CN114313781B - 一种安全检查时的行李托盘及其图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全检查时的行李托盘及其图像处理方法，属于安检设备技术领域，解决了现有技术中连续托盘扫描，安检***无法区分单个托盘的技术问题。该行李托盘的内腔在Z方向上的纵截面为倒置梯形；在Z向上，行李托盘的顶部两侧面对应设有向外凸出的、平板状的第一把手和第二把手；以传送带为基准面，托盘内腔设有高度为h1的水平面，第一把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置E的水平距离为L1，第二把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置F的水平距离为L2；L1、L1均大于光障触发时间对应的距离长度的一半。该安检托盘在安检设备上可以直接使用并能够消除托盘连续扫描的问题，具有很大的普适性。

Description

一种安全检查时的行李托盘及其图像处理方法

技术领域

本发明涉及安检设备及方法技术领域，尤其涉及一种安全检查时的行李托盘及其图像处理方法。

背景技术

目前的安检设备通常设置有一组或多组设置在安检通道内不同高度的对射式光电开关(光障)。光障装置往往包括光障发送模块和光障接收模块，从而由光障状态来判断物品的进入或离开。如果光障从无遮挡进入到遮挡状态，***则认为有物品进入，从而开始后续的安检处理，例如开启X射线，探测器开始采集图像。而光障从遮挡状态进入到无遮挡状态则认定物品已完全通过光障所在区域。

在机场等场合下，被安检人员通常要求将小型物品(手机、钥匙等)放置在安检员提供的托盘内，安检员出于快速通关的目标，往往将多个托盘一起送入到安检通道内。此时容易出现因托盘相连导致光障处于连续被遮挡状态，安检设备将多个托盘认为是单个物品通过的情况。由于三维图像显示区域有限的原因，过长的图像必须适当整体缩小以完全显示。安检员需要局部放大图像来查看物体细节，同时过长的物体内容，也无疑增加了安检员的判图工作量和判图时间。

然而CT锥形射线束的特点使得前后物品的扫描数据混叠在一起，可能无法在投影数据上做到数据的完整切割。此时为了保证物品(行李)的重建结果完整性，则不可避免的出现上一个物品的重建结果包含一部分下一个物品，下一个物品的重建结果则包含一部分上一个物品，而且交叉部分投影数据的重复使用无疑也增大了重建的数据量。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种安全检查时的行李托盘及其图像处理方法，用以解决现有安检方法进行连续托盘扫描时，无法区分单个托盘的情况的技术问题，从而实现连续托盘扫描情况下，从而实现前后托盘图像分离。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种安全检查时的行李托盘，以传送带运动方向定义为Z向，之后根据右手坐标系定义X-Y平面；

行李托盘的内腔在Z方向上的纵截面为倒置梯形；在Z向上，行李托盘的顶部两侧面对应设有向外凸出的、平板状的第一把手和第二把手；

以传送带为基准面，托盘内腔设有高度为h1的水平面，第一把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置E的水平距离为L1，第二把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置F的水平距离为L2；L1、L1均大于光障触发时间对应的距离长度的一半。

在一种可能的设计中，定义J为触发时间对应的距离长度，J＝v t；其中，v为皮带运行速度，t为触发时间；

h1大于安检***设定光障的位置高度h2。

在一种可能的设计中，h2距离传送带水平面的高度为6-7mm。

另一方面，本发明还提供了一种安全检查时的行李托盘的图像处理方法，包括如下步骤：

步骤1、记录光障由遮挡到无遮挡的时刻为t1，此刻行李托盘底部不遮挡光障；

S2.记录下光障由无遮挡到遮挡的时刻t2，此刻下个托盘的底部位置开始遮挡光障；t2-t1大于光障触发时间t，行进距离大于触发时间对应的距离，L1+L2大于J，J＝vt；

步骤3、将在时刻t3＝L/v+(t1+t2)/2之前的CT滑环的扫描数据用于上一个托盘的重建；将时刻t3后的CT滑环的扫描数据用于下一个托盘的重建；其中，L为光障的位置距离CT扫描区的Z向距离，v为皮带运行速度；

