KR101938183B1 - 이동하는 대상체에 대한 방사선 영상의 화질 개선 방법 및 그 프로그램 - Google Patents

이동하는 대상체에 대한 방사선 영상의 화질 개선 방법 및 그 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동하는 대상체에 대한 내부 영상의 화질 개선 방법에 관한 것으로, 복수 개의 단위 센서들로 구성된 방사선 검출기의 상기 각 단위 센서에 대하여 이득보정계수를 산출하는 단계 및 상기 방사선 검출기로부터 획득한 대상체의 영상 이미지에 대하여 상기 이득 보정 계수를 이용하여 상기 영상 이미지를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동하는 대상체에 대한 방사선 영상의 화질 개선 방법 및 그 프로그램{The Method for Improving the Radiographic Image Quality of Moving Objects and the Program Thereof}
본 발명은 이동하는 대상체에 대한 방사선 영상의 화질 개선 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보안 검색 분야에서 사용되는 방사선 영상 시스템으로부터 획득된 방사선 영상의 화질을 개선하는 방법 및 그 프로그램에 관한 것이다.
방사선 장치 특히, 엑스선 장치(X-ray)는 의료진단 분야, 보안 검색 분야 및 산업체 비파괴 검사 분야에 사용되는 영상 장치로 엑스선을 물체 또는 인체에 투과시켜 대상체의 내부 구조를 이미지로 획득하는 영상 장치이다.
특히, 세관에서 사용되는 엑스선 영상 시스템은 컨테이너 내부에 밀수품이나 위험물 등이 있는지 검사하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 컨테이너(20)에 엑스선을 투과시키고 엑스선 투과기(10) 반대편에 엑스선 검출기(30)를 위치시켜 투과된 엑스선을 탐지함으로써 컨테이너(20) 내부를 촬영한다.
상기 엑스선 투과기(10)와 상기 엑스선 검출기(30) 사이로 컨테이너(20)를 실은 차량이 일정한 방향(예컨대, X축)에 대하여 일정한 속도로 이동하는데, 이동한 시간 프레임에 따라 검출된 엑스선 영상을 시간 프레임에 대하여 결합하여 컨테이너 전체에 대한 엑스선 영상을 획득한다.
그러나, 세관에서 사용되는 컨테이너 검사용 엑스선 장비는 노후화로 인하여 엑스선 검출기의 센서가 불량이거나 감도가 정상에 미치지 못하는 문제점이 있다.
상기 문제점으로 인하여 엑스선 영상에 노이즈 신호가 그대로 나타나게 되므로, 컨테이너 검사 영상을 판독하기에 어려움이 있어 검사 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
엑스선 영상의 화질을 원천적으로 해결하기 위하여는 엑스선 검출기를 교체하거나 센서 부품 수리 등의 하드웨어적인 수리가 필요하나, 국내 세관에 설치된 엑스선 장비는 외국산 장비가 주를 이루고 있기 때문에 수리에 시간이 많이 소요되고, 비용도 비싼 문제점이 있다.
따라서, 엑스선 영상의 화질을 하드웨어적으로 해결하는 것이 아니라, 소프트웨어적으로 해결하는 방법이 필요한 실정이다.
(KR) 한국등록특허 제10-1741637호
본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 과제는 엑스선 영상 등을 포함하는 방사선 영상의 화질을 소프트웨어적으로 개선하는 영상처리방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법은 복수 개의 단위 센서들로 구성된 방사선 검출기의 상기 각 단위 센서에 대하여 이득보정계수를 산출하는 단계 및 상기 방사선 검출기로부터 획득한 대상체의 영상 이미지에 대하여 상기 이득 보정 계수(GCF)를 이용하여 상기 영상 이미지를 보정하는 단계를 포함하고, 상기 이득보정계수는 하기 함수로 정의될 수 있다.
