雙能量x射線人體藏物檢查設備及其使用的圖像處理方法
2023-04-29 21:21:26
專利名稱：雙能量x射線人體藏物檢查設備及其使用的圖像處理方法
技術領域：
本發明涉及數字成像安全檢查技術領域，尤其涉及一種雙能量X射線人體藏物檢查設備及其使用的圖像處理方法。
背景技術：
近年來，販毒、恐怖主義等犯罪活動越來越猖獗，嚴重危害社會安全，且，越來越多地以隱藏於人體的形式出現。即，藉助人體進行毒品走私、恐怖襲擊。而這種犯罪活動使得威脅與危險更加隱蔽，因此，嚴峻的形勢對人體安全檢查技術也提出了更加嚴格的要求。目前，只有X射線透射成像技術能夠同時滿足對隱藏於人體內，以及附著於人體外的毒品、爆炸物、金屬與非金屬武器等違禁品進行檢查的要求。傳統的X射線透射人體安全檢查設備，大多是單能量X射線檢查系統，其包括一個射線源、一套探測器和一套數據採集系統。在檢查過程中，射線源出射的X射線透射信號經過被檢物後被探測器接收，經過處理形成的圖像只有灰度信息和物體輪廓信息。在圖像判讀方法方面，由於檢查對象為人體， 圖像整體灰度偏低、灰度變化較弱，而已有判讀方法大多依賴物體本身的形狀以及多種常規圖像處理技術組合諸如調整圖像亮度、對比度、大小，提高圖像邊緣信息等，通過觀察物體的灰度層次與邊緣輪廓特性，區分其中可疑物品。因此，判讀效率相對不高，且，判讀效果與操作員經驗密切相關。
發明內容
有鑑於此，須提供一種判讀效率高、效果好的雙能量X射線人體藏物檢查設備。另外，還需提供一種圖像處理方法，使處理後的圖像更有利於人眼觀察，檢查過程更加快捷有效。本發明的發明目的是通過以下技術方案來實現的—種雙能量X射線人體藏物檢查設備，用於檢查被測人員藏物，其包括X射線源， X射線準直部件，X射線雙能探測器，檢查通道，放置被測人員的人體傳送裝置，控制臺，控制插箱，與所述控制插箱相連的計算機，設置在所述控制插箱內、與X射線雙能探測器連接的圖像採集系統及圖像處理與控制系統。其中所述X射線源高位放置，對準被測人員的腹部，用於出射X射線。所述控制臺發出控制指令。所述控制插箱與控制臺連接，用於接收所述控制指令，控制X射線源、人體傳送裝置的工作。所述X射線雙能探測器，包括順序設置的用於接收低能X射線的低能探測器，用於過濾低能X射線的濾片，以及用於接收高能X射線的高能探測器，安裝在所述檢查通道內，用於探測穿透被檢測人體的高能X射線、低能X 射線，並轉換成對應的電信號，傳送至圖像處理與控制系統，處理成所述計算機可識別處理的、用不同顏色表示不同材料特性的被檢物質圖像的數位訊號，並由計算機對該數位訊號進行處理後實時捲軸顯示。一種在雙能量X射線人體藏物檢查設備中所使用的圖像處理方法，包括以下步驟藉由X射線源、X射線雙能探測器以及圖像採集系統採集被測人員的高、低能量人體圖
5像；從採集到的高、低能人體圖像中獲取比值灰度圖像；以及對比值灰度圖像進行人體組織剝離。本發明的雙能量X射線人體藏物檢查設備，通過X射線雙能探測器檢測到的高、低能探測數據，得到被檢物的等效原子序數信息，利用這一信息可以區分出有機物、無機物和混合物，並在顯示時賦以不同顏色，更便於操作人員準確判讀。而在雙能量X射線人體藏物檢查設備中所使用的圖像處理方法，通過對圖像中人體組織進行識別與剝離，僅保留圖像中原子序數與人體組織差異較大的部分，使處理後的圖像更有利於人眼觀察，檢查過程更加快捷有效。
為了易於說明，本發明由下述的較佳實施例及附圖作以詳細描述。圖1為本發明第一實施方式雙能量X射線人體藏物檢查設備的平面結構示意圖。圖2為本發明第二實施方式雙能量X射線人體藏物檢查設備的平面結構示意圖。圖3為本發明第三實施方式雙能量X射線人體藏物檢查設備的平面結構示意圖。圖4為本發明圖像處理方法的流程圖。圖5為步驟Sl所採集的雙能人體圖像中的高能量人體圖像。圖6a為本發明圖4中步驟S2的細化流程圖。圖6b為步驟S2所獲得的比值灰度圖像。圖7為本發明圖4中步驟S3的細化流程圖。圖8為人體組織剝離後圖像。
