JP2004177138A - 危険物探知装置および危険物探知方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能、低価格な危険物探知装置を得る。
【解決手段】検査対象物に対して、垂直方向と水平方向とから透視画像を得ることができるように、設置された撮影部を設ける。垂直方向画像と水平方向画像とから、検査対象物内の物体のＸ線吸収係数を得て、そのＸ線吸収係数から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。また、この撮影部を検査対象物の周囲で移動することにより、ＣＴ画像を得て、そのＣＴ値から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
【選択図】 図１
【解決手段】検査対象物に対して、垂直方向と水平方向とから透視画像を得ることができるように、設置された撮影部を設ける。垂直方向画像と水平方向画像とから、検査対象物内の物体のＸ線吸収係数を得て、そのＸ線吸収係数から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。また、この撮影部を検査対象物の周囲で移動することにより、ＣＴ画像を得て、そのＣＴ値から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は危険物探知装置および危険物探知方法に係り、特にＸ線を用いた危険物探知装置および危険物探知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する文献として特許文献１には、２つのエネルギーレベルのＸ線を交互に照射する危険物探知装置が記載されている。また、特許文献２には、透視とＣＴとを組み合せた危険物探知装置が記載されている。さらに、特許文献３には、透視とエネルギの異なるＸ線管（２球）とを組み合せた危険物探知装置が記載されている。
【０００３】
これらの危険物探知装置は、大型・高速度のＸ線ＣＴを利用したもので、日本国内の空港で見られるＸ線透過による検査装置では、検出が難しい爆発物の検知も可能であり、主に米国の大型空港で利用されている。しかし、これらの装置は質量が３トンから７トンもあり、移動が困難なため、レイアウトの自由度が得られない。これらの装置が大型、大質量となる理由は、（１）連続回転でＣＴ像を得るためスリップリング部の構造が複雑になる。（２）ベルトコンベア上でＣＴ像を撮影するため浅い角度でベルトコンベアに入射させても、ベルトコンベアに吸収されない高出力のＸ線管と高圧電源が必要なためである。
【０００４】
成田、羽田程度の小型空港向けには、装置サイズが小さく、質量が小さく、低価格でかつ高精度な危険物探知装置が求められている。そのためには、上記（１）（２）の問題を解消する必要がある。
危険物探知装置は、毎日稼働させるため、寿命が長く、保守回数が少ない危険物探知装置もまた求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３５４３４号公報
【特許文献２】
米国特許第５１８２７６４号明細書
【特許文献３】
米国特許第５３６７５５２号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能、保守性の良い、低価格な危険物探知装置を得る。また、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物を探知する、危険物探知方法を得る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
検査対象物に対して、垂直方向と水平方向とから透視画像を得ることができるように、設置された撮影部を設ける。垂直方向画像と水平方向画像とから、検査対象物内の物体のＸ線吸収係数を得て、そのＸ線吸収係数から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
また、この撮影部を検査対象物の周囲で移動することにより、ＣＴ画像を得て、そのＣＴ値から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
【０００８】
また、検査対象物を移動させるベルトコンベアを２体化し、Ｘ線発生部とＸ線検出部のＸ線光路をベルトコンベアが遮らないようにすることで、少ないＸ線出力で検査する。さらに、ＣＴスキャナは往復回転方式として、信号を伝える摺動部（スリップリング）を廃することで、保守を簡便化する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明しよう。