步骤4、将托盘的重建结果U采用沿X或Y向的平行投影，生成二维图像M；当沿X向投影时，将断层图像沿着列方向叠加；同理，将正常扫描条件下，重建的完整的行李托盘的三维图像T做投影，生成二维图像N；

步骤5、对二维图像M和二维图像N做二值化处理后，对应得到M1和N1，之后做图像配准，将二维图像M1作为模板图像，计算出二维图像N1所需的平移向量(x1,y1)及旋转角度∝；二维图像N1配准后的为二维图像G，将二维图像M1减去二维图像G，得到的二维图像记为K，K中负值的部分和正值的部分分别标记为K1和K2；

步骤6、进行背景填充过程；

步骤7、进行图像补全过程。

进一步地，在步骤6中，背景填充过程为：

将K2部分对应的经投影生成的断层中的行或列像素置为噪声值，当步骤4中沿X向投影时，将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为噪声值。

进一步地，在步骤7中，图像补全过程为：

当步骤4中沿X向投影时，将三维图像T沿向量(0,x1,y1)平移及绕x轴旋转∝后的图像记为T，此后将K1部分对应的经投影生成的当前断层中的行或列像素置为T中相同位置的像素值，然后将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为T中相同位置的像素值。

进一步地，在步骤1中，以传送带运动方向定义为Z向，之后根据右手坐标系定义X-Y平面；

行李托盘的内腔在Z方向上的纵截面为倒置梯形；在Z向上，行李托盘的顶部两侧面对应设有向外凸出的、平板状的第一把手和第二把手；

以传送带为基准面，托盘内腔设有高度为h1的水平面，第一把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置E的水平距离为L1，第二把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置F的水平距离为L2；L1、L1均大于光障触发时间对应的距离长度的一半。

进一步地，在步骤1中，定义J为触发时间对应的距离长度，J＝v t；其中，v为皮带运行速度，t为触发时间；

h1大于安检***设定光障的位置高度h2。

进一步地，在步骤1中，h2距离传送带水平面的高度为6-7mm。

进一步地，在步骤3中，处理上一个行李托盘时在时刻t3加一定的后延迟，后延迟时间为CT滑环旋转一整圈所用时间；下一个行李托盘则在时刻t3前的CT滑环旋转一整圈所用时间。

进一步地，在步骤6中，当步骤4中沿X向投影时，即将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为T中相同位置的像素值。

进一步地，在步骤4中，对二维图像M和二维图像N做二值化处理具体过程为：二维图像M和二维图像N大于设定值时置为1，否则置为0；

图像N1的配准操作为：旋转加平移，若两个图像相同则表示未配准成功。

进一步地，在将图像M1作为模板图像，计算出图像N1所需的平移向量(x1,y1)及旋转角度∝时，选择没有物体的断层图像，即空白断层图像，计算其均值即可。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)可依靠光障自动实现连续托盘扫描图像分离，在显示屏幕上不会出现由于连续托盘造成的图像整体缩小，有助于安检员单独快速判读。

(2)本发明提供的安检托盘的图像处理方法能够得到完整的托盘图像，没有缺少或多余。

(3)现有技术中，一般只有在配备托盘回传***(TRS)的安检设备上，依靠TRS***对托盘处理，可以实现托盘的逐个扫描。而且TRS***所使用的托盘一般也是专用的，根据***定制的。而配备TRS***不仅会产生场地的占用问题，而且TRS***本身的费用比较昂贵。与现有技术相比，本发明提供的安检托盘，不同于现有的TRS***和定制的专用托盘，本发明中的安检托盘在安检设备上就可以直接使用并能够消除托盘连续扫描的问题，其具有很大的普适性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为CT获取三维数据的示意图；

图2为安检托盘的结构示意图1；

图3为安检托盘的结构示意图2。

附图标记：

1-CT射线源；2-CT滑环；3-CT探测器；4-物体；5-传送带；6-传送带电机；7-运动控制计算机；8-滑环电机；9-数据处理计算机；10-第一把手；11-第二把手。

其中，L1-第一把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置E的水平距离；L2-第二把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置F的水平距离；h1-托盘内腔的某水平面的高度；E-高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置；F-高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