이득보정계수(GCF) =
Figure 112017088259385-pat00001
(cf. n=x축 방향의 픽셀 개수, bg(x,y) = 빈공간에 대한 방사선 영상 이미지 행렬)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 대상체는 소정의 방향에 대하여 소정의 속도로 일정하게 이동하며, 상기 영상 이미지는 상기 단위 센서의 배열축 및 상기 대상체의 이동 방향축 프레임으로 구성된 영상 이미지로 획득될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법에서 상기 영상 이미지를 보정하는 단계는, 상기 영상 이미지의 각 행렬 원소에 상기 산출된 이득보정계수를 상기 단위 센서의 배열축에 대하여 곱함으로써 상기 영상 이미지를 보정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 프로그램은 컴퓨팅 장치와 결합하여, 복수 개의 단위 센서들로 구성된 방사선 검출기의 상기 각 단위 센서에 대하여 하기 함수로 정의되는 이득보정계수를 산출하는 단계 및 상기 방사선 검출기로부터 획득한 대상체의 영상 이미지에 대하여 상기 이득 보정 계수를 이용하여 상기 영상 이미지를 보정하는 단계를 실행시킬 수 있다.
이득보정계수(GCF) =
Figure 112017088259385-pat00002
(cf. n=x축 방향의 픽셀 개수, bg(x,y) = 빈공간에 대한 방사선 영상 이미지 행렬)
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 영상 화질 개선 방법은 종래의 컨테이너 내부 검사용 엑스선 검출기에 대한 부품 수리 또는 교체 작업을 하지 않고도, 센서의 감도가 저하되어 영상에 나타난 노이즈를 제거함으로써 영상의 화질을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 영상 화질 개선 방법에 의하면, 하드웨어적인 장치 수리를 요하지 않으므로, 특히 외국산 엑스레이 장치인 경우, 하드웨어 장치의 교체 또는 수리 기간과 비용이 큰 폭으로 줄어드는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 영상 화질 개선 방법은 기존에 설치된 컨테이너 내부 검사용 엑스선 검출기로부터 획득된 영상을 활용하여 영상처리를 함으로써 간단하고 효율적으로 방사선 영상의 화질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선 영상을 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 빈 공간에 대한 방사선 영상 이미지를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선 영상 이미지를 보정하는 연산방식을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 4에 도시된 연산방식을 상세하게 설명하기 위한 수식을 나타낸다.
도 6 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따라 보정된 영상 이미지와 보정전 영상 이미지를 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
명세서 전체에서 "대상체"는 본 발명의 일 실시예로 사용되는 컨테이너에 한정되는 것은 아니며, 내부 검사가 필요한 물체 또는 신체도 포함할 수 있고, 방사선이라 함은 엑스선(X-ray), 베타선(β), 감마선(γ), 중성자선을 모두 포함하는 개념으로 해석될 수 있다.
또한, 명세서 전체에서 엑스선(X-ray)을 방사선의 일 실시예로 하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선 영상을 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
앞서 언급된 바와 같이 엑스선 투과기(10)와 엑스선 검출기(30) 사이로 컨테이너(20)를 실은 차량이 일정한 방향(예컨대, X축)에 대하여 일정한 속도로 이동할 때, 엑스선 검출기(30)는 컨테이너(20)가 일정한 속도로 이동될 때 마다 일정한 시간 간격으로 엑스선을 검출하여 도 7과 같이 컨테이너 전체의 내부 이미지를 획득할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 수평 방향으로 엑스선을 조사할 뿐만 아니라, 엑스선 검출기(30)를 컨테이너 아래에 위치해 놓고 엑스선을 위에서 아래로 즉, 수직방향으로 조사하여 엑스선 영상 이미지를 획득할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 엑스선을 검출하는 센서가 일렬로 배열되어 있는 엑스선 검출기(30)를 이용하여 엑스선 영상 이미지를 획득하면, 컨테이너가 이동한 방향에 대한 x축과 센서 배열 방향에 대한 y축을 갖는 픽셀 단위의 이미지가 획득될 수 있다.
그러나, 엑스선 검출기(30)에 이상 센서(31, 32)가 있으면 이상 센서(31, 32)로부터 검출한 영상 이미지의 픽셀은 타 센서로부터 검출한 영상 이미지의 픽셀와 비교하여 엑스선 검출 감도의 차이가 영상 이미지에 나타난다.
한편 본 발명의 일 실시예에서 이상 센서는 센서 불량 또는 센서의 노후화로 엑스선 신호에 대한 검출 감도가 정상범위를 벗어난 센서를 일컫는다.
