述线(L)的所述衰减曲线(D(r))或强度曲线(I(r))包括：

-确定所述金属物品(FZ)的纵向方向(LR)；以及

-针对沿着穿过所述金属物品(FZ)的所述线(L)的位置变量(r)，建立所述衰减曲线(D(r))或强度曲线(I(r))，其中所述线(L)优选地被设置成使得所述线(L)与所确定的纵向方向(LR)正交地延伸。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，(S30)评估所述预定区域中的所述衰减曲线(D(r))或相应地所述强度曲线(I(r))是否展现出特性异常(P1、P2)包括以下步骤中的至少一者：

-确定所述衰减的值是否沿着所述衰减曲线(D(r))从所述金属物品(FZ)的所述边缘(R1、R2)朝向所述金属物品(FZ)的中心(M)增加；

-确定所述衰减曲线(D(r))在所述金属物品(FZ)的所述边缘(R1、R2)处或在所述边缘区域(RB1、RB2)中是否具有阶跃(P1、P2)；

-确定所述金属物品(FZ)的所述边缘区域(RB1、RB2)中的所述衰减曲线(D(r))是否具有衰减最大值(Dmax1、Dmax2)，并且基于所述衰减最大值，所述衰减曲线(D(r))朝向所述金属物品(FZ)的所述中心(M)减小和/或与所述边缘区域(RB1、RB2)相比以较低水平延伸；

-根据所述位置(r)确定所述衰减曲线(D(r))的一阶导数，并且确定所述导数(D(r)/dr)是否在所述金属物品(FZ)的所述边缘区域(RB1、RB2)中的每一个中展现出峰值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，(S50)触发警报功能包括以下步骤中的至少一者：

-将所述衰减曲线(D(r))或所述强度曲线(I(r))以及所述衰减曲线(D(r))或所述强度曲线(I(r))沿着其呈现的所述线(L)覆盖到所述检查对象(O1、O2、O3)的X射线图像(B1、B2、B3、B4、B5)中；

-触发对所述检查对象(O1,O2、O3)的手动检查；以及

-在应用了所述方法的检查系统(200)上触发光和/或声警报。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述经篡改的金属物品(FZ)是具有金属套筒(H2)或金属覆盖物的物品。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述经篡改的金属物品(FZ)是经篡改的蓄电池单元或电池单元，优选地是经篡改的锂蓄电池单元(LZ)。

8.一种用于评估透射图像(B1、B2、B3、B23)的处理设备(110)，其中，所述处理设备(110)适于执行根据权利要求1至7中的一项所述的方法。

9.根据权利要求8所述的处理设备(100)，其中，所述处理设备(110)还连接到输出单元(130)，其中，所述输出单元(130)适于执行警报功能。

10.根据权利要求8或9所述的处理设备(110)，

其中，所述处理设备(110)具有通信接口(112)，通过所述通信接口，所述处理设备(110)能够与用于检查对象(O1、O2、O3)的无损检查的一个或多个检查设备(200)联网，以进行数据通信的，从而通过所述数据通信从所述一个或多个检查设备(200)接收透射图像(B1、B2、B3)，以进行视觉评估。

11.一种检查设备(200)，其被设置用于将检查对象(O1、O2、O3)传送通过所述检查设备(200)，用于执行对所述检查对象(O1、O2、O3)进行无损检查的成像检查方法，并且用于将所述检查对象(O1、O2、O3)的透射图像(B1、B2、B3)提供给根据权利要求8至10中任一项所述的处理设备(110)，并且为此而与所述处理设备(110)连接以进行数据通信。

12.一种检查系统(300)，具有至少一个根据权利要求8至10中任一项所述的处理设备(110；110.1,...,110.m)，所述处理设备与至少一个根据权利要求11所述的检查设备(200；200.1,200.2,...,200.n)空间分离且连接以用于数据通信，其中，在所述至少一个检查设备(200；200.1,200.2,...,200.n)处检查的检查对象(O1、O2、O3)的透射图像(B1、B2、B3)被传输至所述处理设备(110；110.1,...,110.m)以用于视觉评估。

13.一种具有计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序包括软件装置，如果所述计算机程序在计算机上执行，尤其是在根据权利要求8至10中的一项所述的处理设备(100)上执行，则所述软件装置用于执行根据权利要求1至7中的一项所述的方法。

14.一种具有根据权利要求13所述的计算机程序产品的数据载体。

15.一种具有电子可读控制信号的数据流，其可以与可编程计算机以这样的方式交互，使得当该计算机执行所述电子可读控制信号时，该计算机执行根据权利要求1至7的一项所述的方法。

Images