專利名稱：在毒品檢查系統中確定ct掃描位置的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及輻射檢查技術領域，特別涉及一種通過對液態物品進行雙能CT成像來對液態物品進行快速安全檢查的方法及設備。
背景技術：
美國的9 ·11事件發生以后，航空領域的安全檢查工作越來越受到重視。在以往進行的行李包裹安全檢查的基礎上，增加了對旅客隨身攜帶的液態物品的安全檢查要求。因此，急需有效的方式和手段進行行李物品中液態物品的快速安全檢查。當前，有如下四類的方法可以用于液態物品的安全檢查化學方法、電磁方法、中子方法和射線方法，具體描述如下1)化學方法可以細分為氣味識別、離子掃描探測和物質分析。氣味識別在實際應用中常常因為液態物品被密封包裝而無法實現檢查。離子掃描探測以高敏感性著稱，但是其缺點在于誤報率高，常常受到背景環境的影響。物質分析具有精度高和準確性高的特點，但是這種方法需要一定的時間對樣品進行分析，不能滿足現場快速檢查的需求。2)電磁方法采取主動的測量方式，其根據不同液態物品對電磁波的介電常數不同從而將液態物品區分開來。電磁方法本身容易受到金屬包裝和較厚材料包裝的不利影響。因此，在包裝材料復雜的實際情況下，電磁方法具有一定的局限性。3)中子檢查方法的使用會出現“中子活化”的現象，即經過中子檢查的被檢查液態物品會有輻射殘留現象。并且，由于中子的穿透能力更強，故其輻射屏蔽更為復雜、設備占地面積大，因而不適合在民航的安全檢查系統中使用。4)當前，航空領域的安全檢查裝置多為射線裝置，這些裝置中，目前采用最多的技術是X射線二維成像技術和三維CT掃描成像技術。這些技術能獲得物體的結構信息，但無法判斷液體中是否藏有毒品；這是因為液體中藏有毒品后，只是成分發生變化，而總體結構并不會發生明顯的變化。綜上所述，對于液態物品進行快速檢查，化學方法、電磁方法和中子方法存在著本身不適合快速安全檢查的特點，采用X射線二維成像技術和三維CT掃描成像技術，只能獲得包含結構信息的圖像，不能為判斷液態物品是否藏有毒品提供充分依據。
發明內容
為了克服上述現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供了一種用射線對液態物品進行安全檢查的方法和設備，它可以在不破壞液態物品包裝的情況下對其進行快速檢查，得到被檢查液態物品的定量信息。在本發明的一個方面，提出了一種用雙能CT對液態物品進行檢查的方法，包括步
3驟對被檢液態物品進行雙能CT掃描，得到雙能CT投影數據；根據所述投影數據進行CT重建，得到表示被檢液態物品的物理屬性值的CT圖像；根據所述CT圖像提取被檢液態物品的物理屬性值；以及基于所述物理屬性值和該液態物品的參考物理屬性值來判斷所述被檢液態物品是否是可疑的。根據本發明的實施例，所述物理屬性值包括被檢液態物品的密度和原子序數。根據本發明的實施例，所述雙能CT掃描采用平面斷層CT掃描的方式。根據本發明的實施例，所述雙能CT掃描采用常規螺旋CT掃描的方式。根據本發明的實施例，所述雙能CT掃描采用大螺距螺旋CT掃描的方式。根據本發明的實施例，在進行平面斷層CT掃描之前，預先設定一組掃描位置。根據本發明的實施例，在進行平面斷層CT掃描之前，先進行DR掃描得到被檢物品的透射圖像，然后根據透射圖像確定CT掃描位置。根據本發明的實施例，得到透射圖像后，操作員通過輸入裝置指定透射圖像中的至少一行，作為CT掃描位置。根據本發明的實施例，得到透射圖像后，通過圖像處理技術自動確定透射圖像中的至少一行，作為CT掃描位置。根據本發明的實施例，形成透射圖像的步驟包括從射線源發出高能射線和低能射線，穿透被檢物體，形成高能透射圖像和低能透射圖像；融合高能透射圖像和低能透射圖像，形成所述透射圖像。