CN1305610A - 用于分选目的物的计算机层析x射线照相术的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在计算机层析X射线照相术(CT)数据中探测目的物(112)的方法和装置(100)。通过分析测试体素的密度和其相邻体素的平均密度可以探测到片状目的物如片状爆炸物。片状目的物还可通过剥蚀和扩大操作进行探测。利用目的物的平均剥蚀密度可算出修正的质量并和质量阈值相比较以分选目的物是否成为有威胁的。利用修正的形态学连通分量标记(CCL)法可探测块状目的物,该方法进行一系列的剥蚀和扩大步骤以分隔开数据中靠近的目的物使其能单独地进行标记和分析。系统也能识别含有液体的目的物。整个系统的运作,包括整体目的物探测比率和错误比较比率,可通过调整个别目的物探测比率和/或错误比较比率进行调节。

Description

用于分选目的物的计算机层析X射线照相术的装置和方法

本发明涉及下述与本申请具有相同受让人的美国共同悬而未决申请，其全部内容在这里被引入作为参考文献：

“旋转切片CT图像再现的装置和方法”，Gregory L.Larson等人1997年4月9日提出，美国申请序列号No.08/831,558,(Attorney Docket No(代理人档案号).ANA-118)；

“计算机层析X射线照相术扫描驱动系统及测定”，AndrewP.Tybinkowski等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,930,(Attorney Docket No.ANA-128)；

“在阻挡目的物的情况下用于计算机层析X射线照相扫描的空气校准扫描”，David A.Schafer等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,937,(Attorney Docket No.ANA-129)；

“带有用于无照电流温度补偿的计算机层析X射线照相术扫描的装置和方法”，Christopher C.Ruth等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,928,(Attorney Docket No.ANA-131)；

“利用非-平行切片的计算机层析X射线照相术扫描的目标探测”，Christopher C.Ruth等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,491,(Attorney DocketNo.ANA-132)；

“利用目标的表面法线探测目标的计算机层析X射线照相术扫描”，Christopher C.Ruth等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,929,(Attorney Docket No.ANA-133)；

“在计算机层析X射线照相术扫描系统中利用非-平行切片的平行处理设计”，Christopher C.Ruth等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,697,(Attorney Docket No.ANA-134)；

“利用非-平行切片数据生成平行投射的计算机层析X射线照相术扫描的装置和方法”，Christopher C.Ruth等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,492,(Attorney DocketNo.ANA-135)；

“利用适配再现窗口的计算机层析X射线照相术扫描的装置和方法”，Bernard M.Gordon等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/949,127,(Attorney Docket No.ANA-136)；

“用于计算机层析X射线照相术扫描系统的面积探测器阵列”，David A.Schafer等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,450,(Attorney Docket No.ANA-137)；

“用于计算机层析X射线照相术扫描器的封闭回路空气调节系统”，Eric Bailey等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,692,(Attorney Docket No.ANA-138)；

“用于将系统作为一个旋转装置的旋转参数的函数的功能进行控制的量测和控制系统”，Geoffery A.Legg等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,493,(Attorney DocketNo.ANA-139)；和

“用于计算机层析X射线照相术扫描器的旋转能量屏蔽”，Andrew P.Tybinkowski等人1997年10月10日提出，美国申请序列号No.08/948,698,(Attorney Docket No.ANA-144)；

该申请还涉及下述待批的美国专利申请，所有这些申请都在相同的时间提出并授予与本申请相同的受让人，其全部内容在这里被引入参考文献：

“用于在计算机层析X射线照相术数据中侵蚀目的物的装置和方法”，Sergy Simanovsky等人提出，(Attorney Docket No.ANA-150)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中联合相关目的当前装置和方法”，Ibrahim M.Bechwati等人提出，(Attorney DocketNo.ANA-153)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中探测片状目的物的装置和方法”，Sergey Simanovski等人提出，(Attorney DocketNo.ANA-151)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中利用依赖于密度的物质阈值分选目的物的装置和方法”，Ibrahim M.Bechwati等人提出，(Attorney Docket No.ANA-154)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中校准目的物密度的装置和方法”，Ibrahim M.Bechwati等人提出，(Attorney DocketNo.ANA-152)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中利用多密度范围进行目的物的密度识别的装置和方法”，Sergy Simanovski等人提出，(Attorney Docket No.ANA-149)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中探测液体的装置和方法”，Muzaffer Hiraoglu等人提出，(Attorney Docket No.ANA-148)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中对目的物进行最优化相测的装置和方法”，Muzaffer Hiraoglu等人提出(Attorney DocketNO ANA-147)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中探测目的物的多级装置和方法”，Muzaffer Hiraoglu等人提出，(Attorney DocketNo.ANA-146)；

“用于分选目的物的计算机层析X射线照相术的装置和方法”，Sergy Simanovski等人提出，(Attorney Docket No.ANA-155)；

“用于在计算机层析X射线照相术数据中利用侵蚀和扩张目的物探测目的物的装置和方法”，Sergy Simanovski等人提出，(Attorney Docket No.ANA-160)。

本发明总体上说涉及计算机X射线层析照相(CT)扫描器并特别涉及在应用CT技术的行李扫描系统中探测目标的装置和方法。

如所周知的应用各种X-射线行李扫描系统在将行李装上民用飞机之前探测行李，或箱子中爆炸性物质和其它违禁物品的存在。因为许多爆炸性物品的特点为具有与其它可在行李中发现的物品不同的密度范围，爆炸性物品适合于使用X-射线装置进行探测。通常量测物品密度的技术为将物品用X-射线照射并量测物品吸收放射线的总量，吸收性是密度的表征。

目前所使用的多数X-射线行李扫描系统为“线扫描器”型的并包括一个固定的X-射线源，一个固定的线探测器阵列，和一个在行李通过扫描器时用以在源和探测器阵列之间传输行李的传送带。X-射线源生成X-射线束，该X-射线束穿过行李并部分地被行李所削弱且随后被探测器阵列所吸收。在每一个量测间隔，探测器阵列生成代表X-射线束所穿过的行李平面区段密度的总体数据，这一数据被用以形成一个二维图像的一个或多个光栅线。在传送带传输行李通过固定的源和探测器阵列时，扫描器生成代表行李密度的二维图像，如固定的探测器阵列所探测到的。通常将密度图像予以显示供操作人员进行分析，或由计算机进行分析。于是，探测可疑行李需要非常专心的操作人员。对于这种专注的要求导致操作人员非常疲劳，而疲劳以及任何精力分散可导致可疑的箱包通过系统而未被探测到。

如所周知的使用双重能量的X-射线源以提供除单独的密度量测以外的关于物品化学性质的另外的信息。使用双重能量的X-射线源的技术包括在两种不同能量水平的X-射线的情况下量测物品的X-射线吸收特性。这些量测提供了除物品密度信号之外的物品原子序数的指标。例如，在Alvarez等人的论文“X-射线计算机层析照相技术中选择-能量的图像再现”，Phys.Med.Biol.1976,Vol.21,No.5,733-744；和美国专利No.5,132,998中描述了关于X-射线CT图像的选择-能量再现的双重能量X-射线技术。

这种双重能量技术的一种推荐的用途是用以探测行李中爆炸性物品的存在的行李扫描器。爆炸性物品的特点通常在于原子序数有一个已知的范围从而适合于使用双重能量X-射线源进行探测。在题为“改进的双重能量电源”(Attorney Docket No.ANA-094)的待批美国专利申请系列No.08/671,202中描述了一种这样的双重能源，该专利授予与本发明相同的受让人并在这里全部引入作为参考文献。

某些爆炸性物品给行李扫描系统带来特殊的挑战，因为由于其可塑性，这些爆炸性物品可以制成难于探测的几何形状。能够明显危害一架飞机的多数爆炸物长，宽，和高足够大从而无论爆炸物在行李中的方向如何都可以很容易地被X-射线扫描系统探测到。某些爆炸物的另一个问题为它们可隐藏在一个目的物中，如一个电子设备，例如一个可折叠的台式电脑。另外，一个能力足以危害一架飞机的爆炸物可以制成相对薄的一个方向的尺寸极小而另外两个方向的尺寸较大的片状物。探测爆炸物可能是困难的，因为难于在图像中看到爆炸物品，特别是物品的放置使薄的片状物在其通过系统时垂直于X-射线束的方向。

一个利用CT技术的系统通常包括一个第三代类型的CT扫描器，该扫描器通常包括分别紧固在一个环状台或盘沿直径的相对侧上的一个X-射线源和一个X-射线探测器系统。盘可旋转地安装在一个门架支撑内从而使盘可以在操作中连续地绕一个旋转轴旋转同时X-射线由源穿过放置在盘的开口内的目的物到探测器系统。

探测器系统包括一个线性探测器阵列以一个圆弧的形状排成一个单独的行，圆弧的曲率中心位于X-射线源的焦点，即，位于X-射线源内且X-射线由其发出的点。X-射线源生成一个由焦点发出的X-射线的扇形射线束，或扇形束，穿过一个平面影像场，为探测器所接受。CT扫描器包括一个由X-,Y-和Z-轴所定义的坐标系，其中的坐标轴当盘绕旋转轴旋转时在盘的旋转中心彼此相交并相互垂直。该旋转中心通常称为“等中心”。确定Z-轴为旋转轴而X-和Y-轴由平面影像场所确定并位于其中。因此扇形束被确定为由点源，即，焦点，和受到X-射线束照射的探测器阵列的探测器接受表面之间所确定的空间体积。由于探测器线性阵列的接受面的尺寸沿Z-轴方向相对较小，扇形束在该方向上相对较薄。每个探测器生成一个代表投射到探测器上的X-射线强度的输出信号。由于X-射线部分地被其路途上的所有物体所削弱，每个探测器所生成的输出信号代表了放置在X-射线源和该探测器之间的影像场内所有物体的密度。

当盘旋转时，对探测器阵列周期地进行采样，在每个量测间隔里探测器阵列中的每个探测器生成一个代表在该间隔中被扫描的目的物的一部分的密度的输出信号。任一量测间隔中探测器阵列的一个单独行中所有探测器生成的所有输出信号的集合称为“投影”，而在投影生成时盘的角方位(和X-射线源和探测器阵列的相应的角方位)称为“投影角”。在每个投影角，由焦点到每个探测器的X-射线的路径，称为“射线”，在由点源到探测器的接受面的面积的过程中路径的横截面在增加，由于探测器接受面的面积大于射线所穿过的目的物任何横截面积，因此认为放大了密度的量测结果。

当盘环绕被扫描的目的物旋转时，扫描器在相应的一些投影角上生成一些投影。利用周知的算法，可由汇集每个投影角时的所有投影数据生成目的物的CT图像。该CT图像代表了目的物的一个二维“切片”的密度，该切片在盘旋转通过不同的投影角时为扇形束所穿过。CT图像的分辨率部分地取决于扇形束的平面内每个探测器接受面积的宽度，在这里探测器的宽度被定义为在同一方向内所量得的扇形束宽度的大小，而探测器的长度在这里被定义为沿平行于扫描器旋转轴或Z-轴的扇形束的垂直的方向所量得的大小。

提出了一些利用CT技术的行李扫描器。这些设计中的一种，在美国专利Nos.5,182,764(Peschmann等人)和5,367,522(Peschmann等人)(以下称‘764和‘552号专利)中所描述的，已有商业开发并在以下称之为“无幻影机械”。该无幻影机械包括一个第三代类型的CT扫描器，该扫描器通常包括分别紧固在一个环状台或盘沿直径的相对侧上的一个X-射线源和一个X-射线探测器系统。盘可旋转地安装在一个门架支撑内从而使盘可以在操作中连续地绕一个旋转轴旋转同时X-射线由源穿过放置在盘的开口内的目的物到探测器系统。

行李扫描器的一个重要的设计依据是扫描器能以扫描一个行李物品的速度。作为任一主要机场的实用设备，行李扫描器应能以很快的速度扫描大量的袋子。无幻影机械的一个问题是在‘764和‘552号专利中所描述的CT扫描器使用了相对较长的时间，例如，盘旋转一圈需要由约0.6到2.0秒以生成CT图像一个单独切片的数据。再有，对于每个图像来说穿过箱包的射束切片越薄图像的分辨率越好。为提供探测塑料爆炸物所需的分辨率CT扫描器的图像约仅为几个毫米厚。于是，为提供适宜的分辨率，需要许多圈。为适应箱包的高通过量速度，一个传统的CT行李扫描器例如无幻影机械仅能为每个箱包生成几个CT图像。显然，在合理的快速通过量的规定时间内不能对整个箱包进行扫描。对每个箱包仅能生成二到三个CT图像将会遗留多数物品未被扫描从而不能提供能以识别箱包中所有可能有威胁的目的物的扫描。

为提高通过量，无幻影机械使用了一种预-筛选的方法，该方法由一个单独的投影角生成整个箱包的一个二维投影图像。被识别为可能包含有威胁物品的投影区域即可进行全扫描或人工的检查。利用这一预-筛选和有选择的区域扫描的方法时，整个箱包不进行扫描，因而使可能有威胁的物品未经扫描就通过了。对于其方向横跨用以形成预-筛选投影的射线传播方向的片状物品尤其如此，其中片状物品覆盖了箱包面积的相对较大的部分。

在专利合作条约内的一项国际专利申请中描述了另外一种箱包扫描器，文件号为WO96/13017，公开于1996年5月2日，题目为“用于探测薄目的物的X-射线计算机层析照相术(CT)系统”，由Eberhard等人提出(在这里称为“Eberhard等人的系统”)。在Eberhard等人的系统中，整个箱包接受CT扫描以生成箱包的体素密度数据。随后将一种连通分量标记(CCL)过程施加于整个箱包，以通过组合实际上靠在一起并具有在预定范围内的密度的体素以识别目的物。随后计算每个目的物中的体素以确定每个目的物的体积。如果一个目的物的体积超过了一个阈值，将每个目的物体素的体积乘以其密度并总和单个体素的质量计算出目的物的质量。如果一个目的物的质量超过了一个质量的阈值就确认该目的物为有威胁的。

