DE102004022427A1

DE102004022427A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Gepäckstücks

Info

Publication number: DE102004022427A1
Application number: DE102004022427A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Schmiegel
Original assignee: Yxlon International Security GmbH
Current assignee: Smiths Detection Inc
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: DE102004022427B4

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren vor, bei dem eine Bestimmung der relativen Lage des Gepäckstücks 6 in den beiden Röntgenbildern 2, 5 zueinander erfolgt, die dabei erhaltene Information aus den beiden verschiedenen Gepäckprüfanlagen 1, 4 an eine stereoskopische Bildverarbeitung übergeben wird und mittels Informationen über die Geometrien der beiden Gepäckprüfanlagen 1, 4 eine Rekonstruktion des Gepäckstücks 6 vorgenommen wird und diese Daten an ein Ausgabe- oder Weiterbearbeitungsgerät übergeben werden.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Überprüfung eines Gepäckstücks mittels Röntgenstrahlen unter Verwendung zweier Röntgenbilder, die in unterschiedlichen Gepäckprüfanlagen aufgenommen wurde.

Die bekannten Gepäckprüfanlagen, bei denen eine mehrschrittige Überprüfung stattfindet, vernachlässigen das Wissen und die Prüfanalysen der vorhergegangenen Gepäckprüfung. Regelmäßig wird in einem ersten Schritt eine erste Analyse vorgenommen. Ergeben sich in einem bestimmten Gepäckstück Verdachtsregionen, so wird dieses Gepäckstück einer weiteren Analyse in einer zweiten Gepäckprüfanlage einer feineren Untersuchung unterzogen. Dabei werden jedoch die in der ersten Prüfanlage gewonnenen Erkenntisse über die Verdachtsregionen vernachlässigt und das gesamte Gepäckstück muss noch einmal der Feinanalyse unterzogen werden, was zeitintensiv ist. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen eine Analyse aus verschiedenen Arbeitsschritten in einem kontrollierten, lokal begrenzten Bereich stattfindet. In solchen Merhschrittsystemen und Mehrkammersystemen unterliegt das zu untersuchende Gepäckstück allerdings kontrollierten Bewegungen, was sehr aufwendig zu realisieren ist. Zwischenzeitlich wurde ein Verfahren unter DE 103 46 269.4 zum deutschen Patent angemeldet, bei dem eine Analyse aus verschiedenen Arbeitsschritten in einem kontrollierten, lokal begrenzten Bereich stattfindet. Hierfür erhält die zweite Gepäckprüfanlage Informationen von der ersten Gepäckprüfanlage über die Verdachtsregionen im zu untersuchenden Gepäckstück. Das Prüfergebnis besteht dabei aus einem Durchleuchtungsbild und einem Protokoll, welches Informationen über die möglichen Verdachtsregionen enthält. Anders als bei den bekannten Anlagen, bei denen eine genaue Fixierung beziehungsweise kontrollierte Bewegungen des Gepäckstücks vorliegen muss, ist bei diesem Verfahren eine freie Bewegung des Gepäckstücks zwischen der ersten Gepäckprüfanlage und der zweiten Gepäckprüfanlage problemlos möglich. In diesem System wird zuerst die Lageänderung des Gepäckstücks ermittelt und dann wird gezielt die in dem Protokoll angegebene Verdachtsregion untersucht. Dies ist zwar bedeutend weniger zeitintensiv als das nochmalige vollständige Untersuchen des gesamten Gepäckstücks, jedoch erhält die Person, die das zweite Durchleuchtungsbild kontrolliert, nur eine mehr oder weniger verzerrte Wiedergabe des Inhalts des Gepäckstücks, so dass es unter Umständen zu Fehlinterpretationen bei der Bewertung des Durchleuchtungsbildes kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, ein Verfahren zur Überprüfung eines Gepäckstücks zur Verfügung zu stellen, das mit möglichst geringem Zeitaufwand durchgeführt werden kann und gleichzeitig eine gute Sicherheit für die Person bietet, die das erhaltene Durchleuchtungsbild interpretiert, um gefährliche Gepäckstücke aussonderen zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei wird eine erstes Röntgenbild in einer ersten Gepäckprüfanlage aufgenommen und das zu überprüfende Gepäckstück dann auf beliebigem Weg und mit beliebigen Rotationen und Translationen zu einer zweiten Gepäckprüfanlage befördert. In dieser wird ein zweites Röntgenbild aufgenommen. Es erfolgt dann eine Bestimmung der relativen Lagen des Gepäckstücks in den beiden aufgenommenen Röntgenbildern zueinander. Damit ist festgestellt, unter welchen zwei Richtungen, die unter Umständen auch ortogonal aufeinander stehen können, das Gepäckstück aufgenommen wurde. Die erhaltenen Informationen aus den beiden Röntgenbildern werden danach an eine stereoskopische Bildverarbeitung übergeben, die darüber hinaus Informationen über die Geometrien der beiden Gepäckprüfanlagen erhält. Es erfolgt dann eine Rekonstruktion des Gepäckstücks mittels der stereokopischen Bildverarbeitung, so dass die Daten für eine dreidimensionale Darstellung des Gepäckstücks samt Inhalt zur Verfügung stehen. Diese Daten werden an ein Ausgabe- oder Weiterbearbeitungsgerät übergeben und können dort von einer Beobachtungsperson angesehen werden. Die Person kann durch das dreidimensionale Bild viel besser entscheiden, ob das untersuchte Gepäckstück als gefährlich einzuschätzen ist oder ob es bedenkenlos weiterbefördert werden kann. Gegenüber den bislang bekannten stereokopischen Bildverarbeitungsverfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die für die stereokopische Bildverarbeitung nötigen zwei Röntgenbilder nicht in derselben Gepäckprüfanlage aufgenommen werden müssen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Röntgenbilder einer Vorverarbeitung unterzogen werden, indem Merkmale wie Punkte, Linien oder Flächen katalogisiert und/oder parametrisiert werden. Dadurch wird die Identifikation bestimmter Merkmale erleichtert und die Position des Merkmals kann einfach bestimmt werden. Besonders bevorzugt wird jedes einzelne im ersten Röntgenbild gefundene Merkmal im zweiten Röntgenbild gesucht und es erfolgt eine Zuordnung zwischen beiden Röntgenbildern für jedes einzelne Merkmal.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Variation der Parameter eines Merkmals vorgenommen wird und die Zuordnung erneut durchgeführt wird. Auch dies dient dazu, das Merkmal sehr einfach aufzufinden, wodurch der Rechenaufwand verringert wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Nachbarschafts- oder Plausibilitätsprüfung vorgenommen wird, bei der Modellannahmen über die Natur des untersuchten Merkmals eingebracht werden. Hiermit kann das Ergebnis noch verbessert werden, da hierdurch gut Fehlkonstruktionen erkannt und korrigiert werden können.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Abschätzung der Dichte im Gepäckstück erfolgt. Bevorzugt findet eine Abschätzung der Dichte im Gepäckstück über die gemessenen Absorbtionswerte statt.

