JP2004177138A - 危険物探知装置および危険物探知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検査対象物に対して、垂直方向と水平方向とから透視画像を得ることができるように、設置された撮影部を設ける。垂直方向画像と水平方向画像とから、検査対象物内の物体のX線吸収係数を得て、そのX線吸収係数から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。また、この撮影部を検査対象物の周囲で移動することにより、CT画像を得て、そのCT値から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は危険物探知装置および危険物探知方法に係り、特にX線を用いた危険物探知装置および危険物探知方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明に関連する文献として特許文献1には、2つのエネルギーレベルのX線を交互に照射する危険物探知装置が記載されている。また、特許文献2には、透視とCTとを組み合せた危険物探知装置が記載されている。さらに、特許文献3には、透視とエネルギの異なるX線管(2球)とを組み合せた危険物探知装置が記載されている。
【0003】
これらの危険物探知装置は、大型・高速度のX線CTを利用したもので、日本国内の空港で見られるX線透過による検査装置では、検出が難しい爆発物の検知も可能であり、主に米国の大型空港で利用されている。しかし、これらの装置は質量が3トンから7トンもあり、移動が困難なため、レイアウトの自由度が得られない。これらの装置が大型、大質量となる理由は、(1)連続回転でCT像を得るためスリップリング部の構造が複雑になる。(2)ベルトコンベア上でCT像を撮影するため浅い角度でベルトコンベアに入射させても、ベルトコンベアに吸収されない高出力のX線管と高圧電源が必要なためである。
【0004】
成田、羽田程度の小型空港向けには、装置サイズが小さく、質量が小さく、低価格でかつ高精度な危険物探知装置が求められている。そのためには、上記(1)(2)の問題を解消する必要がある。
危険物探知装置は、毎日稼働させるため、寿命が長く、保守回数が少ない危険物探知装置もまた求められている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−235434号公報
【特許文献2】
米国特許第5182764号明細書
【特許文献3】
米国特許第5367552号明細書
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能、保守性の良い、低価格な危険物探知装置を得る。また、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物を探知する、危険物探知方法を得る。
【0007】
【課題を解決するための手段】
検査対象物に対して、垂直方向と水平方向とから透視画像を得ることができるように、設置された撮影部を設ける。垂直方向画像と水平方向画像とから、検査対象物内の物体のX線吸収係数を得て、そのX線吸収係数から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
また、この撮影部を検査対象物の周囲で移動することにより、CT画像を得て、そのCT値から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
【0008】
また、検査対象物を移動させるベルトコンベアを2体化し、X線発生部とX線検出部のX線光路をベルトコンベアが遮らないようにすることで、少ないX線出力で検査する。さらに、CTスキャナは往復回転方式として、信号を伝える摺動部(スリップリング)を廃することで、保守を簡便化する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明しよう。
まず、本発明の実施の形態である危険物探知装置の実施例を、図1ないし図7を用いて説明する。ここで、図1は、危険物探知装置のブロック図である。図2は、危険物探知装置斜視外観図である。図3は、危険物探知装置の動作フローを説明する図である。図4は、危険物探知装置の動作を説明する斜視図および画面表示である。図5は、方向を変えて透視画像を得たとき、画像から判断される形状を説明する図である。図6は、透過画像から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。図7は、CT値から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
なお、本明細書において危険物とは、可燃性危険物、支燃性危険物、発火性危険物、爆発物、花火、マッチ、銃、刀剣を含み、これらに限られない。
【0010】
