JP4471032B1

JP4471032B1 - Ｘ線画像合成装置、方法及びプログラム

Info

Publication number: JP4471032B1
Application number: JP2009079132A
Authority: JP
Inventors: 浩文矢内; 洋小林; 浩二小野
Original assignee: システム・プロダクト株式会社; 財団法人空港保安事業センター
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP2010230532A

Abstract

【課題】
空港での手荷物検査官の訓練の効率を上げるなどのため、任意のＸ線撮影装置を用いて撮影された、異なる被写体に対する複数のＸ線画像を合成し、当該Ｘ線撮影装置を用いて異なる被写体を１画像として撮影されたＸ線画像と同等のＸ線画像を作成できるＸ線画像合成装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】
試験体データ入力手段１からＸ線撮影装置に固有な試験体データ２を入力する。合成係数算出手段３で、Ｘ線合成係数を算出し、Ｘ線合成係数ＤＢ４に登録する。合成対象物データ入力手段５よりＸ線部品画像を入力し、Ｘ線部品画像ＤＢ６に登録する。Ｘ線部品画像ＤＢ６には複数のＸ線部品画像を保持することができる。合成画像作成手段７で、合成先画像のオペレータが指定した位置にＸ線部品画像ＤＢ６から複数の画像部品を配置し、各画像部品とＸ線重ね合わせ用データ４から合成Ｘ線画像データ９を作成する。表示部１０で、合成Ｘ線画像データ９を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線画像合成技術に係り、特に、Ｘ線検査に携わる検査員の訓練に好適な、複数のＸ線画像を合成する装置、方法及びプログラムに関する。

従来、空港における手荷物のＸ線検査に携わる検査員を対象にした、Ｘ線画像から危険物を発見するための訓練は、モニターに表示されたＸ線画像を写真に撮影して実施されていた。手荷物のＸ線画像は、その内容物の位置や組み合わせによって表示のされ方が異なるため、内容物の位置や組み合わせを変えて、何度もＸ線装置から表示されたＸ線画像を撮影しなければならなかった。また、Ｘ線装置の機種毎にＸ線画像の輝度が異なるため、同一の手荷物であったとしても、Ｘ線装置の機種が異なる場合には、その都度、Ｘ線画像を撮影しなければならなかった。さらに、新たな危険物が発見される度に、それを用いたＸ線画像を何枚も撮影し訓練する必要があるため、訓練用のＸ線画像の作成は煩雑で時間を要する作業となっている。このような背景から、訓練用のＸ線画像を容易に作成する技術が求められていた。

Ｘ線画像を作成する手法については、個々の物品（以下、部品という）の素材と、厚みと、Ｘ線透過率などからシミュレートし、Ｘ線画像を作成する手法が知られている。しかし、部品の素材や厚みなどを計測するには、多くの時間を費やさなければならない。特に、パソコンなど電子機器には複数の素材が使用されているため、すべての素材と厚みを明らかにすることは困難である。

したがって、部品（例えば、バッグやバッグに入れる個々の日用品など）に対して、Ｘ線撮影装置によってＸ線画像（以下、Ｘ線部品画像という）を作成し、複数のＸ線部品画像を任意に合成して部品を重ね合わせたＸ線画像を作成することができれば、部品の組み合わせや位置を変更して撮影しなくてもよいため、訓練用のＸ線画像を作成する時間は大幅に短縮される。それによって、訓練の効率と効果の向上と、ひいては航空運輸の安全性の向上が実現できる。

画像を合成する手法については、例えば、特許文献１には、Ｘ線画像にマーキング用の画像を合成する技術が示されている。また、Ｘ線画像以外の写真画像の場合には、複数画像を加工編集できる手法が多く開発されている。

特開平１１−２５３４３０号公報

特許文献１の合成手法は、Ｘ線画像（１１ビット／画素）の各画素の最上位ビットに非Ｘ線画像（１ビット／画素）のビットを割り付け、１２ビット／画素の合成画像とする手法である。しかしながら、情報量が１ビット／１画素であるため、任意のＸ線部品画像など、白黒だけでなくその中間色も使用する画像を合成することは考慮されておらず、また、Ｘ線撮影装置の機種ごとに異なるＸ線画像を合成することはできない。

