JP6386811B2 - モジュール型コンベヤチェーンを備える放射線検査システムおよび当該システムを動作させる方法 - Google Patents
モジュール型コンベヤチェーンを備える放射線検査システムおよび当該システムを動作させる方法 Download PDFInfo
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Description
− 特にボトルおよび缶の産業では、ファブリックベルトは損傷しやすく、早期に摩耗することから、その使用に対して強い抵抗がある。対して、エンドレスループとして一体に連結される剛性プラスチック要素(通常は、アセタール樹脂またはポリプロピレン)で構成されるコンベヤチェーンはより高い強度を有し、硬質金属またはガラス容器によって損傷しにくい。
チェーンの長手方向(すなわち、コンベヤの移動方向)の登録座標yに関しては、欧州特許出願EP2711694A1が、チェーンの一部分であるかまたはチェーンと一体に移動する物理的登録フィーチャの概念を提案している。好適な実施形態では、登録フィーチャは、モジュール型セグメント上に形成されるランプ形状の側方境界部分として実現される。動作中、ランプ形状の境界がファン形状の放射線バンドルの周縁セクタを阻害し、それにより、センサアレイによって受信される画像がランプ高さを示すようになり、そこからプロセッサにより直接に長手方向の登録座標yが計算され得る。
較正モードでは、放射線源および放射線検出器さらには画像データの影響を反映する、モジュール型セグメントのうちの少なくとも1つのモジュール型セグメントのためのデータが放射線検査システムによって取得され、デジタル処理されて較正データとされてテンプレート画像として放射線検査システムのメモリに記憶される。テンプレート画像はランダムに選択されるモジュール型セグメントの任意の1つに基づいてよい。しかし、製造公差を得るために、つまり、存在する可能性があるセグメント間のわずかなばらつきのために、複数のセグメントをサンプルとして抽出してそのデータを平均化することが望ましい場合がある。この場合、テンプレートは、複数のモジュール型セグメントの複合体、またはさらには、コンベヤチェーンのモジュール型セグメントのすべてを示すことができる。
本方法は、コンベヤチェーンが同一のモジュール型セグメントのエンドレスループによって構成されるという事実を利用する。したがって、較正モードではモジュール型セグメントのうちの任意の1つのデータを取得、処理および記憶することで十分であり、通常は数百のセグメントを備えるチェーン全体のデータを取得することはなく、仮にそのようなデータを取得する場合には較正モードでそれに相応して時間が増大し、テンプレート画像データを記憶するために法外に高いメモリ能力が必要となる。
1.検出器アレイ内の各フォトオードの個別の異なる暗部信号および光感受性;
2.ファン形状の放射線バンドルの供給源から各フォトダイオードまでの個別の異なる距離;
3.コンベヤチェーンに吸収されることを原因とする、放射線源から各フォトダイオードまでの線経路に沿う、個別に異なる放射線強度の損失量;
4.検査下の物品に吸収されることを原因とする、放射線源から各フォトダイオードまでの線経路に沿う、個別に異なる放射線強度の損失量。
較正モードのステップC1)が以下のオペレーションを伴う:
− 放射線源を停止させること、
− フォトダイオードの線形アレイの各ダイオードに対してダイオード電流を測定すること、
− アレイ位置xのところにあるダイオードに対して、ダイオード電流をデジタル化して暗部信号D(x)として1次元メモリアレイに記憶すること。
− 放射線源を動作させてコンベヤチェーンの移動を開始すること;
− モジュール型セグメントをすぐ前のモジュール型セグメントおよび次のモジュール型セグメントに接続するヒンジを示す2つの暗ストライプの全範囲を含めてモジュール型セグメントのうちの1つを包含する生セグメント画像データを取得し、2次元データアレイRSI(x、y)として生セグメント画像データを収集することであり、ここでは、例えば、フォトダイオードアレイの一方の端部のところにあるフォトダイオードに関連付けられるラスタカラムに対してx=0を割り当て、生セグメント画像データを取得するときに記録されるラスタドットの最初の線に対してy=0を割り当てることにより、x/y座標系の原点が画定され得る。
− 各x/y位置に対して、正味のセグメント画像値NSI(x、y)を得るために、生セグメント画像値RSI(x、y)から暗部信号D(x)を差し引くこと;
− データアレイNSI(x、y)内で、暗色ストライプを示す部分を特定すること;
− 暗色ストライプの間の明るい領域を特定し、上記の明るい領域内の各x位置に対して正味のセグメント画像値NSI(x、y)を平均化することにより線形較正アレイL(x)を計算すること;
− 各フォトダイオード位置xに対してゲイン係数G(x)=k/L(x)を計算することであり、ここでは、kは正規化係数(例えば、8ビットデータの場合はk=255)である;