図1に示すように、この実施例の危険物探知装置100は、X線発生部10と、X線検出部20と、スキャナ部30と、制御部40と、制御用PC50と、画像処理用PC60とから構成されている。X線発生部10は、後述するガントリ31に配置された照射角70度定格160kV3mAのX線管11と、その高圧電源12と、X線制御器13とからなる。X線検出部20は、ガントリ31上にX線管11に対抗して配置される複数のシンチレータと複数のフォトダイオードアレイからなるラインセンサ21と、A/D変換器22から構成されている。X線管11とラインセンサ21とで、撮影装置が構成される。この撮影装置を用いて検査対象物のX線透過画像、CT断面画像を得ることができる。
【0011】
スキャナ部30は、検査対象物である荷物1の周囲を330度以上回転可能で中空円盤状のガントリ31と、荷物1を搬送するベルトコンベア32、33と、ガントリ31を紙面に垂直な軸で回転するサーボモータ34と、モータ用のドライバ35,36とから構成されている。制御部40は、制御用PC50から制御され、X線制御器13とドライバ35とコントローラ42とを制御するシーケンサ41と、シーケンサ41の指示によりサーボモータ34の回転を制御する制御パルスを発生するコントローラ42と、コントローラ42からのパルスをカウントしドライバ36と画像処理用PC60にパルスを送るパルスカウンタ43とから構成されている。画像処理用PC60には、I/Fボード61が挿入され、A/D変換器22の出力であるX線画像信号を取込、処理する。また、イーサネット(登録商標)で制御用PC50と接続され、PC間で通信を行っている。
【0012】
図2に、危険物検知装置100の外観をしめす。本体はX線を遮蔽する筐体70と入口側ベルトコンベア32と図示しない出口側ベルトコンベア33とから構成されている。操作卓80には制御用PCと透視画像とCT画像を表示する2台のディスプレー、キーボード、マウス等が配置されている。
【0013】
図1に戻って、危険物探知装置100の動作を説明する。X線制御部13の制御で高電圧がX線管11に印加されると、X線は照射角70度の扇状に放射される。ガントリ31に、X線管11と対向するように円弧状に取り付けられたラインセンサ21のシンチレータはX線を受けて発光し、シンチレータ背後のフォトダイオードアレイでO/E変換する。なお、シンチレータは1.6mm幅102.4mm長のものを16枚使い円弧状に配置した。また、フォトダイオードアレイは1.6mmピッチ64チャンネルで、シンチレータと同様に16枚用いた。このラインセンサは、全長1.64mで1024チャンネルである。
【0014】
シンチレータに到達したX線強度が強ければシンチレータが強く発光し、フォトダイオードで変換された電気信号も強くなる。荷物1に金属が入っているときには、金属にX線が吸収され、電気信号も弱くなる。危険物も特有のX線吸収係数を持つので、この電気信号を精度よくA/D変換する必要がある。本実施例ではラインセンサ21からのアナログ信号を分解能16BitのA/D変換器22でデジタル信号に変換し、画像処理用PC60に転送する。
【0015】
ラインセンサ21からの信号は1次元の信号なので、コンベア32,33で移動される荷物1の移動にあわせて、画像処理用PC60で2次元の透過X線強度画像を作成し、制御用PCを経由してディスプレイモニタに表示する。銃、刀剣等はこのモニタ画面および後述する直交する位置からのモニタ画面で特定可能である。
【0016】
一方、荷物1の移動を止め、撮影装置を載せたガントリ31をスウィングし、250度回転させながら信号を検出することによって、荷物1およびその収容物のX線CT断面画像が得られる。この250度は扇状にX線を発生させるCT装置で断面像が得られる、180度とX線照射角70度との和である。本実施例の危険物探知装置100は、従来の危険物探知装置と異なって、連続回転せず、半回転動作を行う。従って、X線管用の高電圧供給、ラインセンサからの信号取り出しのための複雑なスリップリング機構が不要で、小型化・低価格化を図ることができる。さらに、摺動部がないため長寿命であり、保守の回数を減らすことができる。なお、片方向の円弧上の移動運動であるため、信号を検出する区間(250度)の前後に加速・減速の区間(40度×2)が必要であり、ガントリの回転角は330度以上必要である。検出時間は、加速0.5秒、信号検出時間2秒、減速0.5秒程度である。
【0017】
次に、図3および図4を用いて危険物探知装置100の探知動作を説明しよう。図3で、手荷物が装置にはいったことを入口側ベルトコンベア32の入口に配置した光電センサ37が感知(ステップ1)する。これにより、ベルトコンベア32,33を正転させ、荷物1が図示しないX線照射部を通過させると共に、X線の照射を始める。これによって、垂直方向の透視画像を画像処理用PC60で作成し、モニタ62に表示する(ステップ2)。図4(a)には、このときの危険物探知装置100の要部をしめす。ガントリは、原点位置である垂直下方にX線を照射する位置で固定されている。X線透視部を荷物1が通過後に、モニタ62に示した、垂直方向の透視画像を表示する。