Eberhard等人所公布的内容表明其系统能够识别薄的目的物。该系统将其标记密度设定在一个低水平上使得被探测到的薄目的物边界上部分被充满的体素也能被探测到。

Eberhard等人的系统的一个缺点为可能遗漏如同片状爆炸物之类的薄目的物，这些目的物不能探测到边界上并且覆盖了箱包面积的大部分。这些横跨取向的片状目的物仅在所量测的箱包密度上增加极少量的密度并与背景状态具有很小的密度反差。如果在CCL的过程中将密度阈值设定得足够小以探测这些片状物，于是，由于片状物和背景状态之间的低反差，整个箱包将连通和标记在一起，并将不会识别到看得清的目的物。如果将阈值设定得高些，将会丢掉片状目的物。

如果行李扫描设备能够自动地分析所采集到的密度数据并能确定表明任何非法物品，如爆炸物，的数据存在将是非常有利的。该自动的爆炸物探测方法应具有相对高的探测速度从而使丢失箱包内的爆炸物的机会最小。同时，系统的错误报警标准应相对的低从而基本上减少或消除对无害物品的错误报警。出于对一个大型民用机场行李通过量的实际考虑，一个高的错误报警标准可将系统的操作速度减少到起阻止作用的低速度。另外，提供一种能够在各种类型的爆炸物，例如，粉末状，块状，片状，等等，中间进行区分的系统将是很有利的，从而使探测到的有威胁的物品更为精确地被表示出来。

本发明涉及一种目的物识别装置与方法和一个计算机层析X射线照相术(CT)行李扫描系统以及使用本发明的目的物识别的装置和方法的技术。本发明的目的物识别装置和方法分析所采集到的一个区域的CT密度数据，在数据中探测目的物。该区域可包括至少一个容器如一件行李或皮箱内的一部分。随后所探测的目的物可按照其物理形状予以标记。例如，在一个实施例中，目的物可被标记为块状目的物或片状目的物。在一个实施例中，在一个目的物被探测到和被标记以后，被进行区分，即，被区分为有威胁的目的物或无威胁的目的物。

在一个实施例中，本发明使用了一种能够辨识薄片状目的物的片状物探测方法。一种片状物探测方式使用了一种统计方法以确定密度数据中每一个体积单元或“体素”是否和一个片状目的物有关。在该统计方法中，通过将体素的密度与其相邻体素密度相比较对每个体素进行分析。在一个实施例中，计算出相邻体素密度的均值和标准偏差。将被分析体素的密度和相邻体素平均密度的差值与一个预定的界限差值相比较，该界限差值可能和相邻体素密度的标准偏差有关。如果感兴趣的体素的密度与平均密度之差大于预定的界限差值，即可断定感兴趣的体素和有关薄目的物，即，片状物有关。

这些体素可以一次分析一个并按照其是否与一个片状目的物有关逐个地进行标记。然后，可对标记的体素集合进行分析将相关的体素组合成目的物。在一个实施例中，使用了一种标准的连通分量标记法(CCL)将密度相同的相邻体素组合成片状物。在该标准的CCL方法中，将每个被标记为片状物体素的体素与相邻的片状物体素进行比较以确定它们之间的密度差。如果密度差低于预定的密度差值的阈值，于是认为两个相邻体素属于相同的目的物，即，片状物。继续这一作法直到所有被标记为片状物体素的体素被合并称为片状目的物。这可以在单一区域或箱包的数据中识别一个或多个片状目的物。

本发明的装置和方法还可将所探测到的片状目的物分成有威胁的目的物或无威胁的目的物。在一个实施例中，这是由比较目的物的质量和一个预定的界限质量而完成的。如果一个目的物的质量在预定的质量阈值之上，即认定该目的物为有威胁的目的物。当一个箱包被认定为含有一个有威胁的目的物时，即可作出标记以作进一步的分析。该箱包可被识别以便由操作人员作进一步检查或由密度数据作出箱包整个内部的图像。

本发明还可从一个区域如一件皮箱或行李内部所采集到的CT密度数据提供对块状目的物，如块状爆炸物，的识别和分选。本发明探测块状物的方法使用了一种改进的连通分量标记(CCL)法以识别块状目的物。在标准的CCL中，具有密度差值小于预定阈值的相邻体素被标记为相同目的物的一部分。对每个体素进行分析并与其邻近体素进行比较从而将体素合并成目的物。该一般的CCL方法的一个缺点为紧靠在一起或彼此相接触并具有相同密度的目的物可能被合并成一个单一的目的物。本发明的改进的CCL方法可将这些目的物分成单独标记的目的物。

本发明的途径是采用了一种“形态学的”CCL方法。每个目的物首先通过移去其所有表面体素而被“剥蚀”。这将使连通的目的物被分离成多个单独的目的物。于是分离的目的物分别进行标记。然后，实施一个“扩张”的步骤，在该步骤中将表面体素反回添加到被识别和标记的目的物上。因此，CCL的这一形态学的途径可使彼此紧贴着的目的物能够分开识别和标记。于是目的物可以单独地被区别和分选为有威胁的或无威胁的。

用在其它图像数据处理调整中的标准剥蚀方法可能导致不希望有的结果。例如，一个标准的剥蚀方法可将一个表面体素识别为具有至少一个其密度低于预定阈值的邻近体素的任意体素。这假定那些靠近低于阈值的相邻体素的所有被分析的体素都是表面体素。这些被确认的表面体素随后由目的物上移走。该方法的一个缺点为可能出现不在目的物表面的体素被移走的情况。例如，一个带有内部空洞区域的目的物，如一个带有内部的，轴向的，薄的，圆柱形孔的圆柱，棒形目的物，将会有环绕在空洞区域外侧的体素被移走。这种不希望有的结果造成内部空洞区域被剥蚀过程扩大了。

本发明的一个方面，进行剥蚀应减少非-表面体素被移走的可能性。在本发明的这一方面，对于每个体素，将识别许多相邻的体素。在一个实施例中，相邻的体素限定了一个围绕着感兴趣的体素的三维子区域或邻域。子区域可能是立方形的。对子区域内的每一个体素进行分析以确定其密度是否在一个或多个预定密度范围之内。对于每个感兴趣的体素，将在相关的子区域内其密度在预定密度范围以内的体素的数量和一个阈值相比较。如果其数量低于该阈值，于是断定感兴趣的体素为一个目的物的表面体素，并将该体素由目的物上移走。

在本发明的剥蚀步骤的一个实施例中，预定的密度范围是基于所关心的体素的密度确定的。所选定的范围应是包括所关心的体素密度的一个范围。这时，所进行的分析决定了在子区域中处于相同密度范围的体素的数量。如果该数量未超过一个阈值，于是断定感兴趣的体素在一个目的物的表面上，并将该体素由目的物上移走。

在本发明的剥蚀步骤的一个实施例中，预定的密度范围选自许多的密度范围，每一个密度范围是基于一个待识别的有威胁的迹象决定的。在该实施例中，感兴趣的体素的密度确定了潜在的有威胁物质并，从而，确定了选定的密度范围。例如，如果感兴趣的体素的密度表明其为块状爆炸物质，一个块状爆炸物质的密度范围就被选用于对围绕感兴趣的体素的子区域的分析。如果在该子区域内处于范围之内并从而是相同的块状爆炸性目的物的一部分的体素的数量没有超过阈值，于是感兴趣的体素就被断定为一个表面体素，并由目的物上移走。根据本发明进行剥蚀的这一方法减少了扩大目的物中空洞的可能性而增加了仅只移走外表面体素的可能。

本发明的另一个方面，形态学CCL方法的扩大的步骤适用于生成一个其尺寸和，从而，其质量更为精确度量的目的物。在该方法中，当体素反回添加在一个被剥蚀的目的物表面时，赋予添加体素的密度为块状目的物被剥蚀密度的平均值。即，计算出来的被剥蚀目的物的所有体素的平均密度。在随后的扩大过程中，假定被添加在被剥蚀的目的物表面的每个体素所具有的密度为平均的剥蚀密度。该方法基本上减少或消除了因部分体积有效所引起的目的物质量和密度的不精确性，部分体积有效是由于表面体素均化了目的物的密度和包含于单个表面体素中的基本情况所造成的。

本发明的另一个方面，利用一种和在探测块状目的物中所使用的形态学CCL方法相似的形态学方法可在密度数据中探测到片状目的物。在该形态学的片状目的物探测方法中，数据中所有的目的物按预定的次数进行剥蚀使所有的薄片状目的物都由数据中被消除。实施剥蚀的次数基于由数据中消除片状目的物所需要的剥蚀次数，这和片状物的厚度有关。每一次剥蚀可移去一层表面体素。因此，剥蚀的次数涉及有关片状物的预期厚度和体素的大小。在完成所有的剥蚀步骤以后，假定留在数据中的体素只涉及块状目的物。于是，进行扩大将块状目的物恢复到它们的原始大小。在进一步的处理中将相应于这些目的物的数据予以消除。随后对块状目的物已移走的原始数据进行分析以标记片状目的物。对留下的体素利用如CCL方法进行逐个分析将体素合并成片状目的物并标记出片状目的物。然后，对片状目的物进行鉴别，例如通过将目的物的质量和一个预定的质量阈值比较，将它们分为有威胁的或无威胁的。质量高于阈值的片状物可以被分成有威胁的。

为在被剥蚀的数据中识别目的物可在剥蚀步骤和扩大步骤之间实施一种任选的CCL步骤。于是，随后的扩大和扣除步骤可仅在超过预定的大小和质量的目的物上进行。

因此，根据本发明，至少可以对一个区域的数据使用两种方法以识别关于片状目的物的体素。这两种方法包括CFAR方法和上述的形态学的剥蚀-扩大方法。每个方法可生成一个关于体素的二进制数据集合，该二进制数据可确定每个体素是片状物的一部分或者不是片状物的一部分。在识别片状物体素之后，实施一个体素连通方法，如本发明的形态学的CCL法，标准CCL，或其它连通性方法，将体素连接成目的物。在该方法中，由于在将体素连接成目的物之前数据中的片状物已被识别，目的物的连接过程不会将片状物由数据中消除并从而不会使其不能被探测到。应予指出，连接方法可以应用于由片状物探测方法所生成的二进制数据，或可应用于二进制数据和密度数据的乘积，即，被识别为片状物体素的那些体素的密度数据。

本发明的另一方面，被认为是单独的威胁物的单个目的物被合并或汇合。某些威胁物含有多个目的物，例如，捆绑在一起或以其它方式联结在一起的多个棍-状目的物。这些目的物可以在形态学的CCL方法的剥蚀过程中将其彼此分开，其结果，可以看作是单独的目的物，其中单独取出的每一个将不能在质量阈值的情况下被分选为一个威胁物。无论如何，在这些目的物被合并时，它们的确形成一个威胁物并被分选为有威胁的。本发明的一个汇合方法能识别这种可分开的目的物并将其汇合使之能被识别为一个威胁物。

在一个实施例中，本发明的汇合方法对彼此靠近并具有相似或相等密度的目的物进行了识别，和将其合并成一个单个的目的物。在一个实施例中，为每一个目的物计算出一个边界方块。目的物与相同的密度相比较。如果目的物的密度差值低于一个预定的阈值同时目的物中的一个或二者的绝对密度在一个由多目的物威胁物所确定的预定密度范围之内，于是边界方块之间的距离即被确定。如果边界方块之间的距离低于一个预定的阈值就可以认为目的物足够靠近而被看作是一个单个的目的物，于是就断定这些目的物应该合并成应该单独的目的物。计算出所有这些个别的目的物的总质量并与威胁物质量阈值相比较。如果总质量超过该阈值，就断定合并的目的物为有威胁的。

另一方面，本发明将多个小的片状目的物合并成应该单个的片状目的物。根据本发明，和已有技术中的局部分析或二维分析不同，分析真实箱包的三维CT图像时，曾发现一个高密度的目的物如一个金属棒可妨碍和/或干扰一个大的片状物的图像，使其呈现为多个单独个别片状物的图像。其结果，单独的大的片状物被识别成多个小的片状物。这多个小的片状物可能是足够小的，即，具有足够低的质量，从而全部被分选为无-威胁物品。这在目的物应被分选为一个威胁物和如果系统将其认定为一个单独的目的物而不是多个单独的目的物从而这样分选时就特别成为一个问题。为解决这一问题，根据本发明的一个方面，每个片状目的物与一个平面相关。在数据中探测到多个片状物的地方，在三维空间中可以观察到每个片状物的平面。如果这些平面相交且其交线靠近片状物，于是就可断定单独的片状物是一个较大的片状物的真实的部分。单独的片状物的质量组合成一个单独的值，并在区分时与质量阈值进行比较。如果组合片状物的质量超过质量阈值，即断定片状物为一个有威胁的物品。

如上所述，在密度数据中识别目的物之后，即可区分其是否可认定为有威胁的物品。通常，质量区分被用以分选目的物。在一个实施例中，由每个体素的密度乘以其体积并将所有的单个体素的质量相加计算出每个识别出来的目的物的质量。然后将总的目的物质量和一个质量阈值相比较。如果目的物的质量超过阈值，即可断定其为一个有威胁的目的物。

在本发明中，用于一个目的物的质量阈值可基于目的物的类型来确定。即，不同类型的目的物使用不同的质量阈值。例如，一个片状目的物可与一个阈值相比较，而一个粉状爆炸物可与一个不同的质量阈值进行比较。这是由于不同的爆炸物根据其质量形成不同的威胁。大量的一种类型的爆炸物可能不具有小量不同类型爆炸物的威胁的严重性。因此，在本发明中，质量阈值可根据爆炸物的类型选定。在一个实施例中，质量阈值的选择取决于被识别目的物的密度，因为与被识别目的物密切相关的是密度。即，一种类型爆炸物的密度通常和另一种爆炸物的密度不同。这些个别的密度用以识别爆炸物的类型，从而，确定在分选一个目的物为有威胁的物品时所采用的阈值。本发明依靠密度设定阈值较将单一质量阈值用于整个目的物的已有系统提供了对威胁物更为精确的区分。

本发明的另一方面，加强了目的物总质量的计算以改进系统区分威胁物的精度。如上所述，利用这里所描述的本发明的改进的CCL，一个目的物的表面体素可由该目的物上剥蚀。根据本发明，可实施一个剥蚀步骤以消除位于目的物表面体素的局部体积效应。这些体素由于其密度值含有来自目的物和目的物边界上背景情况二者的密度成分。在本发明的这一方面，实施剥蚀移走了表面体素。其次，计算出剩余的目的物体素的平均剥蚀密度。平均剥蚀密度是在剥蚀步骤以后留在目的物中的体素密度的平均值。然后，被剥蚀的表面体素被具有等于平均剥蚀密度的密度值的体素所代替。于是可利用带有平均剥蚀密度值的表面体素算出目的物的总质量。该修正的总的目的物质量在随后的质量区分中提供了对目的物的更为精确的分选。

