CN202903699U - 一种通道式四视角x射线液态物品安全检查*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***，由***控制及信号处理电路单元、第一台采集计算机、第二台采集计算机、第三台密度计算机、交换机、输送机、输送通道、四组X射线源和四组探测器组成，所述第一台采集计算机、所述第二台采集计算机和第三台密度计算机之间通过局域网络连接；本实用新型的优点是：1)检查能力强，能够对不同大小和不同材质不同形状的液体危险品进行有效探测；2)检查速度快，最多可同时探测6种液体；3)探测灵敏度高，探测准确；此外，本实用新型还具有抗干扰能力强的特点，非常适用于民航、铁路、海关等重要场所的安检体系。

Description

一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***

技术领域

本实用新型涉及一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***。 

背景技术

自“9.11”事件以来，液态物品检查逐渐成为安全检查领域的热点问题，特别是在航空、铁路、公路、集会等安全领域，由于液态物品涉及种类繁多、包装各异，使得快速、准确地对各类液态物品进行危险性识别的难度越来越大。 

在现有液态物品安全检查技术中，基于X射线透射成像技术的无损检测方法，以其同时具备检查结果准确性高、对容器材质敏感性低、操作便捷等特点，受到越来越多安检厂商的重视，这其中，比较有代表性的是专利公开号为CN101140247A和CN101629916A的两篇实用新型专利，它们的共同点是都基于了CT断层扫描技术，其方法可简述为：由射线源发出X射线透射被检查液态物品，利用探测器接受透射过液态物品的射线束，并形成数以百计的多角度投影数据，通过对此数以百计的多角度投影数据进行求逆计算，来计算得到被检查液态物品的射线吸收系数，其中，专利CN101629916A由于利用了双能X射线，更加能同时获得被检查液态物品的密度及材料信息，最后，将液态物品吸收系数或液态物品密度、材料信息与预设的数据库进行比对，完成对被检液态物品的检查。这类基于CT断层扫描技术的液态物品安全检查方法，其最大优势是检查精度高，因为其在检查过程中获得了数以百计的多角度投影数据，再利用相对成熟的各种投影重建技术，能够得到理想的断层截面数据。但是，这类CT断层扫描技术也存在较明显的不足：1)检查效率偏低，一次通常只能检查一个常规体积大小液态物品，且一次检查过程耗时较长；2)检查对象覆盖面不广，对于被检查液态物品的直径、高度、容积都有一定程度限制，且只能专门检查液态物品不能兼容检查包裹。这两点不足都将限制CT型液态物品安全检查方法及设备在人流量较大场合，如：机场、铁路车站、大型集会等场所的应用。 

因此，针对常见液态物品安全检查，有必要研究并开发一种既能保证较高检查精度，又能实现批量、快速检查，还能兼容对旅客随身携带包裹进行检查的通道式X射线液态物品检查方法与***。 

美国专利US6088423、US7020241和中国专利CN101592622涉及的多视角X射线安全检查 方法和***。US6088423所实用新型的***采用2个底照源1个侧照源，形成3源3探的三视角X射线源和探测器布局方式；US7020241所实用新型的***采用了3源5探的五视角工作模式，且在多视角布局上采用2个底照射线源和1个顶照射线源，每个底照射线源分别对应2组探测器，顶照射线源对应1组探测器形成5个视角；CN101592622涉及的多视角X射线安全检查***采用2个底照源和1个顶照源，形成3源3探的三视角工作模式，其1个底照视角采用了双射线源双探测器的真实双能量视角布局。但是以上3种多视角X射线安检***均以包裹为探测对象，不能对液态物品进行探测，且检查的准确性较低、抗干扰能力差，其应用的场所和领域较为狭窄。 