一方面，本发明提供了一种安全检查时的行李托盘，行李托盘设于传送带上，传送带设于安检通道上。以传送带5运动方向定义为Z向，然后根据右手坐标系定义X-Y平面。以图1为例，物体随传送带5进入到CT扫描区的运动方向为Z向，则垂直纸面向内为Y向，沿纸面向上为X向，重建的断层图像平行于X-Y平面，图像矩阵的列方向沿X方向，行方向沿Y方向；设定***设定光障的位置距离CT扫描区的Z向距离为L，传送带5的运行速度为v。

为了防止由于物体碰触铅门帘而使铅门帘摆动所造成的光障重新被触发，也就是误触，通常会设定一定的触发时间t，只有当光障触发时间大于设定时间t，才会认定为有效物体进入或者离开，则触发时间对应的距离长度为J＝vt。

目前一般只有在配备托盘回传***(TRS)的安检设备上，依靠TRS***对托盘的处理，可以实现托盘的逐个扫描。而且TRS***所使用的托盘一般也是专用的，根据***定制的。而配备TRS***不仅会产生场地的占用问题，而且TRS***本申请的费用比较昂贵。

为了解决上述问题，本发明提供了安检托盘不同于现有的TRS***和定制的专用托盘，本发明中的安检托盘在安检设备上就可以直接使用并能够消除托盘连续扫描的问题，而且由于大多安检机构光障位置设置一般都差异不大(满足小物体通过光障触发要求)，所以设计的安检托盘具有很大的普适性。

本发明的行李托盘的外形如图2所示，行李托盘的剖视图如图3所示，该行李托盘的内腔在长度方向上的纵截面为倒梯形；在行李托盘的长度方向上，行李托盘的顶部两侧面对应设有向外凸出的、平板状的第一把手10和第二把手11；以传送带5为基准面，所述托盘内腔设有高度为h1的水平面，所述第一把手10的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置E的水平距离为L1，所述第二把手11的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置F的水平距离为L2；L1、L2均大于J/2。这里托盘两侧的第一把手10和第二把手11先后进入安检通道。

也就是说，行李托盘包括内腔、第一把手和第二把手；所述内腔平行于传送带行进方向的截面为倒置梯形；沿平行于传送带行进方向，所述第一把手设置在内腔顶部边沿一端，所述第二把手设置在内腔顶部边沿另一端；以传送带为基准面，沿平行于传送带行进方向，距离基准面h1的所述内腔的一端侧壁处与临近的第一把手的外端面之间的距离为L1，距离基准面h1处的所述内腔的另一端侧壁处与临近的第二把手的外端面之间的距离为L2；所述L1、L1均大于J/2，其中J＝vt，v为皮带运行速度，t为光障触发时间，所述h1处为大于光障位置高度处。

需要说明的是，在图3中，水平面的高度h1应大于设定光障位置的高度h2，光障位置处于传送带5上方6-7mm处，即h2距离传送带水平面的距离为6-7mm。其中，行李托盘相连时，由于光障不被遮挡时间满足触发时间限制，安检***得以判定物体离开，从而实现托盘间分离。

由于托盘摆放位置变化比较大，在光障触发时，托盘未通过光障的部分差异会比较大。于是完全根据光障触发加延时的方法，不能恰好实现托盘间数据分离。此外在安检CT中，由于锥束扫描的关系，在投影数据上无法完全区分开两个托盘的内容。基于此，分别针对CT型安检设备设计了处理方法，从而实现单个托盘扫描内容完整，无缺少，无多余。

本发明还提供了一种安检***，如图1所示，包括上述的安检托盘，该安检***还包括CT射线源1、CT滑环2、CT探测器3、传送带5、传送带电机6、运动控制计算机7、滑环电机8、数据处理计算机9；传送带5与传送带电机6连接，传送带电机6用于带动传送带5及其上物品行进；滑环与滑环电机8连接，滑环电机8用于控制CT滑环2匀速转动；传送带5横穿CT滑环2；滑环顶部设有CT射线源1，传送带5底部设有CT探测器3，CT射线源1与CT探测器3设于CT滑环2的同一侧；运动控制计算机7用于控制传送带电机6和滑环电机8；CT探测器3接收透射过物体的衰减信号，并不断将接收到的信号传入数据处理计算机9中，数据处理计算机9进行数据重建，获取物体不同位置的断层数据，并将所有断层构成的三维数据在屏幕上做三维显示。