まず、本発明の実施の形態である危険物探知装置の実施例を、図１ないし図７を用いて説明する。ここで、図１は、危険物探知装置のブロック図である。図２は、危険物探知装置斜視外観図である。図３は、危険物探知装置の動作フローを説明する図である。図４は、危険物探知装置の動作を説明する斜視図および画面表示である。図５は、方向を変えて透視画像を得たとき、画像から判断される形状を説明する図である。図６は、透過画像から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。図７は、ＣＴ値から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
なお、本明細書において危険物とは、可燃性危険物、支燃性危険物、発火性危険物、爆発物、花火、マッチ、銃、刀剣を含み、これらに限られない。
【００１０】
図１に示すように、この実施例の危険物探知装置１００は、Ｘ線発生部１０と、Ｘ線検出部２０と、スキャナ部３０と、制御部４０と、制御用ＰＣ５０と、画像処理用ＰＣ６０とから構成されている。Ｘ線発生部１０は、後述するガントリ３１に配置された照射角７０度定格１６０ｋＶ３ｍＡのＸ線管１１と、その高圧電源１２と、Ｘ線制御器１３とからなる。Ｘ線検出部２０は、ガントリ３１上にＸ線管１１に対抗して配置される複数のシンチレータと複数のフォトダイオードアレイからなるラインセンサ２１と、Ａ／Ｄ変換器２２から構成されている。Ｘ線管１１とラインセンサ２１とで、撮影装置が構成される。この撮影装置を用いて検査対象物のＸ線透過画像、ＣＴ断面画像を得ることができる。
【００１１】
スキャナ部３０は、検査対象物である荷物１の周囲を３３０度以上回転可能で中空円盤状のガントリ３１と、荷物１を搬送するベルトコンベア３２、３３と、ガントリ３１を紙面に垂直な軸で回転するサーボモータ３４と、モータ用のドライバ３５，３６とから構成されている。制御部４０は、制御用ＰＣ５０から制御され、Ｘ線制御器１３とドライバ３５とコントローラ４２とを制御するシーケンサ４１と、シーケンサ４１の指示によりサーボモータ３４の回転を制御する制御パルスを発生するコントローラ４２と、コントローラ４２からのパルスをカウントしドライバ３６と画像処理用ＰＣ６０にパルスを送るパルスカウンタ４３とから構成されている。画像処理用ＰＣ６０には、Ｉ／Ｆボード６１が挿入され、Ａ／Ｄ変換器２２の出力であるＸ線画像信号を取込、処理する。また、イーサネット（登録商標）で制御用ＰＣ５０と接続され、ＰＣ間で通信を行っている。
【００１２】
図２に、危険物検知装置１００の外観をしめす。本体はＸ線を遮蔽する筐体７０と入口側ベルトコンベア３２と図示しない出口側ベルトコンベア３３とから構成されている。操作卓８０には制御用ＰＣと透視画像とＣＴ画像を表示する２台のディスプレー、キーボード、マウス等が配置されている。
【００１３】
図１に戻って、危険物探知装置１００の動作を説明する。Ｘ線制御部１３の制御で高電圧がＸ線管１１に印加されると、Ｘ線は照射角７０度の扇状に放射される。ガントリ３１に、Ｘ線管１１と対向するように円弧状に取り付けられたラインセンサ２１のシンチレータはＸ線を受けて発光し、シンチレータ背後のフォトダイオードアレイでＯ／Ｅ変換する。なお、シンチレータは１．６ｍｍ幅１０２．４ｍｍ長のものを１６枚使い円弧状に配置した。また、フォトダイオードアレイは１．６ｍｍピッチ６４チャンネルで、シンチレータと同様に１６枚用いた。このラインセンサは、全長１．６４ｍで１０２４チャンネルである。
【００１４】
シンチレータに到達したＸ線強度が強ければシンチレータが強く発光し、フォトダイオードで変換された電気信号も強くなる。荷物１に金属が入っているときには、金属にＸ線が吸収され、電気信号も弱くなる。危険物も特有のＸ線吸収係数を持つので、この電気信号を精度よくＡ／Ｄ変換する必要がある。本実施例ではラインセンサ２１からのアナログ信号を分解能１６ＢｉｔのＡ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換し、画像処理用ＰＣ６０に転送する。
【００１５】
ラインセンサ２１からの信号は１次元の信号なので、コンベア３２，３３で移動される荷物１の移動にあわせて、画像処理用ＰＣ６０で２次元の透過Ｘ線強度画像を作成し、制御用ＰＣを経由してディスプレイモニタに表示する。銃、刀剣等はこのモニタ画面および後述する直交する位置からのモニタ画面で特定可能である。
【００１６】
