CN108240997B - 检查设备和对集装箱进行检查的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种检查设备和对集装箱进行检查的方法。利用包括稀疏面阵探测器的扫描设备对被检查集装箱进行透射扫描，得到扫描数据。在深度方向的特定深度位置进行数字聚焦。滤除散焦的像素值，得到该特定深度位置处的切片图像。判断该切片图像中是否包含危险品或者可疑物品。

Description

检查设备和对集装箱进行检查的方法
技术领域
本公开涉及对辐射检查技术，具体涉及一种检查设备和对集装箱进行检查的方法。
背景技术
X射线透射技术常用于机场、海关等地的集装箱货物检查。X射线透射技术利用直线探测器阵列来获得集装箱的二维透射图像。例如X射线经准直形成扇形射线束，透过被检物体被探测。在物体静止时，探测器接收到的只是物体在射线层面上的一个一维投影。当物体沿垂直于射线面的方向运动时，物体各部分依次穿过射线束，探测器便以线扫描的方式得到了整个物体的一幅二维投影图像。但上述检查方式下，箱内物体纵深方向上的投影重叠在一起，丢失了深度信息。尤其对于***物、危险品等轻原子序数材料，X射线透射后灰度衰减不够明显，严重影响此类物体形状、位置等特征的辨认和识别。
目前获取三维透视图像的常用手段有CT层析成像和立体匹配技术等。CT层析成像技术复杂，成本昂贵，且成像时间长，因而限制了其在工业实时检测中的应用。而较复杂物体在立体匹配过程中，灰度重建和边界处理复杂，计算量也很大，难以实际应用。因而有必要研究其他技术来获取集装箱内物体的三维成像信息。
发明内容
考虑到现有技术中的一个或多个问题，提出了一种检查诸如集装箱之类的被检查物体的检查设备和检查方法。
根据本公开的一个方面，提出了一种对集装箱进行检查的方法，包括步骤：利用包括稀疏面阵探测器的扫描设备对被检查集装箱进行透射扫描，得到扫描数据；在深度方向的特定深度位置进行数字聚焦；滤除散焦的像素值，得到该特定深度位置处的切片图像；判断该切片图像中是否包含危险品或者可疑物品。
根据一些实施例，根据下式进行数字聚焦：
Δx＝(L-Z)/L·ΔD
其中L为射线源到探测器平面的水平距离，ΔD表示探测器单元相对于稀疏面阵探测器中心线的偏移量，Δx表示同一投影射线深度为Z的物体点的成像位置偏移量。
根据一些实施例，所述稀疏面阵探测器包括：第一组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第一能量范围的那部分射线；第二组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第二能量范围的那部分射线，其中第二能量范围高于第一能量范围。
根据一些实施例，所述稀疏面阵探测器的每个探测单元包括低能探测部分、滤波片和高能探测部分。
根据一些实施例，针对不同的深度位置分别进行数字聚焦并滤除散焦的像素值，得到各位置的切片图像，以及通过动画的方式连续播放这些切片图像。
根据一些实施例，所述的方法包括步骤：通过输入装置连续调节深度位置；其中随着调节步骤以动画的方式播放不同深度值下的切片图像。
根据一些实施例，所述的方法还包括步骤：基于稀疏面阵探测器中各个探测单元相对于中心线的偏移从探测的数据创建被检查物体的二维透射图像。
根据一些实施例，所述的方法包括步骤：结合所述二维透射图像和切片图像对应的深度值确定危险品或者可疑物品在集装箱中的位置。
根据本公开的另一方面，提出了一种检查设备包括：扫描设备，包括射线源和稀疏面阵探测器，对被检查集装箱进行透射扫描，得到扫描数据；数据处理设备，在深度方向的特定深度位置进行数字聚焦，滤除散焦的像素值，得到该特定深度位置处的切片图像，并且判断该切片图像中是否包含危险品或者可疑物品。
根据一些实施例，所述稀疏面阵探测器包括：第一组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第一能量范围的那部分射线；第二组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第二能量范围的那部分射线，其中第二能量范围高于第一能量范围。