利用上述安检***获取三维数据的过程如下：首先将物体(行李4)置于传送带5上，在传送带电机6的带动下，后随传送带5保持匀速行进，进入CT扫描区进行扫描，滑环电机8控制CT滑环2匀速转动，CT射线源1发出X射线束透射物体，CT探测器3接收透射过物体的衰减信号，并不断将接收到的信号传入数据处理计算机9中，数据处理计算机9中进行数据重建，获取物体不同位置的断层数据，后将所有断层构成的三维数据在屏幕上做三维显示。

另一方面，本发明还提供一种安全检查时行李托盘的图像处理方法，采用上述的安检托盘和安检***，该图像处理方法包括如下步骤：

S1.记录光障由遮挡到无遮挡的时刻t1，此刻安检托盘下底部位置不再遮挡光障；

S2.记录下光障由无遮挡到遮挡的时刻t2，此刻下个托盘的底部位置开始遮挡光障；(t2-t1)大于光障触发时间t，行进距离大于触发时间对应的距离，L1+L2大于J，J＝vt；

S3.将在时刻t3＝L/v+(t2-t1)/2之前的CT滑环2扫描数据用于上一个托盘的重建，原因在于此时刻之前所对应的扫描数据均是包含上一个托盘的。即使由于托盘摆放倾斜，扫描数据缺失导致的重建图像不完整也没有关系，因为缺失部分的图像对应于安检托盘的把手位置，不会造成扫描物体的信息缺失。此外将时刻t3后的数据用于下一个托盘的重建。

需要说明的是，在上述步骤3中，上一个托盘的重建过程为：把该托盘对应的滑环扫描数据使用重建算法重建出来，这里重建算法可以是常用的滤波反投影算法，也可以迭代算法。

在上述步骤3中，为了重建结果的完整性，处理上一个托盘时可以在时刻t3加一定的后延迟，即t3+m，后延迟的时长m为CT滑环2旋转半圈或一圈的时间，下一个托盘则在时刻t3前CT滑环2旋转半圈或一圈的时间。

需要注意的是，判断重建结果的完整性可以通过判断安检托盘是否完整实现。

需要指出的是，在上述步骤3中，后延迟的时长m设为CT滑环2旋转半圈或一圈的时间是因为流程上比较方便。

步骤4.将托盘的重建结果U采用沿X或Y向的平行投影，生成二维图像M；以沿X向投影为例，即将断层图像沿着列方向叠加，或者，以沿Y向投影，即将断层图像沿着行方向叠加。同理将正常扫描条件下即单个托盘通过，并没有托盘连续现象的条件下，重建的完整托盘三维图像T做投影，生成二维图像N。

步骤5、对图像M和图像N做二值化处理后分别为M1和N1。之后做图像配准，将图像M1作为模板图像，计算出图像N1所需的平移向量(x1,y1)及旋转角度∝，图像N1配准后的为G；将M1减去G的图像记为K，K中负值的部分和正值的部分对应标记为K1和K2。

需要说明的是，在上述步骤4中，Y轴投影，是沿着Y轴做累加，也就是沿行方向做累加。断层图像是指重建结果，例如X-Y方向断层是指沿着X-Y方向把物体切开的图像。

在上述步骤5中，图像N1的配准操作为：旋转加平移，若两个图像相同则表示未配准成功。

在上述步骤5中，在将图像M1作为模板图像，计算出图像N1所需的平移向量(x1,y1)及旋转角度∝时，选择没有物体的断层图像，即空白断层图像，计算其均值即可。

需要说明的是，在上述步骤5中，二值化处理的具体过程为图像处理的常规内容，其过程为：二维图像M和二维图像N大于设定值时置为1，否则置为0。

步骤6、进行背景填充过程；

上述背景填充过程为：将K2部分对应的经投影生成的断层中的行或列像素置为噪声值。以步骤4中沿X向投影为例，即将当前切片图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为噪声值，噪声值作为后续空白填充区域的数值。