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***，本实用新型一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***由***控制及信号处理电路单元、第一台采集计算机、第二台采集计算机、第三台密度计算机、采集卡、交换机、输送机、输送通道、四组X射线源和四组探测器组成，所述第一台采集计算机、所述第二台采集计算机和第三台密度计算机之间通过局域网络连接；每组X射线源和探测器称为一个视角模块，一共包含四个视角模块，所述四个视角模块包括：右侧顶照视角模块﹑右侧水平侧照视角模块、右侧底照视角模块和中部底照视角模块；右侧顶照视角模块包括右侧顶照X射线源和第一探测器，构成V1视角模块；右侧水平侧照视角模块包括右侧水平侧照X射线源和第二探测器，构成V2视角模块；右侧底照视角模块包括右侧底照视角X射线源和第三探测器，构成V3视角模块；中部底照视角模块包括中部底照视角X射线源和第四探测器，构成V4视角模块。所述V1视角模块的第一探测器、V2视角模块的第二探测器、V3视角模块的第三探测器均为L型探测器，V4视角模块的第四探测器为U型探测器，所述V1视角模块、V2视角模块、V3视角模块，V4视角模块均通过***控制及信号处理电路单元连接有一块采集卡。在液体探测中，所述V1视角模块、V3视角模块、V4视角模块负责液体探测的静态断层重建，所述V2视角模块负责液面计算，并可辅助其他视角断层重建。因此，本实用新型全新的四视角布局设计结构可以同时静态断层重建通道内两个液体截面和计算液面，因此本实用新型能够同时探测多个液体。 

所述第一台采集计算机和第二台采集计算机中均安装了图像采集单元、低原子序数容器液体材料探测单元、信息通讯单元，所述第三台密度计算机安装了图像匹配单元、密度探测单元、高原子序数容器液体材料探测单元、决策报警单元、信息通讯单元； 

1)所述图像采集单元安装于所述第一台采集计算机和第二台采集计算机中，其中第一台采集计算机连接所述V1视角模块和所述V2视角模块的图像采集卡，接收来自所述V1视角模块和所述V2视角模块的图像数据，第二台采集计算机连接所述V3视角模块和所述V4视角模块的图像采集卡，接收来自所述V3视角模块和所述V4视角模块的图像数据。 

2)所述低原子序数容器液体材料探测单元安装于所述第一台采集计算机和第二台采集计算机中，用于对获取的来自所述四个视角模块的图像进行图像分割并定位出液态物品的区域。所述第一台采集计算机用于计算所述V1视角模块和所述V2视角模块的低原子序数容器内液体的材料数据，同样所述第二台采集计算机用于计算所述V3视角模块和所述V4视角模块的待检测的低原子序数容器内液体的材料数据。 

3)所述信息通讯单元用于在所述第一台采集计算机和第二台采集计算机和第三台密度计算机之间传输原始图像、计算结果、控制命令及信息。 

4)所述图像匹配单元安装于所述第三台密度计算机，对来自所述四个视角模块的图像数据和材料探测结果经过图像匹配后，确认本次接收的所述四个视角模块的数据来自同一组检查盒中的液态物品图像。 

5)所述密度探测单元安装于所述第三台密度计算机，对经过所述图像匹配单元处理过的液态物品，根据液态物品的容器材质，分两种情况计算其密度特征，a)当液态物品的容器为低原子序数物质如塑料时，利用四视角代数重建计算出射线近似穿透厚度，以穿透厚度与吸收灰度间比值关系计算密度特征；b)当液态物品的容器为高原子序数物质如玻璃时，首先根据射线与液态物品区域在通道中形成的空间几何关系，计算出液态物品截面模型及外径，然后以此截面模型及外径与估计的容器壁厚为初始形态，利用最优化数值分析方法迭代计算出密度特征。 

6)所述高原子序数容器液体材料探测单元安装于所述第三台密度计算机，针对玻璃容器壁剔除做分析，修正传统的剔除方法，去除容器壁的影响，得到液态物品的真实投影灰度信息，得到高原子序数容器内液态物品的材料特性。 

7)所述决策报警单元安装于所述第三台密度计算机，通过液态物品的材料和密度二维特征组合判断待检测的液态物品是否为液态燃爆物。 

当本实用新型的通道式四视角X射线液态物品安全检查***启动时，输送机将液态物品送入输送通道中，对液态物品进行透射扫描，当所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器接收的信号经***控制及信号处理电路单元处理后且传送给所述的第一台采集计算机和第二台采集计算机，再经过交换机换给所述的第三台密度计算机，进而在第三台密度计算机中对液态物品进行安全检查，并将检查结果在第一台采集计算机和第二台采集计算机的显示器上显示出来。 