一方、一般の写真画像を対象とする画像合成手法では、Ｘ線撮影装置固有の特性を考慮していないため、異なる被写体に対する複数のＸ線画像を合成したとしても、被写体を重ね合わせて撮影したＸ線画像と同等の画像を作成することはできない。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、任意のＸ線撮影装置を用いて撮影された、異なる被写体に対する複数のＸ線画像を合成し、当該Ｘ線撮影装置を用いて異なる被写体を１画像として撮影されたＸ線画像と同等のＸ線画像を作成できるＸ線画像合成装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上述の課題は、ｙを、所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、係数ａを算出する合成係数算出手段と、複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置を用いて撮影された、個々のＸ線画像データを構成する画素の輝度を、前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成する合成画像作成手段と、を備えることを特徴とするＸ線画像合成装置により達成できる。

また、所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを入力する試験体データ入力手段と、ｙを前記Ｘ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、係数ａを算出する合成係数算出手段と、複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置を用いて撮影された、個々のＸ線画像データを入力する合成対象物データ入力手段と、該Ｘ線画像データを構成する画素の輝度を、前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成する合成画像作成手段と、前記合成画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とするＸ線画像合成装置により達成できる。

また、コンピュータを用いて構築されたＸ線画像合成装置におけるＸ線画像合成方法であって、予め、前記コンピュータが備える試験体データ入力手段が、所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを入力するステップと、前記コンピュータが備える合成係数算出手段が、ｙを前記Ｘ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、係数ａを算出するステップと、を実行し、次いで、前記コンピュータが備える合成対象物データ入力手段が、複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置を用いて撮影された、個々のＸ線画像データを入力するするステップと、前記コンピュータが備える合成画像作成手段が、該Ｘ線画像データを構成する画素の輝度を、前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成するステップと、前記コンピュータが備える表示手段が、前記合成画像を表示するステップと、を実行することを特徴とするＸ線画像合成方法により達成できる。

また、コンピュータを、Ｘ線画像合成手段として機能させるためのプログラムであって、予め、前記コンピュータを、所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを入力する試験体データ入力手段と、ｙを前記Ｘ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、係数ａを算出する合成係数算出手段と、して機能させ、次いで、前記コンピュータを、複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置を用いて撮影された、個々のＸ線画像データを入力する合成対象物データ入力手段と、該Ｘ線画像データを構成する画素の輝度を、前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成する合成画像作成手段と、前記合成画像を表示する表示手段と、して機能させることを特徴とするプログラムにより達成できる。

本発明によれば、厚みの異なる同一素材のＸ線画像データからＸ線画像合成用の係数を算出し、当該係数を用いて計算することによって、複数のＸ線部品画像を合成でき、当該Ｘ線撮影装置と同等のＸ線画像を容易に作成することができる。

さらに、被写体の組み合わせや位置を何度も変更しても、Ｘ線撮影装置で撮影する必要がなくなるため、訓練用のＸ線画像を作成する時間を大幅に削減できる。

本発明の実施形態による画像合成処理の機能ブロック図である。合成画像作成までの全体の処理フローを説明する図である。試験体データの例を示した図である。試験体データより計測した、輝度と厚みのデータの例を示した図である。図４のデータから求められたＸ線画像合成係数を含むＸ線画像合成係数ＤＢ（データベース）の内容を示した図である。図４のデータと求められた数１のグラフを示した図である。Ｘ線部品画像の例を示した図である。合成画像作成手段７での処理フローを示した図である。各Ｘ線部品画像から輝度を計測する際の輝度の計測方法を示した図である。合成した画像の例を示した図である。危険物の存在する画像の表示例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態におけるＸ線画像合成装置のブロック図である。Ｘ線画像合成装置は、厚みの異なる同一素材のＸ線画像と厚みデータを入力する試験体データ入力手段１と、試験体データを記憶する試験体ＤＢ２と、記憶された複数の試験体データからＸ線画像合成係数を算出する合成係数算出手段３と、Ｘ線画像合成係数を記憶するＸ線画像合成係数ＤＢ４と、訓練に使用するＸ線部品画像を入力する合成対象物データ入力手段５と、Ｘ線部品画像を記憶するＸ線部品画像ＤＢ６と、Ｘ線画像合成係数ＤＢ４に記憶されているＸ線画像合成係数を用いて、任意のＸ線部品画像を合成する合成画像作成手段７と、合成画像作成手段７によって合成されたＸ線画像を記憶する合成画像ＤＢ８と、合成されたＸ線画像をモニター画面に表示する表示手段９で構成されている。