步骤7.进行图像补全过程；

上述图像补全过程为：以S4中沿X向投影为例，将三维图像T沿向量(0,x1,y1)平移及绕x轴旋转∝，旋转后的图像记为T，此后将K1部分对应的经投影生成的当前切片中的行或列像素置为T中相同位置的像素值。

以S4中沿X向投影为例，即将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为T中相同位置的像素值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，采用的行李托盘以传送带运动方向定义为Z向，之后根据右手坐标系定义X-Y平面；

所述行李托盘的内腔在Z方向上的纵截面为倒置梯形；在Z向上，所述行李托盘的顶部两侧面对应设有向外凸出的、平板状的第一把手和第二把手；

以传送带为基准面，所述行李托盘内腔设有高度为h1的水平面，所述第一把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置E的水平距离为L1，所述第二把手的外边缘位置到高度为h1的水平面与行李托盘外表面相交位置F的水平距离为L2；所述L1、L1均大于光障触发时间对应的距离长度的一半；

定义J为触发时间对应的距离长度，J = v t；其中，v为皮带运行速度，t为触发时间；

所述h1大于安检***设定光障的位置高度h2；

所述h2距离传送带水平面的高度为6-7mm；

所述图像处理方法包括如下步骤：

步骤1、记录光障由遮挡到无遮挡的时刻为t1，此刻行李托盘底部不遮挡光障；

步骤2、记录下光障由无遮挡到遮挡的时刻t2，此刻下个托盘的底部位置开始遮挡光障；t2 - t1大于光障触发时间t，行李托盘行进距离大于触发时间对应的距离，L1+L2大于J，J= vt；

步骤3、将在时刻 t3 = L/v +（t1 + t2）/ 2之前的CT滑环的扫描数据用于上一个托盘的重建；将时刻t3后的CT滑环的扫描数据用于下一个托盘的重建；其中，L为光障的位置距离CT扫描区的Z向距离，v为皮带运行速度；

步骤4、将托盘的重建结果U采用沿X或Y向的平行投影，生成二维图像M；当沿X向投影时，将断层图像沿着列方向叠加；同理，将正常扫描条件下，重建的完整的行李托盘的三维图像T做投影，生成二维图像N；

步骤5、对二维图像M和二维图像N做二值化处理后，对应得到M1和N1，之后做图像配准，将二维图像M1作为模板图像，计算出二维图像N1所需的平移向量(x1,y1)及旋转角度；二维图像N1配准后的为二维图像G，将二维图像M1减去二维图像G，得到的二维图像记为K，K中负值的部分和正值的部分分别标记为K1和K2；

步骤6、进行背景填充过程；

步骤7、进行图像补全过程。

2.根据权利要求1所述的安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，在所述步骤6中，所述背景填充过程为：

将K2部分对应的经投影生成的断层中的行或列像素置为噪声值，当步骤4中沿X向投影时，将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为噪声值。

3.根据权利要求2所述的安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，在所述步骤7中，所述图像补全过程为：

当步骤4中沿X向投影时，将三维图像T沿向量（0,x1,y1）平移及绕x轴旋转后的图像记为T，此后将K1部分对应的经投影生成的当前断层中的行或列像素置为T中相同位置的像素值，然后将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为T中相同位置的像素值。

4.根据权利要求3所述的安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，在所述步骤3中，处理上一个行李托盘时在时刻 t3 加一定的后延迟，后延迟时间为CT滑环旋转一整圈所用时间；下一个行李托盘则在时刻t3前的CT滑环旋转一整圈所用时间。

5.根据权利要求4所述的安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，在所述步骤6中，当步骤4中沿X向投影时，即将当前断层图像中列方向像素经投影后位于K2部分的置为T中相同位置的像素值。

6.根据权利要求5所述的安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，在所述步骤4中，对二维图像M和二维图像N做二值化处理具体过程为：二维图像M和二维图像N大于设定值时置为1，否则置为0；

所述图像N1的配准操作为：旋转加平移，若两个图像相同则表示未配准成功。

7.根据权利要求1至6任一项所述的安全检查时的行李托盘的图像处理方法，其特征在于，在将二维图像M1作为模板图像，计算出二维图像N1所需的平移向量(x1,y1)及旋转角度时，选择没有物体的断层图像，即空白断层图像，计算其均值即可。