一方、荷物１の移動を止め、撮影装置を載せたガントリ３１をスウィングし、２５０度回転させながら信号を検出することによって、荷物１およびその収容物のＸ線ＣＴ断面画像が得られる。この２５０度は扇状にＸ線を発生させるＣＴ装置で断面像が得られる、１８０度とＸ線照射角７０度との和である。本実施例の危険物探知装置１００は、従来の危険物探知装置と異なって、連続回転せず、半回転動作を行う。従って、Ｘ線管用の高電圧供給、ラインセンサからの信号取り出しのための複雑なスリップリング機構が不要で、小型化・低価格化を図ることができる。さらに、摺動部がないため長寿命であり、保守の回数を減らすことができる。なお、片方向の円弧上の移動運動であるため、信号を検出する区間（２５０度）の前後に加速・減速の区間（４０度×２）が必要であり、ガントリの回転角は３３０度以上必要である。検出時間は、加速０．５秒、信号検出時間２秒、減速０．５秒程度である。
【００１７】
次に、図３および図４を用いて危険物探知装置１００の探知動作を説明しよう。図３で、手荷物が装置にはいったことを入口側ベルトコンベア３２の入口に配置した光電センサ３７が感知（ステップ１）する。これにより、ベルトコンベア３２，３３を正転させ、荷物１が図示しないＸ線照射部を通過させると共に、Ｘ線の照射を始める。これによって、垂直方向の透視画像を画像処理用ＰＣ６０で作成し、モニタ６２に表示する（ステップ２）。図４（ａ）には、このときの危険物探知装置１００の要部をしめす。ガントリは、原点位置である垂直下方にＸ線を照射する位置で固定されている。Ｘ線透視部を荷物１が通過後に、モニタ６２に示した、垂直方向の透視画像を表示する。
【００１８】
次に、ガントリ３１を入口側から見て時計方向に９０度回転し、コンベア３２，３３を逆転する（ステップ３）。荷物１が図示しないＸ線照射部を通過させる。これによって、水平方向の透視画像を画像処理用ＰＣ６０に取り込む（ステップ４）。コンベア３２，３３の停止（ステップ５）後、水平方向の透視画像および１次判定結果をモニタ６２に表示する（ステップ６）。図４（ｂ）には、このときの危険物探知装置１００の要部をしめす。撮影装置を載せたガントリは、時計方向に９０度回転した位置に固定されている。この位置では、Ｘ線は、荷物１を横方向（水平方向）から、透過する。Ｘ線透視部を荷物１が通過後に、モニタ６２に示した、水平方向の透視画像を表示する。本装置は、この画面で、垂直方向・水平方向の透視結果から危険物と判定（１次判定）したＸ線吸収係数を持つ収容物を、例えば赤色で表示する。さらに、この画面で、ＣＴによるスライス画像検出の要否と検出したいスライス面の入力を待つ。なお、スライス面を画面上で指定・入力を受け付けるため、ＣＴスライス面入力用のカーソルを合わせて表示する（ステップ７）。
【００１９】
作業者が、ＣＴによる断面画像を表示することを決め、ＣＴスライス面を選択し、キーボード及びマウスからこれらを入力する。ベルトコンベア３２，３３は選択されたＣＴスライス面となるようコンベア３２，３３を駆動し、荷物１を固定する。例えば、ベルトコンベア３２，３３を駆動する制御パスルをカウントするようにしておき、透視画像の開始位置でカウンタをリセットすることで、透視画像と、実際の荷物１の位置を合わすことができる。ガントリはＣＴのためのスウィング原点に移動する（ステップ８）。次に、本装置は、ガントリを回転移動させながら、Ｘ線吸収データを取得することに、ＣＴ画像を作成する。ＣＴ画像は、別途保有するデータベースとの対比によって、荷物１に危険物が入っているか判定（２次判定）し、表示する（ステップ９）。この画面を表示したままコンベアを正転し（ステップ１０）、排出する（ステップ１１）。
【００２０】
なお、ステップ６で危険物が入っていないと判定した場合は、そのままステップ１０に進む。また、図４で光電センサ３７は入口コンベアの３２の入口側にしか記載していないが、出口側にも設けてもよい。また、出口コンベア３３の入口側・出口側に設けても良い。
【００２１】
透視画像は、垂直方向の第１の透視画像と水平方向の第２の透視画像との順番を入れ替え、第１の透視画像を水平方向の透視画像、第２の透視画像を垂直方向の透視画像としてもよい。コンベアが傾いている場合等には、如何なる直交方向を選択してもよい。直交している必要もない。
【００２２】