− 正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)=G(x)×NSI(x、y)を得るために、それぞれのx位置に対して、すべての正味のセグメント画像値NSI(x、y)にゲイン係数G(x)を掛け合わせること;
− 正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)に基づき、各々の2つの暗色ストライプ内で、y方向のラスタ間隔の一部における画像強度重み付き(image−intensity−weighted)のセントロイドライン(centroid line)を計算すること;
− 正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)を、正規化された座標ラスタ(x、yn)を基準とした正規化された較正テンプレート値NCT(x、yn)へと変換し、ここでは、座標ynがセントロイドラインから始まり、2つのセントロイドラインの間の周期的な間隔(または、その一部)を基準として縮尺を決定され、またここでは、正規化された各較正テンプレート値NCT(x、yn)に割り当てられる明度値が、隣接し合う正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)を補間することにより得られる;
− 正規化された較正テンプレート値NCT(x、yn)をデジタルテンプレート画像としてメモリアレイに記録すること。
ステップI1)が以下のオペレーションを含む:
− 走査平面に対して物品が接近することを感知すること;
− 放射線画像内で物品と少なくとも部分的に重なるすべてのコンベヤチェーンの全範囲を含めた物品の生放射線画像を取得し、生の明度値のデータアレイRID(x、y)の形態で生画像データを保持することであり、ここでは、x/y座標系がステップC2)に類似する手法で画定され得る。
− 正味の画像データNID(x、y)を生成するために生画像データRID(x、y)から暗部信号D(x)を差し引くこと;
− 正規化される画像値NOI(x、y)=G(x)×NID(x、y)を得るために、それぞれのx位置に対して、すべての正味の画像値NID(x、y)にゲイン係数G(x)を掛け合わせること;
− データアレイNOI(x、y)内で、暗色ストライプを示す部分を特定し、検査下の物品の画像と重ならない暗色ストライプの部分に対して画像強度重み付きのセントロイドラインの計算を適用すること;
− 画像アレイNOI(x、y)を、下の背景内にある例えば最初の完全なモジュール型セグメントを示すテンプレート画像の座標ラスタ(x、yn)を基準としたテンプレート基準の画像アレイTRI(x、yn)へと変換することであって、ここでは、隣接し合う正規化された画像データ値NOI(x、y)を補間することにより、テンプレート基準の画像アレイTRI(x、yn)内の各ラスタドットに割り当てられる明度値が得られる。
− テンプレート基準のデジタル画像からヒンジの背景を排除する演算プロシージャで、テンプレート基準の画像アレイTRI(x、yn)と正規化された較正テンプレートアレイNCT(x、yn)とをマージすることであり、ここでは、各ラスタ位置(x、yn)に対して、較正テンプレートアレイの対応する値NCT(x、yn)に基づいてそれぞれのピクセル値TRI(x、yn)が個別に修正され、モジュール型コンベヤチェーンの背景を含まない物品の最終的な放射線画像が得られる;
− 物品内に含有される可能性がある異物などの不規則なものの存在に関して最終的な放射線画像を分析すること。
実施形態の特定の実施例を提供しながら本発明を説明してきたが、例えば、個別の実施例の特徴を互いに組み合わせることにより、および/または、本明細書で説明される実施形態の間で個別の機能的ユニットを交換することにより、本発明の教示から数多くの別の多様な実施形態が開発され得ることは読者には明白であろう。例えば、本発明の概念は、検査下の物体さらにはコンベヤチェーンを透過することができる任意の波長の放射線に適用可能である。線形フォトダイオードアレイ以外にも、2Dフォーマット放射線検出器などの放射線検出器が使用され得、例えば、エリアフォトダイオードアレイ、画像増幅器、フラットパネル撮像プレート、または、カメラと組み合わされるシンチレーションスクリーン、さらには、画像を記録するための考えられる別の解決策などが使用され得、ここでは、放射線画像からコンベヤデバイスの背景を消す方法が継続して完全に適用可能である。このような任意の多様な実施形態も本発明の範囲内に包含されるとみなされることは言うまでもない。
2 モジュール型コンベヤチェーン
3 検査下の物品
4 放射線源
5 放射線検出器
7 フォトダイオードの線形アレイ
8 物品を通過する線のファンセグメント
9 チェーンのみを通過する線のファンセグメント
21 モジュール型コンベヤチェーンのセグメント
22 セグメント21を接続するヒンジ
23 ヒンジピン
30 モジュール型コンベヤチェーン
31 モジュール型セグメント
32 モジュール型セグメントのヒンジ
33 モジュール型セグメントの平坦領域
40 空のコンベヤチェーン30の放射線画像
41 平行な暗色ストライプ
42 41の中心線