本实用新型具有以下优点： 

1)检查能力强，全新的4个视角X射线液体探测探测方式，能够对不同大小，不同材质不同形状的液体危险品进行有效探测； 

2)检查速度快，能够同时检查双排液体，最多可同时探测6瓶液体，适合于高通过率的行李安全检查领域； 

3)探测灵敏度高，能够同时探测密度和有效原子序数两个特征量，探测准确。 

此外，本实用新型还具有抗干扰能力强的特点，非常适用于民航、铁路、海关等重要场所的安检体系。 

附图说明

图1为本实用新型所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***示意图； 

图2为本实用新型所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***中输送通道与射线源位置的正视结构示意图； 

图3为本实用新型所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***中输送通道与探测器位置的俯视结构示意图； 

图4为本实用新型所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***中输送通道与射线源、探测器位置的侧视结构示意图； 

图5为本实用新型所述一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***的工作流程图。 

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来对本实用新型作进一步的详细说明。 

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型包括：***控制及信号处理电路单元17、 第一台采集计算机18、第二台采集计算机20、第三台密度计算机19、输送机11、输送通道5、塑料托盘6、四组X射线源和四组探测器、采集卡12、采集卡13、采集卡15、采集卡16、交换机14； 

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的右侧底照X射线源10、右侧侧照X射线源4、右侧顶照X射线源2、中部底照X射线源7为分别位于输送通道5的不同方位，也就是说，在所述输送通道5的正视方向上，所述右侧底照X射线源10为设置于输送通道5的右侧底部位置，所述右侧侧照X射线源4为设置于输送通道5的右侧侧部，所述右侧底照X射线源2为设置于输送通道5的底部右侧，所述中部底照X射线源7为设置于输送通道5的中部底部。 

同样，对应于上述右侧底照X射线源10、右侧侧照X射线源4；右侧顶照X射线源2、中部底照X射线源7，与其对应的L型第一探测器9、第二探测器3、第三探测器8、U型第四探测器1亦分别附着于所述输送通道5的不同位置。 

此外，相对于上述右侧底照X射线源10、右侧侧照X射线源4；右侧顶照X射线源2、中部底照X射线源7，且为了便于每一个X射线源发出的X射线束能够形成一薄扇形射束，在每一X射线源位置处均设置一个准直器。 

其中，右侧底照X射线源10与第一探测器9对应且组成右侧底照视角模块，形成了V3视角模块；右侧侧照X射线源4与第二探测器3对应且组成右侧侧照视角模块，形成了V2视角模块；右侧顶照X射线源2与第三探测器8对应且组成右侧顶照视角模块，形成了V1视角模块；中部底照X射线源7与第四探测器1对应且组成中部底照视角模块，形成了V4视角模块。 

此外，由于利用双能量X射线探测方式可以对被检查物体进行材料属性的判别，因此，在本实用新型中，V1视角模块、V2视角模块、V3视角模块、V4视角模块均采用单个X射线源，且能够发射出连续能谱的X射线；所述L型的第一探测器9、第二探测器3、第三探测器8和U型的第四探测器1分别采用重叠放置，即，L型的第一探测器9、第二探测器3、第三探测器8和U型的第四探测器1均为具有低能在前高能在后的两种不同能谱响应的探测器，因此其可同时分别得到低能透射信号和高能透射信号；进而对被检查塑料托盘6中物体进行材料属性判别。 