根据一些实施例，所述稀疏面阵探测器的每个探测单元包括低能探测部分、滤波片和高能探测部分。
根据一些实施例，所述数据处理设备根据下式进行数字聚焦：
Δx＝(L-Z)/L·ΔD
其中L为射线源到探测器平面的水平距离，ΔD表示探测器单元相对于稀疏面阵探测器中心线的偏移量，Δx表示同一投影射线深度为Z的物体点的成像位置偏移量。
根据一些实施例，所述数据处理设备还包括：输入装置，用于连续调节深度位置；显示装置，随着调节过程以动画的方式播放不同深度值下的切片图像。
根据一些实施例，所述数据处理设备基于稀疏面阵探测器中各个探测单元相对于中心线的偏移从探测的数据创建被检查物体的二维透射图像。
根据一些实施例，所述数据处理设备结合所述二维透射图像和切片图像对应的深度值确定危险品或者可疑物品在集装箱中的位置。
利用上述方案，可以更为准确地确定例如集装箱之类被检查物体中是否包含危险品或者可疑物品。此外，通过将透射图像和分层信息结合，可以确定危险品或者可疑物品的在集装箱中的准确位置。
附图说明
为了更好地理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了根据本公开实施例的检查设备的结构示意图；
图2是描述如图1所示的检查设备中包括的稀疏面阵探测器的结构的示意图；
图3是描述如图1所述的检查设备中包括的计算设备的结构的示意图；
图4是描述根据本公开实施例的成像过程的示意图；
图5是描述根据本公开实施例的成像原理的示意图；
图6是描述根据本公开实施例的成像过程的示意性流程图；
图7示出了根据本公开实施例中使用的伪双能探测器的探测单元的结构示意图；以及
图8示出了根据本公开实施例的定位集装箱中危险品的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提出了一种利用稀疏面阵探测器进行成像检查的技术。使用在水平方向离散分布的探测器阵列，对被检查物体进行扫描，然后对扫描图像进行数字聚焦，可获得物体纵深方向上不同层次的图像，这样就得到了被检查物体的分层信息。此外，在一些实施例中，为了增加深度方向重建的空间分辨效果，采用多能探测器，更能充分利用X射线中的低能成分，识别较薄的对象。在其他实施例中，可以将分层深度信息融合入二维透射图中，即可对集装箱内的危险品/可疑物品进行三维空间定位。
根据本公开的实施例，利用稀疏分布的面阵探测器和成像方法，可获取集装箱内被检物深度方向的分层信息。另外，通过多能探测器，可充分利用X射线中的低能成分，检查较薄物质，提高空间分辨能力。此外，将深度信息和X射线透视图进行融合，即可获得被检物的三维图像和危险品定位。
图1示出了根据本公开实施例的检查设备的结构示意图。如图1所示，根据本公开实施例的检查设备100包括X射线源110、稀疏面阵探测器130、数据采集装置150、控制器140、和计算设备160，对诸如集装箱卡车之类的被检查物体120进行安全检查，例如判断其中是否包含了危险品/或可疑物品。虽然在该实施例中，将探测器130和数据采集装置150分开描述，但是本领域的技术人员应该理解也可以将它们集成在一起称为X射线探测和数据采集设备。
根据一些实施例，上述的X射线源110可以是同位素，也可以是X光机或加速器等。X射线源110可以是单能，也可以是双能。这样，通过X射线源110和稀疏面阵探测器150以及控制器140和计算设备160对被检查物体120进行透射扫描，得到探测数据。例如在被检查物体120行进过程中，操作人员借助于计算设备160的人机交互界面，通过控制器140发出指令，命令X射线源110发出射线，穿过被检查物体120后被稀疏面阵探测器130和数据采集设备150接收，并且通过计算设备160对数据进行处理，一方面可以获得透射图像，另一方面可以获得被检查物体在深度方向的分层信息，也可以获得在某个层面上的切片信息，为后续的危险品/可疑物品的检查提供先验知识。这样，当例如通过对比诸如原子序数之类的特征值后能够确定可疑物品在集装箱中的位置，从而快速对其进行三维定位，方便检查人员找出危险品/可疑物品的位置。