【0018】
次に、ガントリ31を入口側から見て時計方向に90度回転し、コンベア32,33を逆転する(ステップ3)。荷物1が図示しないX線照射部を通過させる。これによって、水平方向の透視画像を画像処理用PC60に取り込む(ステップ4)。コンベア32,33の停止(ステップ5)後、水平方向の透視画像および1次判定結果をモニタ62に表示する(ステップ6)。図4(b)には、このときの危険物探知装置100の要部をしめす。撮影装置を載せたガントリは、時計方向に90度回転した位置に固定されている。この位置では、X線は、荷物1を横方向(水平方向)から、透過する。X線透視部を荷物1が通過後に、モニタ62に示した、水平方向の透視画像を表示する。本装置は、この画面で、垂直方向・水平方向の透視結果から危険物と判定(1次判定)したX線吸収係数を持つ収容物を、例えば赤色で表示する。さらに、この画面で、CTによるスライス画像検出の要否と検出したいスライス面の入力を待つ。なお、スライス面を画面上で指定・入力を受け付けるため、CTスライス面入力用のカーソルを合わせて表示する(ステップ7)。
【0019】
作業者が、CTによる断面画像を表示することを決め、CTスライス面を選択し、キーボード及びマウスからこれらを入力する。ベルトコンベア32,33は選択されたCTスライス面となるようコンベア32,33を駆動し、荷物1を固定する。例えば、ベルトコンベア32,33を駆動する制御パスルをカウントするようにしておき、透視画像の開始位置でカウンタをリセットすることで、透視画像と、実際の荷物1の位置を合わすことができる。ガントリはCTのためのスウィング原点に移動する(ステップ8)。次に、本装置は、ガントリを回転移動させながら、X線吸収データを取得することに、CT画像を作成する。CT画像は、別途保有するデータベースとの対比によって、荷物1に危険物が入っているか判定(2次判定)し、表示する(ステップ9)。この画面を表示したままコンベアを正転し(ステップ10)、排出する(ステップ11)。
【0020】
なお、ステップ6で危険物が入っていないと判定した場合は、そのままステップ10に進む。また、図4で光電センサ37は入口コンベアの32の入口側にしか記載していないが、出口側にも設けてもよい。また、出口コンベア33の入口側・出口側に設けても良い。
【0021】
透視画像は、垂直方向の第1の透視画像と水平方向の第2の透視画像との順番を入れ替え、第1の透視画像を水平方向の透視画像、第2の透視画像を垂直方向の透視画像としてもよい。コンベアが傾いている場合等には、如何なる直交方向を選択してもよい。直交している必要もない。
【0022】
本実施例では、ベルトコンベアを2体としているため、X線の光路上にベルトコンベアがなく、X線がベルトコンベアによって吸収されることがない。コンベアの有無は、X線透過では問題にならない。しかし、コンベアがあった場合には、X線CTではスウィング動作中に浅い角度でベルトの幅(80cm)方向に透過するX線の、ベルトによる吸収は極めて大きく、160kV程度の印加電圧ではX線が透過しない場合が生じる。データの中にX線が透過しないポイントがあると、断面画像の再構成出来ないので、この場合は管電圧を180kV程度に上げる必要がある。しかし、管電圧を上げれば高圧電源、X線管とも大型化し、X線管を載せるガントリも大型化してしまう。
【0023】
本実施例では、X線光路からベルトを排除してあるので、X線出力が少なくて済み、小型・低価格のX線源が使用できる。X線源が軽量であるため、ガントリ回転部も小型・軽量化が可能となる。さらに、ベルトコンベアの吸収による計測誤差がなく、正確なCT画像が検出できる。
【0024】
次に、図5を用いて垂直方向と水平方向との画像から、荷物中の収容物体の形状を推定する方法を説明する。図5で、垂直透視画像、水平透視画像が共に一様な吸収率の四角形の場合は、物体の形状は直方体と推定できる。同様に、球は共に非一様な吸収率の円形、円柱は一方の画面で非一様な四角形、他方の画面で一様な円形、または共に非一様な四角形の画像から判断できる。
【0025】
本実施例では、垂直透視画像、水平透視画像を得るので物質の厚さを得ることができる。これによって物質の吸収係数を求めることが可能である。
物質に入射するX線の強度をI0、物質の厚みをx、X線吸収係数をμとすると、透過したX線の強度Iは数1で与えられる。
I = I0 exp ( −μ・x ) (数1)
垂直透視画像の物体部のX線強度からI、バックグラウンドのX線強度からI0、
水平透視画像の物体厚さからxが求まるので、数1を変形した
μ= {ln( I0 )−ln( I )} / x (数2)
で計算することができる。
【0026】
また、図5(5)のように重なっている場合でも、水平透視画像で上に位置する物質2と、下に位置する物質3が完全に重なっていなければ、数2でI0を物質3のみの部分のX線強度(バックグラウンド)、Iを物質2と物質3とが重なった部分のX線強度とすれば物質2のX線吸収係数を求めることができる。もちろん完全に重なった場合でも、水平透過画像からIおよびI0、垂直透過画像からxを求め、数2でX線吸収係数を求めることが可能である。