根據本發明的實施例，形成透射圖像的步驟包括從射線源發出高能射線和低能射線，穿透被檢物體，形成高能透射圖像和低能透射圖像；選擇高能透射圖像和低能透射圖像之一，作為所述透射圖像。根據本發明的實施例，從雙能投影數據重建表示被檢液態物品的物理屬性值的CT圖像的步驟包括根據高低能投影數據，生成關于兩種基材料系數的投影數據；根據所述兩種基材料系數的投影數據進行重建，得到表示被檢液體所對應的兩種基材料系數的CT圖像；以及根據所述表示基材料系數CT圖像，生成所述表示被檢液態物品物理屬性值的CT圖像。根據本發明的實施例，根據表示被檢液態物品的物理屬性值的CT圖像，得到被檢液態物品物理屬性值的步驟包括從所述CT圖像中提取與液體部分相對應的像素；對液體部分的像素計算密度均值和原子序數均值，作為所述被檢液態物品的密度和原子序數。根據本發明的實施例，基于所述物理屬性值和該液態物品的參物理屬性值來判斷所述被檢液態物品是否是可疑的步驟包括計算所述密度和原子序數和所述參考密度和原子序數之間的差值；在所述差值大于預定的閾值的情況下，認為所述被檢液態物品中隱藏了毒品。根據本發明的實施例，在針對每個位置進行雙能CT掃描之后，旋轉被檢查液態物品的CT圖像，使其與第一次雙能CT掃描所形成的圖像對齊。根據本發明的實施例，在針對各行進行雙能CT掃描之后，旋轉被檢液態物品，使其與掃描之前的位置相同。根據本發明的實施例，所述液態物品放置在被分成了多個空間的桶內。根據本發明的實施例，所述的方法還包括步驟利用預定的模板來自動檢測桶的存在；在存在桶的情況下，檢測CT圖像中的特定標記；基于所述特定標記，將桶旋轉到預定的位置。根據本發明的實施例，所述的方法還包括步驟將被檢液態物品的判斷結果顯示在顯示屏上。根據本發明的實施例，所述的方法還包括步驟將各個被檢液態物品的判斷結果打印出來。根據本發明的實施例，所述的方法還包括步驟將各個被檢液態物品的CT圖像彩色化。在本發明的另一方面，提出了一種用雙能CT對液態物品進行檢查的設備，包括射線源，用于發出射線；探測和采集裝置，用于探測并采集穿透至少一件被檢液態物品的射線信號；控制器，控制所述射線源和探測和采集裝置對被檢液態物品進行雙能CT掃描，得到投影數據；從投影數據重建表示被檢液態物品的至少一種物理屬性值的CT圖像的裝置；以及基于所述物理屬性值和該液態物品的參考物理屬性值來判斷所述被檢液態物品是否是可疑的的裝置。根據本發明的實施例，所述雙能CT掃描是基于預定的位置進行的。根據本發明的實施例，所述探測和采集裝置探測并采集穿透至少一件被檢液態物品的射線信號以形成透射圖像；其中所述設備還包括指定透射圖像中的至少一行的裝置；所述雙能CT掃描是基于所指定的行而進行的。根據本發明的實施例，所述物理屬性值至少包括被檢液態物品的密度和原子序數。根據本發明的實施例，從射線源發出高能射線和低能射線，穿透被檢物體，形成高能透射圖像和低能透射圖像，所述設備還包括融合高能透射圖像和低能透射圖像形成所述透射圖像的裝置。根據本發明的實施例，從射線源發出高能射線和低能射線，穿透被檢物體，形成高能透射圖像和低能透射圖像，所述設備還包括選擇高能透射圖像和低能透射圖像之一，作為所述透射圖像的裝置。根據本發明的實施例，所述指定透射圖像中的至少一行的裝置包括操作員利用輸入裝置從透射圖像中選擇至少一行的裝置。根據本發明的實施例，所述指定透射圖像中的至少一行的裝置包括分析所述透射圖像的像素值，以將所述透射圖像分層的裝置；將各層中的中間行指定為要進行雙能CT掃描的行的裝置。根據本發明的實施例，從投影數據重建表示被檢液態物品的物理屬性值的CT圖像的裝置包括融合由被檢液態物品的密度所標識的密度圖像和由被檢液態物品的原子序數所標識的原子序數圖像作為所述CT圖像的裝置；從所述CT圖像中提取與液體部分相對應的像素；對液體部分的像素計算密度均值和原子序數均值作為所述被檢液態物品的密度和原子序數的裝置。