45 テンプレート画像
46 ラスタドットの境界カラム
50 正規化された放射線画像
51 方法の結果:最終的な放射線画像
x 横断方向の登録座標
y 長手方向の登録座標
yn 正規化された長手方向の登録座標
Claims (15)
- 走査線を放射する放射線源(4)を備え、さらには、前記走査線を受信してそれらを検出器信号に変換する放射線検出器(5)を備え、前記検出器信号に基づいて放射線画像(50)を生成するプロセッサを備え、さらに、検査下の物品(3)を前記走査線が通り抜ける空間を通るように移送するように機能するクローズドループで一体にヒンジ留めされる同一のモジュール型セグメント(21)を備えるモジュール型コンベヤチェーン(2)を備える、放射線検査システム(1)を動作させる方法であって、前記方法が、前記放射線画像(50)から、前記モジュール型セグメント(21)と、前記放射線検出器(5)の固有の要因とによって本質的に生成される背景画像(42)を排除するように作用し、前記方法が、
C1)前記放射線源の停止中にそれぞれのダイオード電流を測定することにより、検出器アレイの個別のフォトダイオードの暗部信号D(x)が決定されることを通じてデジタル較正データを取得し、前記デジタル較正データを1次元データアレイとして保持するステップと、
C2)すぐ前のモジュール型セグメント(21)および次のモジュール型セグメント(21)の隣接する境界部分を含めた前記モジュール型セグメント(21)のうちの1つのための生画像データを取得し、第1の2次元データアレイ内に、前記モジュール型セグメント(21)の生デジタル画像として前記生画像データを保持するステップと、
C3)ステップC1)およびC2)で保持された前記デジタル較正データ及び前記生画像データを、各々の前記モジュール型セグメント(21)の前記放射線画像で等しく発生する少なくとも1つの明確に識別可能なフィーチャを基準とする正規化される較正データとなるようにデジタル処理し、較正データファイル内に、デジタルテンプレート画像として前記正規化された較正データを記憶するステップと
を含む較正モードを含み、
前記方法が
I1)上を移動する少なくとも1つの物品(3)を含めた前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の1セクションの生デジタル画像データの形態で放射線画像を取得し、第2の2次元データアレイ内に、前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の前記セクションの前記背景画像(42)を含めた前記物品(3)の生デジタル画像として前記生デジタル画像データを保持するステップと、
I2)前記少なくとも1つの明確に識別可能なフィーチャを基準とする正規化されるデジタル画像にするために前記生デジタル画像を演算処理し、2次元データアレイ内に、前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の前記セクションの前記背景画像(42)を含めた前記物品(3)の前記正規化されたデジタル画像を保持するステップと、
I3)前記デジタルテンプレート画像に対応する修正を適用することにより、前記正規化されたデジタル画像から前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の前記背景画像(42)を排除するステップと
を含む検査モードをさらに備える
方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記放射線源(4)が空間的に集中する構成であり、前記放射線検出器(5)が、規則的な間隔で配置されるフォトダイオードの線形アレイ(7)を備え、前記放射線源(4)および前記放射線検出器(5)が前記モジュール型コンベヤチェーン(2)を間にして互いの方を向き、ファン形状の平坦なバンドルの前記走査線が前記放射線源(4)から前記放射線検出器(5)まで発せられ、前記ファン形状の放射線バンドルおよび前記フォトダイオードの線形アレイ(7)が、前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の移動方向に対して実質的に垂直に延びる共通の走査平面に位置する、方法。 - 請求項2に記載の方法において、
検査下の前記物品(3)が前記モジュール型コンベヤチェーン(2)上で前記走査平面を通るように移動し、スキャナ放射線が前記放射線源により放射線の連続ストリームとして生成されるとともに、前記放射線検出器が検出器信号を生成するためのパルスによって起動され、前記パルスのタイミングが前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の移動に同期され、したがって、前記ファン形状の平坦なバンドルの放射線が前記放射線検出器の出力信号に変換されるときの時間が、前記モジュール型コンベヤチェーン(2)およびその上で移送される前記物品(3)の一様な移動間隔に対応する、方法。 - 請求項3に記載の方法において、