도 2는 빈 공간에 대한 방사선 영상 이미지를 나타낸 도면이다.
빈 공간에서는 영상 이미지에서 모든 픽셀의 신호 크기가 같아야 하지만, 이상 센서(31, 32)로부터 획득되는 신호의 크기는 다른 센서와 다르기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 가로줄 방향으로 노이즈가 표시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법은 도 2에 도시된 노이즈를 제거하는 영상처리방법을 제안한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 방사선 검출기의 각 단위 센서에 대하여 이득보정계수를 산출(S100)한 다음, 상기 이득보정계수를 영상 이미지에 연산함으로써 영상 이미지를 보정(S200)하여, 영상 화질을 개선할 수 있다.
상기 이득보정계수(Gain Calibration Factor, 이하 GCF라 지칭함)는 빈 공간에서 촬영된 영상 이미지(bg(x,y))에서 각 단위 센서로부터 획득되는 신호 크기의 평균을 1로 나눔으로써 산출할 수 있는데, 하기 수학식 1과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112017088259385-pat00003
여기서, 빈 공간에서 촬영된 영상 이미지 bg(x,y)의 x는 대상체가 일정한 속도로 이동할 때 촬영한 시간 프레임 개수에 대응되는 픽셀 개수이며, y는 엑스선 검출기(30)의 각 단위 센서의 개수를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 방사선 영상 이미지를 보정하는 연산방식을 나타낸다.
상기 수학식 1에 의하여 산출된 이득보정계수, GCF(y)는 실제 촬영된 영상 이미지의 행렬에 연산 될 수 있다.
촬영된 영상 이미지 행렬(Img)의 y축에 대하여 이득보정계수(GCF)를 y축 행렬 원소끼리 일대일 곱함으로써 보정된 이미지(Processed Img)가 산출될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 연산방식을 상세하게 설명하기 위한 수식을 나타낸다.
도 4에 도시된 곱의 표시는 일반적인 행렬의 곱 연산 방식이 아닌, 도 5에 도시된 바와 같이, 촬영된 영상 이미지 행렬(Img)의 y축(예컨대, Img(n,1))에 대응되는 센서의 이득보정계수(예컨대, GCF(n))를 모든 x축에 대한 행렬원소에 곱하는 방식을 의미할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법은 엑스선 검출기의 각 센서마다 각각 다른 감도를 이득보정계수(GCF)로서 산출하여 촬영된 영상 이미지를 보정하는데 활용한다.
따라서, 각 센서마다 각각 다른 감도로 인하여 영상 이미지에 나타나는 가로줄의 노이즈가 이득보정계수에 의하여 제거될 수 있다.
도 6 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따라 보정된 영상 이미지와 보정전 영상 이미지를 비교한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 실제 세관에 설치된 컨테이너 또는 장비를 엑스선 검출기로 측정한 내부 영상을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 이동대차 장비의 원본 이미지(a)에서 나타난 가로줄 형태의 노이즈 성분이 보정된 영상 이미지(b)에서는 제거된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6의 도시된 적색원을 확대한 아래 이미지를 참고하면, 이동대차 내부 이미지에서 불균일한 라인도 균일하게 보정된 것을 확인할 수 있다.
도 7은 실제 컨테이너(20)가 엑스선 투과기(10)와 엑스선 검출기(30) 사이로 이동될 때 촬영한 엑스선 영상 이미지를 나타내고 도 8은 도 7의 확대영상이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 원본 이미지(a)에서는 컨테이너의 이동방향인 x축 방향으로 노이즈가 나타났으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 보정한 보정 이미지(b)에서는 상기 노이즈 성분이 제거된 것을 확인할 수 있고, 확대영상인 도 8에서는 노이즈 성분이 제거된 것을 더욱 명확하게 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법의 정량적 평가를 실시하고 그 결과를 설명한다.