根據本發明的實施例，基于所述物理屬性值和該液態物品的參考物理屬性值來判斷所述被檢液態物品是否是可疑的裝置包括計算所述密度和原子序數和所述參考密度和原子序數之間的差值的裝置；在所述差值大于預定的閾值的情況下，認為所述被檢液態物品中隱藏了毒品。根據本發明的實施例，所述的設備還包括在針對每行進行雙能CT掃描之后，旋轉被檢查液態物品的CT圖像，使其與第一次雙能CT掃描所形成的圖像對齊的裝置。根據本發明的實施例，所述的設備還包括在針對各行進行雙能CT掃面之后，旋轉被檢液態物品，使其與掃描之前的位置相同的裝置。根據本發明的實施例，所述的設備還包括桶，被分成了多個空間，分別用于放置所述液態物品。根據本發明的實施例，所述的設備還包括利用預定的模板來自動檢測桶的存在的裝置；在存在桶的情況下，檢測CT圖像中的特定標記的裝置；基于所述特定標記，將桶旋轉到預定的位置的裝置。根據本發明的實施例，所述的設備還包括顯示裝置，顯示被檢液態物品的判斷結^ ο根據本發明的實施例，所述的設備還包括將各個被檢液態物品的判斷結果打印出來的裝置。根據本發明的實施例，所述的設備還包括將各個被檢液態物品的CT圖像彩色化的裝置。根據本發明的實施例，所述的設備還包括承載所述被檢液態物品的承載機構，所述承載結構承載所述被檢液態物品的表面上被劃分成操作人員可識別的多個區域。在本發明的又一方面，提出了一種用雙能CT對液態物品進行檢查的設備，包括射線源，用于發出射線；探測和采集裝置，用于探測并采集穿透至少一件被檢物體的射線信號；控制器，控制所述射線源和探測和采集裝置對被檢液態物品進行螺旋CT掃描，來形成每個均表示被檢液態物品的至少一種物理屬性值的一組螺旋CT圖像；分析該組螺旋CT圖像以確定液體的螺旋CT圖像部分的裝置；以及基于所述物理屬性值和該液態物品的參考物理屬性值來判斷所述被檢液態物品是否是可疑的裝置。根據本發明的實施例，所述物理屬性值至少包括被檢液態物品的密度和原子序數。利用本發明的方法和設備，由于采用透射圖像作為引導來進行雙能CT掃描，在提高了檢測速度的同時，并不降低檢測準確率，并且通過透射圖像還可以判斷液態物品是否
存在夾層。另外，通過將測量的密度與原子序數與參考密度和原子序數相比，可以判斷被檢液態物品(比如酒等)是否藏有毒品(比如可卡因等)。另外，操作員可以在任何指定的位置進行雙能CT掃描，方便了復查操作的進行。另外，操作員可以根據具體的需要自行添加新的被檢液體種類。另外，在多件同時檢測的情況下，采用分格桶，可以方便地確定是那件被檢液態物品是可疑的。
從下面結合附圖的詳細描述中，本發明的上述特征和優點將更明顯，其中圖1是根據本發明實施方式的檢查設備的結構示意圖2示出了如圖1所示的計算機數據處理器60的結構框圖；圖3示出了根據本發明第一實施方式的控制器的結構框圖；圖4示出了在數據庫中存儲各種液態物品的標識信息和屬性信息所采用的結構；圖5是用于說明DR成像和CT成像的關系的示意圖；圖6示出了 DR成像結果的一個例子；圖7示出了 DR成像結果的另一例子；圖8示出了根據本發明第一實施方式的液態物品檢查方法的總體流程圖；圖9示出了 DR成像過程的流程圖；圖10示出了在DR成像過程中探測和采集裝置30所采集的DR圖像數據的排列方式；圖11示出了對DR圖像進行處理以確定CT掃描位置的流程圖；圖12示出了 CT成像過程；圖13示出了在CT成像過程中CT投影數據的排列方式；圖14示出了測量液體屬性的過程；圖15示出了對數據庫進行擴展的過程；圖16A和圖16B示出了根據本發明第二實施方式的檢測多件液態物品的情況下重建的CT圖像的示意圖；圖17A到17K示出了在CT成像完成之后，如何對CT重建圖像和/或承載機構進行旋轉使其與CT掃描之前物體的相對位置相一致的過程；圖18示出了在多件被檢物體的情況下進行檢查的流程圖；圖19示出了根據本發明第二實施方式的承載機構的俯視圖；圖20示出了根據本實施方式的分格桶的側視圖；圖21示出了分格桶的俯視圖；圖22示出了分格桶的底視圖；圖23示出了在檢查過程中如何自動檢測分格桶和標記的過程；圖24A到24D示出了在檢測過程中旋轉桶的示意圖；圖25示出了根據第三實施方式的檢查過程的流程圖；圖2隊是說明液體在隱藏了毒品之后密度的變化曲線；圖26B是說明液體在隱藏了毒品之后原子序數的變化曲線；圖^C是說明液體在隱藏了毒品之后特征密度的變化曲線；圖27詳細說明第四發明實施方式的檢查方法的流程圖；圖觀是說明對液態物品進行螺旋CT掃描的示意圖；圖^A到^M是說明對液態物品進行螺旋CT掃描所得到的圖像。