試験体データ入力手段１、合成係数算出手段３、合成対象物データ入力手段５、合成画像作成手段７、表示手段９は、いずれも、例えば、所定演算処理プログラムを記憶したＲＯＭやハードディスク、その演算処理プログラムを実行するＣＰＵ、読み込んだデータを一時的に記憶するためのＲＡＭなどで構成されている。また、試験体ＤＢ２、Ｘ線画像合成係数ＤＢ４、Ｘ線部品画像ＤＢ６、合成画像ＤＢ８は、例えばハードディスクなどの記憶媒体で構成されている。

以下に、空港で手荷物を検査するために使用している所定のＸ線透視手荷物検査装置を通して作成した複数のＸ線部品画像をコンピュータで合成し、空港の検査員に対して合成したＸ線画像内に危険物を発見させる訓練を実施する場合を例に、本発明について説明する。なお、本実施例で用いるＸ線透視手荷物検査装置の機種名を「Ｘ線検査装置Ａ」とする。

図２は図１で示された装置全体の処理手順を示すフローチャートである。図１に示すブロック構成を参照しつつＸ線画像合成装置の動作を説明する。

ステップＳ２１において、所定のＸ線撮影装置で作成したＸ線画像の試験体データが試験体データ入力手段１により入力される。試験体データとは、厚みの異なる同一素材からなる試験体のＸ線画像と試験体の厚みのデータ及びＸ線撮影装置の機種名である。本実施例では、試験体として１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの厚みのある鉄板を使用し、試験体ＤＢ２には図３の通り、Ｘ線透視手荷物検査装置のＸ線画像とその機種名として「Ｘ線検査装置Ａ」及び鉄板の厚みデータが記憶される。試験体の素材は必ずしも鉄でなくても良いが、均質で、厚みの違いによる濃度の差がＸ線画像にはっきり写る程度のＸ線吸収率を持つ素材であることが必要である。また、厚みは正確である必要がある。Ｘ線画像と試験体の厚みとＸ線撮影装置の機種名は、例えばリレーショナルデータベースによって関連付けられているものとする。

次に、ステップＳ２２からステップＳ２３において、Ｘ線画像の合成係数が合成係数算出手段３により算出される。ステップＳ２２では、試験体ＤＢ２に記憶された同一機種名かつ同一素材のＸ線画像の試験体の各ピクセルの輝度の平均を算出する。本実施例では、図４の通りＸ線検査装置Ａで撮影した試験体データの厚みごとの輝度の平均Ｉ（輝度）が算出される。

ステップＳ２３では、ステップＳ２２で算出した輝度から、Ｘ線画像合成係数（Ｘ線撮影装置固有の合成係数）を算出し、図５の通り機種名とともにＸ線画像合成係数ＤＢ４に記憶される。Ｘ線画像合成係数は、図６に示す通り、試験体データの輝度と厚みから数１により近似計算して算出する。

ただしａ、ｂは係数である。数１は、Ｘ線が透過する物体の厚さｘと、Ｘ線透過率即ち画像の輝度ｙの相関を表し、求められた係数ａがＸ線画像合成係数となる。図６は機種名「Ｘ線検査装置Ａ」の例であり、Ｘ線画像合成係数は１５８．１７となる。