各々の個別のトリガーパルスで、前記放射線検出器(5)の前記フォトダイオードの線形アレイ(7)によって受信される前記放射線が実質的に等距離の画像ドットの線に変換され、前記一連のトリガーパルスが画像ドットの一連の実質的に等距離の平行な線を発生させ、前記画像ドットの線が画像ドットの線およびカラムのラスタの形態の生画像を形成し、画像ドットの各線が所与の時点で発生するトリガーパルスに関連付けられ、画像ドットの各カラムが前記フォトダイオードの線形アレイ内の特定のフォトダイオードに関連付けられ、前記ラスタ内の各画像ドットが、前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の移動方向に対して垂直な方向のラスタ間隔に関する登録座標(x)と、前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の移動方向のラスタ間隔に関する登録座標(y)とを基準とし、x/y座標系の原点がラスタ線とラスタカラムとの任意に選択される交差点のところに配置されてよく、さらに、各画像ドットが、明度値としてデジタル形態で表現され得る明度レベルによって個別に特徴付けられる、方法。 - 請求項4に記載の方法において、
前記明度値が、
前記放射線検出器(5)内の各フォトダイオードの個別の異なる暗部信号D(x)および光感受性と、
前記放射線源(4)から各フォトダイオードまでの個別の異なる距離と、
前記モジュール型コンベヤチェーンに吸収されることを原因とする、前記放射線源から各フォトダイオードまでの線経路に沿う、個別の異なる放射線強度の損失量と、
検査下の物品(3)に吸収されることを原因とする、前記放射線源から各フォトダイオードまでの線経路に沿う、個別の異なる放射線強度の損失量と
によって決定される、方法。 - 請求項4または5に記載の方法において、
各モジュール型セグメントが、前記放射線に対する実質的に一様な高い透過度を有する実質的に平坦な平坦領域を有し、前記平坦領域が実質的に長方形形状であり、前記モジュール型コンベヤチェーンの全幅にわたってx方向に延在し、1つのヒンジから次のヒンジまでy方向に延在し、前記放射線画像では、前記モジュール型セグメントの前記平坦領域が明るい領域として現れ、それに対して前記ヒンジが暗色ストライプとして現れ、したがって、前記放射線画像で、前記一連のモジュール型セグメントが、前記モジュール型コンベヤチェーンの移動方向を横断するように延びる明暗の平行なストライプのパターンを形成し、前記平行な暗色ストライプが、前記正規化された放射線画像データが基準とすることができる前記明確に識別可能なフィーチャを示す、方法。 - 請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法において、
ステップC1)が、
前記放射線源を停止させるステップと、
前記フォトダイオードの線形アレイの各フォトダイオードに対してダイオード電流を測定するステップと、
前記ダイオード電流をデジタル化して前記フォトダイオードの前記暗部信号D(x)として1次元メモリアレイ内に記憶するステップと
を含む、方法。 - 請求項6、または請求項6を引用先に含む請求項7に記載の方法において、
ステップC2)が、
前記放射線源(4)を動作させて前記モジュール型コンベヤチェーン(2)の移動を開始するステップと、
前記すぐ前のモジュール型セグメントおよび前記次のモジュール型セグメントを示す前記2つの暗色ストライプの全範囲を含めた前記モジュール型セグメント(21)のうちの1つのための生セグメント画像データRSI(x、y)を取得し、前記生セグメント画像データRSI(x、y)を2次元データアレイとして収集するステップと
を含む、方法。 - 請求項8に記載の方法において、
ステップC3)が、
各x/y位置に対して、正味のセグメント画像値NSI(x、y)を得るために、前記生セグメント画像データRSI(x、y)から前記暗部信号D(x)を差し引くステップと、
前記正味のセグメント画像値NSI(x、y)内で、前記暗色ストライプを示す部分を特定するステップであって、さらに、前記暗色ストライプの間の明るい領域を特定し、前記明るい領域内の各x位置に対して前記正味のセグメント画像値NSI(x、y)を平均化することにより線形較正アレイL(x)を計算する、ステップと、
各フォトダイオード位置xに対してゲイン係数G(x)=k/L(x)を計算するステップであって、kが正規化係数である、ステップと、
正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)=G(x)×NSI(x、y)を得るために、前記それぞれのx位置に対して、すべての正味のセグメント画像値NSI(x、y)に前記ゲイン係数G(x)を掛け合わせるステップと、
前記正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)に基づき、各々の前記2つの暗色ストライプ内で、前記y方向のラスタ間隔の一部における画像強度重み付きのセントロイドラインを計算するステップと、