Mittels des erfindungsgemäße Verfahrens sowie den ausgeführten Weiterbildungen dieses Verfahrens ist eine Identifikation der Stoffe im Gepäckstück sehr einfach möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden weiter anhand der Zeichnungen erläutert. Im einzelnen zeigen:
1 die schematische Darstellung eines bekannten Verfahrens zur Überprüfung eines Gepäckstücks, bei dem eine Verdachtsregion vom Erststufengerät an das Zweitstufengerät weitergegeben wird,
2 zwei Röntgenbilder des selben Gepäckstücks, das in zwei unterschiedlichen Gepäckprüfanlagen aufgenommen wurde,
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen stereoskopischen Bildverarbeitung,
4 ein Ablaufdiagramm einer stereoskopischen Bildverarbeitung,
5 untersuchte Merkmale in einem Gepäckstück sowie ihre stereoskopische Rekonstruktion und
6 die angenommenen Strahlengänge für ein Merkmal sowie den Schwerpunkt eines Gepäckstücks.
In 1 wird das oben schon beschriebene Verfahren der DE 103 46 269 dargestellt. Ein Gepäckstück 6 wird in eine erste Gepäckprüfanlage 1 gebracht, die auch als Vorstufe bezeichnet wird. Dort wird von ihm ein erstes Röntgenbild 2 erstellt. In diesem ersten Röntgenbild 2 ist eine Verdachtsregion 7 hervorgehoben, in der sich möglicherweise ein gefährlicher Stoff wie beispielsweise Sprengstoff, befinden könnte. Das Gepäckstück 6 wird über einen beliebigen Weg 3 von der ersten Gepäckprüfanlage 1 zu einer zweiten Gepäckprüfanlage 4 gebracht. Dies geschieht regelmäßig mittels eines oder mehrerer Förderbänder. In der zweiten Gepäckprüfanlage 4 wird ein zweites Röntgenbild 5 des Gepäckstücks 6 aufgenommen. Sowohl das erste Röntgenbild 2 als auch ein Protokoll über die Verdachtsregion 7 sind an die zweite Gepäckprüfanlage 4 oder einen damit verbundenen Rechner übermittelt worden. Aus dem Vergleich der beiden Röntgenbilder 2, 5 kann eine Bestimmung der Lageänderung des Gepäckstücks 6 vorgenommen werden und lediglich die damit lokalisierte Verdachtsregion 7 nach dem Durchlauf durch einen Pre-Screener der zweiten Gepäckprüfanlage 4 einer genaueren und damit auch zeitintensiveren Überprüfung unterzogen werden.
In 2 sind zwei Röntgenbilder 2, 5 dargestellt, die in unterschiedlichen Gepäckprüfanlagen 1, 4 aufgenommen wurden. Es handelt sich hierbei um das selbe Gepäckstück 6, das unter unterschiedlichen Winkeln bei unterschiedlichen Detektorgeometrien auf zwei unterschiedlichen Gepäckprüfanlagen 1, 4 durchleuchtet wurde. Erfindungsgemäß wird aus den Informationen zu den beiden Röntgenbildern 2, 5 ein dreidimensionales Bild zu dem Gepäckstück 6 sowie seines Inhalts erstellt, dass dann von einer Bedienperson sehr einfach überwacht werden kann, ohne dass es zu Fehleinschätzungen oder Fehlalarmen kommt.
Der grobe Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 dargestellt. Es liegen hier schon zwei Röntgenbilder 2, 5 von unterschiedlichen Gepäckprüfanlagen 1, 4 vor. Das erste Röntgenbild 2 wurde in einer Vorstufe aufgenommen, mit der eine schnelle Durchleuchtung erfolgen kann. Das zweite Röntgenbild 5 wurde dagegen in einer Zweitstufe aufgenommen, bei der eine längere Zeit für die Datenacquisition benötigt wird. Es ist allerdings genauso möglich, das zweite Röntgenbild 5 ebenfalls in einer – jedoch anderen – Vorstufe aufzunehmen. Je nach dem verwendeten Verfahren sind noch weitere Informationen über das jeweilige bildgebende System notwendig, beispielsweise die jeweilige Abbildungsgeometrie oder auch die jeweiligen Strahlungsintensitäten. Die Informationen über die Sichten und die beiden Röntgenbilder werden dann einer stereoskopischen Bildverarbeitung übergeben. Aufgrund des mitgelieferten Wissens über die Abbildungsgeometrie und der Lageänderung des Gepäckstück 6 zwischen den beiden Röntgenbildern 2 und 5 erfolgt eine Rekonstruktion, beispielsweise in Form einer reduzierten Rekonstruktion, so dass die Rohdaten für eine dreidimensionale Darstellung vorhanden sind. Diese Daten werden entweder auf einem Ausgabegerät wiedergegeben oder an eine Weiterbearbeitung überreicht. Dort kann dann sehr gut eine Erkennung von gefährlichen Stoffen innerhalb des Gepäckstücks 6 vorgenommen werden.