本发明的另一方面，在CCL的过程中，通过对目的物体素在容许的密度范围内的精心修整改善了对彼此紧靠在一起的多个目的物的分离。在一个实施例中，容许的密度是在其间带有差额的多个密度范围中确定的，在密度范围的差额中的密度不能将体素和感兴趣的目的物联系在一起。即，具有差额中的密度的体素被剔除而处于这些密度范围之一中的体素可被接受为属于感兴趣的目的物。容许的密度范围可根据已知的有威胁的目的物的密度进行选择。例如，一个密度范围可选自许多不同类型的已知爆炸物中的一个。在一个实施例中，密度范围之间的一个差额可选择成与典型的表面体素预期的密度相符。通过剔除这些表面体素，可能被合并和标记为一个单一目的物的多个相邻的目的物被分离并被标记为单个的目的物。作为分离的目的物，可以独立地对其进行分析并根据其所具有的威胁程度进行分选。因此，使用多个密度范围可更为精确地进行分选。

在本发明的又一方面，可能会遇到一种没有威胁的液体物质并应分选为无-威胁目的物的情况。于是，本发明的目的物识别和分选系统应能认同和识别容器中的液体使其由威胁物中去除。这提供了一种在本发明上述的质量和密度区分方法之外的区分探测目的物的方法。

在一个实施例中，本发明通过形成一个围绕着目的物的边界方块以确定一个目的物是否为盛装着的液体。计算出靠近边界方块每一个表面的体素的数量。于是通过识别边界方块的上表面即可识别出液体的水表面。随后即可算出靠近顶部表面的体素和表面体素总数的比值。如果顶部表面体素的比值超过一个预定的阈值比，并且如果上表面以上体素的密度表明空气位于上表面之上，于是即可断定目的物为盛装着的液体。在一个实施例中，断定该目的物没有威胁。

在另一个实施例中，本发明使用了阈值统计的方法以确定边界方块中的目的物是否为盛装着的液体。沿着边界方块顶部和底部之间的一条直线计算出顶部-表面体素的直方图和底部-表面体素的直方图。顶部-表面直方图中的顶峰表明顶部-表明体素的铅垂位置，而底部-表面直方图中的顶峰表明底部-表面体素的铅垂位置。如果边界方块中顶部-表面体素的数量和顶部-表面面积之比超过一个阈值而顶部-表面和底部-表面体素数量之比超过另一阈值，于是即可断定目的物为盛装着的液体。

本发明的又一方面，探测是在多途径或多阶段下进行的使整个探测过程更为有效。用本发明的方法识别每一件物品，通常，涉及唯一一组探测步骤。在通常的探测方法中，所有采集到的CT密度数据将连续地用于每一个探测方法之中。应该了解这是很费时间的。另外，当一个目的物按照一种特殊的方法进行分析并按照其所具有的威胁或由该目的物的类型进行分选，在该组数据在其后的探测过程中被重新分析时就带来了低效率。在本发明中，所使用的多-途径或多-阶段的探测方法消除了这种低效率。用以识别特殊物品的特殊探测步骤是单独进行的和，在一个实施例中，是并行进行的。在本发明多-途径方法的一个特殊实施例中，其中对一个数据组使用了一个特殊的探测途径并分选了数据组的一个部分，数据组的该分选的部分在进一步的处理中被移走。这就消除了对已经分选的数据进行不必要的重新-分析所带来的低效率。

本发明还可使整个系统的探测比率(探测概率)和错误报警比率得到优化。本发明的系统能够进行探测的每件物品涉及单独的探测比率和错误报警比率。例如，片状爆炸物的探测具有一个唯一的探测概率和错误报警比率。同样每一种个别的爆炸物质类型有其自己单一的探测概率和错误报警比率。整个系统的探测概率为每一个个别的探测概率的累加；在一个实施例中，为个别探测概率的平均值。另外，系统整体的错误报警比率为个别的错误报警比率的累加；在一个实施例中，为个别错误报警比率的总和。在本发明中，整体探测比率可通过调节一个或多个或个别探测比率得到优化。同样，整体错误报警比率可通过调节一个或多个或个别错误报警比率得到优化。因此，通过对个别探测比率和/或错误报警比率的调节，整个系统的运作可根据需要进行调节以获得所需要的整体探测比率和/或错误报警比率。

使一个或多个个别的探测比率低于一个特定的整体探测比率是可能的。系统可以带有这样的灵活性，即将一个或多个个别的探测比率调节到一个低水平而使整体比率保持在一个特定的限度之内。减少一个探测比率也可减少相关的错误报警比率。因此，整个系统的错误报警比率可以减少而将整个系统的探测比率保持在该特定的限度之内。同样，整体探测比率可保持在一个特定值而个别的和/或整个系统的错误报警比率可调节到所需的水平。

本发明较上述的已有系统具有除前述的优点之外的显著优点。例如，本发明的系统可提供对一个箱包的完整的CT扫描，从而可对该箱包进行完整的三维图像数据分析。这导致系统具有探测到如同箱包中薄片状目的物而不管其方向和大小如何的能力。在无幻影机械中，仅只是被2D预隔离识别为可疑物的才进行3D扫描。同样，在本发明的一个实施例中，体素并不被联结和识别为目的物直到体素第一次被识别为属于薄片状目的物。这消除了在诸如Eberhard等人的系统中所产生的识别片状物的问题。

由以下如附图所描述的本发明的优选实施例中的更为详细的说明，本发明前述的和其它目标，特性和优点将会更为明显，在全部各视图中相同的参考数字代表相同的部分。附图不必依照比例，重点在于说明本发明的原理。

图1为根据本发明的一个行李扫描系统的透视图。

图2为图1所示系统的横截面端视图。

图3为图1所示系统的横截面径向视图。

图4为本发明行李扫描器一个实施例的电气和机械示意的方框图。

图5为说明本发明目的物识别方法的一个实施例的逻辑流程的顶层流程图。

图6为本发明计算感兴趣的区域的一个实施例的逻辑流程的流程图。

图7为根据本发明的片状物识别方法的一个实施例的逻辑流程的流程图。

图8A和8B示意地说明图7所示片状目的物的探测方法。

图9为根据本发明块状目的物探测方法的一个实施例的逻辑流程的流程图。

图10为伪代码，说明根据本发明修正的连通分量标记法的一个

实施例。

图11局部体积有效的示意说明。

图12为质量阈值与密度示意的关系曲线，说明根据本发明的依赖于质量阈值的三个不同的密度。

本发明提供了在CT数据中对一个区域进行探测，识别和/或分选目的物的装置和方法。该区域可以包括正要装上民用飞机或正待检查的一件行李或皮箱的内部。于是本发明可用于CT行李扫描系统。本发明所识别的目的物可以是已知的对机场里的或乘坐在飞机上的人具有威胁的目的物。这些目的物可包括爆炸性的目的物或物质。

应予指出的是本发明可探测到的爆炸性目的物和物质可以是各种形状的和各种物质。爆炸物可以是民用的，军用的或临时作成的，即，自制的。例如，爆炸性目的物可具有各种形状包括，但不局限于，片状，单个圆柱形容器或其它类似形状，多个圆柱或其它棒状，以及其它块状。根据本发明可探测到形成这些形状的或容纳在这些形状内的各种类型的爆炸性物质。

应予指出的是，贯穿于以下的说明中，为实施本发明的各种方法，采用了许多阈值，诸如密度阈值，质量阈值，依赖于密度的质量阈值，和不同的阈值以及方法的参数。这些阈值和参数是根据对用于许多有威胁的和无威胁的目的物的CT数据，如实际的三维CT密度数据的广泛分析而确定的。这种分析包括对数据利用统计的方法如模拟退火和遗传算法进行统计分析。根据本发明，这种分析使得阈值和/或参数的选择建立在满足特定的对象上，例如，错误报警和/或探测比率的设定/优化，爆炸物类型的区分，等等，如下所述。

图1,2和3分别为根据本发明构造的行李扫描系统100的透视图，端部横截面和径向横截面视图，该系统可根据本发明提供对目的物的探测，识别和分选。行李扫描系统100在每个区域生成CT数据，该区域可包括一件行李。系统能够利用CT数据生成区域的图像体积单元或“体素”。行李扫描系统可以是上述待批美国专利申请序列号08/831,558,08/948,930,08/948,937,08/948,928,08/948,491,08/948,929,08/948,697,08/948,492,08/949,127,08/948,450,08/948,692,08/948,493,08/948,698所公开的类型，在这里被引入参考文献。

系统100包括一个传送系统110用以沿箭头114所示方向连续地传送行李或皮箱112通过CT扫描系统120的一个中心孔。传送系统110包括马达驱动的传送带用以支撑行李。传送系统110被表示为具有许多单独的传送段122；无论如何，也可采用其它形式的传送系统。

CT扫描系统120包括一个放置在一个门架支撑125内的环形旋转台或盘124，用以绕一个旋转轴127(如图3所示)旋转，该旋转轴优选地平行于行李112行进的方向114。可以任何适合的驱动机构绕旋转轴127驱动盘124，如用一个带116和马达驱动系统118，或其它适合的驱动机构，如在1995年12月5日授予Gilbert McKenna的题为“X-射线层析照相扫描系统”(Attorney Docket No.ANA-30CON)的美国专利No.5,473,657中所描述的，该专利被转让给本发明的受让人，在这里全部被引入参考文献。转动台124确定了一个中心孔126，传送系统110通过该孔输送行李112。

系统120包括一个X-射线管128和一个探测器阵列130，二者放置在台124沿直径方向的对侧。探测器阵列130可以是一个二维阵列，如在1997年10月10目提出的题为“用于计算机层析X射线照相扫描系统的探测器面阵列”(Attorney Docket No.ANA-137)的待批美国专利申请序列号No.08/948,450中所描述的。系统120还包括用以接受和处理由探测器阵列130所生成的数据信号的一个数据采集系统(DAS)134，和一个X-射线管控制系统136，用以为X一射线管128提供动力另外还控制其运作。系统120还优选地具有计算机处理系统，用以处理数据采集系统134输出的信号和生成用于运行和控制系统120所需的信号。计算机系统还可包括一个监视器用以显示包括所生成的图形在内的信息。X-射线管控制系统136可以是双重能源的X-射线管控制系统，如在待批美国专利申请系列No.08/671,202题为“改善的双重能源供给”中所描述的双重能源的X-射线管控制系统，该专利被转让给和本发明相同的受让人，在这里全部被引入参考文献。因为双重能源X-射线技术对X-射线CT图像再现的能源选择，在显示一种物质的原子序数以及显示物质的密度方面特别有用，虽然本发明并非意在限于该类型的控制系统。应予指出的是这里所详细描述的本发明的目的物识别和分选系统和方法是结合单能源数据一起叙述的。应该理解该描述可应用于多能源技术。系统120还包括屏蔽138，该屏蔽可由铅制成，例如，用以防止放射线在门架125以外的传播。

在一个实施例中，X-射线管128生成一个X-射线的金字塔形的射束132，常被称为“锥形射束”，该射束穿过一个行李112由传送系统110在其中送过去的三维图像场。锥形射束132在穿过放置在图像场中的行李以后被探测器阵列130所接受，而阵列又生成表示行李112暴露部分的密度的信号。因此射束确定了一个空间内的扫描体积。台124绕其旋转轴127旋转，于是在行李112由传送系统110连续地输送穿过中心孔126时，使X-射线源128和探测器阵列130环绕行李以圆形轨迹移动，从而生成许多相应于许多投影角的投影。

以周知的方式，来自探测器阵列130的信号最初为数据采集系统134所采集，并在随后由计算机系统用CT扫描信号处理技术进行处理。经处理的数据可在监视器上显示，和/或还可如下面将详述的进一步由处理系统进行分析以确定可疑物品的存在。例如，可对CT数据进行分析以确定数据是否认为有具有爆炸物密度(在使用双重能源系统时，还包括分子量)的物品存在。如果这种数据存在，可以提供适当的方式向操作人员或系统的监视器显示这种物品已被探测到，例如，在一个监视器的屏幕上提供显示，发出音响的或可视的警报，和/或提供一种自动弹射设备(未示出)用以将可疑的箱包由传送带上移出以便作进一步检查，或使传送带停止从而使可疑的箱包可以被检查和/或移出。

如上所述，探测器阵列130可以是探测器的二维阵列，该阵列能够提供X-和Y-轴两个方向的扫描数据，以及Z-轴方向的扫描数据。在每一个量测间隔中，阵列130的一些探测器行由相应的一些投影生成数据并同时扫描行李112的一个立体的区域。维数和探测器的行数优选地选择成扫描器所需的分辨率和通过量的函数，而这又是旋转台124的旋转速率和传送系统110的速度的函数。这些参数优选地选择成在台124旋转一整圈所需的时间内，传送系统110刚好将行李112向前推过，从而在台的一次转动中使探测器阵列130所扫描的立体区域和台的下一次转动时探测器阵列130所扫描的立体区域是连续的和不重叠(或部分重叠)的。

传送系统110连续地将行李物品112输送通过CT扫描系统120，优选地为常速度，同时台124在行李物品通过时以常转动速率绕行李物品连续地转动。以这种方式，系统120对整个行李物品实施的是螺旋立体CT扫描。行李扫描装置100优选地至少使用阵列130所提供的某些数据和螺旋再现算法以便在行李物品经过系统时生成整个行李物品的立体CT图像。在一个实施例中，系统100对数据进行了一种螺旋切片再现(NSR)，如在1997年4月10日提出的相同受让人的待批美国专利申请系列No.08/831,558中所描述的，该申请题为“再现螺旋切片CT图像的装置和方法”，(Attorney Docket NO.ANA-118)，在这里被引入参考文献。系统100因而对每个箱包提供了一个完整的CT扫描，而不是仅只提供行李物品的所选择部分的CT扫描，不需要预屏蔽设备。系统100还提供了快速扫描，因为二维探测器阵列130使系统可以随着台124每次的旋转同时扫描每件行李物品相对大的部分。