本実施例では、ベルトコンベアを２体としているため、Ｘ線の光路上にベルトコンベアがなく、Ｘ線がベルトコンベアによって吸収されることがない。コンベアの有無は、Ｘ線透過では問題にならない。しかし、コンベアがあった場合には、Ｘ線ＣＴではスウィング動作中に浅い角度でベルトの幅（８０ｃｍ）方向に透過するＸ線の、ベルトによる吸収は極めて大きく、１６０ｋＶ程度の印加電圧ではＸ線が透過しない場合が生じる。データの中にＸ線が透過しないポイントがあると、断面画像の再構成出来ないので、この場合は管電圧を１８０ｋＶ程度に上げる必要がある。しかし、管電圧を上げれば高圧電源、Ｘ線管とも大型化し、Ｘ線管を載せるガントリも大型化してしまう。
【００２３】
本実施例では、Ｘ線光路からベルトを排除してあるので、Ｘ線出力が少なくて済み、小型・低価格のＸ線源が使用できる。Ｘ線源が軽量であるため、ガントリ回転部も小型・軽量化が可能となる。さらに、ベルトコンベアの吸収による計測誤差がなく、正確なＣＴ画像が検出できる。
【００２４】
次に、図５を用いて垂直方向と水平方向との画像から、荷物中の収容物体の形状を推定する方法を説明する。図５で、垂直透視画像、水平透視画像が共に一様な吸収率の四角形の場合は、物体の形状は直方体と推定できる。同様に、球は共に非一様な吸収率の円形、円柱は一方の画面で非一様な四角形、他方の画面で一様な円形、または共に非一様な四角形の画像から判断できる。
【００２５】
本実施例では、垂直透視画像、水平透視画像を得るので物質の厚さを得ることができる。これによって物質の吸収係数を求めることが可能である。
物質に入射するＸ線の強度をＩ０、物質の厚みをｘ、Ｘ線吸収係数をμとすると、透過したＸ線の強度Ｉは数１で与えられる。
Ｉ ＝ Ｉ０ ｅｘｐ （ −μ・ｘ ） （数１）
垂直透視画像の物体部のＸ線強度からＩ、バックグラウンドのＸ線強度からＩ０、
水平透視画像の物体厚さからｘが求まるので、数１を変形した
μ＝ ｛ｌｎ（ Ｉ０ ）−ｌｎ（ Ｉ ）｝ ／ ｘ （数２）
で計算することができる。
【００２６】
また、図５（５）のように重なっている場合でも、水平透視画像で上に位置する物質２と、下に位置する物質３が完全に重なっていなければ、数２でＩ０を物質３のみの部分のＸ線強度（バックグラウンド）、Ｉを物質２と物質３とが重なった部分のＸ線強度とすれば物質２のＸ線吸収係数を求めることができる。もちろん完全に重なった場合でも、水平透過画像からＩおよびＩ０、垂直透過画像からｘを求め、数２でＸ線吸収係数を求めることが可能である。
算出したＸ線吸収係数は、画像処理用ＰＣに蓄積した危険物のＸ線吸収係数データベースと対比し、一次判定される。
【００２７】
図６を用いて、透視画からの危険物検知の方法をさらに詳しく説明する。図１の画像処理用ＰＣで得られた垂直透視画像は、投影系の歪、Ｘ線強度のムラ、ラインセンサの感度ばらつき等のシェーディング補正（ステップ６１）を受けた後、対数変換（ステップ６２）され、荷物と背景とを分離（ステップ６３）し、荷物内の物体分離（ステップ６４）を実施する。水平透視画でも同様の処理がなされた後、エッジの対応付けを行って垂直透視画像と水平透視画像間で物体の同定（ステップ６５）を実施する。一方の画像から物体の透過長ｘを求め（ステップ６６）、他方の画像から物体部のＸ線強度とバックグラウンドのＸ線強度を求め、Ｘ線吸収係数を算出する（ステップ６７）。求められたＸ線吸収係数と危険物のそれのデータベースを対比し（ステップ６８）、予め定められた基準に基づいて、危険物と判断した場合には、例えば赤でその物体の位置を示し（ステップ６９Ａ）、どちらか一方の透視画像と重ねて表示する（ステップ７０）。データベースと対応が取れなかった場合は、特に着色しない。
なお、物体寸法ｘの算出、Ｘ線吸収係数の算出は、画像処理用ＰＣの演算部で実施するが、別のＰＣで実施することも可能である。
【００２８】
また、オペレータがＣＴスライス面位置を入力するため、危険物と判断した物体の中央部を選択し、ステップ７０で表示された画面に、その面（線）を表示する。オペレータはＣＴ撮像の実施可否判断を行い、ＣＴ撮像する場合、その面（線）をマウスで所望の位置に移動し、スライス位置を決定する。
【００２９】
Ｘ線吸収係数を用いた判定では、危険物に似たＸ線吸収係数を持った物質もスクリーニングしてしまう。このため、本実施例の危険物検知装置では、一次判定で危険物が入っていると判定した荷物の当該箇所を、Ｘ線ＣＴで断面画像を得る。この過程で、ＣＴ値と呼ばれるスケールが得られる。このＣＴ値は
で与えられ、μがボクセル（ＣＴの最小単位容積）の線吸収係数、Ｋは定数１０００、μｗは水の線吸収係数である。空気の線吸収係数が０なので、そのＣＴ値は−１０００、水のＣＴ値は０であり、骨で１０００の値をとる。ＣＴ値はこのように広いスケールなので、画像処理用ＰＣに蓄積した危険物のＣＴ値データベースと対比し、ＣＴによる断面画像と併せて、二次判定に用いることができる。