In 4 ist schematisch der Ablauf der stereoskopischen Bildverarbeitung dargestellt. Zunächst werden die beiden Röntgenbilder 2, 5 einer Vorverarbeitung unterzogen, die zum Beispiel die Identifikation bestimmter Merkmale P erleichtert. Diese Merkmale P, die beispielsweise in Form von Punkten, Linien oder Flächen vorliegen können, werden in einem Bild katalogisiert und parametrisiert. Danach wird das Merkmal P im zweiten Röntgenbild 5 gesucht. Nachdem die Zuordnung des Merkmals P erfolgt ist, kann die Position des Merkmals P bestimmt werden. Handelt es sich dabei um ein parametrisierbares Merkmal P, werden die Parameter variiert und die Zuordnung erneut durchgeführt. Die vorgenannte Prozedur erfolgt für alle Merkmale P. Danach kann sich optional eine Plausibilität- oder auch eine Nachbarschaftsprüfung anschließen, um das Ergebnis zu verbessern. Sämtliche Einzelergebnisse werden dann zusammengefasst und an die Ausgabe- bzw. Weiterbearbeitungseinheit weitergereicht.
In 5 ist beispielhaft die stereoskopische Rekonstruktion einiger Merkmale P innerhalb eines Gepäckstückes 6 dargestellt. Im Folgenden wird nur das Vorgehen zur Rekonstruktion von Linien- und Punktmerkmalen ausgeführt. Das mit einem Bezugszeichen versehene Merkmal P im zweiten Röntgenbild 5 gehört zu einem Knopf. Dieses Merkmal P ist auch in 2 sowohl im ersten Röntgenbild 2 als auch im zweiten Röntgenbild 5 gut zu erkennen. Zur Rekonstruktion von Punkten und Linien kann das Problem auf die Rekonstruktion von Punkten abgebildet werden.
Dazu ist in 6 der Strahlengang für eine solche Rekonstruktion dargestellt. Es existieren zwei Sichten sowohl des Merkmals P als auch des Schwerpunkts Xg, die aufgrund der beiden unterschiedlichen Gepäckprüfanlagen 1, 4 vorliegen. Die Bilder des Merkmales P bzw. des Schwerpunktes Xg sind jeweils die Schnittpunkte der Strahlen mit der Abbildungsebene. Für jeden Strahl gilt dann: s: (x'–O) ⊥ (x–O),wobei x' das Bild und O die Quelle des Strahles ist. O1 bedeutet somit die erste Röntgenquelle und O2 die zweite Röntgenquelle. Das Merkmal P hat damit von der ersten Röntgenquelle O1 ausgesehen das Bild P'1. Von der zweiten Röntgenquelle O2 ausgesehen hat das Merkmal P das Bild P'2. Entsprechendes gilt für die Bilder Xg'1 und Xg'2 des Schwerpunktes Xg. Zur Veranschaulichung wurde in 6 der Fall zweier PSX-Geometrien verwendet. Da die Sichten bekannt sind, kann anhand einer Strahlenrekonstruktion (Berechnung der Schnittpunkte) sowohl die Position des Merkmals P als auch des Schwerpunktes Xg berechnet werden.
Es kann auch eine Rekonstruktion anderer Merkmale erfolgen. Dies ist möglich, da sich jedes Merkmal eines Bildes prinzipiell in eine parametrische Form bringen lässt. So kann beispielsweise eine beliebige Linie in der Form s(λ) dargestellt werden, wobei λ ein Laufzeitparameter ist. Analog lässt sich auch eine Fläche als A(θ, λ) beschreiben. Durch die Variation der jeweiligen Parameter λ und/oder θ erhält man ein Punktepaar, welches mit dem oben beschriebenen Verfahren rekonstruiert werden kann.
Darüber hinaus kann auch eine Plausibilitätsprüfung mit Hilfe der oben beschriebenen Parametrisierung erfolgen. Dadurch ist es möglich, dass Ausreißer in Form von Fehlkonstruktionen erkannt werden. Indem notwendige Modellannahmen über die Natur des Merkmals eingebracht werden, ist eine Korrektur dieses Ausreißers möglich.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es auch möglich, die in einem Gepäckstück 6 enthaltenen Stoffe zu identifizieren, wodurch eine exakte Bestimmung von gefährlichen Gepäckstücken erfolgen kann, die aussortiert werden müssen.