图4为本发明的行李扫描系统100一个实施例的机械/电气方框图。扫描器100机械的门架包括两个主要的部件，盘124和框架(未示出)。盘124为旋转的部件，载有X-射线装置，探测器装置130，数据采集系统(DAS)134，一个高压能源和监视器/控制装置的部分，能源装置和数据连接装置。构架支撑着整个系统100，包括行李装卸传送系统110。盘124机械地用一个双斜接滚珠轴承夹头连接在构架上。盘124可通过一个由DC伺服马达505驱动的带子以常速率转动。门架还包括盘和构架上屏蔽X-射线的装置。

在一个实施例中，行李传送系统110包括一个以常速率驱动的单个传送带从而满足特定的通过量的需要。传送带可由一个高扭矩，低速度装置驱动以便在荷载改变的条件下提供不变的速度。一种低衰减的石墨碳环氧树脂材料可用作X-射线下的传送器机架部分。传送器的总长度应设计成能容纳三个平均长度的箱包。环绕着传送器使用了一个通道以满足箱式X-射线系统安全的适当需要。

在一个实施例中，208伏，三相，30安培的输入动力作为可向整个系统提供的主要能源。该输入动力可由设置系统的飞机场提供。动力由构架通过一些构架电刷传送，这些构架电刷能与联结在盘124上的金属环形成连续的紧密接触。盘124上的低电压能源501为DAS134,X-射线冷却系统和各种监视器/控制计算机和电子仪器提供动力。构架上的低电压能源为再现计算机和各种监视器/控制电子仪器提供动力。传送带马达503，门架马达505，高电压能源和X-射线冷却剂泵的动力可直接由主要能源供应。

高电压能源为X-射线管128提供动力。能源跨过阴极/阳极可提供双电压。驱动波形可以是任何需要的形状，优选地为正弦波的形式。该能源还可提供X-射线丝极的动力。能源的电流对二种电压可保持基本恒定不变。

双-能源X-射线照射行李，X-射线的某些部分穿过并照射探测器装置130。探测器装置130将X-射线模拟转换为可视的光子并随后转换为电流。DAS 134由探测器电流取样并将放大的电压多路传输到一组16-位模-数转换器并将数字输出多路传输到计算机处理系统515，该系统生成CT数据并如下所述按照本发明处理这些数据对行李112中的目的物进行探测，识别和分选。在一个实施例中，来自DAS 134的数字数据通过一个非-接触串行数据传输装置511传输到处理系统515。DAS134可由盘124的角位置所触发。

非-接触传输装置511和513将高速数字DAS数据传输到处理系统515，和将低速监视器/控制信号在盘和构架控制计算机之间来回地进行传输。数据传输装置511可以一个RF发送器和接收器为基础。

在一个实施例中，处理系统515的图像再现器部分对高和低能量的来自DAS 134的数字线积分转换成为一组箱包切片的二维图像。可以通过一个螺旋-锥形-射束分解进行CT再现，例如在待批的美国专利申请序列号No.08/831,558所描述的旋转切片再现方法，在这里将其引入参考文献。再现器可包括嵌入的软件，一个高速DAS出口，一个数组处理器，一个基于-DSP的卷积器，一个基于-ASIC的反回投射器，图像存储器，UART控制出口，和一个用于图像数据的SCSI输出出口。数组处理器可进行数据修正和内插。再现器可以是自主的和基于经由UART接口到构架计算机所接受的箱包的信息对图像进行标记。

处理系统515可包括一个基于PC的嵌入的控制系统。所有子系统都被追踪用以取得关键的状况和状态信息。该系统还可控制两个运动系统，可检测行李信息，可控制环境，例如，温度，湿度，等，可检测盘124的角位置和可启动DAS和HVPS。该系统还可具有一个可视的和键盘接口用作工程诊断和控制。另外，可以包括一个用于现场使用的控制板。

大多数类型的爆炸性目的物可基于其形状和/或组成的材料组合成一些类别。例如，类别可能包括片状，棒状，块状和其它基于形状的类别。材料的某些类型还可再划分成子类型，这也可基于容器如圆筒。这些类别具有典型的性质，如形状，大小，质量和密度。通常，一种单一的探测方法，如上面引述的已有的方法，不能有效地探测所有这些爆炸物的类型。在一个实施例中，本发明可包括多种单独的探测途径，其中可包括用于每种类型的单独的途径。例如，方法可包括一个片状爆炸物途径和一个用于其余爆炸性目的物(在此项应用的整个过程中被称为“块状物”)的途径。

在本发明的目的物探测方法和装置的一个实施例中，方法首先由对数据进行局部区分以识别片状目的物开始。其次，实施一个连通步骤如某种形式的CCL以连接目的物。然后，进行进一步的区分，根据潜在的威胁分选被识别的目的物。这和已有的系统如Eberhard等人的系统相反，已有的系统首先进行联结然后区分，这可能导致遗漏片状目的物。

根据本发明的一个方面方法的基本步骤包括片状爆炸物探测，块状爆炸物探测和区分。在一个实施例中，片状物探测和块状物探测分别沿着两个平行的途径进行。在一个实施例中，片状爆炸物的探测是基于一种称为等错误报警比率法(CFAR)并根据本发明加以改进的方法，该方法由统计确定体积单元或体素是否属于一个片状目的物。片状体素还可由下面将予详述的根据本发明的形态学片状物探测方法进行识别。在一个实施例中，由CFAR或本发明的形态学片状物探测法识别为片状体素的体素随后利用一种标准的连通分量标记(CCL)法进行联结和标记。在另一个实施例中，利用这里所描述的本发明的形态学CCL对体素进行联结和标记。随后对被标记的目的物按其质量进行区分。如果一个目的物的质量大于一个预定的阈值，该目的物即被认为是一个片状爆炸物。

在本发明的一个实施例中，使用一种改进的连通分量标记(CCL)法探测块状爆炸物，其中可包括形态学的操作(剥蚀和扩大)以防止目的物连成一个。在一个实施例中，由于片状物是在一个个别的分析途径中探测的，它们不必保持在剥蚀和扩大的步骤中。块状物探测也可能涉及由小间隔的有威胁目的物汇合而成的受控目的物，例如，一些应认为是单一目的物的单独的棒状目的物。区分基于被探测的目的物的密度和质量。在一个实施例中，用于区分的质量阈值是依赖于密度的。基于某些原因低密度目的物可赋予高质量阈值。例如，数据表明造成特殊损害所需的低密度爆炸物的数量大于高密度爆炸物的数量。因此，在物质为低密度，高数量，即，高质量时需触发一个报警条件。同样，在低密度，可导致一个较高的错误报警比率。于是，一个高质量阈值可减少在低密度下的错误报警的次数。

图5为一个顶层流程图，表明本发明的目的物识别方法的一个实施例的逻辑流。在一个实施例中，在第一步301中，接受并分析再现的CT图像数据以确定一个感兴趣的区域(ROI)或为该区域确定一个边界方块。该方法消除了箱包外部的体素从而减少了需予考虑的数据量。于是该方法即可沿着包括片状目的物探测途径和块状目的物探测途径平行的途径继续进行。

沿着片状物探测途径，在片状物探测步骤302中对片状目的物进行探测。在区分步骤306，分析被探测到的目的物以确定它们是否是有威胁的。在一个实施例中，这是由将目的物的质量和一个质量阈值进行比较完成的。区分步骤306生成箱包的标记图像数据，该数据标记出属于每个片状目的物的体素并识别每个片状目的物的物理特性(优选地为密度和质量)以及其在箱包中的位置。每个体素的标记图像数据还包括一些根据一个目的物对体素的识别，据此识别体素为基本情况。

沿着块状物探测途径，在块状物探测步骤304中对块状目的物进行探测。其次，在区分步骤308中，分析被探测到的目的物以确定它们是否是有威胁的。区分步骤308生成箱包的标记图像数据，该数据标记出属于每个块状目的物的体素并识别每个块状目的物的物理特性(优选地为密度和质量)以及其在箱包中的位置。

方法的判定-数据合成步骤310使用由片状物和块状物探测步骤生成的标记图像数据并计算出相应于探测到的爆炸物的一个单个的标记图像。应该理解结合图5所描述的方法可以包括多于两个的单独的探测途径，这取决于需识别的目的物类型的数量。

在整个使用过程中，使用术语“3-D图像”和符号C(i,j,k)表示CT切片图像的应该集合。每个CT切片的大小为I列乘J行。C(i,j,k)中的符号I表示列标，变化在0到I-1之间。同样，符号J表示行标并变化在0到J-1之间。在一个集合中有K个这样的切片。符号K表示这些切片中的一个并变化在0到K-1之间。函数C(i,j,k)是指或表示该集合中特定的CT密度，意思是第k个切片的第ⅰ列和第j行处的CT密度值。CT密度用正整数表示，由0(Hounsfield单位)，相应于空气的密度，到1000(Hounsfield单位)，相应于水的密度，虽然根据需要可以使用其它整数值。

函数C(i,j,k)可视为一个3-D图像，宽为I个象素，高为J个象素，厚为K个象素。3-D图像中每个单元为一个体素。一个由(i,j,k)三个一组表示的特定的体素的值C(i,j,k)为充满该体素的材料的CT密度。

象素的大小取决于CT装备的分辨率。在一个实施例中，扫描器具有的标准体素尺寸为宽(x)3.5mm，高(y)3.5mm，和厚(z)3.33mm，尽管标准尺寸可随某些设计因素而变，所示尺寸和Eberhard等人的系统相比是相对小的体素从而产生高的分辨率。利用该信息和CT密度，可以计算出3-D图像中每个体素的质量。

CT密度近似地相应于物质的物理密度。因为CT密度1000相应于水的密度(即，1gram/cc)，为寻求给定体素以克计的质量，将该体素的CT密度值除以1000再乘以该体素的体积(0.35×0.35×0.33cc)。在这方面的应用中，所述方法利用该转换(作为一个常数c₀)计算箱包的质量和箱包中每个被识别的目的物的质量。

现在将详细叙述以上列出的并示于图5中的本发明方法的主要步骤。图6为本发明分析感兴趣的区域301的一个实施例逻辑流程的流程图。分析感兴趣的区域的目的是要消除图像中位于箱包之外的部分使方法的其它部分只分析较少的数据从而提高了方法的速度和减少了存储量的需要。在一个实施例中，一个包含感兴趣区域所有体素的CT密度值的子集合由原始图像中被分离出来。

分析感兴趣区域的输入包括C(i,j,k)，这是一个箱包的三维CT图像。输出包括C_roi(i,j,k)，这代表一个箱包感兴趣区域的CT图像和感兴趣的方块区域的坐标(x_min,x_max,y_min,y_max,z_min,z_max)。分析中使用的一个参数为t₀，为空气-到-箱包的阈值。方法301由接受表示一个箱包的3-D图像的数据，C(i,j,k)和空气阈值t₀开始。其次，在步骤312中，识别出含有表示空气数据的体素，和，在步骤314中，求出感兴趣区域的坐标以便除去那些体素的大部分，如果不是全部的话。步骤312和314按如下进行以便确定感兴趣的区域：

x_min=I的最小值，对于任何j,k使至少一个C(i,j,k)≥t₀；

x_max=I的最大值，对于任何j,k使至少一个C(i,j,k)≥t₀；

y_min=j的最小值，对于任何I,k使至少一个C(i,j,k)≥t₀；

y_max=j的最大值，对于任何I,k使至少一个C(i,j,k)≥t₀；

z_min=k的最小值，对于任何I,j使至少一个C(i,j,k)≥t₀；

z_max=k的最大值，对于任何I,j使至少一个C(i,j,k)≥t₀；其次，感兴趣区域的图像，包括箱包，由下式算出

C_roi=C(I+x_min,j+y_min,k+z_min)，其中

0≤I≤x_max-x_min

0≤j≤y_max-y_min

0≤k≤z_max-z_min

图7为一流程图说明根据本发明的片状物探测方法一个实施例的逻辑流程。片状爆炸物的特征在于一个方向的尺寸(高，宽，或厚)远薄于另两个方向。该尺寸称为片状爆炸物的厚度。这里所描述的一种片状爆炸物的探测方法对于片状物的厚度是可调的并且使用了一种等错误报警比率(CFAR)法。描述二维CFAR方法的有，例如，Kreiten等人，“在干扰中区分目标”，Lincoln Lab Journal,Vol.6,No.1,1993；Novak等人，“偏振化和分辨率对SAR目标自动识别系统操作的影响”，Lincoln Lab Journal,Vol.6,No.1,1993；和Frosgate等人，“SAR显象术中的多次读数分段和不规则增强”，IEEETran.on Imag.Proc.,Vol.6,No.1,1997；所有这些在这里都被引入参考文献。在本发明的三维CFAR方法中，如以下所详述的，对感兴趣区域的CT图像数据实施一个CFAR分析片状物体素的步骤318，识别与片状目的物有关的体素。其次，在步骤320中对片状物体素使用连通分量标记(CCL)法以将其在单个目的物中进行联结。在步骤306中，利用如这里区分对目的物进行分选。

在本发明的CFAR法中，检查箱包的每个体素以确定其是否为片状爆炸物的一部分。成为片状爆炸物一部分的体素应具有在一定的CT密度值范围内的密度值和统计地远离其背景情况。在一个实施例中，背景情况被定义为尺寸和片状物厚度差不多的一个立方体表面上的体素，该立方体围绕着所测试的体素，如图8A和8B所示，该二图为本发明优选的CFAR方法的示意图。图8A用二维表示包括一个测试体素319的背景情况立方体321，该背景情况将用于包含一个片状目的物317的CT数据体素。计算环绕测试体素的背景情况体素的平均和标准偏差。测试体素的值与背景情况的平均和标准偏差相对比。如果测试体素相对于其背景情况的统计距离大于一个预定的阈值，于是就认为测试体素属于一个片状爆炸物。

在另一个实施例中，不使用立方体表面上所有的体素计算平均和标准偏差。为节省处理时间，可对表面上的体素进行采样，仅使用采样体素计算平均和标准偏差。在一个实施例中，只是每隔一个体素进行采样，这就为生成平均和标准偏差节省了一半处理时间。