具體實施例方式圖1所示為本發明第一實施方式雙能量X射線人體藏物檢查設備的平面結構示意圖，其用於檢查被測人員藏物，包括X射線源4、X射線準直部件5、X射線雙能探測器6、檢查通道7、放置被測人員的人體傳送裝置8、控制臺9，風扇部件1，控制插箱2，與控制插箱相連的計算機3，設置在控制插箱2內、與X射線雙能探測器6連接的圖像採集系統及圖像處理與控制系統.。X射線源4高位放置，對準被測人員的腹部，用於出射X射線。X射線準直部件5 由射線源準直器和防護罩組成。本發明實施方式中，X射線源4發出的X射線通過準直器限制成一個扇形的射線面。X射線雙能探測器6，安裝在檢查通道7內，用於探測穿透被檢測人體的高能X射線、低能X射線。該X射線雙能探測器6包括順序設置的用於接收低能X射線的低能探測器(圖中未示出)，用於過濾低能X射線的濾片(圖中未示出)，以及用於接收高能X射線的高能探測器(圖中未示出)。即X射線經過被檢物(被測人員)後，透射信號先經過低能探測器接收，再經過高低能探測器中間的濾片，最後由高能探測器全部接收。其優勢是利用檢測到高、低能探測數據可以得到被檢物的等效原子序數信息，利用這一信息可以區分出有機物、無機物和混合物，並在顯示時賦以不同顏色，更便於操作人員準確判讀。檢查通道7採用門框式結構，具體實施方式
中，X射線雙能探測器6是安裝在門框內，其數量為多個，排列成直線行、L行或者C行。又，X射線雙能探測器6陣列安裝方向與X射線的扇面方向相同，且位於X射線扇面垂直照射的位置。人體傳送裝置8包括電機，與電機連接、通過平穩拖動實現被測人員移動的傳送帶，以及設置在傳送帶兩端、用來控制行程的限位開關。控制臺9用於發出控制指令，其包括移動小車，移動小車上設置有顯示器以及與控制插箱連接的控制鍵盤，以實現人機互動的主要界面。其中，控制鍵盤為專用控制鍵盤，主要包含有圖像處理鍵、輸送機控制鍵、開關機開關等。風扇部件1用於維持雙能量X射線人體藏物檢查設備工作在合理的溫度範圍內的。控制插箱2與控制臺9連接，用於接收控制臺9發出的控制指令，控制X射線源4、人體傳送裝置8的工作。本發明實施方式中，控制插箱2是完成設備所有功能的中樞系統，其包括系統控制電路板(CCPU)、圖像信號處理板(NDSP)、X射線功率板(XPOW)、X射線信號控制板(XGCB)。計算機3採用導軌式放置，方便使用和維護，其與控制插箱2通過網線連接。圖像處理與控制系統前端與X射線雙能探測器6相連，後端將圖像處理和控制信號發送到計算機3內，對採集的X射線雙能信號進行處理，用不到同顏色表示不同材料特性的被檢物質圖像。具體說X射線雙能探測器6用於探測穿透被檢測人體的高能X射線、低能X射線，並轉換成對應的電信號，傳送至圖像處理與控制系統，通過圖像處理與控制系統處理成所述計算機3可識別處理的、用不同顏色表示不同材料特性的被檢物質圖像的數位訊號，並由計算機3對該數位訊號進行處理後實時捲軸顯示，最後在控制臺9的顯示器顯示出來。本發明雙能量X射線人體藏物檢查設備的工作過程如下工作人員按下控制臺9 上的開關機開關，開啟計算機3，控制插箱2中的系統控制電路板(CCPU)根據固化在板子中的程序對X射線源4發出指令，並通過X射線信號控制板(XGCB)對X射線源4進行訓管， 以優化射線源工作狀態。訓管完畢後，人體傳送裝置8由計算機3根據系統設置給控制插箱2中的CCPU發出指令來控制其處於起始位置，表示設備進入正常工作狀態。