專利名稱：多視角立體輻射成像系統及方法
技術領域：
本發明涉及輻射成像技術領域，特別涉及一種多視角立體輻射成像系統及方法。
背景技術：
大型客體立體成像檢測裝置是常規集裝箱、貨運列車和機動車檢測技術的升級產品，在上世紀90年代末期以來，隨著國家打擊走私、交通運輸業滾裝運輸安全、高速公路綠色通道車輛檢測的要求，用于集裝箱、機動車以及貨運列車的輻射成像檢測系統大量裝備并出口到多個國家。目前廣泛采用的集裝箱、貨運列車和轎車的輻射成像檢測系統均采用單排探測器陣列，其系統組成如圖1所示，射線源11發出的射線經過準直器12準直成扇形射線束，穿過被檢客體13后，由線陣探測器陣列14測量透射射線，被檢客體13沿垂直于射線束的方向移動，通過掃描由數據采集與圖像顯示系統15生成透視圖像。這種方法一次只能獲得一個視角的透視圖像，不能將前后重疊的物體進行區分，且由于沒有縱深信息，無法確定可疑物的具體位置。近年來發展出一種如中國發明專利CN101210895B“一種 雙視角掃描輻射成像的方法及系統”中所述的利用兩組成一定夾角的探測器陣列獲得的左、右透視圖像，將左、右圖像數據進行分割、匹配，建成透視圖在深度方向上的斷層圖，從而形成帶有深度信息的透視圖像，可對不同深度的物體進行識別。由于集裝箱內部所裝物品的形狀、位置、品種等各不相同，且無法提前獲知，因此這種方法要想將感興趣的物品進行圖像分割、空間定位十分困難，圖像識別效果不理想，實用價值不大。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種多視角立體輻射成像系統及方法，利用人眼雙目立體成像原理，通過雙目立體成像技術實現對被檢客體的立體成像，可從不同角度觀察被檢客體內部感興趣區域的物體，從而獲知物體的形狀、空間位置和內部結構信息，為判斷違禁品、危險品和走私品等提供依據。(二)技術方案本發明提供了一種多視角立體輻射成像系統，包括:射線源、準直器、探測器系統、圖像數據采集系統、數據處理系統和圖像顯示系統；所述射線源，發出射線通過準直器生成至少兩束射線束；所述探測器系統，接收穿過被檢客體的射線，并轉換為數據信號發送給所述圖像數據采集系統；所述圖像數據采集系統，將采集到的圖像數據發送給數據處理系統；所述數據處理系統，處理圖像數據并將處理后的圖像發送給圖像顯示系統；所述探測器系統包括至少兩組探測器陣列；所述射線源發出的射線通過準直器后形成的射線束中任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度 15度。其中,所述任意相鄰兩束射線束之間的夾角為8度 9度。其中，所述射線源為X光機射線源、同位素射線源或加速器X射線源。其中，所述探測器陣列為充氣電離室探測器陣列、閃爍體探測器陣列或半導體探測器陣列。本發明提供一種利用上述的多視角立體輻射成像系統生成立體輻射圖像的方法，包括以下步驟:S1:射線源發出射線并通過準直器生成至少兩束射線束，任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度 15度；S2:探測器系統的每組探測器陣列接收穿過被檢客體后進入該探測器陣列的射線，生成圖像信號并發送給圖像數據采集系統；S3:所述圖像數據采集系統接收圖像信號并發送給數據處理系統；S4:所述數據處理系統處理數據信號，返回S2并重復S2-S4，直至生成所有探測器陣列獲得的圖像； S5:在S4中所述的探測器陣列獲得的圖像中，選取夾角不大于30度的任意兩束射線束對應的兩組探測器陣列獲得的圖像，生成立體圖像，并將立體圖像發送到圖像顯示系統。其中，在SI中，只要任意相鄰兩束射線束之間的夾角在3度 15度之間，就能由其對應的兩組探測器陣列分別獲得的透視圖像生成某一觀察角度的立體圖像，該立體圖像能滿足人眼觀察要求，能實現本發明的目的。但隨著該夾角的增大，其對應的兩組探測器陣列獲得的透視圖像的相關性就變小，立體成像的圖像質量和觀察效果就會變差。因此，為了進一步提高立體圖像的質量，保證優異的檢測效果，該夾角最好為8度 9度。其中，在S2中，所述探測器系統接收穿過被檢客體的射線并生成所述圖像信號后，通過放大器發送給所述圖像數據采集系統。其中，S5中生成的每個立體圖像均通過由兩組探測器陣列獲得的圖像分別轉換為左模擬視圖和右模擬視圖形成。在S5中，生成立體圖像的方法是:色分法、光分法、時分法或全息法。本發明的多視角立體輻射成像系統及方法可用于檢測集裝箱、貨運列車、機動車等大型客體，以及行李箱、手提行李等小型客體。(三)有益效果相比單視角檢測裝置，本發明通過多個探測器陣列和準直器，實現了對被檢客體的多視角立體成像，可將客體內部前后重疊的物體區分開，確定可疑物具體位置，提高了檢測能力。