在另一个实施例中，在三个正交的笛卡尔平面x-y,x-z,y-z中可进行三个单独的二维CFAR计算。在每个平面上算出体素的背景情况的平均和标准偏差，背景情况定义为每个相应平面内一个正方形周边上的体素。于是，算出每个平面的统计距离并和预定的阈值进行比较。不同的坐标平面具有不同的阈值。利用超过阈值的平面的数目确定体素是否为片状物体素。例如，如果一个或多个阈值被超过，于是断定该体素为片状物体素。在另一个实施例中，如果两个或再多的阈值被超过该体素就标记为一个片状物体素。

在本发明的CFAR方法的所有情况下，可以采用在较低阈值上附加一个较高阈值或用它代替较低阈值。这将消除与背景情况有很高反差的片状目的物。一个这种片状物的例子可能是箱包的外表面。

如图8B所示，对于块状目的物325，背景情况体素将目的物本身覆盖得更多。于是，背景情况变成统计地更为靠近被选择为测试目的物内的测试体素。因此，薄的片状目的物的CFAR距离较大而厚的块状目的物较小。这一性质被用来探测箱包中所有属于片状目的物的体素而消除所有属于块状目的物的体素。

根据本发明，一个三维CFAR方法被用于CT数据以探测片状目的物。在开发本发明的三维CFAR时，考虑了目标体素和背景情况体素之间的间隙区域大小的选择。在已有技术的二维CFAR方法中，如如上述文献中所描述的方法，要求背景情况的样本应由不包含目标任何部分的一个面积内采取。在应用可探测片状目的物的本发明时，在片状物的情况下，仅知道目标目的物的一个方向而该方向的方位是不知道的。所以，如果使用已有的CFAR方法，将难于象已有的CFAR方法要求的那样对背景情况进行采样。在执行本发明的过程中，部分目标目的物也被作为背景情况进行采样。在本发明中，在背景情况样本中包含某些目标样本改变了背景情况样本的平均和标准偏差。但是这种改变随CFAR采样区的不同的目标覆盖率而不同。这一事实帮助本发明区别片状目的物和块状目的物。片状物覆盖率和块状物覆盖率之间的不同示于图8A和8B。

在确定了哪些体素为片状物之后，对片状物体素进行CCL分析320将这些体素合并成为一个片状目的物。于是得到每个连通分量的质量并与一个预定的质量阈值相对比以决定片状爆炸物的存在。

因此，本发明使用的一种CFAR方法扩展为三维并且在本质上修改并改善了文献中所描述的二维技术。在本发明中，修改的CFAR在一个识别威胁物的方法中被作为一个步骤使用。本发明修改的CFAR首先对单个的体素依照其是否是片状目的物的一部分进行分选。其次，本发明的方法继续进行另外的步骤如CCL步骤将体素合并成为目的物和区分步骤确定目的物是否具有威胁。相反，已有的二维CFAR方法作为单独的探测算法使用其输出为对目的物的分选，这是基于对目的物中象素的二维CFAR分析得到的。

如以上所指出的，片状爆炸物探测方法的目的是探测片状目的物。使用了一个单独的片状爆炸物探测步骤以解决片状物在探测块状物的过程中进行形态学步骤如剥蚀时由数据中被移走的问题。片状物探测方法的输入包括C_roi(i,j,k)，这是感兴趣区域(大小为I_roi×J_roi×K_roi)的3-D图像。片状爆炸物探测的输出包括以下内容：

L_s(i,j,k)，片状爆炸物的标记图像(大小和C_roi相同)；

N_s，被探测的片状爆炸物的数量；

ρ_n，每个被探测目的物的密度；

M_n，每个被探测目的物的质量；和

(xⁿ _min,xⁿ _max,yⁿ _min,yⁿ _max,zⁿ _min,zⁿ _max)，每个被探测的目的物的边界方块。

在这里和本发明的其它方面所使用的边界方块定义为包含被其包裹的目的物的最小矩形区域。探测片状物的参数包括：

(ρ^N _min,ρ^N _max)，片状物感兴趣区域的CT密度；

g，围绕体素中测试象素的CFAR立方体的大小；

t₁,CFAR决定阈值；

Δ_N,CCL阈值；

c_s,CCL连通类型(“面”，“边”，或“角点”的任何组合)；

m_s,用于片状爆炸物的质量阈值；和

c₀,CT密度-到-质量的转换因子。

在一个实施例中，探测片状爆炸物方法的步骤如下：

1．由ROI的3-D图像，C(i,j,k)，开始。

2．在每一侧用g层具有某预定的边界情况值，例如，零的体素值铺垫图像，形成一个铺垫图像，

P(i,j,k)，其大小为(I_roi+2g)×(J_roi+2g)×(K_roi+2g)，

3．用CT密度在ρ^N _min和ρ^N _max之间的扫描光栅扫描铺垫的图像并寻找体素{v₀=(i₀,j₀,k₀),v_i=(i₁,j₁,k₁),…v_n…}。简写符号v_n表示一个体素，0≤n＜(I_roi+2g)×(J_roi+2g)×(K_roi+2g)。

4．对于每个体素v_n=(i,j,k),CFAR立方体表面，S_n,定义为以v_n为中心的立方体(2g+1)×(2g+1)×(2g+1)的表面体素v_n,=(i’,j’,k’)：

S_n(立方体的表面积)中的体素数量等于 $A_{S_n}=24g^2+2$

5．在围绕每个v_n的CFAR立方体的表面S_n上计算均值μ_n ${\mathrm{\μ}}_n=\frac{1}{{A_S}_n}\underset{{\mathrm{\ν}}_{n\′}\∈S_n}{\mathrm{\Σ}}P\left({\mathrm{\ν}\′}_n\right)---\left(3\right)$

6．在同一表面上计算标准偏差σ_n ${\mathrm{\σ}}_n=\sqrt{\frac{1}{A_{S_n}}\underset{v_n\·\∈S_n}{\mathrm{\Σ}}{P}^2\left(v_{n^{\′}}\right)-{\mathrm{\μ}}_n^2}-------\left(4\right)$

7．计算由μ_n和σ_n给出的体素v_n到边界情况的距离d $d_n=\frac{P\left(v_n\right)-{\mathrm{\μ}}_n}{{\mathrm{\σ}}_n}------\left(5\right)$

8．建立CFAR图像CFAR(i,j,k)，和输入的图像C_roi(i,j,k)的大小相同(非零铺垫)，仅含有其距离，d_n，超过阈值t₁的那些体素

9．利用CCL参数Δ_s和c_s在CFAR图像，CFAR(i,j,k)，上进行连通分量标记，以生成标记图像L_s(i,j,k)和边界方块，(xⁿ _min,xⁿ _max,yⁿ _min,yⁿ _max,zⁿ _min,zⁿ _max)，

10．在CCL的过程中计算出每个目的物1=1,…N_s的质量M₁。 $M_1=c_0\underset{i,j,k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CFAR}(i,j,k)h(L_s(i,j,k),l)-------\left(8\right)$ 其中选择函数，h(x,l)定义为

11．消除质量M₁低于给定质量阈值m_s的所有目的物。

12．利用连续的正整数标记和修正标记图像以重新计算所余目的物的数量。将N_s设定为所余目的物的数量。

应予指出，关于片状物的探测方法，在步骤5中可使用方差σ² _n代替标准偏差σ_n。这可提高实施时的执行速度。同样，可以使用非立方体的形状确定CFAR表面。另外，厚的片状爆炸物可由本发明方法的块状物途径探测。因此，在一个实施例中，被探测的片状物的厚度可以设定成较可由块状物途径探测的最薄片状物略厚些的厚度。

在本发明的另一方面，可利用仿效用于块状目的物探测中的形态学CCL的形态学方法在密度数据中探测片状目的物。在该形态学片状物探测方法中，对数据中的所有目的物进行预定次数的剥蚀将全部薄的片状目的物由数据中清除。实施剥蚀的次数为基于由数据中清除片状目的物所需的剥蚀次数，这涉及到片状物的厚度。一次剥蚀可移走一层表面体素。因此，剥蚀的次数关系到片状物的预期厚度和体素的大小。在完成所有的剥蚀步骤以后，认定遗留在数据中的目的物都是块状目的物。相应于这些目的物的数据在随后进一步的处理中被清除。移走块状目的物的原始数据随后被用来标记片状目的物。对遗留的体素利用例如CCL方法进行逐个的分析，将体素合并成为片状目的物并标记该片状目的物。然后，对片状目的物进行区分，例如通过将目的物的质量和一个预定的质量阈值相比较，将其分选为有威胁的或无威胁的。质量高于阈值的片状物可分选为有威胁的。

应予指出，可使用其它片状物探测方法如高-通过滤连同本发明的不同方面进行探测。同样，连通方法，如CCL，既可用于片状物探测所生成的二进制数据也可用于二进制数据和相应的体素密度数据的乘积。

本发明的块状目的物探测方法在箱包图像中搜寻感兴趣的密度范围内的体素群，并将其标记为块状目的物，和使用依赖于质量的密度阈值确定一个目的物是否是有威胁的。

在一个实施例中，块状物探测方法使用CCL法在三维箱包图像中识别目的物。使用CCL方法时的一个主要问题是复合目的物，即，很靠近的两个或更多的物理目的物在箱包图像中一起变成为一个单个的目的物，这是由于系统有限的分辨率导致的局部体积效应。为解决这一问题，在本发明的一个实施例中，在使用CCL之前对图像进行处理将复合目的物分开。这种处理可利用如下所详述的剥蚀控制器实施，它可以有效地由目的物上移走表面体素层以阻止CCL将多个目的物生成在一起。为平衡剥蚀对目的物大小的效应，在CCL将被剥蚀的图像分隔为多个目的物以后将使用一种下面将予详述的扩大操作。该操作在确认目的物为单个的目的物之后将表面体素反回添加在目的物上。

按照本发明的一个方面，块状物探测方法使用一个或多个单独的密度范围，每个类型感兴趣的块状材料具有在此范围之内的密度值。在一个实施例中，在块状物探测时使用了两种单独的密度范围。密度范围的是按照被搜寻以进行识别的目的物选择的。在一个特定的实施例中，范围之一覆盖了第一种特定类型的爆炸物(在这里称为“类型A”)；另一个包括除类型A之外的所有固体块状爆炸物。因为爆炸物类型和在该两种密度范围内的错误报警是不同的，可以使用具有不同剥蚀和扩大的个别探测途径以优化每种密度范围的实施。

在一个实施例中，用于给定密度范围的探测方法具有以下步骤：

1．进行至少一次剥蚀移走表面体素；

2．利用CCL将图像分隔为单个的目的物；

3．利用扩大操作器将表面体素复原到目的物上；

4．计算目的物特性；

5．使用质量阈值区分爆炸物和无威胁目的物。

在将箱包图像分隔为多个目的物以后，计算出每个目的物的质量，平均密度，被剥蚀的质量，和被剥蚀的平均密度。使用依赖于密度的质量阈值区分有威胁的和无威胁的目的物。块状物探测方法将潜在的爆炸性目的物的数量，其特性及其在箱包特性中的坐标予以再现。

块状物探测方法的输入包括C(i,j,k)，一个箱包的3-DCT图像。输出包括如下：

N_h，被探测的目的物的数量；

L_b(i,j,k)，标记图像，大小和C(i,j,k)相同；

(x^min _n,y^min _n,z^min _n),(x^max _n,y^max _n,z^max _n)，每个目的物的边界方块的坐标；

V_n，每个目的物中的体素数；

M_n，每个目的物的质量；

V^c _n，每个目的物中被剥蚀的体素数；和

M^c _n，每个目的物被剥蚀的质量。

方法所使用的参数包括：

(ρ^p _min,ρ^p _max)，类型A爆炸物的密度范围；

(ρ^pe _min,ρ^pe _max)，类型A爆炸物的剥蚀密度范围；

(ρ^h _min,ρ^h _max)，块状爆炸物的密度范围；

(ρ^be _min,ρ^be _max)，块状爆炸物的剥蚀密度范围；

(ρ^bd _min,ρ^bd _max)，块状爆炸物的扩大密度范围；

(ρ^bm _min,ρ^bm _max)，汇合的块状爆炸性目的物的密度范围；

Δ_m，汇合的块状爆炸物中最大剥蚀密度差；

e_p，在类型A密度范围内的剥蚀数；

e_b，在块状物密度范围内的剥蚀数；

n_p，保持为类型A体素所需的类型A密度范围内相邻体素的最小数量；

n_h，保持为块状体素所需的块状剥蚀密度范围内相邻体素的最小数量；

Δ_h，在CCL中连通体素的最大密度差；

c_h,CCL的连通性类型；

ρ_l，在块状爆炸物低密度和高密度之间的密度阈值；

m_p，含有类型A爆炸物的圆柱形目的物的质量阈值；

m_l，低密度块状爆炸物的质量阈值；

m_h，高密度块状爆炸物的质量阈值；

V_min，在图像分隔步骤以后保持为一个目的物所需的最小体素数；和

c_v，体素体积。

图9为一示意的流程图，说明本发明的块状目的物探测方法的一个实施例的逻辑流程。处理步骤330和332接受箱包图像体素。图9所示的实施例中，预处理步骤包括单独平行进行的目的物剥蚀。特别是，在步骤330中执行预处理类型A的材料和在步骤332中执行预处理块状物。应该理解，在单独平行的步骤中不须实施这些预处理步骤。

剥蚀操作器在步骤330中在类型A剥蚀密度范围(ρ^pe _min,ρ^pe _max)内对原始CT图像逐个图像地进行e_p次循环，和/或在步骤332中在块状物剥蚀密度范围(ρ^be _min,ρ^be _max)内进行e_b次循环。第一次迭代为原始CT图像，即，C⁰(i,j,k)=C(i,j,k)。进一步的迭代是对每个体素施加剥蚀操作器完成的。对每个体素(i,j,k)剥蚀操作器执行了如下的步骤：

1．检查体素是否属于一个感兴趣的剥蚀密度范围，如果不是，将其CT值设定为零并进入下一个体素：

2．检查当前体素(i,j,k)的3×3×3邻域。计数CT值Cⁿ(i’,j’,k’)与当前体素(类型A或块状物)在相同密度范围的体素(i’,j’,k’)的数量N。

3．如果计数低于阈值，无论n_p或n_b，设定C^n-1(i,j,k)为零，否则保留当前体素。对于块状物和类型A的物质阈值不同。标准形态学的剥蚀仅在体素邻域符合某种型式的面层(mask)时才保留一个体素。通常，仅保留所有27个相邻体素保持在感兴趣的范围内的体素。描述标准剥蚀的有，例如，Serra,J.，图像分析和数学形态学，Academic Press,London,1982。应该指出，本发明的形态学CCL中使用的剥蚀操作器可以是上述的表决或计数操作器。其它剥蚀操作器，如Serra所描述的一种，也可以使用。