图2是描述如图1所示的检查设备中包括的稀疏面阵探测器的结构的示意图。根据本公开的实施例中采用了稀疏面阵探测器130，相比于直线阵列探测器，可以认为是将直线阵列探测器的各个探测器单元在水平方向(例如物体的运动方向)上随机分布，从而形成稀疏阵列分布的形式。如图2所示各个探测单元相对于稀疏面阵探测器的中心线随机分布。
根据本公开的实施例，X射线透视技术利用X射线照射物体，通过内部物质对射线吸收的差异来得到有关物体内部状况的图像，进行货物检查。使用直线探测器阵列，得到的是箱内物体的二维透射图像，而物体纵深方向的投影重叠在一起，丢失了深度方向的分辨信息，影响人们对物体形状、位置等特征的辨认和识别。根据本公开的实施例，利用稀疏面阵探测器可以得到箱内物体的深度信息，形成三维图像，即可大大提高集装箱安全检查的准确度和效率。例如，采用随机离散探测器阵列，代替直线探测器，并经过成像算法的处理，可得到被测物的分层图像。
图3示出了如图1所示的计算设备的结构示意图。如图3所示，稀疏面阵探测器130探测的信号通过数据采集器采集，数据通过接口单元167和总线163存储在存储器161中。只读存储器(ROM)162中存储有计算机数据处理器的配置信息以及程序。随机存取存储器(RAM)163用于在处理器165工作过程中暂存各种数据。另外，存储器161中还存储有用于进行数据处理的计算机程序，例如物质识别程序和图像处理程序等等。内部总线163连接上述的存储器161、只读存储器162、随机存取存储器163、输入装置164、处理器165、显示装置166和接口单元167。
在用户通过诸如键盘和鼠标之类的输入装置164输入的操作命令后，计算机程序的指令代码命令处理器165执行预定的数据处理算法，在得到数据处理结果之后，将其显示在诸如LCD显示器之类的显示装置167上，或者直接以诸如打印之类硬拷贝的形式输出处理结果。
图4是描述根据本公开实施例的成像过程的示意图。如图4所示，将排成垂直一线的探测器单元在水平方向离散开来，每个探测器都存在一个相对中心线的随机水平位移。这样，对于射线源110发出的射线，在同一时刻，探测器阵列130接收到的将是穿过物体不同位置的一组射线。稀疏面阵探测器下的成像原理如图5所示，假设射线沿x轴方向扫描，各探测器单元在水平方向一定范围内随机离散分布，稀疏面阵探测器的每个探测器单元相对于探测器阵列中心线均有一个随机赋予的水平位移ΔD(在探测器设计时可获知)，则距离探测器平面水平距离为Z的物体上某点A_0会比直线探测器滞后Δx的距离出现在投影图像中(如图5中的点A)：
Δx＝(L-Z)/L·ΔD (1)
上式(1)中，L为加速器靶点到探测器面的水平距离。由上式(1)可知，当探测器晶体偏移量ΔD固定时，对于射线源110发出的同一投影射线上不同深度Z的物体点，成像位置的偏移量Δx不同。
根据本公开的实施例，上述重建方法表现在图像上，使得原来结构清晰的物体变成一堆杂乱的散点。但是这种杂乱可通过探测器单元的位置进行校正。在位移Δx处距离探测器平面为Z的物体某平面上的结构会比探测器中心线处滞后ΔD的距离出现在图像中。因此，只要将该探测器单元的扫描线前移ΔD的距离，即可与中心线对齐。如果将所有的探测器按比例与中心线对齐，那么位于该物体平面的结构即可清晰成像，即“数字聚焦”。如果将所有探测器像素按水平位移ΔD校正到与中心线对齐，那么位于此深度位置的物体剖面即可清晰成像，其他层上的点为杂乱噪声。而探测器取不同的水平位移ΔD，即可对物体不同深度Z分层成像。也就是说，对于某个确定深度层Z上的物体点均应符合上式，而不在此层的成像点会出现散焦。故可通过数字聚焦，再去噪、滤波等提取出属于本层Z的图像。
根据一些实施例，可以针对不同的深度位置分别进行数字聚焦并滤除散焦的像素值，得到各位置的切片图像，以及通过动画的方式连续播放这些切片图像。例如分别得到深度位置Z1、Z2、……Z10共十层切片图像，然后以动画的方式进行播放或者按照用户设定的速度进行播放。再如，可以通过输入装置164连续调节深度位置，计算设备160随着深度值的变化以动画的方式播放不同深度值下的切片图像。
图6是描述根据本公开实施例的成像过程的示意性流程图。如图6所示，在步骤S610，例如操作人员借助于计算设备160的人机交互界面，通过控制器140发出指令，命令X射线源110发出射线，穿过被检查物体120后被稀疏面阵探测器130和数据采集设备150接收，从而对诸如集装箱之类的被检查物体进行一次透射扫描。