具體實施例方式下面，參考附圖詳細說明本發明的優選實施方式。在附圖中，雖然示于不同的附圖中，但相同的附圖標記用于表示相同的或相似的組件。為了清楚和簡明，包含在這里的已知的功能和結構的詳細描述將被省略，否則它們將使本發明的主題不清楚。第一實施方式
圖1是根據本發明實施方式的檢查設備的結構示意圖。如圖1所示，根據本實施方式的檢查設備包括發出檢查用雙能X射線的射線源10，諸如X光機；承載機構40，其承載被檢液態物品圍繞軸Z轉動，并且可以升降，使得被檢液態物品進入檢測區域，從而由射線源10發出的射線能夠透過被檢液態物品；探測和采集裝置30，它是具有整體模塊結構的探測器及數據采集器，用于探測透射被檢液態物品的雙能射線，獲得模擬信號，并且將模擬信號轉換成數字信號，從而輸出液態物品針對高能X射線和低能X射線的掃描數據；控制器50，它用于控制整個系統的各個部分同步工作；以及計算機數據處理器60，它用來處理由數據采集器采集的數據，并輸出檢查結果。如圖1所示，射線源10置于可放置被檢液態物品的承載機構40 —側，探測和采集裝置30置于承載機構40的另一側，包括探測器和數據采集器，用于獲取被檢液態物品DR數據和多角度投影數據。數據采集器中包括數據放大成形電路，它可工作于(電流)積分方式或脈沖(計數)方式。探測和采集裝置30的數據輸出電纜與計算機數據處理器60連接，根據觸發命令將采集的數據存儲在計算機數據處理器60中。另外，檢查設備還包括由金屬制成的筒狀物體通道20，它設置在承載機構40上，能屏蔽X射線向外的輻射。被檢液態物品放置在被檢物體通道中。圖2示出了如圖1所示的計算機數據處理器60的結構框圖。如圖2所示，數據采集器所采集的數據通過接口單元68和總線64存儲在存儲器61中。只讀存儲器(R0M)62中存儲有計算機數據處理器的配置信息以及程序。隨機存取存儲器(RAM)63用于在處理器66工作過程中暫存各種數據。另外，存儲器61中還存儲有用于進行數據處理的計算機程序和預先編制的數據庫，該數據庫存儲有各種已知液態物品的相關信息，例如液體名稱、種類和物理屬性等信息，用于與處理器66所計算出的被檢液態物品中液體的諸如密度和原子序數之類的屬性值進行比較。內部總線64連接上述的存儲器61、只讀存儲器62、隨機存取存儲器63、輸入裝置65、處理器66、顯示裝置67和接口單元68。在用戶通過諸如鍵盤和鼠標之類的輸入裝置65輸入的操作命令后，計算機程序的指令代碼命令處理器66執行預定的數據處理算法，在得到數據處理結果之后，將其顯示在諸如LCD顯示器之類的顯示裝置67上，或者直接以諸如打印之類硬拷貝的形式輸出處理結果。圖3示出了根據本發明實施方式的控制器的結構框圖。如圖3所示，控制器50包括控制單元51，根據來自計算機60的指令，來控制射線源10、承載機構40和探測和采集裝置30 ；觸發信號產生單元52，用于在控制單元的控制下產生用來觸發射線源10、探測和采集裝置30以及承載機構40的動作的觸發命令；第一驅動電機55，它在根據觸發信號產生單元52在控制單元51的控制下產生的觸發命令驅動承載機構40上升或者下降；高度信息獲取單元53，它隨著承載機構40的運動，向控制單元51反饋承載機構的高度信息；第二驅動電機56，它在根據觸發信號產生單元52在控制單元51的控制下產生的觸發命令來驅動承載機構40旋轉；角度信息獲取單元M，它在承載機構40旋轉過程中獲取承載機構40的旋轉角度，反饋給控制單元51。