當被測人員登上傳送帶，進入檢查通道7時，需將手、腳等按照指示位置放好並帶上眼罩。工作人員通過控制臺9的控制鍵盤通過CCPU給人體傳送裝置8發出工作指令，拖動傳送帶移動，同時X射線源4預熱並開始發射X射線，檢測開始。當X射線透過人體，射線信號被X射線雙能探測器6接收，通過光電轉換成電信號，該信號通過圖像處理系統處理成計算機3可識別處理的數位訊號，計算機3對該數位訊號處理後通過控制臺9的顯示器實時捲軸顯示出來。被測人員完全通過X射線扇面後，傳送帶在限位開關的控制下停止運行，X射線源4停止發射，完成一次被測人員的圖像採集操作。此時，顯示器顯示被測人員的X射線透射圖像(人體彩色捲軸圖像)，由工作人員針對圖像判別被測人員是否攜帶有違禁品。因此，本發明的雙能量X射線人體藏物檢查設備，通過X射線雙能探測器檢測到的高、低能探測數據，得到被檢物的等效原子序數信息，利用這一信息可以區分出有機物、無機物和混合物，並在顯示時賦以不同顏色，更便於操作人員準確判讀。圖2所示為本發明第二實施方式雙能量X射線人體藏物檢查設備的平面結構示意圖，該檢測設備與第一實施方式的檢測設備的結構基本相同，區別在於圖2所示的檢測設備還包括包圍整個檢查通道7的屏蔽式防護罩13以及在屏蔽式防護罩13上還設置有用於防止X射線洩露的聯鎖開關12。只有防護罩13處於關閉狀態時，X射線才可以發射，否則射線源不發X射線。此外，檢查通道7與控制臺9之間還設置有用於監控被測人員身體狀
7況的視頻監視系統10以及與被測人員進行溝通的語音交互系統11。圖3所示為本發明第三實施方式雙能量X射線人體藏物檢查設備的平面結構示意圖，該檢測設備與第二實施方式的檢測設備的結構基本相同，區別在於圖3所示的檢測設備設置在汽車14內，成為一款實用性、靈活性、便捷性更強的人體安全檢查設備，能夠適快速響應各種場合的檢查要求。當檢測設備設置在汽車14內時，省略控制臺的移動小車。雙能量X射線人體圖像採集完成後，工作人員通過控制臺9，除了可以進行常規輔助圖像處理，如加亮、加暗、邊緣增強、分區放大、黑白顯示、圖像反轉、圖像回拉等以外，還可以進行本發明涉及的一種雙能量X射線人體藏物檢測設備使用的圖像處理方法，使處理後的圖像更有利於人眼觀察，檢查過程更加快捷有效。圖4所示為本發明圖像處理方法的流程圖。在步驟Si，採集雙能人體圖像，即，藉由X射線源、X射線雙能探測器以及圖像採集系統採集被測人員的高、低能量人體圖像(參閱圖5，為雙能人體圖像中的高能量人體圖像)。在步驟S2，獲取比值灰度圖像(該比值灰度圖像可參閱圖6b)，即從採集到的高、低能人體圖像中獲取比值灰度圖像。此處所指的比值灰度圖像是指低能圖像比上高能圖像，並對對應像素比值進行映射獲取的灰度圖像，此灰度圖像的灰度層次與高、低能量人體圖像灰度層次一致。在步驟S3，人體組織剝離，即對比值灰度圖像進行人體組織剝離。圖6a所示為本發明圖4中步驟S2的細化流程圖。在步驟S21，進行高斯低通濾波處理，即利用高斯低通濾波算子分別與高、低能人體圖像進行卷積處理。處理後的圖像與濾波前的圖像相比，更加平滑，圖像信噪比提高。本發明實施方式中，高斯低通濾波算子h為在步驟S22，獲取比值灰度圖像，即通過卷積後的低能圖像比上高能圖像，得到圖像中各像素低能與高能比值R，其表達式為場+,/) = ^^^，其中， I表示高能圖像，LO表示低能圖像，R表示低能與高能的
Hiyi j)比值。在步驟S23，映射，即通過比值圖R映射成與高、低能量人體圖像灰度層次一致的灰度圖像R』。具體操作為在比值圖像R中尋找最高值ν ；之後，對比值圖像R中每個像素進行以下公式處理其中，R表示低能與高能的比值，t為圖像信號灰度峰值(舉例 αχ ν .