圖1是現有技術的單排探測器陣列輻射成像系統組成示意圖；圖2是本發明多視角立體輻射成像系統的結構框圖；圖3是本發明多視角立體輻射成像方法的步驟流程圖；圖4是本發明多視角立體輻射成像方法的原理框圖5是本發明多視角立體輻射成像方法的算法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例僅用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。如圖2所示，本發明的多視角立體輻射成像系統，包括:射線源21、準直器22、探測器系統24、放大器25、圖像數據采集系統26、數據處理系統27和圖像顯示系統28。所述射線源21，發出射線通過準直器22生成至少兩束射線束，所述射線源21為X射線源、同位素射線源或加速器射線源。所述探測器系統24，接收穿過被檢客體的射線，并轉換為數據信號發送給所述圖像數據采集系統26。所述放大器25，接收所述探測器系統24發送的數據信號并將該數據信號放大后，發送給所述圖像數據采集系統26。所述圖像數據采集系統26，將采集到的圖像數據發送給數據處理系統27。所述數據處理系統27， 處理圖像數據并將處理后的圖像發送給圖像顯示系統28。所述探測器系統24包括至少兩組探測器陣列；所述射線源發出的射線通過準直器22后形成的射線束中任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度 15度,優選地,所述任意相鄰兩束射線束之間的夾角為8度 9度。所述探測器陣列為充氣電離室探測器陣列、閃爍體探測器陣列或半導體探測器陣列。如圖3所示，本發明還提供一種利用上述的多視角立體輻射成像系統生成立體輻射圖像的方法，包括:S1:射線源發出射線并通過準直器生成至少兩束射線束，任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度 15度。優選地,所述任意相鄰兩束射線束之間的夾角為8度 9度。S2:探測器系統的每組探測器陣列接收穿過被檢客體后進入該探測器陣列的射線，生成圖像信號并發送給圖像數據采集系統。為了提高圖像數據信號的質量，所述探測器系統將穿過被檢客體的射線轉換為數據信號后，通過放大器發送給所述圖像數據采集系統。S3:所述圖像數據采集系統接收圖像信號并發送給數據處理系統；S4:所述數據處理系統處理數據信號，返回S2并重復S2-S4，直至生成所有探測器陣列獲得的圖像；S5:根據S4中的所有探測器陣列獲得的圖像，選取夾角不大于30度的任意兩束射線束對應的兩組探測器陣列獲得的圖像，生成立體圖像，并將立體圖像發送到圖像顯示系統。由于任意兩組夾角小于30度的探測器陣列獲得的圖像均可以生成某一個觀測角度的立體圖像，因此對于N組探測器陣列就可以獲得至多 2=Ν*(Ν-1)/2個不同觀測角度的立體圖像。通過綜合觀察這些不同觀測角度的立體圖像，可進一步獲取被檢客體內部感興趣區域的形狀信息、空間信息和結構信息，進一步提高檢測效果。在S5中，生成立體圖像的方法包括:色分法、光分法、時分法或全息法等常用的立體圖像成像方法。生成的每個立體圖像均通過由兩組探測器陣列獲得的圖像分別轉換為左模擬視圖和右模擬視圖形成。
本發明與現有技術的區別在于，采用兩組或以上的探測器陣列以外，能形成某一觀測角度的一幅立體圖像，也能形成不同觀測角度的多個立體圖像，從而能將被檢客體內部前后重疊的不同物體區分開。本發明立體成像的基本原理如圖4所示，利用人眼雙目立體成像原理，射線源41的射線穿過被檢客體42，利用左探測器陣列43和右探測器陣列44獲得兩個角度的掃描圖像，通過轉換模擬人雙目觀測效果，利用立體圖像顯示系統分別將兩幅圖像讓左右眼單獨觀測，即左模擬視圖由左眼觀測，右模擬視圖由右眼單獨觀測，則可產生物體三維立體圖像。左探測器陣列43和右探測器陣列44所對應的射線束與垂直于掃描方向的夾角(45、46)可以相等，也可以不等，相等時相當于雙目正視物體，不等時相當于雙目斜視物體。本發明所述的兩束射線束之間的夾角即夾角45與夾角46之和。圖5是本發明多視角立體輻射成像方法的算法流程圖。如圖5并參考圖4所示，利用所述夾角(45、46)，可計算出等效立體視角(即觀察角度)Θ =(夾角45+夾角46)/2，根據用戶輸入的或者由經驗數據確定的模擬人眼瞳距L，由等效立體視角Θ和模擬瞳距L計算出等效觀察距離D=L*ctan( Θ )/2。根據兩組探測器采集時間和排列的空間距離以及掃描速度，將兩組探測器采集到的圖像沿掃描方向對齊，并根據兩組探測器陣列的幾何結構通過圖像的拉伸變換，沿探測器陣列的延伸方向(該方向垂直于掃描方向)對齊。根據等效觀察距離D和模擬瞳距L，將對齊后由右側探測器獲得的圖像數據向右平移圖像寬度的L/D倍，平移后的部分填充中灰色，作為左模擬視圖；對齊后由左側探測器獲得的圖像數據位置不變，圖像尾部填充中灰色，圖像寬度與左模擬視圖一致，作為右模擬視圖。獲得左、右模擬視圖后，輸入立體圖像顯示系統，利用雙目立體成像原理，即可生成三維立體圖像。人眼可借助3D眼鏡觀察該立體圖像。