应用时，首先将塑料托盘6放置在输送机11上，然后将最多6个液体放在托盘内，当所述四视角X射线安全检查***启动后，输送机11匀速行进，将塑料托盘6运送至输送通道5 中，塑料托盘6分别触发右侧底照X射线源10、右侧侧照X射线源4、右侧顶照X射线源2、中部底照X射线源7，各个射线源先后发出X射线束，X射线束经过位于射线源前方的准直器后成为薄扇形射束，透射被检查塑料托盘6，L型的第一探测器9、第二探测器3、第三探测器8和U型的第四探测器1分别接收对应的透射过液态物品7的衰减信号并将其传送给***控制及信号处理电路单元17进行模数转换和信号校正处理，从而形成相应的V1视角模块、V2视角模块、V3视角模块、V4视角模块的投影图像信号，然后，该形成的投影图像信号被传入第一台采集计算机18和第二台采集计算机20，再进过交换机14传给第三台密度计算机19进行安全检查，且在第一台采集计算机18和第二台采集计算机20上显示检查结果。 

如图1、图5所示，V1视角模块、V2视角模块、V3视角模块，V4视角模块均通过***控制及信号处理电路单元17连接有一块采集卡，各个图像采集卡用于采集图像数据，V1视角模块和V2视角模块采集的图像由第一台采集计算机接收，形成双路采集，同样V3视角模块和V4视角模块采集的图像由第二台采集计算机接收。经过图5所示的流程步骤S1、S2的处理后，将原始图像和计算结果通过交换机14传给第三台密度计算机，进行图5所示的流程步骤S4到步骤S7的计算后，再通过交换机14将探测的危险区坐标返回到第一台采集计算机和第二台采集计算机，在第一台采集计算机和第二台采集计算机的显示器上滚动显示图像和探测得到的危险区。本实用新型的具体工作流程如下： 

图像采集完毕后，步骤S2为所述低原子序数容器液体材料探测单元的计算流程，首先需要分割出检查盒中的每个容器，并判断出每个容器的材质。分割过程分两部分完成：首先，对每个视角模块图像分别采用一个合适的经验灰度阈值V_S进行分割，将图像中灰度值低于V_S部分标记成液态物品初始分割区域，接着，使用图像处理技术领域中经典的Canny算子边缘检测方法，获得精确被检查液态物品边缘。得到容器的精确边界后，根据容器的方向寻找瓶身中间位置的一行像素，计算这一行中容器边缘与容器中间的材料值的相对值，差异越大容器材质的原子序数越高，得到容器的材质属性，用不同的灰度值表示不同材质的容器边界。如果为低原子序数容器，则对瓶身有效邻域做灰度均值滤波和材料中值滤波操作，得到本待测液体的材料值。 

步骤S3是通过信息通讯单元将原始图像和包括容器边界、容器材质，低原子序数容器内液体材料探测信息的计算结果经由交换机14传输给第三台密度计算机； 

步骤S4为图像匹配单元的计算流程，第三台密度计算机得到步骤S3传输过来的V1视角模块、V2视角模块、V3视角模块，V4视角模块的容器边界信息后将每个视角模块的疑似危 险区存在每个视角模块定义的RECT结构体数组中。循环扫描这些数组将通道方向头尾差在阈值范围内的四个视角模块的一组疑似危险区匹配成组，检查这组疑似危险区的边界在通道中围成的多边形是否合理，不合理放弃这组，然后从一个视角模块开始寻找重复的匹配组，通过疑似危险区通道方向头尾相差的绝对值和每个视角模块同一组容器位置的关系来去掉重复匹配组，最终得到正确的匹配结果。 

步骤S5为密度探测单元的计算流程，密度探测单元分为以下两个子单元： 

1)当容器材质为低原子序数物质如塑料时，通过四视角ART代数迭代重建，得到液态物品的截面形状。需要指出的是，以上所述ART代数迭代重建计算是依据液态物品内部液体密度是基本匀质的前提下进行的，即液态物品截面上每个重建像素值都相同，而非液体物品截面区域重建像素值为0，也就是说，重建图像上液态物品所在区域像素值为表示像素之大小的相等的正值，其它部分值为0；根据重建出的液态物品截面形状，统计其对应的每个视角模块投影像素射线穿透距离，每一组穿透距离及其对应的高能灰度，通过查询事先建立的穿透距离-吸收灰度-电子密度表，得到一个密度特征，进一步的，对重建截面对应的所有密度特征进行统计，计算出液态物品密度特征； 

