KR101445143B1 - 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법 - Google Patents

다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 영상 결합을 통하여 검출하기 어려운 저밀도 이물을 용이하게 검출할 수 있도록 하여, 엑스레이 검사장치로 검사 대상 물질과 밀도 차이가 크지 않은 유리, 고무, 세라믹 등과 같은 비금속 저밀도 이물까지 검출할 수 있기 때문에, 특히 식품과 같은 안정성이 중요시되는 대상물질에 매우 유용한 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 조 조사각도가 상호 상이한 2개의 엑스레이 튜브(T1, T2)와 디텍터(D1, D2)로 구성된 엑스레이 검사장치를 사용하여 대상물체(P)를 검사하며, (a) 지정된 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1)로 향하는 모든 엑스레이 투과선에 대하여 대상물체(P)의 영상의 밝기(I1(x,y))를 측정하는 단계; (b) 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1) 영상의 위치 (x,y)로 향하는 x 투과선에 대해 대상물체(P)와 만나는 처음 위치인 시점(Pu(x,y))과 마지막 위치인 종점(Pd(x,y))를 지정하고, 이 두 지점을 잇는 가상의 선분L을 지정하는 단계; (c) 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선분 L과 만나는, 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j)) | j=1, 2, 3,..., J2)}들을 측정하는 단계; (d) 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j))를 각각 곱산하여 신호 증폭된 새로운 단면 영상을 획득하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법{Foreign body signal image processing improve method}
본 발명은 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중 영상 결합을 통하여 검출하기 어려운 저밀도 이물을 기존의 방법보다 용이하게 검출할 수 있도록 한 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법에 관한 것이다.
엑스레이 검사장치로 식품 등과 같은 제품의 이물 검사시, 철, 구리, Sus등과 같은 고밀도의 이물은 밀도차이가 크기 때문에 영상 검출기에서 영상신호 밝기 차이가 커서 검출이 용이하며, 금속성 제품은 금속 검출기를 이용하여 탐지할 수 있지만, 유리, 고무, 세라믹 등과 같은 비금속 저밀도 이물은 검사 대상 물질과 밀도 차이가 크지 않아 검출하기 어려운 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여 일반적으로 신호 증대(증폭)를 하면 수월하게 정상과 비정상을 구별하는 임계값을 선택할 수 있어서 이물 검출을 보다 쉽게 구현 할 수 있다고 생각할수 있지만 이와 같은 종래의 일반적 신호 증대에는 신호 속에 포함되어 있는 잡음(노이즈) 역시 증폭되기 때문에 검사 대상물질과 저밀도의 이물을 구별하기 어려운 문제점이 있었다.
특히 식품과 같은 검사 대상물질은 안정성(안전 먹거리)이 매우 중요시되기 때문에, 저밀도의 이물이라도 반드시 검출하여야 하지만 종래의 방법으로는 검출하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중 영상 결합을 통하여 검출하기 어려운 이물을 용이하게 검출할 수 있도록 하여, 엑스레이 검사장치로 검사 대상 물질과 밀도 차이가 크지 않은 유리, 고무, 세라믹 등과 같은 비금속 저밀도 이물까지 검출할 수 있기 때문에, 특히 식품과 같은 안정성이 중요시되는 대상물질에 매우 유용한 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 조사각도가 상호 상이한 2개의 엑스레이 튜브(T1, T2)와 디텍터(D1, D2)로 구성된 엑스레이 검사장치를 사용하여 대상물체(P)를 검사하며, (a) 지정된 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1)로 향하는 모든 엑스레이 투과선에 대하여 대상물체(P)의 영상의 밝기(I1(x,y))를 측정하는 단계; (b) 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1) 영상의 위치 (x,y)로 향하는 x 투과선에 대해 대상물체(P)와 만나는 처음 위치인 시점(Pu(x,y))과 마지막 위치인 종점(Pd(x,y))를 지정하고, 이 두 지점을 잇는 가상의 선분L을 지정하는 단계; (c) 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선분 L과 만나는, 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j)) | j=1, 2, 3,..., J2)}들을 측정하는 단계; (d) 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j))를 각각 곱산하여(이와 유사한 연산을 통해) 신호 증폭된 새로운 단면 영상을 획득하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법을 제공하고자 한다.