根據本發明的實施方式，上述的高度信息獲取單元53和角度信息獲取單元M都是光電碼盤，它具備抗干擾的優點。如上所述，在存儲器61中存儲有數據庫，其中以樹狀結構存儲了已知的各種液態物品的標識信息和物理屬性值，例如液態物品的參考密度和參考原子序數。圖4示出了在數據庫中存儲各種液態物品的標識信息和屬性信息所采用的結構。例如所有樣本首先被分為若干子類，比如子類1 (酒)、子類2 (可樂)、子類3 (牛奶)，……子類η等。然后，每個子類被細分為若干子類。例如子類1(酒)被細分為子類1. 1 (葡萄酒)、子類1. 2 (蒸餾酒)、子類1. 3 (啤酒)，……，子類1. η等等。每個子類繼續細分。比如，子類1. 2 (蒸餾酒)細分為子類1. 2. 1 (朗姆酒)、子類1. 2. 2 (威士忌)、子類1.2.3(伏特加)、……、子類1. 2. η (中國白酒)，直到子類內部各樣本的參考密度和原子序數的差異小于某一指定的值，比如系統測量噪聲的范圍，則不再細分，該小類成為屬性結構的葉子節點。另外，每個葉子節點用其所有父節點名稱的組合來標識，比如“古巴產40度哈瓦那朗姆酒”。該標識與參考密度和參考原子序數是一一對應的。在檢查流程中，計算機將樹狀結構逐級展示給用戶，操作員通過逐級選擇的方式輸入標識信息。比如，操作員希望獲得一瓶古巴產40度哈瓦那朗姆酒的物理屬性信息，可以沿酒- >蒸餾酒- > 朗姆酒- >古巴朗姆酒- > 哈瓦那朗姆酒-> 40度的路徑逐級選擇。操作員通過逐級選擇輸入標識的過程，同時也是計算機檢索的過程，當用戶確定最終標識時，其所對應的參考密度和原子序數也被同時檢索出來。圖5是用于說明DR成像和CT成像的關系的示意圖。根據本發明的第一實施方式，首先對液態物品進行DR成像，以便判斷液態物品中的液體部分，然后僅僅針對液體部分中的某個位置進行CT成像，以便提高檢查的速度。圖6和圖7分別示出了 DR成像的例子。如圖6所示，在對某液態物品進行DR成像之后，通過如下所述的對像素值進行分析來判斷液態物品中液體的位置。如圖6所示，該液態物品中僅僅包含一種液體。但是，如圖7所示，由于不同液體對液體的吸收系數不同，當液態物品包含兩種或者兩種以上的液體，并且液體中出現分層時，通過對DR成像后獲得的DR圖像進行像素分析來判斷液體之間的分界面的位置。然后，針對不同的液體進行CT成像。圖8示出了根據本發明第一實施方式的液態物品檢查方法的總體流程圖。如圖8所示，例如在通關期間，需要對乘客攜帶的液態物品進行安全檢查。首先在步驟S110，操作員將被檢液態物品放在承載機構40上，并且根據乘客的報關單或者液態物品上的標簽獲取該液態物品的標識信息，例如40度郎姆酒。然后，在步驟S111，操作員根據該標識信息從數據庫中搜索獲取其參考密度和參考原子序數。接下來，操作員按下啟動按鈕開始執行DR掃描，以生成DR圖像，如圖6和7所示。如上所述，進行DR掃描的目的在于一是獲取被檢液態物品的透視圖像，使操作員能夠看清被檢液體的內部結構；二是軟件能夠根據DR圖像自動識別液體位置，引導下一步的CT成像；三是用戶可以在DR圖像指定需要進行CT成像和檢查的位置，引導下一步的CT成像。后面將詳細描述DR成像的詳細過程。必須說明的是，DR掃描并不是必須的。為了加快檢查速度，可以不通過DR掃描來引導CT掃描，而是直接預定若干位置進行CT掃描。比如，經過調研，可知在距離瓶底5厘米的進行CT掃描時，可檢查到大部分液體商品的液體部位，則可使用離瓶底5厘米的高度作為預定掃描高度。另外，操作員可以通過目測被檢物尺寸，憑經驗設置合適的高度，比如設置罐狀可樂的掃描高度為3cm，而設置瓶底較厚的葡萄酒的掃描高度為10cm。