1: erste Gepäckprüfanlage
2: erstes Röntgenbild
3: Weg von der ersten Gepäckprüfanlage zur
: zweiten Gepäckprüfanlage
4: zweite Gepäckprüfanlage
5: zweites Röntgenbild
6: Gepäckstück
7: Verdachtsregion
8: Rekonstruktion des Merkmals
9: Rekonstruktion des Gepäckstückes
O1: erste Röntgenquelle
O2: zweite Röntgenquelle
P: Merkmal
P'1: erstes Bild des Merkmals
P'2: zweites Bild des Merkmals
Xg: Schwerpunkt
Xg'1: erstes Bild des Schwerpunkts
Xg'2: zweites Bild des Schwerpunkts

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Gepäckstücks (6) mittels Röntgenstrahlen unter Verwendung eines ersten Röntgensbildes (2), das in einer ersten Gepäckprüfanlage (1) aufgenommen wurde, und eines zweiten Röntgenbildes (5), das in einer zweiten Gepäckprüfanlage (4) aufgenommen wurde, bei dem eine Bestimmung der relativen Lagen des Gepäckstücks (6) in den beiden Röntgenbildern (2, 5) zueinander erfolgt, die dabei erhaltene Information aus den beiden verschiedenen Gepäckprüfanlagen (1, 4) an eine stereoskopische Bildverarbeitung übergeben wird und mittels Informationen über die Geometrien der beiden Gepäckprüfanlagen (1, 4) eine Rekonstruktion des Gepäckstücks (6) vorgenommen wird und diese Daten an ein Ausgabe- oder Weiterbearbeitungsgerät übergeben werden. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Röntgenbilder (2, 5) einer Vorverarbeitung unterzogen werden, indem Merkmale (P) wie Punkte, Linien oder Flächen katalogisiert und/oder parametrisiert werden.
Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne in ersten Röntgenbild (2) gefundene Merkmal (P) im zweiten Röntgenbild (5) gesucht wird und eine Zuordnung zwischen beiden Röntgenbildern (2, 5) für jedes einzelne Merkmal (P) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation der Parameter eines Merkmals (P) vorgenommen wird und die Zuordnung erneut durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachbarschafts- oder Plausibilitätsprüfung vorgenommen wird, bei der Modellannahmen über die Natur des untersuchten Merkmals (P) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschätzung der Dichte im Gepäckstück (6) erfolgt.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Identifikation der Stoffe im Gepäckstück (6) erfolgt.