또한, 조사각도가 상호 상이한 엑스레이 튜브(Tn)와 디텍터(Dn) 조합은 2개가 구성되며, (c) 단계에서, 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선분 L과 만나는, 각도가 상이한 각 제n 번째(n=2,3,..., N) 조합인 제n 엑스레이 튜브(Tn)에서 제n 디텍터(Dn)까지 조사되는 Jn개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(In(x(j), y(j)) | j=1, 2, 3,..., Jn)}들을 각각 측정하고, (d) 단계에서, 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제n 엑스레이 튜브(Tn)에서 제n 디텍터(Dn)까지 조사되는 Jn개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(In(x(j), y(j)))를 각각 곱산하여 새로운 단면 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법은 다중 영상 결합을 통하여 검출하기 어려운 저밀도 이물을 용이하게 검출할 수 있도록 하여, 엑스레이 검사장치로 식품과 같은 검사 대상 물질과 밀도 차이가 크지 않은 유리, 고무, 세라믹 등과 같은 비금속 저밀도 이물까지 검출할 수 있기 때문에, 특히 식품과 같은 안정성이 중요시되는 대상물질에 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 기본 원리를 도시한 개념 설명도이며, 검사 물체의 한 단면을 가정하여 설명한 그림이다.
도 2는 본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법의 역투사 과정을 개략적으로 도시한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 신호대 잡음비 개선 영역을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법을 저밀도 이물검사시 적용전과 후의 신호를 비교한 도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 기본 원리를 도시한 개념 설명도이며, 검사 물체의 한 단면을 가정하여 설명한 그림이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 이전에 기본 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 조사 각도가 상호 상이한 2개의 엑스레이 튜브와 디텍터의 조합을 엑스레이 검사 장치에 사용한다. 검사하고자 하는 대상 물체를 엑스레이 검사 장치에 투입한 상태에서 대상 물체의 x선 단면 영상 2장을 구한다. 검사 대상 물체에서의 모든 위치(x,y)에 대해 위의 두 엑스레이 튜브의 투사선들을 도식화한다. 좌, 우 2개의 튜브의 모든 투사선에 대해 영상 밝기을 표시한다. 대상 물체의 임의의 한 위치 (x,y)에 대해 이 위치를 통과하는 두 개의 좌우 x레이 투사선 밝기 값들을 곱산하여 이 위치에 해당하는 위치 밝기값으로 지정한다. 2개의 엑스레이 tube중 제1 엑스레이 tube의 모든 투사선에 대해 새로운 여러개의 x선 영상들을 계산한다. 그림 1에서 두 개의 엑스레이 투과선들이 만나는 단면은 5개이다. 5개 단면 영상은 위치 밝기를 바로 사용하여 구한다. 또한 여러 단면 영상들을 제1 엑스레이 튜브의 투사선 관점에서 동일 투사선에 해당하는 위치 밝기값들을 합함으로써 영역 단면 영상을 구할 수 있다. 영역 단면 영상을 만들면 계산 처리할 영상의 개수를 줄일 수 있다.
이렇게 구한 단면 영상의 새로운 밝기 값 분포를 살펴보면, 이물을 통과하는 투사선 위치의 밝기와 주변 위치에서 밝기 차는 기존 좌우 두 개의 엑스레이 튜브의 기본 영상 밝기차보다 더욱 높아, 저밀도 이물의 결함검출을 더욱 용이하게 한다. 즉, 하나의 엑스레이 튜브만을 이용한 싱글 시스템(single system)인 경우 대상물체에서 이물이 존재하지 않는 부분의 밝기값이 10이라고 한다면 이물이 존재하는 부분은 x선 투과도가 떨어져 10보다 낮은 값을 갖게 된다. (그림 1에서는 저밀도 이물로 인해 대상물체의 밝기차가 거의 차이가 나지 않아 9이다.) 이 결함에 대한 신호 크기는 영상 밝기차인 10-9=1이다.
그러나, 좌측과 우측에서 조사각도가 다르게 2개의 엑스레이 튜브와 디텍터의 조합(dual system)으로 구성된 엑스레이 검사장치의 경우에는,
좌측 엑스레이 튜브에서의 이물의 밝기값과 우측 엑스레이 튜브에서의 이물의 밝기값을 사용한 단면 영상의 밝기값을 살펴 보면 곱산을 하여 저밀도 결함 위치에서 밝기를 더욱 낮게 만들고( 81 밝기), 결함 주변 위치에서는 밝기를 더욱 높게 만들어(밝기 100 ) 신호의 강도 (대비값의 차이 19 = 100-81)를 크게 한다.