來說，如果X射線圖像信號為12比特，此t值為4095 ；如果X射線圖像信號為16比特，此t 值為65535)，ν為比值圖像最高值，a表示一個不大於1的比例係數。圖7所示為本發明圖4中步驟S3的細化流程圖。在步驟S31，進行圖像分割，即對比值灰度圖像進行圖像分割，保留比值灰度圖像中符合分割閾值要求的部分，標記分割結果連通區(分割後，每一個獨立的目標區域稱為連通區)。其中，分割閾值設為s(HI(i， j))，需要說明，本步驟涉及分割閾值s(HI(i，j))設計為與像素灰度相關的單調函數，比值灰度圖像分割規則如以下公式所示
權利要求
1.一種雙能量X射線人體藏物檢查設備，用於檢查被測人員藏物，其包括X射線源，X 射線準直部件，X射線雙能探測器，檢查通道，放置被測人員的人體傳送裝置，控制臺，控制插箱，與所述控制插箱相連的計算機，設置在所述控制插箱內、與X射線雙能探測器連接的圖像採集系統及圖像處理與控制系統；其中所述X射線源高位放置，對準被測人員的腹部，用於出射X射線；所述控制臺發出控制指令；所述控制插箱與控制臺連接，用於接收所述控制指令，控制X射線源、人體傳送裝置的工作；所述X射線雙能探測器，安裝在所述檢查通道內，用於探測穿透被檢測人體的高能X射線、低能X射線，並轉換成對應的電信號，傳送至圖像處理與控制系統，處理成所述計算機可識別處理的、用不同顏色表示不同材料特性的被檢物質圖像的數位訊號，並由計算機對該數位訊號進行處理後實時捲軸顯示；其特徵在於，所述X射線雙能探測器包括順序設置的用於接收低能X射線的低能探測器，用於過濾低能X射線的濾片，以及用於接收高能X射線的高能探測器。
2.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，所述檢查通道採用門框式結構；所述X射線雙能探測器安裝在門框內，其數量為多個，排列成直線行、L 行或者C行。
3.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，所述檢查通道與控制臺之間還設置有用於監控被測人員身體狀況的視頻監視系統以及與被測人員進行溝通的語音交互系統。
4.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，所述控制臺包括顯示器以及控制鍵盤。
5.根據權利要求4所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，所述控制臺還包括移動小車，所述顯示器及控制鍵盤設置在所述移動小車上。
6.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，所述X射線準直部件由射線源準直器和防護罩組成。
7.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，所述人體傳送裝置包括電機，與所述電機連接、通過平穩拖動實現被測人員移動的傳送帶，以及設置在所述傳送帶兩端、用來控制行程的限位開關。
8.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，還包括維持雙能量X射線人體藏物檢查設備工作在合理的溫度範圍內的風扇部件。
9.根據權利要求1所述的雙能量X射線人體藏物檢查設備，其特徵在於，還包括包圍整個檢查通道的屏蔽式防護罩；所述屏蔽式防護罩上還設置有用於防止X射線洩露的聯鎖開關。
10.一種在雙能量X射線人體藏物檢查設備中所使用的圖像處理方法，其特徵在於，包括以下步驟藉由X射線源、X射線雙能探測器以及圖像採集系統採集被測人員的高、低能量人體圖像；從採集到的高、低能人體圖像中獲取比值灰度圖像；以及對比值灰度圖像進行人體組織剝離。
11.根據權利要求10所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述從採集到的高、低能人體圖像中獲取比值灰度圖像的步驟包括以下步驟利用高斯低通濾波算子分別與高、低能人體圖像進行卷積處理； 通過卷積後的低能圖像比上高能圖像，得到圖像中各像素低能與高能比值；及通過比值圖映射成與高、低能量人體圖像灰度層次一致的灰度圖像。
12.根據權利要求11所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述高斯低通濾波算子h為 [1 2 Γh = — 2 4 2 ο 161 2 1