算出したX線吸収係数は、画像処理用PCに蓄積した危険物のX線吸収係数データベースと対比し、一次判定される。
【0027】
図6を用いて、透視画からの危険物検知の方法をさらに詳しく説明する。図1の画像処理用PCで得られた垂直透視画像は、投影系の歪、X線強度のムラ、ラインセンサの感度ばらつき等のシェーディング補正(ステップ61)を受けた後、対数変換(ステップ62)され、荷物と背景とを分離(ステップ63)し、荷物内の物体分離(ステップ64)を実施する。水平透視画でも同様の処理がなされた後、エッジの対応付けを行って垂直透視画像と水平透視画像間で物体の同定(ステップ65)を実施する。一方の画像から物体の透過長xを求め(ステップ66)、他方の画像から物体部のX線強度とバックグラウンドのX線強度を求め、X線吸収係数を算出する(ステップ67)。求められたX線吸収係数と危険物のそれのデータベースを対比し(ステップ68)、予め定められた基準に基づいて、危険物と判断した場合には、例えば赤でその物体の位置を示し(ステップ69A)、どちらか一方の透視画像と重ねて表示する(ステップ70)。データベースと対応が取れなかった場合は、特に着色しない。
なお、物体寸法xの算出、X線吸収係数の算出は、画像処理用PCの演算部で実施するが、別のPCで実施することも可能である。
【0028】
また、オペレータがCTスライス面位置を入力するため、危険物と判断した物体の中央部を選択し、ステップ70で表示された画面に、その面(線)を表示する。オペレータはCT撮像の実施可否判断を行い、CT撮像する場合、その面(線)をマウスで所望の位置に移動し、スライス位置を決定する。
【0029】
X線吸収係数を用いた判定では、危険物に似たX線吸収係数を持った物質もスクリーニングしてしまう。このため、本実施例の危険物検知装置では、一次判定で危険物が入っていると判定した荷物の当該箇所を、X線CTで断面画像を得る。この過程で、CT値と呼ばれるスケールが得られる。このCT値は
で与えられ、μがボクセル(CTの最小単位容積)の線吸収係数、Kは定数1000、μwは水の線吸収係数である。空気の線吸収係数が0なので、そのCT値は−1000、水のCT値は0であり、骨で1000の値をとる。CT値はこのように広いスケールなので、画像処理用PCに蓄積した危険物のCT値データベースと対比し、CTによる断面画像と併せて、二次判定に用いることができる。
【0030】
図7を用いて、X線CTを用いた危険物検知の方法をさらに詳しく説明する。本実施例の危険物探知装置は、荷物の周囲を定速度で180度とX線照射角70度を加えた250度に渡り回転し信号を検出する。250度の回転中710ポイントの投影データを収集し、シェーディング、投影系歪の補正を実施する(ステップ71)。補正後の投影データは、フィルタリング演算(ステップ72)、逆投影演算(ステップ73)によって、再構成画像であるCT画像を表示する(スッテップ74)。CT画像の再構成演算は、計算量が膨大であるため、一般的には高価なDSP(Digital Signal Processor)ボードを使用することが多いが、本装置では、Dual CPUのPCを使用して低価格化を図っている。
【0031】
CT画像のピクセル毎に、画像処理用PCに蓄積した危険物のCT値データベースと対比し、予め定められた許容差の基に一致画素と不一致画素とを切り分ける(ステップ75)。これにより、2値画像を得ることができる(ステップ76)。2値画像の領域を区分するラベリング処理(ステップ77)の後、区分されたラベル毎の画素面積をカウントする(ステップ78)。予め定められた面積以上のラベルを抽出し(ステップ79)、抽出したラベルを例えば赤色表示に変換し(ステップ80)、ステップ74で得られたCT画像と重ね合わせて表示する(ステップ81)。
【0032】
なお、ステップ80で赤色表示させた物体を、図6のステップ64で示す荷物内の物体に置き換え、垂直透視画像または水平透視画像で表示することも可能である。
また、フィルタリング演算、逆投影演算は、画像表示用PCの演算部で実施するが、別のPCで実施することも可能である。
【0033】
上述したX線CTの管電圧は160kVである。このときのX線のエネルギは100keV程度が強い。一方、管電圧を80kVにすると、X線のエネルギは50keV程度が強くなる。X線に対する質量吸収係数(μ/ρ)には、エネルギ依存性があり、数3で定義されるCT値にもエネルギ依存性がある。したがって、160kVと80kVとの二つのX線CTで得られたCT値と、それぞれの電圧でのデータベースとを比較し、危険物判定のアンドを取れば、より高精度な危険物探知装置とすることができる。
なお、上述した実施例でハードウェア制御は制御用PCのメモリに書き込んだプログラムによって行われるが、ハードウェアで制御することも可能である。