ステップＳ２４以降では、検査員に対して訓練を行うためのＸ線部品画像の入力と、Ｘ線画像の合成が行われる。ステップＳ２４においては、例えばＸ線検査装置Ａで撮影したＸ線部品画像、Ｘ線部品画像の名称及び機種名「Ｘ線検査装置Ａ」が、合成対象物データ入力手段５によって入力され、Ｘ線部品画像ＤＢ６に記憶される。Ｘ線部品画像ＤＢ６に記憶される画像は、例えば図７に示すような、バッグ、バッグに入れる日用品、あるいは危険物などの手荷物の画像、その画像名称、及び機種名「Ｘ線検査装置Ａ」である。

ステップＳ２５においては、Ｘ線部品画像ＤＢ６に記憶された画像の中から任意に選択された複数のＸ線部品画像が、合成画像作成手段７で合成され、合成画像ＤＢ８に記憶される。

合成画像作成手段７の処理の詳細を図８のフローチャートを用いて説明する。任意に選択された複数のＸ線部品画像に対して、ステップＳ９１において合成する全ての画素の計算が終了した場合に画像合成の処理が終了する。そうでない場合には、ステップＳ９２においてＸ線部品画像の画素から輝度を計測する。ステップＳ９２での輝度計測の詳細について図９を用いて説明する。図９は、合成する画像上のある画素Ｐの輝度を求める場合を示した図である。画素Ｐの位置にはＸ線部品画像ＡとＸ線部品画像Ｂの２種のＸ線部品画像が配置されている。Ｐａは合成画像上のＸ線部品画像Ａ配置内における画素Ｐの位置に相当するＸ線部品画像Ａ上の画素である。同様に、Ｐｂは合成画像上のＸ線部品画像Ｂ配置内における画素Ｐの位置に相当するＸ線部品画像Ｂ上の画素である。この場合、画素Ｐａ、画素Ｐｂが輝度を計測する画素となる。

ステップＳ９３において、Ｘ線部品画像を撮影したＸ線撮影装置に関するＸ線画像合成係数で輝度を各々除算することにより、各Ｘ線部品画像のＸ線透過率を算出する。例えば、Ｘ線検査装置Ａで撮影したＸ線部品画像からＸ線透過率を算出する場合は、Ｘ線検査装置Ａの合成係数１５８．１７で輝度を各々除算すればよい。除算の手順は、図９を用いて説明すると、Ｐａの輝度が１００、Ｐｂの輝度が１３０の場合のＸ線透過率は、Ｐａは１００を１５８．１７で除算し、Ｐｂは１３０を１５８．１７で除算し、それぞれ０．６３と０．８２となる。

ステップＳ９４において各Ｘ線部品画像のＸ線透過率を全て乗算し、合成する画素のＸ線透過率を求める。例えば、図９のＰａとＰｂのＸ線透過率が前述の通り０．６３と０．８２の場合には、合成する画素のＸ線透過率は、０．６３と０．８２を乗算し、０．５２となる。

ステップＳ９５において、ステップＳ９４で求めたＸ線透過率に、合成画像で想定するＸ線撮影装置のＸ線画像合成係数を乗算することによって輝度に変換する。例えば、Ｘ線検査装置Ａと同等の画像を作成する場合は、図５の１５８．１７を合成係数として乗算すれば良く、前述のＸ線透過率０．５２の輝度は８２．２５となる。合成画像で想定するＸ線撮影装置は、Ｘ線部品画像を撮影したＸ線撮影装置と同一でなくても良い。合成画像で想定するＸ線撮影装置がＸ線部品画像を撮影したＸ線撮影装置と異なる場合、ステップＳ９３で使用するＸ線画像合成係数とステップＳ９５で使用するＸ線画像合成係数は異なる係数を使用することとなる。

ステップＳ９６において、ステップＳ９４によって求めた輝度を、合成する画素にセットする。例えば、図９を用いて説明すると、ＰａとＰｂを合成した輝度８２．２５を合成する画素の位置Ｐにセットする。ステップＳ９２からステップＳ９６まで全ての画素に対して繰り返すことにより、合成画像データが作成される。例えば、図１０はバッグと刃物とデジタルカメラを合成した例である。合成画像データは合成画像ＤＢ８に格納される。