영상 화질에 대한 정량적 평가 방법으로 RMS(root mean square) 노이즈 레벨 평가 방법을 이용하였다. RMS 노이즈 레벨 평가는 기본적으로 빈 공간(air)을 촬영한 영상을 바탕으로 전체 영상의 평균값을 참값(True Image)으로 가정한다. 그리고 촬영된 영상(I(x,y))은 참값과 노이즈의 합으로 이루어진 것으로 가정한다. 이는 빈 공간 영상의 모든 픽셀 값이 동일하다는 가정을 전제로 하고 있다. 이와 같은 개념을 바탕으로 하기 수학식 2 및 수학식 3을 적용하여 영상의 RMS 노이즈 레벨을 평가하였다.
Figure 112017088259385-pat00004
Figure 112017088259385-pat00005
여기서 n은 촬영한 영상의 x축 픽셀의 개수이며, m은 촬영한 영상의 y축 픽셀의 개수이다.
상기 수학식 2 및 수학식 3에 의해 도출된 RMS 노이즈 레벨 평가의 결과는 표 1에 도시된 바와 같다.
Figure 112017088259385-pat00006
윗면(Top-view)과 측면(Side-view) 영상 이미지에 대한 모든 결과에서, 보정된 이미지가 원본 이미지보다 RMS 노이즈 레벨이 낮은 것을 정량적으로 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 화질 개선 방법을 방사선 영상 처리에 적용하면, 방사선 영상에 대한 해독이 훨씬 용이한 효과를 달성할 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 엑스선 투과기
20 : 컨테이너
30 : 엑스선 검출기
31, 32 : 이상 센서

Claims (3)

  1. 영상 화질 개선 방법에 있어서,
    복수 개의 단위 센서들로 구성된 방사선 검출기의 상기 각 단위 센서에 대하여 이득보정계수를 산출하는 단계 및
    상기 방사선 검출기로부터 획득한 대상체의 영상 이미지에 대하여 상기 이득 보정 계수(GCF)를 이용하여 상기 영상 이미지를 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 대상체는 소정의 방향에 대하여 소정의 속도로 일정하게 이동하며,
    상기 영상 이미지는 상기 단위 센서의 배열축 및 상기 대상체의 이동 방향축 프레임으로 구성된 영상 이미지로 획득되고,
    상기 영상 이미지를 보정하는 단계는,
    상기 영상 이미지의 각 행렬 원소에 상기 산출된 이득보정계수를 상기 단위 센서의 배열축에 대하여 곱함으로써 상기 영상 이미지를 보정하고,
    상기 이득보정계수는 하기 함수로 정의되는 것을 특징으로 하는 영상 화질 개선 방법.
    Figure 112018087098814-pat00007

    (cf. n=x축 방향의 픽셀 개수, bg(x,y) = 빈공간에 대한 방사선 영상 이미지 행렬, x=대상체가 일정한 속도로 이동할 때 촬영한 시간 프레임 개수에 대응되는 픽셀 개수, y=방사선 검출기의 각 단위 센서의 개수)
  2. 삭제
  3. 컴퓨팅 장치와 결합하여, 하기 단계를 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    복수 개의 단위 센서들로 구성된 방사선 검출기의 상기 각 단위 센서에 대하여 하기 함수로 정의되는 이득보정계수(GCF)를 산출하는 단계 및
    상기 방사선 검출기로부터 획득한 대상체의 영상 이미지에 대하여 상기 이득 보정 계수를 이용하여 상기 영상 이미지를 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 대상체는 소정의 방향에 대하여 소정의 속도로 일정하게 이동하며,
    상기 영상 이미지는 상기 단위 센서의 배열축 및 상기 대상체의 이동 방향축 프레임으로 구성된 영상 이미지로 획득되고,
    상기 영상 이미지를 보정하는 단계는,
    상기 영상 이미지의 각 행렬 원소에 상기 산출된 이득보정계수를 상기 단위 센서의 배열축에 대하여 곱함으로써 상기 영상 이미지를 보정하는 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
    Figure 112018087098814-pat00008

    (cf. n=x축 방향의 픽셀 개수, bg(x,y) = 빈공간에 대한 방사선 영상 이미지 행렬, x=대상체가 일정한 속도로 이동할 때 촬영한 시간 프레임 개수에 대응되는 픽셀 개수, y=방사선 검출기의 각 단위 센서의 개수)
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