在獲得DR圖像后，在步驟S113A，對DR圖像進行分析，自動確定CT成像的掃描位置(如圖6和圖7中箭頭所指的位置)，或者在步驟S113B，由操作員操作諸如鼠標之類的輸入裝置65來指定要進行CT掃描的位置。這樣，由于僅僅對液態物品中有代表性的位置進行CT掃描，從而加快了檢查速度，而不會降低檢查質量。在確定了 CT掃描的位置之后，在步驟S114執行CT掃描過程，也就是針對上述確定的掃描位置對液態物品進行CT掃描，獲得CT掃描數據，并且根據重建算重建CT圖像。該CT圖像的每個像素代表了液態物品中相應部分的密度和原子序數。然后，在步驟S115，計算機通過執行分析程序來分析CT圖像，獲取測量的密度和原子序數。進而，在步驟S116，對測量的密度和原子序數和從數據庫中檢索的參考密度和原子序數進行比較，判斷二者是否彼此一致，例如二者之差是否小于預定的閾值。在步驟S117，如果差值大于預定的閾值，則表明該液態物品是可疑的，向操作員發出報警，或者打印出檢查結果。下面結合附圖9 14詳細說明上述各個步驟的詳細操作過程。圖9示出了 DR成像過程的流程圖，而圖10示出了在DR成像過程中探測和采集裝置30所采集的DR圖像數據的排列方式。如圖9所示，在DR成像過程中，在步驟S210，從計算機60向控制器50發送命令，以驅動承載機構40沿物體通道20垂直運動。控制器50在承載機構垂直運動的過程中，通過高度信息獲取單元53實時監控承載機構的高度。在步驟S211，控制器50每隔一定的高度(比如1毫米)給探測和采集裝置30發送一個觸發信號。探測和采集裝置30接收到該觸發信號后，對每個探測器的輸出信號進行一次采集，獲得高能探測數據和低能探測數據，并保存到其內置的緩沖器中。在步驟S212，判斷承載機構40是否達到指定高度，比如500毫米。如果仍未達到，則流程轉到步驟S210，繼續上述操作。如果承載機構40到達上述預定的高度，則控制器50不再給探測和采集裝置30發送觸發信號。計算機60從探測和采集裝置30中讀取采集到的高低能探測器信號，排列為數據矩陣的形式，成為DR圖像。DR圖像的每個像素，記錄了射線穿透物體后剩余的強度，包括低能射線強度和高能射線強度。如上所述，后續的CT成像的掃描位置都是在DR圖像上確定的。無論是使用自動識別的方式，還是人工指定的方式，都是首先在DR圖像上取得一個行號，然后計算機將這個行號轉換為承載機構高度，并命令控制器50驅動承載機構40運動到指定位置后，再進行CT成像。由DR成像流程可知，DR圖像的每一行，對應于一個特定的承載機構40高度。假設DR成像過程開始時承載機構高度值為0，成像過程中承載機構不斷下降，每隔h毫米觸發一次采集，那么DR圖像中的第m行，其對應的承載機構高度為-m*h。圖11示出了對DR圖像進行處理以確定CT掃描位置的流程圖。在DR圖像中，被檢液態物品一般分為瓶底、液體部分、瓶頸、瓶蓋等幾部分，通過圖像分析技術可以將其中的液體部分(可能有多層)提取出來，并確定各層CT掃描位置。
在步驟S310，對DR圖像的高低能數據進行融合和平滑，得到噪聲較小的單值DR圖像。例如，高低能融合的具體方法可以是直接選擇高低能數據中的一種作為融合結果，也可以是高低能數據的加權組合。平滑的方法可以是使用高斯濾波器對圖像進行濾波處理。在步驟S311，提取平滑后DR圖像中的被檢液態物品(前景)，去除空氣(背景)。具體方法可以是設定一個閾值，將取值在該閾值以下的像素歸為前景像素，其他像素歸為背景像素。采用閾值來去除背景的原因在于被檢液態物品遮擋了射線，因此其對應的DR圖像素值較低(DR圖像記錄的是射線的剩余強度)。在步驟S312，提取平滑后DR圖像中的水平邊緣像素。具體方法可以是對DR圖像的每個像素，計算其與垂直方向上相鄰像素的差異值；如果這個差異值大到某個閾值以上，就認為這個像素屬于水平邊緣像素。在步驟S313，提取平滑后DR圖像中的水平邊緣行，水平邊緣行對應于瓶底和液體的界面、液體和空氣的界面、瓶蓋和空氣的界面或者容器中多層液體之間的界面。