【００３０】
図７を用いて、Ｘ線ＣＴを用いた危険物検知の方法をさらに詳しく説明する。本実施例の危険物探知装置は、荷物の周囲を定速度で１８０度とＸ線照射角７０度を加えた２５０度に渡り回転し信号を検出する。２５０度の回転中７１０ポイントの投影データを収集し、シェーディング、投影系歪の補正を実施する（ステップ７１）。補正後の投影データは、フィルタリング演算（ステップ７２）、逆投影演算（ステップ７３）によって、再構成画像であるＣＴ画像を表示する（スッテップ７４）。ＣＴ画像の再構成演算は、計算量が膨大であるため、一般的には高価なＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ボードを使用することが多いが、本装置では、Ｄｕａｌ ＣＰＵのＰＣを使用して低価格化を図っている。
【００３１】
ＣＴ画像のピクセル毎に、画像処理用ＰＣに蓄積した危険物のＣＴ値データベースと対比し、予め定められた許容差の基に一致画素と不一致画素とを切り分ける（ステップ７５）。これにより、２値画像を得ることができる（ステップ７６）。２値画像の領域を区分するラベリング処理（ステップ７７）の後、区分されたラベル毎の画素面積をカウントする（ステップ７８）。予め定められた面積以上のラベルを抽出し（ステップ７９）、抽出したラベルを例えば赤色表示に変換し（ステップ８０）、ステップ７４で得られたＣＴ画像と重ね合わせて表示する（ステップ８１）。
【００３２】
なお、ステップ８０で赤色表示させた物体を、図６のステップ６４で示す荷物内の物体に置き換え、垂直透視画像または水平透視画像で表示することも可能である。
また、フィルタリング演算、逆投影演算は、画像表示用ＰＣの演算部で実施するが、別のＰＣで実施することも可能である。
【００３３】
上述したＸ線ＣＴの管電圧は１６０ｋＶである。このときのＸ線のエネルギは１００ｋｅＶ程度が強い。一方、管電圧を８０ｋＶにすると、Ｘ線のエネルギは５０ｋｅＶ程度が強くなる。Ｘ線に対する質量吸収係数（μ／ρ）には、エネルギ依存性があり、数３で定義されるＣＴ値にもエネルギ依存性がある。したがって、１６０ｋＶと８０ｋＶとの二つのＸ線ＣＴで得られたＣＴ値と、それぞれの電圧でのデータベースとを比較し、危険物判定のアンドを取れば、より高精度な危険物探知装置とすることができる。
なお、上述した実施例でハードウェア制御は制御用ＰＣのメモリに書き込んだプログラムによって行われるが、ハードウェアで制御することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能で低価格な危険物探知装置を得た。保守性にも優れた低価格な危険物探知装置をも得た。また、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物を探知する、危険物探知方法を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の危険物探知装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施例の危険物探知装置斜視外観図である。
【図３】本発明の実施例の危険物探知装置の動作フローを説明する図である。
【図４】本発明の実施例の危険物探知装置の動作を説明する斜視図および画面表示である。
【図５】本発明の実施例の方向を変えて透視画像を得たとき、画像から判断される形状を説明する図である。
【図６】本発明の実施例の透過画像から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
【図７】本発明の実施例のＣＴ値から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１０…Ｘ線発生部、１１…Ｘ線管、２０…Ｘ線検出部、２１…ラインセンサ、３０…スキャナ部、３１…ガントリ、４０…制御部、５０…制御用ＰＣ、６０…画像処理用ＰＣ。
【発明の属する技術分野】
本発明は危険物探知装置および危険物探知方法に係り、特にＸ線を用いた危険物探知装置および危険物探知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する文献として特許文献１には、２つのエネルギーレベルのＸ線を交互に照射する危険物探知装置が記載されている。また、特許文献２には、透視とＣＴとを組み合せた危険物探知装置が記載されている。さらに、特許文献３には、透視とエネルギの異なるＸ線管（２球）とを組み合せた危険物探知装置が記載されている。
【０００３】