接下来，在步骤S620，通过计算设备160对数据进行处理，例如计算特定厚度层Z下的像素偏移Δx，然后在步骤S630，对像素进行数字聚焦，例如参考上面的公式(1)计算特定位置Z上的聚焦后的像素值。将所有探测器像素按水平位移ΔD校正到与中心线对齐，那么位于此深度位置的物体剖面即可清晰成像，其他层上的点出现散焦，视为杂乱噪声。
然后，在步骤S640，对图像进行去噪、滤波等操作，从而去除位置Z层之外的其他层的散焦像素值。例如，本领域技术人员可以根据不同的场景选择合适的去噪算法对聚焦后的图像进行去噪，消除散焦的像素点的影响。这样，在在步骤S650，得到了分层图像，也就是位置Z上的切片图像。
此外，经过抽样计算厚度可实现集装箱货物的分层检测。实际上，集装箱内物体均有一定的厚度，故将厚度层数取合适的范围，既可保证分层成像效果，又便于探测器分布的设计。
此外，根据本发明的一些实施例，可以使用多能探测器，例如稀疏面阵探测器可以包括高能探测器组和低能探测器组。例如，低能可以指3～5MeV的能量范围，高能可以指7～9MeV的能量范围。本领域的技术人员可以根据实际需要设定高能和低能的范围值。根据探测器对X射线的吸收特性，较薄的探测器对于中低原子序数材料和较薄高原子序数材料的区分效果会有一定改善。为了充分利用上述特点，可设计多能探测器。
图7示出了根据本公开实施例中使用的伪双能探测器700的探测单元的结构示意图。如图7所示，在高能探测器前加一层较薄的探测器，作为低能探测器，来探测能谱中的低能成分。如图7所示，靠近射线源较近的一方是较薄的低能探测器晶体710(如0.3mm厚的Csl(T1))，然后是夹在两层探测器中间的金属滤波片720(如0.5mm厚的Cu)，之后是较厚的高能探测器晶体730(如4mm厚的Csl(TI))。
根据本公开的实施例，射线源110可以采用双能加速器或者单能加速器。需要注意的是，由于伪双能探测器的使用，所用加速器不限于双能加速器，采用单能X射线加速器即可。X射线经准直形成扇形射线束，透过被检物体到达位置灵敏探测器阵列。当物体沿垂直于射线面的方向运动时，物体各部分依次穿过射线束，探测器便以线扫描的方式得到了整个物体的投影图像。而若还要得到集装箱内物体的材料信息，可采用双能加速器，得到透射图、材料图，再与稀疏面阵探测器得到的深度分层信息相融合形成三维结构和材料图像。
根据本公开的实施例，通过计算设备160可以得到集装箱的二维透射图。例如，在已知稀疏探测器排列的条件下，通过中心线对齐可恢复二维透射图像。
图8为对集装箱危险品进行三维定位的流程图。如图8所示，在步骤S810，利用稀疏面阵探测器对被检查物体进行透射扫描，得到扫描数据。
然后，在步骤S820，针对不同深度Z确定相应的切片图像，当切片图像中有危险品或者可疑物品时记录相应的深度值Z。在步骤S830，利用已知的稀疏探测器排列的条件，通过中心线对齐可恢复二维透射图像。在步骤S840，利用记录的深度值Z以及二维透射图像确定危险品或者可疑物品的三维位置。例如通过确定危险品或者可疑物品在二维透射图像中的位置，取得危险品或者可疑物品水平和垂直坐标，然后结合深度值Z就可确定其三维坐标。根据其他实施例，若所用加速器是双能的，则还可重建得到三维材料识别图。
虽然在上述实施例中按照特定的顺序描述了本公开的方法的流程，但是本领域的技术人员应该理解，一些步骤之间可以以其他的顺序执行，也可以并行执行。
本公开的上述实施例通过稀疏分布的探测器单元和重建方法，获取被检物的分层信息。通过多能探测器，更好探测低原子序数物质和较薄物质。将深度分层信息和X射线透射图像进行融合，获得被检物的三维图像和危险品定位。这样弥补了常规X射线透射***由于使用直线探测阵列而存在纵深方向信息重叠的缺陷，提高了集装箱安全检查的准确度、效率和图像显示效果。
以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了检查设备和检查方法的众多实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机***上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种对集装箱进行检查的方法，包括步骤：