Figure 112013062714491-pat00001
Figure 112013062714491-pat00002
즉, Single system의 경우에는 배경 10, 이물 9, 신호 크기인 contrast는 10-9=1 이고, Dual system 의 경우에는 배경 100, 이물 81, 신호 크기인 contrast는 100-81=19 이다.
도 2는 본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법의 역투사 과정을 통해 개략적으로 도시한 설명도이다. 본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법은 조사 각도가 상호 상이한 엑스레이 튜브(T1)(T2)와 디텍터(D1)(D2)로 구성된 엑스레이 검사장치를 사용하여 대상물체(P)를 검사한다.
본 발명은 2쌍의 튜브와 디텍터의 조합으로 가능하며 신호는 더욱 증대된다.
먼저 도면을 참조하여 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도면에서는 2쌍의 튜브와 디텍터의 조합을 중심으로 설명한다.
우선, 하나의 지정된 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1)로 향하는 엑스레이 투과선에 대하여 대상물체(P)의 영상의 밝기(I1(x,y))를 측정한다.
I1(x,y)를 생성하는 제1 엑스레이 튜브(T1)의 spot에서 제1 디텍터(D1)의 위치(x,y)로 향하는 투과선을 생각한다. 이 투과선에 있는 대상물체(P)의 종류 및 두께에 의해 X선은 감쇄하여 이 투과선의 영상 밝기 I1(x,y)가 결정된다.
이후, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1)로 향하는 이 투과선의 대상물체(P)에 조사되는 처음 위치인 시점(Pu(x,y))과 마지막 위치인 종점(Pd(x,y))를 지정하고, 대상물체(P) 내부의 시점(Pu(x,y))과 종점(Pd(x,y))을 잇는 가상의 선(L)을 지정한다(b).
이후, 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선(L)을 통과하는, 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2(제2 엑스레이 튜브(T2)에서 조사되는 J개의 선을 편의상 J2 라고 표시하고, 후술하는 제n 엑스레이 튜브(Tn)에서 조사되는 J개의 선을 편의상 Jn 이라고 표시함.)개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(k), y(k)) | k=1, 2, 3,..., J2))들을 구한다(c).
도 2에 도시된 바와 같이, 대상물체(P) 내부를 관통하는 x선중 시점(Pu(x,y))과 종점(Pd(x,y))을 잇는 가상의 선(L)을 관통하는 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상 밝기를 측정한다.
위의 가상의 선(L)에 위치한 대상물체(P)를 통과하는 제2 엑스레이 튜브(T2) spot에서 제2 디텍터(D2)까지의 J2개의 Ray들 { Ray_1, Ray_2, Ray_3,..., Ray_J2 }와 상응하는 좌측 영상 밝기들{ I2(x(k), y(k)) | k=1, 2, 3,..., J2 } 들을 계산한다. 여기서 (x(k), y(k))는 위의 Ray_J들이 디텍터 2에 만나는 위치들을 나타낸다.
즉, 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 한 선을 통과하는 제2 엑스레이 튜브(T2)의 J2개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j)) | u=1, 2, 3,..., J2))를 측정하여 각각의 영상의 밝기를 구한다.
이후, 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j))를 각각 곱산하여(이와 유사한 연산을 통해) 신호 증폭된 새로운 단면 영상을 획득하도록 한다(d).
새로운 단면 영상 IG(x,y; k )은 다음과 같이 계산한다.
제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j))의 합산은 IG(x,y;k) = I1(x,y) * I2( x(k), y(k)) 와 같이 구한다.
새롭게 만들어지는 영상은 신호 증폭뿐만 아니라 노이즈도 증폭한다. 그러나, S/N비를 수식적으로 계산하면 기준 평균 밝기, 노이즈 크기(표준 편차), 신호의 크기에 따라 노이즈 대 신호가 증폭이 되며, 저밀도 신호 검출에 효과적임을 알 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이, 2쌍의 엑스레이 튜브와 디텍터의 조합으로 가능하지만, 조사각도가 상호 상이한 엑스레이 튜브(Tn), 디텍터(Dn)는 2개 이상 구성되어 적용될 수도 있다.