これらの危険物探知装置は、大型・高速度のＸ線ＣＴを利用したもので、日本国内の空港で見られるＸ線透過による検査装置では、検出が難しい爆発物の検知も可能であり、主に米国の大型空港で利用されている。しかし、これらの装置は質量が３トンから７トンもあり、移動が困難なため、レイアウトの自由度が得られない。これらの装置が大型、大質量となる理由は、（１）連続回転でＣＴ像を得るためスリップリング部の構造が複雑になる。（２）ベルトコンベア上でＣＴ像を撮影するため浅い角度でベルトコンベアに入射させても、ベルトコンベアに吸収されない高出力のＸ線管と高圧電源が必要なためである。
【０００４】
成田、羽田程度の小型空港向けには、装置サイズが小さく、質量が小さく、低価格でかつ高精度な危険物探知装置が求められている。そのためには、上記（１）（２）の問題を解消する必要がある。
危険物探知装置は、毎日稼働させるため、寿命が長く、保守回数が少ない危険物探知装置もまた求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２３５４３４号公報
【特許文献２】
米国特許第５１８２７６４号明細書
【特許文献３】
米国特許第５３６７５５２号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能、保守性の良い、低価格な危険物探知装置を得る。また、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物を探知する、危険物探知方法を得る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
検査対象物に対して、垂直方向と水平方向とから透視画像を得ることができるように、設置された撮影部を設ける。垂直方向画像と水平方向画像とから、検査対象物内の物体のＸ線吸収係数を得て、そのＸ線吸収係数から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
また、この撮影部を検査対象物の周囲で移動することにより、ＣＴ画像を得て、そのＣＴ値から、検査対象物の中に危険物が入っているか否かを判定する。
【０００８】
また、検査対象物を移動させるベルトコンベアを２体化し、Ｘ線発生部とＸ線検出部のＸ線光路をベルトコンベアが遮らないようにすることで、少ないＸ線出力で検査する。さらに、ＣＴスキャナは往復回転方式として、信号を伝える摺動部（スリップリング）を廃することで、保守を簡便化する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明しよう。
まず、本発明の実施の形態である危険物探知装置の実施例を、図１ないし図７を用いて説明する。ここで、図１は、危険物探知装置のブロック図である。図２は、危険物探知装置斜視外観図である。図３は、危険物探知装置の動作フローを説明する図である。図４は、危険物探知装置の動作を説明する斜視図および画面表示である。図５は、方向を変えて透視画像を得たとき、画像から判断される形状を説明する図である。図６は、透過画像から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。図７は、ＣＴ値から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
なお、本明細書において危険物とは、可燃性危険物、支燃性危険物、発火性危険物、爆発物、花火、マッチ、銃、刀剣を含み、これらに限られない。
【００１０】
図１に示すように、この実施例の危険物探知装置１００は、Ｘ線発生部１０と、Ｘ線検出部２０と、スキャナ部３０と、制御部４０と、制御用ＰＣ５０と、画像処理用ＰＣ６０とから構成されている。Ｘ線発生部１０は、後述するガントリ３１に配置された照射角７０度定格１６０ｋＶ３ｍＡのＸ線管１１と、その高圧電源１２と、Ｘ線制御器１３とからなる。Ｘ線検出部２０は、ガントリ３１上にＸ線管１１に対抗して配置される複数のシンチレータと複数のフォトダイオードアレイからなるラインセンサ２１と、Ａ／Ｄ変換器２２から構成されている。Ｘ線管１１とラインセンサ２１とで、撮影装置が構成される。この撮影装置を用いて検査対象物のＸ線透過画像、ＣＴ断面画像を得ることができる。
【００１１】