具體方法可以是對DR圖像中沿水平方向的每一行，統計其水平邊緣象素數和前景像素數的比例，如果比例大到某個閾值以上(比如50% )，則將這一行歸為水平邊緣行。在步驟S314，對DR圖像進行垂直分區，并排除非液體區域。DR圖像中的各條水平邊緣行將DR圖像分成了多個區域，從下往上依次包括瓶底、液體(根據密度的不同，可能有多層)、瓶內空氣(如果有的話)、瓶蓋等。通過制定篩選準則，可以排除非液體區域，具體準則如a)在垂直方向上，行數小于某一閾值的區域，排除。行數較小的區域，也就是厚度很小的區域，有可能是瓶底、瓶蓋、或容器內液體和容器頂部之間狹小的空隙(比如易拉罐內頂部的空氣)。具體閾值的確定，可以通過調研各種液體包裝容器的瓶底、瓶蓋和容器內空氣層厚度來確定。b)在水平方向上，各行的平均前景像素數小于某個閾值的區域，排除。這些區域往往對應于細長的瓶頸。具體閾值的確定，可以通過實現獲取各種液體包裝容器瓶頸的寬度來確定。在步驟S315，確定液體區域(可能有多個)的CT掃描位置，完成液體的分層定位。排除非液體區域后，剩下的區域(可能有多個)歸為液體區域。取這些區域在高度方向上的中心行，作為CT掃描位置。以上描述的是自動確定CT掃描位置的過程。但是，在手動指定掃描位置的情況下，操作員通過輸入裝置65在顯示的DR圖像上直接指定要進行CT掃描的行，作為CT掃描位置。圖12示出了 CT成像過程，而圖13示出了在CT成像過程中CT投影數據的排列方式。如圖12所示，在確定了 CT掃描的位置之后，執行CT成像過程，也就是在所執行的CT掃描位置，進行CT成像，生成關于被檢物一個斷層的密度和原子序數圖像，以進行液體密度和原子序數的測量。如上所述，由于僅僅對典型的位置進行CT掃描，所以可以大大節省通關時間。 在步驟S410，計算機60給控制器50發送命令，驅動承載機構40旋轉預定角度，例如1度。控制器50在承載機構旋轉運動的過程中，通過角度信息獲取單元M實時監控承
11載機構角度。在步驟S411，當轉過1度，控制器50給探測和采集裝置40發送一個觸發信號。探測和采集裝置40接收到觸發信號后，對每個探測器的輸出信號進行一次采集，并保存到其內置的緩沖器中。然后，在步驟S412，判斷累計轉動角度是否達到一周。如果未達到一周，則流程轉到步驟S410，繼續上述的操作過程。如果累計轉動角度達到指定角度(比如360度)后，在步驟S413旋轉運動停止，控制器50不再給探測和采集裝置30發送觸發信號。計算機60從探測和采集裝置30中讀取采集到的高低能探測器信號，排列為數據矩陣的形式，成為CT投影數據，如圖13所示。CT投影數據的每個像素，記錄了射線穿透物體后剩余的強度，包括低能射線強度和高能射線強度。在步驟S414，計算機60利用雙能重建算法，根據高低能CT投影數據，重建得到斷層上的密度和原子序數圖像，即CT圖像。CT圖像中的每一個像素，記錄了被檢物體在該像素對應位置的密度和原子序數。下面說明從高低能CT投影數據重建斷層圖像的過程。· CT數學原理將二維分布u(x，y)沿著某個方向θ求線積分，便得到一維的函數!)0 (t)，該函數稱為u(x，y)在θ角度的投影。如果能夠得到各個方向的投影p0 (t)，那么可以根據Radon變換精確計算得到二維分布u (X，y)。從投影得到二維分布的過程稱為重建。實際應用中，X光機和探測器圍繞物體旋轉一圈，便測量得到物體的某個切片的衰減系數分布在各個方向的投影，從而可以根據CT原理重建得到物體切片的衰減系數二維分布。 基材料分解模型在小型X射線安全檢查系統所涉及的能量范圍內(<200keV)，物質線衰減系數可以用下面的解析表達式(1)來近似表示。μ (E) = a1fp(E)+a2fKN(E) (1)(2)