在本发明的方法中，剥蚀操作的目的是要分隔彼此很靠近的目的物，靠近的结果，在标准CCL中可能被汇合在一起。在本发明中，目的物的外表面被剥蚀了。另一方面，某些目的物具有内孔(如在一个圆柱形棒状目的物中的圆柱形轴向空洞)或由于图像中的杂波或赝象体素落在感兴趣的密度范围之外。剥蚀这些内表面可能将目的物分成几部分，或在具有轴向空洞的薄目的物的情况下可能将整个目的物消除。

目的物的外表面通常是外凸的，而内部空洞的表明往往是内凹的。因此，在外表上3×3×3的邻域中的体素所具有的目的物体素可能比内表面上的为少。用于计数的阈值可有选择地为仅只剥蚀目的物的外表面而目的物的内表面。

两个预处理步骤330和332的结果在可选择的合并步骤334中被合并。在所示的实施例中，在所示的使用分开的途径进行预处理的实施例中，每个预处理步骤330和332由原始的箱包图像数据生成唯一的一个预处理过的数据集合。在合并步骤334中，轴向单个的数据集合被合并成一个单一的处理数据集合。

在分隔步骤中335，可使用CCL对被剥蚀的CT图像数据中的目的物进行识别和标记。在相同密度范围内的相邻体素，无论是块状物(ρ^b _min,ρ^b _max)还是类型A的(ρ^p _min,ρ^p _max)，被联结并赋予目的物的标记。相邻体素定义为“面”，“边”，或“角点”邻近体素的联合，由CCL连通性参数c_b确定。

CCL方法的单独运行可以在两个密度范围内寻找目的物，只要其间的间隔大于在CCL中联结体素所需的最大的密度差，ρ^b _min-ρ^p _min＞Δ_h。只使用一个单一的CCL将体素与多个密度范围进行比较和对每个密度范围使用一个个别的CCL要更为有效和省时，因为CCL通常要使用大量的处理资源。如果阈值差Δ_b选择得较密度范围之间的间隔为小，于是将一个属于密度范围之一的一种物质的体素认为属于另一范围而遗漏未进行标记的机会被消除了，因而容许该方法在多个密度范围内同时进行。应该理解该方法可扩展用于由间隔分隔成任意个数的密度范围，无论如何间隔要和阈值Δ_b一样大。

标记图像已经形成，其中每个体素(i,j,k)被赋予一个值其中N_b为在箱包图像中发现的目的物总数。在CCL的重新标记通道计算出每个目的物n的剥蚀的体素数V^e _n，和剥蚀质量M^e _n。

在删除步骤336中，只含有很少体素(V^e _n＜V_min)的目的物被抛弃，标记图像中相应的体素L_b(i,j,k)设置为零。目的物总数N_b减少了，留下的目的物另一连续的标记重新计数，标记图像用新的目的物标记进行修正。

随后可进行类型A的扩大步骤338和/或块状物扩大步骤340。和前面预处理剥蚀步骤330和332一样，扩大步骤338和340可以单独沿平行途径进行。另外，一层体素添加在剩下的目的物上以恢复在剥蚀中丢失的质量和体积。对于每个标记的体素(l=L_b(i,j,k)＞0)，包含有当前体素的标记为l的目的物的剥蚀密度由下式给出： $D_1=\frac{M_1^e}{c_v{V}_1^e}-----\left(14\right)$ 其中M^e _l和V^e _l是在CCL中算出的。该密度用来确定该体素是否为一个块状爆炸物或一个类型A的爆炸物的一部分。检查当前体素(i,j,k)的3×3×3邻域中所有未标记的体素(L_b(i’,j’,k’)=0)的CT密度C(i’,j’,k’)。如果密度在相应于当前目的物的爆炸物类别(块状物或类型A)的扩大密度范围之内，即

则体素(i’,j’,k’)被赋予和体素(i,j,k)相同的标记，

L_b(i’,j’,k’)=l，    (16)而体素总数，V₁，和总质量M₁增加了。在类型A的密度范围可循环地进行e_b次扩大而在块状物密度范围可循环地进行e_b次扩大。

随后可在扩大的数据上进行第二个合并步骤342。在所示的实施例中，对类型A和块状物使用了分开的途径，每个扩大步骤338和340由被剥蚀，分隔和删除的箱包图像数据中生成一个唯一的扩大数据集合。在合并步骤342中，这些单个的数据集合合并成一个单一的扩大数据集合。

随后可进行局部体积校正步骤344。每个目的物的质量因将量测的体素CT密度叠加以目的物平均密度的扩大而加大了。 $M_n={M^e}_n+M\frac{V_n-V_n^e}{V_n}-----\left(17\right)$ 下面对局部体积校正344进行详细叙述。

然后可进行目的物汇合步骤346。如果目的物n和m的边界方块相重叠且其剥蚀密度相靠近，即

｜Dn-Dm｜≤Δm,    (18)于是目的物汇合成一个新的单一目的物，其质量M=M_n+M_m和体素数为V=V_n+V_m。标记图像L_b(i,j,k)被修正使汇合的目的物具有相同标记。下面将详述在分析棒状目的物的探测中使用该汇合步骤。

于是可实施区分步骤308。对于每个体素n,1≤n≤N_b，根据目的物的质量和剥蚀密度确定该目的物是否为潜在的威胁物：

该依赖于密度的质量阈值下面将予详述。

本发明中使用的连通分量标记(CCL)法是用于在3D图像中探测带有在预定感兴趣的范围之内的密度值的目的物。CCL是用于确定一个体素是否属于特定的目的物的方法。一个目的物定义为一个拓扑学连通(由参数c确定的“面”，“边”，和“角点”连通性的合并)的体素集合，其中体素具有感兴趣的范围由ρ_l到ρ_h之内的CT密度值和相邻体素之间的体素值之差在一个Δ值之内。

3D图像用数组C(i,j,k)表示。脚标0≤k＜K为切片数(沿Z轴的脚标)，其中K值取决于箱包的长度。脚标0≤j＜J为行数(沿Y轴的脚标)，其中，在一个实施例中，J=117或158取决于箱包的形状(长方形或正方形)。脚标0≤i＜I为列数(沿X轴的脚标)，其中，在一个实施例中，i=214或158取决于箱包的形状(长方形或正方形)。

使用一个和C(i,j,k)同样大小的数组L(i,j,k)标记作为背景情况的体素(用L(i,j,k)=0标记)或属于一个序数n＞0的目的物的体素(用L(i,j,k)=n标记)。标记等值数组，l(Ⅰ)，在CCL算法中用以赋予每个目的物一个唯一的标记。该数组须赋以初值l(Ⅰ)=I,0≤I≤L_max，其中L_max取决于在箱包中可能发现的单个目的物的最大数量。

在3D CCL方法中使用了关于与当前体素(i,j,k)相连的相邻体素(i_n,j_n,k_n)(｜I-i_n｜≤1,｜j-j_n｜≤1,｜k-k_n｜≤1)的三个不同的拓扑学定义：

1．体素(i,j,k)和(i_n,j_n,k_n)共有一个公共面，｜I-i_n｜+｜j-j_n｜+｜k-k_n｜=1。

2．体素(i,j,k)和(i_n,j_n,k_n)共有一个公共边，｜I-i_n｜+｜j-j_n｜+｜k-k_n｜=2。

3．体素(i,j,k)和(i_n,j_n,k_n)共有一个公共角点，｜I-i_n｜+｜j-j_n｜+｜k-k_n｜=3。这些连通性类型的合成可以为CCL方法确定一个输入参数。应该指出在当前体素(i,j,k)位于箱包图像表面时(或是I,j，或k等于0或是等于其相应的最大值)，不是所有相邻体素都可能存在的。

图10为描述本发明的CCL方法一个实施例的伪代码。CCL方法的第一步为对整个图像数据的光栅扫描。它赋予体素以预先的标记。如果当前体素在感兴趣的密度范围之内，就对其相邻体素进行试验。如果相邻体素值在当前体素值的Δ范围之内，则这两个体素为同一目的物的一部分。由于第一通道是顺序实施的，对于同一目的物的不同部分可能赋予不同的标记数。在遇到汇合点时，将标记的等值记入数组l(Ⅰ)。采用可能的最低等值标记以防止循环引用。

该方法的第二步为分析数组l(Ⅰ)中所有的标记相等的值，计数单个目的物的数量N_b和赋予每个标记以在范围由l到N_b的一个相等的值。第三步为用相等的标记值重新标记体素，对所有的(i,j,k),L(i,j,k)=l(L(i,j,k))。在该通道的过程中，对每个目的物所必须的信息进行累加，如边界方块脚标和目的物的总质量。

局部体积校正或目的物质量的增强的问题在于被扫描的目的物表面体素密度的降低。给定体素的CT值表示该体素内目的物的平均值。其结果，目的物密度的精确度量只有在体素完全地包含在目的物内才能得到。另一方面，如果目的物只是部分地充满体素其密度将基于体素被充满的部分而降低。图11表示在一个被扫描的目的物351上的局部体积效应。在图11中，无阴影体素(正方形)受到局部体积效应的影响。本发明的局部体积校正是基于用被扫描目的物的平均CT密度或其剥蚀CT密度的均值代替被扫描目的物表面体素的CT值。

由于局部体积效应，被扫描目的物的实际密度和质量大于其计量值。差值依赖于目的物的形状，特别是，依赖于被扫描目的物的表面-对-体积之比。一个表面-对-体积之比大的目的物如片状物或小直径的圆柱，将比小表面-对-体积之比的目的物如块状物或大直径圆柱受到更多的影响。被扫描的目的物计量的CT密度定义为其所有体素的平均密度； $\stackrel{-}{\mathrm{\ρ}}=\frac{\underset{v\∈O}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_v}{N}------\left(20\right)$ 其中ρ_v为目的物第v个体素的CT密度，O为被扫描的目的物，和V为由CCL所发现的被扫描的目的物体素的数量。于是目的物的质量为： $\stackrel{-}{M}=\mathrm{NC}\sqrt{\mathrm{\ρ}}=\underset{V\∈O}{\mathrm{\Σ}}C{V}_{\mathrm{\ρv}}-----\left(21\right)$ 其中V为体素的体积C为质量转换常数。

目的物的体素可分为表面和中心体素。表面体素是那些具有小于26个属于扫描目的物的相邻体素的体素。一种更为精确密度计量可仅只利用扫描目的物的中心体素进行计算。新的密度为剥蚀密度 ${\stackrel{-}{\mathrm{\ρ}}}_e=\frac{\underset{v\∈C_o}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_v}{N_e}------\left(22\right)$ 其中C₀为扫描目的物的中心，N_e为扫描目的物被剥蚀后的体素的数量。N_s，表面体素的数量，由N-N_e给出。命S₀为表面体素集合，质量可写出如下： $\stackrel{-}{M}=\underset{v\∈C_0}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CV}{\mathrm{\ρ}}_v+\underset{v\∈S_0}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CV}{\mathrm{\ρ}}_v------\left(23\right)$

局部体积效应导致的质量减少的大小可由方程式23右侧第二项确定，因为ρ_v对目的物表面影响最大。进行校正的一种途径为用平均密度或剥蚀密度代替方程23右手侧第二项中的ρ_v。由以下方程中的一个可计算出校正的密度： $\hat{M}=\underset{v\∈C_0}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CV}{\mathrm{\ρ}}_v+N_{s}C\sqrt{\mathrm{\ρ}}------\left(24\right)$ $\hat{M}=\underset{v\∈C_o}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{CV}{\mathrm{\ρ}}_v+N_{s}C\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_e}------\left(25\right)$

可以选择剥蚀的或平均的密度代替表面体素的CT值。无论如何，最好的替代可基于一种控制的试验来确定。利用两种密度，扫描目的物的校正质量可与其真实的质量相比较，选择产生最小误差的密度。也可使用一种重复的方法计算剥蚀和平均密度的组合，可生成较少依赖目的物形状或大小的质量校正。

现在将对以上结合图9所述的汇合方法346进行详细叙述。为避免混合扫描箱包中不同的目的物，可在CCL方法之前进行剥蚀步骤。其结果，物理地分开的目的物被赋予不同的标记。无论如何，某些爆炸性装置，如某些棒状爆炸性目的物，可由一些爆炸性目的物捆绑在一起而形成。使用剥蚀可使每个目的物被单独分析，于是使质量阈值准则失效和降低整个的探测速度。这些目的物中的每一个满足密度准则，无论如何，其质量低于阈值的数值。在本发明中，可实施基于分隔目的物的剥蚀密度的汇合方法使目的物复原。

资料表明CCL方法所发现的这些目的物具有差不多相同的剥蚀密度。另外，其边界方块位于相同的XYZ区域。在一个实施例中，该信息导致这些目的物一定曾是同一个单独目的物的组成部分的结论。

在一个实施例中，汇合方法仅只处理在使质量阈值准则失效的某些密度范围内的目的物。其结果，对每个这样的目的物实施了如下的步骤：

1．寻找具有相同密度的目的物，即

( ρ_e)ⁿ=( ρ_e)^m+Δ_m．

2．如果发现了密度相等的情况，计算如下的接近度计量标准中的一个：

(ⅰ．)边界方块的邻近性。

(ⅱ．)边界方块中心之间的距离；可以计算在XYZ空间，XY平面，XZ平面，YZ平面内的距离。

3．如果目的物通过了邻近性准则，即，如果距离小于阈值的值，将两个目的物汇合成一个。

4．重复进行直到汇合不再可能。应该指出，可使用其它准则如目的物的位置，形状和/或大小决定目的物是否应汇合在一起。

通常，在本发明的爆炸物探测方法中第一步为在给定的密度范围内探测目的物。该密度范围覆盖了可能或可以在皮箱中发现的目的物中的大多数。第二步为按照附加的信息如质量消除这些目的物的大部分。例如，可能只有在爆炸物的质量超过某一质量阈值的情况下才会被认为是有威胁的。

可以使用质量阈值以获得降低错误报警比率的效果。一个高的质量阈值可产生低的错误报警比率和低的探测比率。另一方面，在一个实施例中，不同密度的目的物面对不同的阈值质量。于是质量阈值可描述为：