スキャナ部３０は、検査対象物である荷物１の周囲を３３０度以上回転可能で中空円盤状のガントリ３１と、荷物１を搬送するベルトコンベア３２、３３と、ガントリ３１を紙面に垂直な軸で回転するサーボモータ３４と、モータ用のドライバ３５，３６とから構成されている。制御部４０は、制御用ＰＣ５０から制御され、Ｘ線制御器１３とドライバ３５とコントローラ４２とを制御するシーケンサ４１と、シーケンサ４１の指示によりサーボモータ３４の回転を制御する制御パルスを発生するコントローラ４２と、コントローラ４２からのパルスをカウントしドライバ３６と画像処理用ＰＣ６０にパルスを送るパルスカウンタ４３とから構成されている。画像処理用ＰＣ６０には、Ｉ／Ｆボード６１が挿入され、Ａ／Ｄ変換器２２の出力であるＸ線画像信号を取込、処理する。また、イーサネット（登録商標）で制御用ＰＣ５０と接続され、ＰＣ間で通信を行っている。
【００１２】
図２に、危険物検知装置１００の外観をしめす。本体はＸ線を遮蔽する筐体７０と入口側ベルトコンベア３２と図示しない出口側ベルトコンベア３３とから構成されている。操作卓８０には制御用ＰＣと透視画像とＣＴ画像を表示する２台のディスプレー、キーボード、マウス等が配置されている。
【００１３】
図１に戻って、危険物探知装置１００の動作を説明する。Ｘ線制御部１３の制御で高電圧がＸ線管１１に印加されると、Ｘ線は照射角７０度の扇状に放射される。ガントリ３１に、Ｘ線管１１と対向するように円弧状に取り付けられたラインセンサ２１のシンチレータはＸ線を受けて発光し、シンチレータ背後のフォトダイオードアレイでＯ／Ｅ変換する。なお、シンチレータは１．６ｍｍ幅１０２．４ｍｍ長のものを１６枚使い円弧状に配置した。また、フォトダイオードアレイは１．６ｍｍピッチ６４チャンネルで、シンチレータと同様に１６枚用いた。このラインセンサは、全長１．６４ｍで１０２４チャンネルである。
【００１４】
シンチレータに到達したＸ線強度が強ければシンチレータが強く発光し、フォトダイオードで変換された電気信号も強くなる。荷物１に金属が入っているときには、金属にＸ線が吸収され、電気信号も弱くなる。危険物も特有のＸ線吸収係数を持つので、この電気信号を精度よくＡ／Ｄ変換する必要がある。本実施例ではラインセンサ２１からのアナログ信号を分解能１６ＢｉｔのＡ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換し、画像処理用ＰＣ６０に転送する。
【００１５】
ラインセンサ２１からの信号は１次元の信号なので、コンベア３２，３３で移動される荷物１の移動にあわせて、画像処理用ＰＣ６０で２次元の透過Ｘ線強度画像を作成し、制御用ＰＣを経由してディスプレイモニタに表示する。銃、刀剣等はこのモニタ画面および後述する直交する位置からのモニタ画面で特定可能である。
【００１６】
一方、荷物１の移動を止め、撮影装置を載せたガントリ３１をスウィングし、２５０度回転させながら信号を検出することによって、荷物１およびその収容物のＸ線ＣＴ断面画像が得られる。この２５０度は扇状にＸ線を発生させるＣＴ装置で断面像が得られる、１８０度とＸ線照射角７０度との和である。本実施例の危険物探知装置１００は、従来の危険物探知装置と異なって、連続回転せず、半回転動作を行う。従って、Ｘ線管用の高電圧供給、ラインセンサからの信号取り出しのための複雑なスリップリング機構が不要で、小型化・低価格化を図ることができる。さらに、摺動部がないため長寿命であり、保守の回数を減らすことができる。なお、片方向の円弧上の移動運動であるため、信号を検出する区間（２５０度）の前後に加速・減速の区間（４０度×２）が必要であり、ガントリの回転角は３３０度以上必要である。検出時間は、加速０．５秒、信号検出時間２秒、減速０．５秒程度である。
【００１７】
次に、図３および図４を用いて危険物探知装置１００の探知動作を説明しよう。図３で、手荷物が装置にはいったことを入口側ベルトコンベア３２の入口に配置した光電センサ３７が感知（ステップ１）する。これにより、ベルトコンベア３２，３３を正転させ、荷物１が図示しないＸ線照射部を通過させると共に、Ｘ線の照射を始める。これによって、垂直方向の透視画像を画像処理用ＰＣ６０で作成し、モニタ６２に表示する（ステップ２）。図４（ａ）には、このときの危険物探知装置１００の要部をしめす。ガントリは、原点位置である垂直下方にＸ線を照射する位置で固定されている。Ｘ線透視部を荷物１が通過後に、モニタ６２に示した、垂直方向の透視画像を表示する。
【００１８】