즉, 조사각도가 상호 상이한 엑스레이 튜브(Tn)와 디텍터(Dn)는 2개 이상 구성된다면(n=1,2, 3,..., N),
(c) 단계에서, 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선(L)을 통과하는 각도가 상이한 각 제n번째 엑스레이 튜브 Tn에서 제n번째 디텍터(Dn)까지 조사되는 Jn개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기{ In(x(j), y(j)) | j=1, 2, 3,..., Jn)}들을 각각 측정하게 하고, (d) 단계에서는 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제n 엑스레이 튜브(Tn)에서 제n 디텍터(Dn)까지 조사되는 Jn개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(In(x(j), y(j)))를 곱과 합 연산하여 새로운 단면 영상을 획득하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 신호대 잡음비를 도시한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기존 영상의 S/N비 S/s= t, 신호 레벨대 노이즈의 비인 K/s=u 이라고 하면,
신규 단면 영상의 S/N비는
Figure 112013062714491-pat00003
t>0, u>0
예를 들어 신호 밝기의 절대값 K = 100, 신호 잡음 s =3, 신호 S = 9이라면, 신호 레벨대 잡음비 u=K/s=100/3, 신호대 잡음비 t=S/s=9/3 이고, 위의 수식의 신규 영상의 신호대 잡음비 S/N 비는 3.13이므로 원 영상의 신호대 잡음비인 3보다 크다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 신규 영상의 신호대 잡음비가 기존 S/N비보다 큰 영역은 다음과 같다.
Figure 112013062714491-pat00004
t>0, u>0
도 4는 본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법을 저밀도 이물검사시 적용전과 후의 신호를 비교한 도로서, 대상물체는 밀가루이고 밀가루에서 이물검출을 실험하였다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명 적용 전에는 신호는 최대 104, 최소 96으로 신호 차이가 8으로 확대하여 영상을 보더라도 이물의 신호 차이가 거의 나지 않았고,
도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명 적용 후에는 신호는 최대 106, 최소 48으로 차이가 58으로 이물의 신호 차이가 확연하게 드러났다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법은 다중 영상 결합을 통하여 검출하기 어려운 저밀도 이물을 용이하게 검출할 수 있도록 하여, 엑스레이 검사장치로 검사 대상 물질과 밀도 차이가 크지 않은 유리, 고무, 세라믹 등과 같은 비금속 저밀도 이물까지 검출할 수 있기 때문에, 특히 식품과 같은 안정성이 중요시되는 대상물질에 매우 유용한 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
T1 : 제1 엑스레이 튜브
T2 : 제2 엑스레이 튜브
D1 : 제1 디텍터
D2 : 제2 디텍터
P : 대상물체

Claims (2)

  1. 조사각도가 상호 상이한 2개의 엑스레이 튜브(T1 , T2)와 디텍터(D1, D2)로 구성된 엑스레이 검사장치를 사용하여 대상물체(P)를 검사하며,
    (a) 지정된 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1)로 향하는 모든 엑스레이 투과선에 대하여 대상물체(P)의 영상의 밝기(I1(x,y))를 측정하는 단계;
    (b) 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 제1 디텍터(D1) 영상의 위치 (x,y)로 향하는 x 투과선에 대해 대상물체(P)와 만나는 처음 위치인 시점(Pu(x,y))과 마지막 위치인 종점(Pd(x,y))를 지정하고, 이 두 지점을 잇는 가상의 선분L을 지정하는 단계;
    (c) 제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선분 L과 만나는, 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j)) | j=1, 2, 3,..., J2)}들을 측정하는 단계;
    (d) 제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제2 엑스레이 튜브(T2)에서 제2 디텍터(D2)까지 조사되는 J2개의 엑스레이 투과선들의 영상의 밝기(I2(x(j), y(j))를 각각 곱산하여 신호 증폭된 새로운 단면 영상을 획득하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    조사각도가 상호 상이한 엑스레이 튜브(Tn)와 디텍터(Dn) 조합은 2개가 구성되며,
    (c) 단계에서,
    제1 엑스레이 튜브(T1)의 가상의 선분 L과 만나는, 각도가 상이한 각 제n번째(n=2,3,..., N) 조합인 제n 엑스레이 튜브(Tn)에서 제n 디텍터(Dn)까지 조사되는 Jn개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(In(x(j), y(j)) | j=1, 2, 3,..., Jn)}들을 각각 측정하고,
    (d) 단계에서,
    제1 엑스레이 튜브(T1)에서 측정된 영상의 밝기(I1(x,y))와 각도가 상이한 제n 엑스레이 튜브(Tn)에서 제n 디텍터(Dn)까지 조사되는 Jn개의 엑스레이 선들의 영상의 밝기(In(x(j), y(j)))를 각각 곱산하여 새로운 단면 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 다중 영상 결합을 통한 이물 신호 화상 처리 개선 방법.
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