利用包括稀疏面阵探测器的扫描设备对被检查集装箱进行透射扫描，得到扫描数据，所述稀疏面阵探测器包括在水平方向上随机分布的探测器阵列；
在深度方向的特定深度位置进行数字聚焦；
滤除散焦的像素值，得到该特定深度位置处的切片图像；
判断该切片图像中是否包含危险品或者可疑物品。
2.如权利要求1所述的方法，其中根据下式进行数字聚焦：
∆x=(L-Z)/L∙∆D
其中L为射线源到探测器平面的水平距离，∆D表示所述探测器阵列中的探测器单元相对于所述探测器阵列的中心线的偏移量，∆x表示同一投影射线深度为Z的物体点的成像位置偏移量。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述探测器阵列通过接收穿过所述被检测集装箱的射线进行透射扫描；所述稀疏面阵探测器包括：
第一组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第一能量范围的那部分射线；
第二组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第二能量范围的那部分射线，其中第二能量范围高于第一能量范围。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述稀疏面阵探测器的每个探测单元包括低能探测部分、滤波片和高能探测部分。
5.如权利要求1所述的方法，其中针对不同的深度位置分别进行数字聚焦并滤除散焦的像素值，得到各位置的切片图像，以及通过动画的方式连续播放这些切片图像。
6.如权利要求1所述的方法，包括步骤：
通过输入装置连续调节深度位置；
其中随着调节步骤以动画的方式播放不同深度值下的切片图像。
7.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：
基于稀疏面阵探测器中各个探测单元相对于中心线的偏移从探测的数据创建被检查物体的二维透射图像。
8.如权利要求7所述的方法，包括步骤：
结合所述二维透射图像和切片图像对应的深度值确定危险品或者可疑物品在集装箱中的位置。
9.一种检查设备，包括：
扫描设备，包括射线源和稀疏面阵探测器，对被检查集装箱进行透射扫描，得到扫描数据，所述稀疏面阵探测器包括在水平方向上随机分布的探测器阵列；
数据处理设备，在深度方向的特定深度位置进行数字聚焦，滤除散焦的像素值，得到该特定深度位置处的切片图像，并且判断该切片图像中是否包含危险品或者可疑物品。
10.如权利要求9所述的检查设备，其中，所述探测器阵列通过接收穿过所述被检测集装箱的射线进行透射扫描；所述稀疏面阵探测器包括：
第一组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第一能量范围的那部分射线；
第二组稀疏面阵探测单元，探测所述射线中第二能量范围的那部分射线，其中第二能量范围高于第一能量范围。
11.如权利要求9所述的检查设备，其中所述稀疏面阵探测器的每个探测单元包括低能探测部分、滤波片和高能探测部分。
12.如权利要求9所述的检查设备，其中所述数据处理设备根据下式进行数字聚焦：
∆x=(L-Z)/L∙∆D
其中L为射线源到探测器平面的水平距离，∆D表示所述探测器阵列中的探测器单元相对于所述探测器阵列的中心线的偏移量，∆x表示同一投影射线深度为Z的物体点的成像位置偏移量。
13.如权利要求9所述的检查设备，所述数据处理设备还包括：
输入装置，用于连续调节深度位置；
显示装置，随着调节过程以动画的方式播放不同深度值下的切片图像。
14.如权利要求9所述的检查设备，其中所述数据处理设备基于稀疏面阵探测器中各个探测单元相对于中心线的偏移从探测的数据创建被检查物体的二维透射图像。
15.如权利要求14所述的检查设备，其中所述数据处理设备结合所述二维透射图像和切片图像对应的深度值确定危险品或者可疑物品在集装箱中的位置。
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