根据本发明，认为不同的密度范围对应于不同的错误报警比率。其结果，可采用根据一个密度范围选择一个质量阈值以调整在该特定的密度范围内的错误报警比率，这将导致整个系统的错误报警比率的调整。例如，一个密度范围可能对应于一个相应的高错误报警比率。可为该密度范围选择一个相对高的质量阈值以减少在该范围的错误报警比率。结果，减少了整个系统的错误报警比率。

可以使用其它依赖密度的阈值质量。例如，密度空间可分为多于两个的不重叠的区域。另外，阶跃函数可代替以在两个密度区域之间的逐渐变化： $M_T\left(\mathrm{\ρ}\right)=M_T^1+\frac{M_T^2-M_T^1}{1+\exp \left\{\mathrm{\λ}(\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_T)\right\}}------\left(27\right)$ 其中M_T ¹和M_T ²为每个区域内的阈值质量，ρ_T为两个区域的边界，λ为过渡因数，它决定了两个阈值质量逐渐的过渡区域的宽度。过渡因子λ可由一组扫描皮箱自动地确定。图12质量阈值与密度示意的关系曲线，示意三个不同的依赖于密度的质量阈值。

在一个实施例中，对由片状物和块状物两种探测方法所作出的判定进行协调以求达到一个一致的判定。为此，由方法的两个部分所生成的两个标记图像被融合以获得一个单一的标记文件。判定-数据融合方法的输入包括：

N_s，探测到的片状爆炸物的总数；

L_s(i,j,k)，片状爆炸物标记图像；

N_b，探测到的控制爆炸物总数；和

L_h(i,j,k)，控制爆炸物标记图像。其输出包括：

N，探测到的爆炸物总数；和

L(i,j,k)，融合的标记图像。

在一个实施例中，判定-数据融合方法包括以下步骤：

1．检查探测到的片状爆炸物的数量N_s，和块状爆炸物的数量N_b。二者应该是非零的以便实施数据融合。否则，取带有非零爆炸物的标记图像。

2．如果N_s和N_b都是非零，融合标记图像。

应予指出的是，如果一个体素具有两个矛盾的标记，其中之一表示其为片状目的物的一部分，另一个将其标记为块状目的物，然后武断地为体素采用了块状目的物标记。同样，如果改变探测方法的输出说明，方法的数据融合部分被关闭，导致输出两个片状和块状目的物分开的标记图像。

在本发明的探测方法中可以加入一些变化和添加的内容。现对其作详细说明。

可以首先运行块状物探测并去掉由图像中探测到的目的物以减少处理时间。块状物探测较片状物探测省时。随后片状物探测仅在剩余的体素上工作，提高了整个探测处理的速度。即，在一个实施例中，探测是按阶段进行的使整个探测处理更为有效。可用本发明的方法识别的每一个物品，通常，只涉及唯一一组探测步骤。在本发明中，一种探测方法被用来消除因使用多种探测方法重复处理数据所导致的低效率。其中一个特定的探测过程用于一个数据组并用以分选该数据，该数据即在进一步的处理中被移走。

在探测到第一个爆炸物以后结束探测方法也能增加系统的通过量，因为如果发现了潜在的爆炸性目的物操作人员要检查箱包图像。

可对方法施加执行时间的限制。如果箱包大部分体积被密实目的物所充满将明显地增加探测方法的执行时间。这样一个箱包物品可声明其为可疑的而不必完成全部探测步骤继续前进由操作人员作进一步检查。

可使用通过扩展其表面平面以汇合被分开的目的物的方式改善片状物探测方法。如果它们位于靠近相对不透明的目的物如金属棒，片状爆炸物可能被探测为一些小片。如果不进行汇合，每一部分即被质量阈值消除。根据本发明汇合这些小片的一个途径，在每个小片上配置一个平面并确定两个平面的交线。如果交线靠近(在预定的限度内)两个小片，于是就认为二者是一个较大片状物的一部分，而质量为各小片总和质量。结果，汇合的目的物超过质量阈值并被标记为有威胁的目的物。

可能会遇到需要探测液体目的物的情况。如果确认液体目的物应被分选为无威胁的物品，于是最好能识别液体从而减少可能的报警次数。

许多箱包里带有盛装液体(香波，水，酒等等)。如果这些液体瓶触发了一个错误报警，可以使用本发明的液体探测方法对其进行区分从而减少错误报警次数。液体探测方法将液体瓶与固体目的物区分开。该探测利用了这样一个事实，即液体的表面是水平的，且表面上通常是空气。假定液体瓶没有完全充满。已知探测目的物的边界方块和体素，即可确定接近边界方块每个表面的体素数量并可算出上部表面计数在总计数中的百分比。如果一个体素被标记为目的物，即，液体瓶，的一部分，并还位于或靠近边界方块的表面，即可认为该体素接近边界方块的一个表面。如果百分比大于一个预定的阈值同时液体表面上体素的平均值接近空气值，目的物即为液体。

在一个实施例中，本发明通过首先建立一个环绕目的物的边界方块以确定目的物是否为盛装着的液体。沿着边界方块的高度，求出上表面体素数量的直方图和底面体素数量的直方图。在这里上表面体素定义为在沿边界方块中的一列体素由上往下移动时第一个被访问的目的物的体素。底面体素被定义为在沿边界方块中的一列体素由上往下移动时最后被访问的目的物的体素。上表面体素直方图的最高位置确定了沿边界方块高度的上表面的位置，而直方图中的最大计数确定了上表面体素的数量。同样地在底面直方图中，最高位置确定了底面的位置，而最大计数确定了底面体素的数量。算出边界方块的上表面体素数量和上表面面积之比。如果该比值超过一个预定的阈值，同时上表面体素数量和底面体素数量之比超过另一个预定的阈值，并且上表面以上体素的平均密度表明空气位于上表面之上，于是确认该目的物为盛装着的液体。在一个实施例中，因而得出目的物不具有威胁的结论

系统的全部运行，包括探测比率和错误报警比率，可以优化。多种爆炸物类型的总的探测比率依赖于它们的预先概率和探测的可能性。探测的可能性依赖于每一个这些爆炸物类型的个别的探测方法。探测方法可能在一种类型中做的很好而在另一种爆炸物类型中就不那么好。在一个实施例中，总的探测比率为单独的探测比率的平均值。系统的总的错误报警比率也依赖于单独的错误报警比率。在一个实施例中，系统总的错误报警比率为单独的错误报警比率的总和。例如，系统的单独的和总的探测比率和错误报警比率示于表1，表中所示为特定的一组三种单独标记物质类型的预定阈值和参数，为了说明，分别表示为类型1，类型2，和类型3。

根据本发明，认为三种物质类型单独的探测比率是相关的。即，例如，类型2的探测比率受到类型1物质的探测比率的影响。另外，在一个探测比率改变时，其相应的错误报警比率也会改变。

如果，例如，要求表1系统具有一组系统的技术规格，规格要求整个系统探测比率为P_D≥95％和整个系统的错误报警比率为P_FA≤10％，这样表1就不满足要求。根据本发明，可对一个或多个单独的探测比率进行调整使整个系统达到要求。这可以，例如，通过降低类型2和类型3物质的探测比率来完成。这种调整结果的一个实施例示于表2。应予指出，表1和表2中的数值只是为了说明并不反映实际系统的参数。

表1

物    品	探测比率PD(％)	错误报警比率PFA(％)
			类型1类型2类型3	95100100	51510
整个系统	98.33	30

表2

物    品	探测比率PD(％)	错误报警比率PFA(％)
			类型1类型2类型3	959298	523
整个系统	95	10

如所示，作为调整两个单独的探测比率的结果，现在系统已符合样本规格。应予指出，每个探测比率调整下来，其相应的错误报警比率也降低了。因此，给定总体和个别探测比率所要求的范围，整体的探测比率和/或错误报警比率可以通过调节个别的探测比率和错误报警比率得到优化。在一个实施例中，系统可调节为特定的探测比率和/或特定的错误报警比率。

应予指出的是一个单独的探测比率可能依赖于另外的个别探测比率。其结果，调整一个比率无意地改变了另一个比率。考虑到这一效应，可使用统计数据分析方法如模拟退火和遗传算法以确定调整个别比率所使用的参数，这些参数是为调节总体系统的特定要求所需要的。

在本发明中，探测比率可以使用一种或多种方法。例如，对实际的有威胁和无威胁物品进行的广泛分析可形成目的物密度和有威胁的质量阈值之间的关系。这容许使质量阈值适合特定的密度，并从而适合特定的有威胁的物品。在需要降低一个特定威胁物的探测比率，和从而降低错误报警比率时，对于特定威胁物的密度范围可使用一个较高的质量阈值。除此之外的或代替质量阈值调整的，可使用其它象这样调整决定性参数的方法。即，可调整这里所详述的其它参数以适应个别的探测和/或错误报警比率，并从而适应整个系统的探测和/或错误报警比率。同样，除这些决定性方法之外的或代替这些方法的，用于为实际的威胁物和无威胁物的统计方法如模拟退火和遗传算法可应用于调节一个或多个参数和/或阈值以调整探测和/或错误报警比率。

侦察数据可提供关于爆炸装置的可能的形状及其在箱包中可能位置的附加信息。通常装在被检查的行李中的无威胁物品的形状和位置的统计资料可以通过试验物品进行积累。该信息可用于方法的进行判定的阶段以进一步区分有威胁和无威胁目的物。例如，新的区分特性和/或方法的变更可能会引入涉及对易坏物品的区分。

在参照其优选实施例所展示和说明的本发明的同时，熟悉此项技术的人应该理解，可以作出各种在形式和细节上的改变而不脱离由下述权利要求所限定的本发明的精神和范围。例如，本发明适用于探测上面所公开的特定物质之外的爆炸物。还有，本发明适用于探测包括毒品和货币的其它目的物和物质。本发明可用于探测托运行李中的和装在行李里的和海运中的以及其它类型容器中的这些物品中的任何一种。

Claims (39)

1．一种探测一个片状目的物的方法，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相(CT)数据中，该方法包括：

识别CT数据中的一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

对每个体积单元，选择一些靠近该体积单元的相邻体积单元；

计算关于这些相邻体积单元密度值的平均密度；

计算关于这些体积单元的密度值和平均密度之差；

将算得的差值和预定的阈值差相比较；和

如果算得的差值超过预定的阈值差，将该体积单元标记为与一个片状目的物有关。

2．一种探测一个片状目的物的装置，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相(CT)数据中，该装置包括：

用于识别CT数据中的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于对每个体积单元选择一些靠近该体积单元的相邻体积单元的装置；

用于计算关于这些相邻体积单元密度值的平均密度的装置；

用于计算关于这些体积单元的密度值和平均密度之差的装置；

用于将算得的差值和预定的阈值差相比较的装置；和

用于将该体积单元标记为与一个片状目的物有关的装置，如果算得的差值超过预定的阈值差。

3．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以识别一个区域内的目的物，该系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于识别CT数据中的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于对每个体积单元选择一些靠近该体积单元的相邻体积单元的装置；

用于计算关于这些相邻体积单元密度值的平均密度的装置；

用于计算关于这些体积单元的密度值和平均密度之差的装置；

用于将算得的差值和预定的阈值差相比较的装置；和

用于将该体积单元标记为与一个片状目的物有关的装置，如果算得的差值超过预定的阈值差。

4．一种在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据中探测目的物的方法，该方法包括：

对该区域的CT数据执行目的物探测的第一种方法，探测涉及第一种目的物探测方法的第一类目的物；和

对该区域的CT数据执行目的物探测的第二种方法以探测第二类目的物，所说的第二种目的物探测方法涉及第二类目的物。

5．一种在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中探测目的物的装置，该装置包括：

用于对该区域的CT数据执行目的物探测的第一种方法以探测第一类目的物的装置，所说的第一种目的物探测方法涉及第一类目的物；和

用于对该区域的CT数据执行目的物探测的第二种方法以探测第二类目的物的装置，所说的第二种目的物探测方法涉及第二类目的物。

6．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域内探测目的物，该系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于对该区域的CT数据执行目的物探测的第一种方法以探测第一类目的物的装置，所说的第一种目的物探测方法涉及第一类目的物；和

用于对该区域的CT数据执行目的物探测的第二种方法以探测第二类目的物的装置，所说的第二种目的物探测方法涉及第二类目的物。

7．一种调节一个系统的操作的方法，该系统用于在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中分选目的物，所说的方法包括：

确定(a)涉及系统探测第一类目的物的可能性的第一探测比率，(b)涉及系统探测第二类目的物的可能性的第二探测比率，和(c)一个整个系统的探测比率，该比率涉及第一和第二探测比率的组合；和

调节第一和第二探测比率中的至少一个以调整整个系统的探测比率。

8．一种调节一个系统的操作的方法，该系统用于在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中分选目的物，所说的方法包括：

确定(a)涉及系统错误地探测第一类目的物的可能性的第一错误报警比率，(b)涉及系统错误地探测第二类目的物的可能性的第二错误报警比率，和(c)一个整个系统的错误报警比率，该比率涉及第一和第二错误报警比率的组合；和

调节第一和第二错误报警比率中的至少一个以调整整个系统的错误报警比率。

9．一种调节一个系统的操作的装置，该系统用于在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中分选目的物，所说的装置包括：

用于确定涉及系统探测第一类目的物的可能性的第一探测比率的装置；

用于确定涉及系统探测第二类目的物的可能性的第二探测比率的装置；

用于确定一个整个系统的探测比率的装置，该比率涉及第一和第二探测比率的组合；和

用于调节第一和第二探测比率中的至少一个以调整整个系统的探测比率的装置。

10．一种调节一个系统的操作的装置，该系统用于在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中分选目的物，所说的装置包括：

用于确定涉及系统错误地探测第一类目的物的可能性的第一错误报警比率的装置；

用于确定涉及系统错误地探测第二类目的物的可能性的第二错误报警比率的装置；

用于确定一个整个系统的错误报警比率的装置，该比率涉及第一和第二错误报警比率的组合；和

用于调节第一和第二错误报警比率中的至少一个以调整整个系统的错误报警比率的装置。

11．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域内探测目的物，该系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于确定涉及该CT扫描系统在该区域的CT数据中探测第一类目的物的可能性的第一探测比率的装置；