ステップＳ２６においては、空港で手荷物の検査に当たる検査員に対して訓練を行うために、ステップＳ２５で作成し、合成画像ＤＢ８に格納された合成画像データを表示手段９で表示させる。例えば、図１１に示す通り、危険物の存在する画像や存在しない画像を繰り返し表示させる。検査員に危険物の有無を回答させることによって発見率を高めることができる。

ステップＳ２１からステップＳ２３と、ステップＳ２４と、ステップＳ２５からステップＳ２６はそれぞれ独立に実施することができる。例えば、最初に、ステップＳ２１からステップＳ２３でＸ線画像合成係数をＸ線画像合成係数ＤＢ４に登録しておく。次に、ステップＳ２１からステップＳ２３までは操作せず、ステップＳ２４でＸ線部品画像をＸ線部品画像ＤＢ６に登録しておく。それ以降は起動のたびにステップＳ２１からステップＳ２４を操作する必要はなく、既存のＸ線画像合成係数とＸ線部品画像を使用してステップＳ２５からステップＳ２６の操作で画像合成を行うことができる。ただし、合成画像作成手段７で使用するＸ線画像合成係数は、Ｘ線画像合成係数ＤＢ４に全て登録されていなくてはならない。

本実施例の通り使用することによって、危険物や日用品の組み合わせ画像を簡単に作成することができるため、検査員は多種の画像から訓練することが可能になる。本実施例に基づいて最新の危険物を組み合わせた画像を作成し、全国の空港に配布することにより検査員のレベルアップにつなげることが可能となる。

１試験体データ入力手段
２試験体ＤＢ
３合成係数算出手段
４Ｘ線画像合成係数ＤＢ
５合成対象物データ入力手段
６Ｘ線部品画像ＤＢ
７合成画像作成手段
８合成画像ＤＢ
９表示手段

Claims

ｙを、複数ある所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、該Ｘ線撮影装置毎に固有の係数ａを予め算出する合成係数算出手段と、
複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置のいずれかを用いて撮影された、個々のＸ線画像データを構成する画素の輝度を、該Ｘ線撮影装置に固有の前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に任意に選択された前記Ｘ線撮影装置に固有の前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成する合成画像作成手段と、
を備えることを特徴とするＸ線画像合成装置。
コンピュータを用いて構築されたＸ線画像合成装置におけるＸ線画像合成方法であって、
前記コンピュータが備える合成係数算出手段が、ｙを、複数ある所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、該Ｘ線撮影装置毎に固有の係数ａを予め算出するステップを実行し、
次いで、前記コンピュータが備える合成画像作成手段が、複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置のいずれかを用いて撮影された、個々のＸ線画像データを構成する画素の輝度を、該Ｘ線撮影装置に固有の前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に任意に選択された前記Ｘ線撮影装置に固有の前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成するステップを実行することを特徴とするＸ線画像合成方法。
コンピュータを、Ｘ線画像合成手段として機能させるためのプログラムであって、
前記コンピュータを、ｙを、複数ある所定のＸ線撮影装置を用いて撮影された、同一素材で厚さの異なる複数の試験体のＸ線画像データを構成する画素の輝度、ｘを前記試験体の厚さ、ａ及びｂを係数としたとき、関係式ｙ＝ａ＊ｅｘｐ（−ｂｘ）に基づき、該Ｘ線撮影装置毎に固有の係数ａを予め算出する合成係数算出手段と、して機能させ、
次いで、前記コンピュータを、複数の合成対象物毎に前記Ｘ線撮影装置のいずれかを用いて撮影された、個々のＸ線画像データを構成する画素の輝度を、該Ｘ線撮影装置に固有の前記係数ａで除して、該画素におけるＸ線透過率（ｅｘｐ（−ｂｘ））を求め、該Ｘ線画像データの合成により重なり合う画素における前記Ｘ線透過率どうしを乗じて、合成後の該画素におけるＸ線透過率とし、該Ｘ線透過率に任意に選択された前記Ｘ線撮影装置に固有の前記係数ａを乗じて、該画素の輝度とする合成画像を作成する合成画像作成手段と、して機能させることを特徴とするプログラム。