2)当容器材质为高原子序数物质如玻璃时： 

（a）．对容器执行符合高密度容器特点的细分割，特别是对存在容器重叠的V2视角模块的细分割。 

（b）．依据V2视角模块中容器的重叠情况，找到当前容器中合适的区域用来做后续分析，该区域的重叠模式较为简单，适合液面计算等分析。 

（c）．数据去噪，获得平滑的四视角模块投影数据。 

（d）．根据V2视角模块、V3视角模块的投影灰度曲线，判断容器内液体是否为满的；如果不是满的，要根据曲线的特征位置来找到液面位置，根据空间几何关系最终计算液面高度。 

（e）．将容器壁的衰减系数、液体的衰减系数、容器壁的厚度（其初始值参考S3得到的壁厚）、液面的高度、截面各像素的身份（容器、液体、空气）等作为待计算参数，利用迭代优化算法求出液体的衰减系数、容器的厚度等信息。 

（f）．如果容器为圆形容器，则截面中圆周以外的各像素的身份固定为空气；如果是其它类型容器（例如矩形截面的），则根据形状知识对E.中的迭代过程给予规则指导。最终得到高密度容器内液体的衰减系数，和更为精确的容器壁厚度。通过查询事先建立的衰减系数-电子密度表，得到液态物品密度特征。 

接下来步骤S6为高原子序数容器液体材料探测单元的计算流程，即计算高原子序数容器内液体的材料值。实验证明低原子序数容器对内部液体探测没有影响，但高原子序数容器则会严重影响内部液体的材料特性。步骤S6针对玻璃容器壁剔除做分析，修正传统的剔除方法，去除容器壁的影响，得到液体真实投影灰度信息，再用真实高低能数据计算液体的材料特征。 

到此，每个待测容器的材料和密度这两维特征都已得到，进入步骤S7，通过决策报警单元进行报警决策过程。如果本次检查盒中没有容器内液体的材料和密度组合报警的，则第一台采集计算机和第二台采集计算机滚动显示原始图像，其中第一台采集计算机显示V1视角模块图像，第二台采集计算机显示V2视角模块图像。如果本次检查盒有报警液体，则将报警液体容器的边界通过第三台密度计算机的信息通讯单元传递给第一台采集计算机和第二台采集计算机，滚动显示原始图像的同时画出危险区的位置。 

上述步骤为一整个探测流程，第一台采集计算机和第二台采集计算机在合理的间距下连续采集检查盒图像进行处理。 

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (2)

1.一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***，其特征在于，包括：***控制及信号处理电路单元、第一台采集计算机、第二台采集计算机、第三台密度计算机、交换机、输送机、输送通道、四组X射线源和四组探测器，所述第一台采集计算机、所述第二台采集计算机和第三台密度计算机之间通过局域网络连接；每组X射线源和探测器称为一个视角模块，一共包括四个视角模块，所述四个视角模块包括：右侧顶照视角模块﹑右侧水平侧照视角模块、右侧底照视角模块和中部底照视角模块；右侧顶照视角模块包括右侧顶照X射线源和第一探测器，构成V1视角模块；右侧水平侧照视角模块包括右侧水平侧照X射线源和第二探测器，构成V2视角模块；右侧底照视角模块包括右侧底照视角X射线源和第三探测器，构成V3视角模块；中部底照视角模块包括中部底照视角X射线源和第四探测器，构成V4视角模块，所述V1视角模块、V2视角模块、V3视角模块，V4视角模块均通过***控制及信号处理电路单元连接有一块采集卡，其中第一台采集计算机连接所述V1视角模块和所述V2视角模块的图像采集卡，接收来自所述V1视角模块和所述V2视角模块的图像数据，第二台采集计算机连接所述V3视角模块和所述V4视角模块的图像采集卡，接收来自所述V3视角模块和所述V4视角模块的图像数据。 

2.根据权利要求1所述的一种通道式四视角X射线液态物品安全检查***，其特征在于，所述V1视角模块的第一探测器、V2视角模块的第二探测器、V3视角模块的第三探测器均为L型探测器，所述V4视角模块的第四探测器为U型探测器。 

Images