前記正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)を、正規化された座標ラスタ(x、yn)を基準とした正規化された較正テンプレート値NCT(x、yn)へと変換するステップであって、前記座標ynが前記セントロイドラインから始まり、2つのセントロイドラインの間の周期的な間隔を基準として縮尺を決定され、正規化された各較正テンプレート値NCT(x、yn)に割り当てられる前記明度値が、隣接し合う正規化されたセグメント画像値NOS(x、y)を補間することにより得られる、ステップと、
前記正規化された較正テンプレート値NCT(x、yn)を前記デジタルテンプレート画像としてメモリアレイに記録するステップと
を含む、方法。 - 請求項2、請求項2を引用先に含む請求項3から9のいずれかに記載の方法において、
ステップI1)が、
前記走査平面に対して物品(3)が接近することを感知するステップと、
生画像データのデータアレイRID(x、y)の形態の、前記モジュール型コンベヤチェーンの下にある背景を含めた前記物品(3)の前記放射線画像を取得するステップと
を含む、方法。 - 請求項9を引用先に含む請求項10に記載の方法において、
ステップI2)が、
正味の画像データNID(x、y)を生成するために前記生画像データのデータアレイRID(x、y)から前記暗部信号D(x)を差し引くステップと、
正規化される画像値NOI(x、y)=G(x)×NID(x、y)を得るために、前記それぞれのx位置に対して、すべての正味の画像値NID(x、y)に前記ゲイン係数G(x)を掛け合わせるステップと、
前記正規化される画像値NOI(x、y)内で、前記暗色ストライプを示す部分を特定し、検査下の物品の前記放射線画像と重ならない前記暗色ストライプの部分に対して前記画像強度重み付きのセントロイドラインの計算を適用するステップと、
前記正規化される画像値NOI(x、y)を、下の背景内にある例えば最初の完全なモジュール型セグメントを示す前記デジタルテンプレート画像の前記座標ラスタ(x、yn)を基準としたテンプレート基準の画像アレイTRI(x、yn)へと変換するステップであって、隣接し合う正規化される画像値NOI(x、y)を補間することにより、前記テンプレート基準の画像アレイTRI(x、yn)内の各ラスタドットに割り当てられる明度値が得られる、ステップと
を含む、方法。 - 請求項11に記載の方法において、
ステップI3)が、
前記テンプレート基準のデジタル画像から前記ヒンジの前記背景を排除する演算プロシージャで、前記テンプレート基準の画像アレイTRI(x、yn)と前記正規化された較正テンプレート値NCT(x、yn)とをマージするステップであって、各ラスタ位置(x、yn)に対して、前記正規化された較正テンプレート値NCT(x、y n )の対応する値に基づいてそれぞれのピクセル値TRI(x、yn)が個別に修正され、前記モジュール型コンベヤチェーンの前記背景を含まない前記物品の最終的な放射線画像が得られる、ステップと、
前記物品内に含有される可能性がある異物を含む不規則なものの存在に関して前記最終的な放射線画像を分析するステップと
を含む、方法。 - 請求項2から12までのいずれか1項に記載の方法を実施するように動作可能である放射線検査システム(1)であって、走査線を放射する放射線源(4)と、前記走査線を受信して検出器信号へと変換するフォトダイオードアレイ(7)の形態の放射線検出器(5)と、前記検出器信号に基づいて放射線画像を生成するプロセッサと、前記放射線源(4)と前記放射線検出器(5)との間に配置され、検査下の物品(3)を移送するように機能する同一のモジュール型セグメント(21)を備えるモジュール型コンベヤチェーン(2)と、を備え、前記同一のモジュール型セグメント(21)の各々が、前記放射線画像内で明確に識別される目立つ画像フィーチャとして現れる少なくとも1つの要素を備える、放射線検査システム(1)。
- 請求項13に記載の放射線検査システムにおいて、
各モジュール型セグメントが、放射線に対する実質的に一様な高い透過度を有する実質的に平坦な平坦領域を有し、前記平坦領域が実質的に長方形形状であり、前記モジュール型コンベヤチェーンの全幅にわたってx方向に延在し、1つのヒンジから次のヒンジまでy方向に延在し、前記放射線画像では、前記モジュール型セグメントの前記平坦領域が明るい領域として現れ、それに対して前記ヒンジが暗色ストライプとして現れ、したがって、前記放射線画像で、前記一連のモジュール型セグメントが、前記モジュール型コンベヤチェーンの移動方向を横断するように延びる明暗の平行なストライプのパターンを形成し、前記平行な暗色ストライプが、前記正規化された放射線画像データが基準とすることができる前記明確に識別可能なフィーチャを示す、放射線検査システム。 - 請求項13または14に記載の放射線検査システムにおいて、
放射線がX線を含み、X線より長い波長を有する光に対して最も高いスペクトル感受性を有する前記フォトダイオードが、前記X線を、前記フォトダイオードの前記スペクトル感受性に適合する波長の光へと変換するように設計される蛍光性コーティングを備える、放射線検査システム。
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