用于确定涉及该CT扫描系统在该区域的CT数据中探测第二类目的物的可能性的第二探测比率的装置；

用于确定一个整个系统的探测比率的装置，该比率涉及第一和第二探测比率的组合；和

用于调节第一和第二探测比率中的至少一个以调整整个系统的探测比率的装置。

12．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域内探测目的物，该系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于确定涉及该CT扫描系统在该区域的CT数据中错误地探测第一类目的物的可能性的第一错误报警比率的装置；

用于确定涉及该CT扫描系统在该区域的CT数据中错误地探测第二类目的物的可能性的第二错误报警比率的装置；

用于确定一个整个系统的错误报警比率的装置，该比率涉及第一和第二错误报警比率的组合；和

用于调节第一和第二错误报警比率中的至少一个以调整整个系统的错误报警比率的装置。

13．一种探测液体的方法，该液体显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中，该方法包括：

在CT数据中识别一些涉及一个目的物的体积单元，每个体积单元与一个密度值有关；

确定一个包围该目的物的子区域，所说的子区域确定了一些子区域表面；

识别子区域表面的目的物的表面体积单元；

识别子区域的上表面；和

如果在靠近子区域上表面的表面体积单元的数量超过表面体积单元总数的一个预定的阈值部分，则标记该目的物为含有液体的。

14．一种探测一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据中的液体的装置，该装置包括：

用于在CT数据中识别一些涉及一个目的物的体积单元的装置，每个体积单元与一个密度值有关；

用于确定一个包围该目的物的子区域的装置，所说的子区域确定了一些子区域表面；

用于识别位于子区域表面的目的物表面体积单元的装置；

用于识别子区域的上表面的装置；和

用于标记该目的物为含有液体的装置，如果在靠近子区域上表面的表面体积单元的数量超过表面体积单元总数的一个预定的阈值部分。

15．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域中识别目的物，该系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于在CT数据中识别一些涉及一个目的物的体积单元的装置，每个体积单元与一个密度值有关；

用于确定一个包围该目的物的子区域的装置，所说的子区域确定了一些子区域表面；

用于识别位于子区域表面的目的物表面体积单元的装置；

用于识别子区域的上表面的装置；和

用于标记该目的物为含有液体的装置，如果在靠近子区域上表面的表面体积单元的数量超过表面体积单元总数的一个预定的阈值部分。

16．一种识别一个目的物的方法，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相(CT)数据中，该方法包括：

识别CT数据中该区域的一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

识别一个第一密度范围和一个第二密度范围；

对这些体积单元的每一个，将该体积单元的密度值和密度范围中的至少一个进行比较；和

如果体积单元的密度值在密度范围中的一个之内，将该体积单元标记为与感兴趣的一个目的物有关。

17．一种识别一个目的物的装置，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相(CT)数据中，该装置包括：

用于识别CT数据中该区域的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于识别一个第一密度范围和一个第二密度范围的装置；

用于将该体积单元的密度值和密度范围中的至少一个进行比较的装置；和

用于将该体积单元标记为与感兴趣的一个目的物有关的装置，如果体积单元的密度值在密度范围中的一个之内。

18．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以处理一个区域的CT数据，系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于识别CT数据中该区域的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于识别一个第一密度范围和一个第二密度范围的装置；

用于将该体积单元的密度值和密度范围中的至少一个进行比较的装置；和

用于将该体积单元标记为与感兴趣的一个目的物有关的装置，如果体积单元的密度值在密度范围中的一个之内。

19．一种处理一个区域中一个目的物的计算机层析X射线照相(CT)数据的方法，该方法包括：

识别涉及该目的物的一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

对于每一个感兴趣的体积单元，(ⅰ)识别该区域的一些相邻体积单元，(ⅱ)将关于每个相邻体积单元的密度值和一个预定的目的物密度范围相比较，(ⅲ)计数密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量，(ⅳ)将密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量和一个预定的阈值相比较，和(ⅴ)如果密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量没有超过预定的阈值，将该体积单元由目的物中移走。

20．一种处理一个区域中一个目的物的计算机层析X射线照相(CT)数据的装置，装置包括：

用于在CT数据中识别涉及该目的物的一些体积单元的装置，每个图像体积单元涉及一个密度值；

用于对于每一个感兴趣的体积单元识别该区域的一些相邻体积单元的装置；

用于将关于每个相邻体积单元的密度值和一个预定的目的物密度范围相比较的装置；

用于计数密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量的装置；

用于将密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量和一个预定的阈值相比较的装置；和

用于将该体积单元由目的物中移走的装置，如果密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量没有超过预定的阈值。

21．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以处理一个区域的CT数据，该系统包括：

用于在该区域中采集一个目的物CT数据的装置；

用于在CT数据中识别涉及该目的物的一些体积单元的装置，每个图像体积单元涉及一个密度值；

用于对于每一个感兴趣的体积单元识别该区域的一些相邻体积单元的装置；

用于将关于每个相邻体积单元的密度值和一个预定的目的物密度范围相比较的装置；

用于计数密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量的装置；

用于将密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量和一个预定的阈值相比较的装置；和

用于将该体积单元由目的物中移走的装置，如果密度值在预定的目的物密度范围之内的相邻体积单元的数量没有超过预定的阈值。

22．一种探测一个片状目的物的方法，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中，该方法包括：

在CT数据中识别一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

进行预定的N次剥蚀步骤，其间由该区域的CT数据中移走一些体积单元，所说的剥蚀步骤生成剥蚀CT数据；

在剥蚀CT数据中识别被剥蚀的目的物；

由该CT数据中移走该剥蚀的目的物的体积单元；和

在将被剥蚀的目的物作为片状目的物移走之后标记CT数据中的一个目的物。

23．一种探测一个片状目的物的装置，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中，装置包括：

用于在CT数据中识别一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于进行预定的N次剥蚀步骤的装置，在剥蚀的过程中由该区域的CT数据中移走一些体积单元，所说的剥蚀步骤生成剥蚀CT数据；

用于在剥蚀CT数据中识别被剥蚀的目的物的装置；

用于由该CT数据中移走该剥蚀的目的物的体积单元的装置；和

用于在将被剥蚀的目的物作为片状目的物移走之后标记CT数据中的一个目的物的装置。

24．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以处理一个区域的CT数据，该系统包括：

用于采集该区域CT数据的装置；

用于在CT数据中识别一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于进行预定的N次剥蚀步骤的装置，在剥蚀的过程中由该区域的CT数据中移走一些体积单元，所说的剥蚀步骤生成剥蚀CT数据；

用于在剥蚀CT数据中识别被剥蚀的目的物的装置；

用于由该CT数据中移走该剥蚀的目的物的体积单元的装置；和

用于在将被剥蚀的目的物作为片状目的物移走之后标记CT数据中的一个目的物的装置。

25．一种处理计算机层析X射线照相术(CT)数据的方法，数据中显示有在一个区域中的一个目的物，方法包括：

在CT数据中识别涉及该目的物的一些体积单元，每个体积单元具有一个密度值；

识别该目的物的表面体积单元，所说的目的物的表面体积单元位于该目的物的一个表面上；

计算目的物的平均密度，所说的平均密度为涉及该目的物体积单元密度值的平均值；和

将表面体积单元的密度值调整为一个调节的密度值，所说的调节的密度值是建立在一个平均密度函数基础上的。

26．一种在一个区域中处理一个目的物的计算机层析X射线照相术(CT)数据的装置，该装置包括：

用于在CT数据中识别涉及该目的物的一些体积单元的装置，每个体积单元具有一个密度值；

用于识别该目的物的表面体积单元的装置，所说的目的物的表面体积单元位于该目的物的一个表面上；

用于计算目的物的平均密度的装置，所说的平均密度为涉及该目的物体积单元密度值的平均值；和

用于将表面体积单元的密度值调整为一个调节的密度值，所说的调节的密度值是建立在一个平均密度函数基础上的。

27．一种计算机层析X射线照相术(CT)系统，用以处理在一个区域中显示有一个目的物的CT数据，系统包括：

用于采集该目的物CT数据的装置；

用于在CT数据中识别涉及该目的物的一些体积单元的装置，每个体积单元具有一个密度值；

用于识别该目的物的表面体积单元的装置，所说的目的物的表面体积单元位于该目的物的一个表面上；

用于计算目的物的平均密度的装置，所说的平均密度为涉及该目的物体积单元密度值的平均值；和

用于将表面体积单元的密度值调整为一个调节的密度值，所说的调节的密度值是建立在一个平均密度函数基础上的。

28．一种在一个区域中处理一个目的物的计算机层析X射线照相术(CT)数据的方法，方法包括：

在CT数据中识别涉及一些目的物的一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

计算(a)第一目的物和第二目的物之间的距离，(b)关于第一目的物的第一密度和关于第二目的物的第二密度，(c)第一密度和第二密度之间的差值；和

将第一目的物和第二目的物合成为一个单个的合成目的物，如果第一密度和第二密度之间的差值低于一个预定的密度差值的阈值和第一目的物和第二目的物之间的距离低于一个预定的距离阈值。

29．一种在一个区域中处理一个目的物的计算机层析X射线照相术(CT)数据的装置，装置包括：

用于在CT数据中识别涉及一些目的物的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于计算第一目的物和第二目的物之间距离的装置；

用于计算关于第一目的物的第一密度和关于第二目的物的第二密度的装置；

用于计算第一密度和第二密度之间的差值的装置；和

用于将第一目的物和第二目的物合成为一个单个目的物的装置，如果第一密度和第二密度之间的差值低于一个预定的密度差值的阈值和第一目的物和第二目的物之间的距离低于一个预定的距离阈值。

30．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域内识别一个目的物，系统包括：

用于采集该目的物CT数据的装置；

用于在CT数据中识别涉及一些目的物的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于计算第一目的物和第二目的物之间距离的装置；

用于计算关于第一目的物的第一密度和关于第二目的物的第二密度的装置；

用于计算第一密度和第二密度之间的差值的装置；和

用于将第一目的物和第二目的物合成为一个单个目的物的装置，如果第一密度和第二密度之间的差值低于一个预定的密度差值的阈值和第一目的物和第二目的物之间的距离低于一个预定的距离阈值。

31．一种分选一个目的物的方法，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)的数据中，方法包括：

计算该目的物的质量和密度；

将目的物的密度与一个预定的密度范围和将目的物的质量与一个预定的质量范围相比较，所说的预定的质量范围与预定的密度范围有关；

如果目的物的密度在预定的密度范围之内和目的物的质量在预定的质量范围之内，将该目的物分选为属于一个预定类别的目的物。

32．一种在一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据中分选目的物的装置包括：

用于计算该目的物质量的装置；

用于计算该目的物密度的装置；

用于生成一个预定的密度范围的装置；

用于生成一个预定的质量范围的装置，所说的预定的质量范围涉及预定的密度范围；

用于将该目的物的密度与预定的密度范围相比较的装置；

用于将该目的物的质量与预定的质量范围相比较的装置；和

用于将该目的物分选为属于一个预定目的物类别的装置，如果该目的物的密度在预定的密度范围之内和该目的物的质量在预定的质量范围之内。

33．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以分选一个区域内的目的物，系统包括：

用于在该区域中采集CT数据的装置；

用于由该CT数据计算该目的物质量的装置；

用于由该CT数据计算该目的物密度的装置；

用于生成一个预定的密度范围的装置；

用于生成一个预定的质量范围的装置，所说的预定的质量范围涉及预定的密度范围；

用于将该目的物的密度与预定的密度范围相比较的装置；

用于将该目的物的质量与预定的质量范围相比较的装置；和

用于将该目的物分选为属于一个预定目的物类别的装置，如果该目的物的密度在预定的密度范围之内和该目的物的质量在预定的质量范围之内。

34．一种探测目的物的方法，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据内，方法包括：

识别该区域CT数据内的一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

对该区域的CT数据执行一个片状目的物探测方法以识别体积单元是否涉及该区域CT数据所表示的任何片状目的物；和

在执行片状目的物探测方法以后，将该区域CT数据的体积单元联结成目的物。

35．一种探测目的物的装置，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据内，装置包括：

用于识别该区域CT数据内的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于对该区域的CT数据执行一个片状目的物探测方法的装置，以识别体积单元是否涉及该区域CT数据所表示的任何片状目的物；和

用于在执行片状目的物探测方法以后，将该区域CT数据的体积单元联结成目的物的装置。

36．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域内探测目的物，系统包括：

用于采集该区域的CT数据的装置；

用于识别该区域CT数据内的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于对该区域的CT数据执行一个片状目的物探测方法的装置，以识别体积单元是否涉及该区域CT数据所表示的任何片状目的物；和

用于在执行片状目的物探测方法以后，将该区域CT数据的体积单元联结成目的物的装置。

37．一种探测目的物的方法，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据内，方法包括：

识别CT数据内的一些体积单元，每个体积单元涉及一个密度值；

分析CT数据以识别CT数据所表示的目的物表面的表面体积单元；

由CT数据移走表面体积单元使CT数据所表示的相互靠近的多个目的物彼此分隔开；

将CT数据中的体积单元汇合成多个分开的目的物；

将表面体积单元反回添加在目的物上将目的物恢复为其原始的大小。

38．一种探测目的物的装置，该目的物显示于一个区域的计算机层析X射线照相术(CT)数据内，装置包括：

用于识别CT数据内的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于分析CT数据以识别CT数据所表示的目的物的表面的表面体积单元的装置；

用于由CT数据移走表面体积单元的装置，使CT数据所表示的相互靠近的多个目的物彼此分隔开；

用于将CT数据中的体积单元汇合成多个分开的目的物的装置；和

用于将表面体积单元反回添加在目的物上的装置，将目的物恢复为其原始的大小。

39．一种计算机层析X射线照相术(CT)扫描系统，用以在一个区域内识别目的物，系统包括：

用于采集表示该区域的CT数据的装置；

用于识别CT数据中的一些体积单元的装置，每个体积单元涉及一个密度值；

用于分析CT数据以识别CT数据所表示的目的表面的物的表面体积单元的装置；

用于由CT数据移走表面体积单元的装置，使CT数据所表示的相互靠近的多个目的物彼此分隔开；

用于将CT数据中的体积单元汇合成多个分开的目的物的装置；和

用于将表面体积单元反回添加在目的物上的装置，将目的物恢复为其原始的大小。

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