【0034】
【発明の効果】
簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能で低価格な危険物探知装置を得た。保守性にも優れた低価格な危険物探知装置をも得た。また、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物を探知する、危険物探知方法を得た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の危険物探知装置のブロック図である。
【図2】本発明の実施例の危険物探知装置斜視外観図である。
【図3】本発明の実施例の危険物探知装置の動作フローを説明する図である。
【図4】本発明の実施例の危険物探知装置の動作を説明する斜視図および画面表示である。
【図5】本発明の実施例の方向を変えて透視画像を得たとき、画像から判断される形状を説明する図である。
【図6】本発明の実施例の透過画像から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
【図7】本発明の実施例のCT値から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
【符号の説明】
10…X線発生部、11…X線管、20…X線検出部、21…ラインセンサ、30…スキャナ部、31…ガントリ、40…制御部、50…制御用PC、60…画像処理用PC。
Claims (6)
- 検査対象物に対して第1の方向と第2の方向とから透視撮影可能に配置された撮影装置と、
該撮影装置が撮影した前記第1の方向からの第1の透視画像と前記第2の方向からの第2の透視画像とから、前記検査対象物に収容された収容物のX線吸収係数を演算する演算部と、
危険物のX線吸収係数のデータベースを保持する記憶部と、
演算されたX線吸収係数が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
前記第1の透視画または前記第2の透視画と判定結果とを表示する表示部と、を含む危険物探知装置。 - 検査対象物に対して第1の方向と第2の方向とから透視撮影可能に配置された撮影装置と、
該撮影装置が撮影した前記第1の方向からの第1の透視画像と前記第2の方向からの第2の透視画像とから、前記検査対象物に収容された収容物のX線吸収係数を演算する第1の演算部と、
危険物のX線吸収係数およびCT値のデータベースを保持する記憶部と、
前記収容物のX線吸収係数が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
前記収容物のX線吸収係数が前記データベースに含まれていると判定したとき前記撮影装置を固定された前記検査対象物の周囲を移動させて、X線照射断面のCT値を演算する第2の演算部と、
演算されたCT値が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
前記第1の透視画または前記第2の透視画若しくは前記CT値から求めた断面画像と判定結果とを表示する表示部と、
を含む危険物探知装置。 - 請求項1または2に記載の危険物探知装置であって、
前記撮影装置は、円弧状に移動可能なガントリに対向して配置されたX線管とラインセンサとから成る危険物探知装置。 - 請求項2に記載の危険物探知装置であって、
前記第1の演算部と前記第2の演算部とは同一のPCである危険物探知装置。 - 撮影装置を用いて第1の位置からの第1の透視画像を得るステップと、
前記第1の位置から第2の位置に前記撮影装置を移動するステップと、
前記第2の位置から第2の透視画像を得るステップと、
前記第1の透視画像と前記第2の透視画像とから、透視された物体のX線吸収係数を得るステップと、
前記物体のX線吸収係数と危険物のX線吸収係数データベースとを比較するステップと、
前記物体の断面画像を得るステップと、
前記断面画像から得られるCT値と危険物のCT値データベースとを比較するステップと、
比較結果と、前記第1の透視画像、前記第2の透視画像、前記断面画像のいずれか一つと、を同一画面に表示するステップと、
を含む危険物探知方法。 - 検査対象物に対して第1の方向から第2の方向に向け円弧上を移動しながら透視データを取得する撮影装置と、
前記撮影装置の移動軸の入口側の第1のコンベアと、出口側の第2のコンベアとからなる前記検査対象物の固定部と、
危険物のCT値のデータベースを保持する記憶部と、
X線照射断面のCT値を演算する演算部と、
演算されたCT値が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
判定結果を表示する表示部と、
を含み、
前記第1のコンベアと前記第2のコンベアとは、前記撮影装置の光路を遮らない位置に配置される危険物探知装置。
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