M 2 =77(3)公式(1)中，fp(E)表示光電效應截面隨著能量的變化關系，fra(E)表示康普頓散射截面隨著能量的變化，fp(E)與fKN(E)均有已知的解析表達式。常數 和 與物質的原子序數、質量數和密度有關，其表達式如( 和C3)式所示，其中Z表示原子序數，M表示質量數，P表示密度(g/cm3)，n為常數。由于每種物質的線衰減系數都可以被公式(1)中的兩個系數％和％唯一確定，因此可以選取兩種基材料，比如碳和鋁，用基材料的線衰減系數的線性組合表示其他所有材料，如下式⑷所示μ (E) = bi μ ！ (E) +b2 μ 2 (E) (4)其中，μ (E)為任意一種材料的線衰減系數，P1(E)和μ2(Ε)為所選的兩種基材料的線衰減系數，h和ID2稱為基材料系數。
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按照公式(5)，定義原子序數的2倍與質量數的比值與密度的乘積為特征密度。
權利要求
1.一種在毒品檢查系統中確定CT掃描位置的方法，包括步驟對DR圖像的高低能數據進行融合和平滑，得到噪聲較小的單值DR圖像；提取平滑后DR圖像中的被檢液態物品部分，去除空氣部分；提取平滑后DR圖像中的水平邊緣像素；提取平滑后DR圖像中的水平邊緣行；對DR圖像進行垂直分區，并排除非液體區域；確定液體區域的CT掃描位置。
2.如權利要求1所述的方法，其中DR圖像的高低能數據的融合包括選擇高低能數據中的一種作為融合結果，或者對高低能數據進行加權組合。
3.如權利要求1所述的方法，其中對融合后的數據進行平滑包括使用高斯濾波器對圖像進行濾波處理。
4.如權利要求1所述的方法，其中提取平滑后DR圖像中的水平邊緣像素的步驟包括對DR圖像的每個像素，計算其與垂直方向上相鄰像素的差異值；如果這個差異值大到某個閾值以上，認為這個像素屬于水平邊緣像素。
5.如權利要求1所述的方法，其中提取平滑后DR圖像中的水平邊緣行的步驟包括對DR圖像中沿水平方向的每一行，統計其水平邊緣象素數和前景像素數的比例，如果比例大到某個閾值以上，則將這一行歸為水平邊緣行。
6.如權利要求1所述的方法，其中對DR圖像進行垂直分區并排除非液體區域的步驟包括在垂直方向上排除行數小于某一閾值的區域，在水平方向上排除各行的平均前景像素數小于某個閾值的區域。
7.如權利要求1所述的方法，其中確定液體區域的CT掃描位置的步驟包括取液體區域在高度方向上的中心行，作為CT掃描位置。
8.一種在毒品檢查系統中確定CT掃描位置的設備，包括對DR圖像的高低能數據進行融合和平滑，得到噪聲較小的單值DR圖像的裝置；提取平滑后DR圖像中的被檢液態物品部分，去除空氣部分的裝置；提取平滑后DR圖像中的水平邊緣像素的裝置；提取平滑后DR圖像中的水平邊緣行的裝置；對DR圖像進行垂直分區，并排除非液體區域的裝置；確定液體區域的CT掃描位置的裝置。
全文摘要
公開了一種通過雙能CT成像來對液態物品進行快速安全檢查的方法及設備。首先借助CT掃描和雙能重建方法，獲得包含被檢液體物理屬性的一層或多層CT圖像；然后通過圖像處理和分析方法，從CT圖像中獲取每一件被檢液體的物理屬性值；最后將所獲得的物理屬性值和該液態物品的參考物理屬性值進行比較，判斷被檢液態物品是否藏有毒品。其中，CT掃描方法既包括常規的斷層CT掃描技術，也可用螺旋CT掃描技術實現；在使用常規斷層CT掃描技術時，既可設置一系列特定的位置進行掃描，也可借助DR圖像由操作員指定掃描位置，還可以通過對DR圖像的自動分析來確定液體部分的位置，引導CT掃描。
文檔編號G01N23/04GK102590239SQ201110456638
公開日2012年7月18日 申請日期2007年10月5日 優先權日2007年10月5日
發明者劉以農, 吳宏新, 唐虎, 張麗, 張金宇, 易裕民, 李元景, 王學武, 胡海峰, 趙自然, 邢宇翔, 陳志強 申請人:同方威視技術股份有限公司, 清華大學