本發明利用上述立體成像原理，不僅可采用任意兩組相鄰探測器陣列產生的透視圖像生成某一觀察角度的立體圖像，還可選擇任意兩組夾角不大于30度的不相鄰的探測器陣列產生的透視圖像生成多個不同觀察角度的立體圖像，從而獲得被檢客體內部某一感興趣區域的多個掃描透視立體圖像，為不開箱查驗被檢客體如集裝箱、貨運列車、機動車等大型客體，以及行李箱、手提行李等小型客體內部的違禁品、危險品、走私品提供更多的圖像息。以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，本領域普通技術人員在不脫離本發明精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，其所有等同技術方案均應屬于本發明的范疇。
權利要求
1.一種多視角立體輻射成像系統，包括:射線源、準直器、探測器系統、圖像數據采集系統、數據處理系統和圖像顯示系統； 所述射線源，發出射線通過準直器生成至少兩束射線束； 所述探測器系統，接收穿過被檢客體的射線，并轉換為數據信號發送給所述圖像數據米集系統； 所述圖像數據采集系統，將采集到的圖像數據發送給所述數據處理系統； 所述數據處理系統，處理圖像數據并將處理后的圖像發送給所述圖像顯示系統； 其特征在于，所述探測器系統包括至少兩組探測器陣列；所述射線源發出的射線通過準直器后形成的射線束中任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度 15度。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述任意相鄰兩束射線束之間的夾角為8度 9度。
3.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述射線源為X光機射線源、同位素射線源或加速器X射線源。
4.如權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述探測器陣列為充氣電離室探測器陣列、閃爍體探測器陣列或半導體探測器陣列。
5.一種利用權 利要求1所述的多視角立體輻射成像系統生成立體輻射圖像的方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:射線源發出射線并通過準直器生成至少兩束射線束，任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度 15度； 52:探測器系統的每組探測器陣列接收穿過被檢客體后進入該探測器陣列的射線，生成圖像信號并發送給圖像數據采集系統； 53:所述圖像數據采集系統接收圖像信號并發送給數據處理系統； 54:所述數據處理系統處理數據信號，返回S2并重復S2-S4，直至生成所有探測器陣列獲得的圖像； 55:在S4中所述的探測器陣列獲得的圖像中，選取夾角不大于30度的任意兩束射線束對應的兩組探測器陣列獲得的圖像，生成立體圖像，并將立體圖像發送到圖像顯示系統。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述任意相鄰兩束射線束之間的夾角為8度 9度。
7.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，在S2中，所述探測器系統接收穿過被檢客體的射線并生成所述圖像信號后，通過放大器發送給所述圖像數據采集系統。
8.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，在S5中，生成立體圖像的方法是:色分法、光分法、時分法或全息法。
9.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，S5中生成的每個立體圖像均通過由兩組探測器陣列獲得的圖像分別轉換為左模擬視圖和右模擬視圖形成。
全文摘要
本發明公開了一種多視角立體輻射成像系統及方法，其系統包括發出射線通過準直器后形成至少兩束射線束的射線源和準直器，其中任意相鄰兩束射線束之間的夾角為3度～15度；接收穿過被檢客體的射線，并轉換為數據信號發送給圖像數據采集系統的探測器系統；對圖像數據進行處理的數據處理系統；將處理后的圖像進行顯示的圖像顯示系統，其中探測器系統包括至少兩組探測器陣列，任意兩組探測器獲得的圖像可生成某個視角的立體圖像，多組探測器獲得的圖像可獲得多個視角的立體圖像。相比單視角檢測裝置，本發明通過多個探測器陣列和準直器，實現對被檢客體的多視角立體成像，可將客體內部前后重疊的物體區分開，確定可疑物具體位置，提高了檢測能力。
文檔編號G01B15/04GK103226114SQ201310113258
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者吳志芳, 安繼剛, 苗積臣 申請人:清華大學