13.根據權利要求11所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述通過比值圖映射成與高、 低能量人體圖像灰度層次一致的灰度圖像的步驟包括以下步驟在比值圖像中尋找最高值；及對比值圖像中每個像素進行以下公式處理R(ij)= ^1Axt其中，R表示低能與高能的比值，t為圖像信號灰度峰值^為比值圖 αχ ν .像最高值，a表示一個不大於1的比例係數，R』為映射後的灰度圖像。
14.根據權利要求10所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對比值灰度圖像進行人體組織剝離的步驟包括以下步驟對比值灰度圖像進行圖像分割，保留比值灰度圖像中符合分割閾值要求的部分，標記分割結果連通區；對分割結果連通區進行連通區濾除，去除圖像中人體組織部分；及對連通區濾除後的比值灰度圖像進行灰度變換，得到原子序數與人體組織差異較大部分圖像。
15.根據權利要求14所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對分割結果連通區進行連通區濾除，去除圖像中人體組織部分的步驟包括以下步驟標記連通區中各個獨立連通區，並統計各個獨立連通區面積、獨立連通區對應比值灰度圖像灰度平均值；及根據預設的經驗門限面積閾值以及門限灰度平均值閾值，對連通區進行過濾，只保留連通區面積不低於經驗門限面積閾值、連通區對應比值灰度圖像灰度平均值不高於門限灰度平均值閾值的連通區。
16.根據權利要求15所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述標記連通區中各個獨立連通區，並統計各個獨立連通區面積、獨立連通區對應比值灰度圖像灰度平均值的步驟包括以下步驟對輸入連通區圖像逐行掃描，找到一個未標記區域第一點，標記該點； 檢查該點周圍的八個像素，並標記滿足連通性要求的、尚未被標記的點，同時將新增的標記點記錄下來作為區域生長的種子點；後續標記過程中，不斷地從內存中記錄的種子點的數組中取出一個種子點，施行上述的操作，直到記錄種子點的數組為空，結束一個連通區標記，記錄連通區面積，並且在此標記過程中，記錄連通區最小外接矩形範圍，完成一個獨立連通區標記；及利用最小外接矩形範圍計算連通區對應比值灰度圖像灰度平均值。
17.根據權利要求14所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對連通區濾除後的比值灰度圖像進行灰度變換，得到原子序數與人體組織差異較大部分圖像的步驟包括以下步驟將連通區濾除後的圖像進行線性灰度拉伸；及把線性灰度拉伸後的圖像進行反色。
18.根據權利要求14所述的圖像處理方法，其特徵在於，所述對連通區濾除後的圖像進行灰度變化是按照以下公式進行其中，Iv為連通區濾除後的比值灰度圖像中的低灰度經驗閾值，hv為比值灰度圖像中的高灰度經驗閾值，t為圖像信號灰度峰值，SR'為連通區濾除後的圖像。
全文摘要
一種雙能量X射線人體藏物檢查設備，包括X射線源，X射線準直部件，X射線雙能探測器，檢查通道，人體傳送裝置，控制臺，控制插箱，計算機，圖像採集系統及圖像處理與控制系統。雙能探測器包括順序設置低能探測器、濾片和高能探測器，安裝在檢查通道內，用於探測穿透被檢測人體的高、低能X射線，並轉換成對應的電信號，傳送至圖像處理與控制系統，處理成計算機可識別處理的、用不同顏色表示不同材料特性的被檢物質圖像的數位訊號，並由計算機對該數位訊號進行處理後實時捲軸顯示。本發明的檢查設備，通過檢測到的高、低能數據，得到被檢物等效原子序數信息，區分出有機物、無機物和混合物，判讀效率高、效果好。另外，還提供一種圖像處理方法。
文檔編號G01N23/04GK102455305SQ20101052842
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月1日 優先權日2010年11月1日
發明者孔維武, 李廣清, 李永清, 楊立瑞, 楊笑月, 董明文, 薛凱, 趙磊, 陳力, 陳學亮, 霍梅春 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術有限公司