次に、ガントリ３１を入口側から見て時計方向に９０度回転し、コンベア３２，３３を逆転する（ステップ３）。荷物１が図示しないＸ線照射部を通過させる。これによって、水平方向の透視画像を画像処理用ＰＣ６０に取り込む（ステップ４）。コンベア３２，３３の停止（ステップ５）後、水平方向の透視画像および１次判定結果をモニタ６２に表示する（ステップ６）。図４（ｂ）には、このときの危険物探知装置１００の要部をしめす。撮影装置を載せたガントリは、時計方向に９０度回転した位置に固定されている。この位置では、Ｘ線は、荷物１を横方向（水平方向）から、透過する。Ｘ線透視部を荷物１が通過後に、モニタ６２に示した、水平方向の透視画像を表示する。本装置は、この画面で、垂直方向・水平方向の透視結果から危険物と判定（１次判定）したＸ線吸収係数を持つ収容物を、例えば赤色で表示する。さらに、この画面で、ＣＴによるスライス画像検出の要否と検出したいスライス面の入力を待つ。なお、スライス面を画面上で指定・入力を受け付けるため、ＣＴスライス面入力用のカーソルを合わせて表示する（ステップ７）。
【００１９】
作業者が、ＣＴによる断面画像を表示することを決め、ＣＴスライス面を選択し、キーボード及びマウスからこれらを入力する。ベルトコンベア３２，３３は選択されたＣＴスライス面となるようコンベア３２，３３を駆動し、荷物１を固定する。例えば、ベルトコンベア３２，３３を駆動する制御パスルをカウントするようにしておき、透視画像の開始位置でカウンタをリセットすることで、透視画像と、実際の荷物１の位置を合わすことができる。ガントリはＣＴのためのスウィング原点に移動する（ステップ８）。次に、本装置は、ガントリを回転移動させながら、Ｘ線吸収データを取得することに、ＣＴ画像を作成する。ＣＴ画像は、別途保有するデータベースとの対比によって、荷物１に危険物が入っているか判定（２次判定）し、表示する（ステップ９）。この画面を表示したままコンベアを正転し（ステップ１０）、排出する（ステップ１１）。
【００２０】
なお、ステップ６で危険物が入っていないと判定した場合は、そのままステップ１０に進む。また、図４で光電センサ３７は入口コンベアの３２の入口側にしか記載していないが、出口側にも設けてもよい。また、出口コンベア３３の入口側・出口側に設けても良い。
【００２１】
透視画像は、垂直方向の第１の透視画像と水平方向の第２の透視画像との順番を入れ替え、第１の透視画像を水平方向の透視画像、第２の透視画像を垂直方向の透視画像としてもよい。コンベアが傾いている場合等には、如何なる直交方向を選択してもよい。直交している必要もない。
【００２２】
本実施例では、ベルトコンベアを２体としているため、Ｘ線の光路上にベルトコンベアがなく、Ｘ線がベルトコンベアによって吸収されることがない。コンベアの有無は、Ｘ線透過では問題にならない。しかし、コンベアがあった場合には、Ｘ線ＣＴではスウィング動作中に浅い角度でベルトの幅（８０ｃｍ）方向に透過するＸ線の、ベルトによる吸収は極めて大きく、１６０ｋＶ程度の印加電圧ではＸ線が透過しない場合が生じる。データの中にＸ線が透過しないポイントがあると、断面画像の再構成出来ないので、この場合は管電圧を１８０ｋＶ程度に上げる必要がある。しかし、管電圧を上げれば高圧電源、Ｘ線管とも大型化し、Ｘ線管を載せるガントリも大型化してしまう。
【００２３】
本実施例では、Ｘ線光路からベルトを排除してあるので、Ｘ線出力が少なくて済み、小型・低価格のＸ線源が使用できる。Ｘ線源が軽量であるため、ガントリ回転部も小型・軽量化が可能となる。さらに、ベルトコンベアの吸収による計測誤差がなく、正確なＣＴ画像が検出できる。
【００２４】
次に、図５を用いて垂直方向と水平方向との画像から、荷物中の収容物体の形状を推定する方法を説明する。図５で、垂直透視画像、水平透視画像が共に一様な吸収率の四角形の場合は、物体の形状は直方体と推定できる。同様に、球は共に非一様な吸収率の円形、円柱は一方の画面で非一様な四角形、他方の画面で一様な円形、または共に非一様な四角形の画像から判断できる。
【００２５】
本実施例では、垂直透視画像、水平透視画像を得るので物質の厚さを得ることができる。これによって物質の吸収係数を求めることが可能である。
物質に入射するＸ線の強度をＩ０、物質の厚みをｘ、Ｘ線吸収係数をμとすると、透過したＸ線の強度Ｉは数１で与えられる。
Ｉ ＝ Ｉ０ ｅｘｐ （ −μ・ｘ ） （数１）
垂直透視画像の物体部のＸ線強度からＩ、バックグラウンドのＸ線強度からＩ０、
水平透視画像の物体厚さからｘが求まるので、数１を変形した
μ＝ ｛ｌｎ（ Ｉ０ ）−ｌｎ（ Ｉ ）｝ ／ ｘ （数２）
で計算することができる。
【００２６】
また、図５（５）のように重なっている場合でも、水平透視画像で上に位置する物質２と、下に位置する物質３が完全に重なっていなければ、数２でＩ０を物質３のみの部分のＸ線強度（バックグラウンド）、Ｉを物質２と物質３とが重なった部分のＸ線強度とすれば物質２のＸ線吸収係数を求めることができる。もちろん完全に重なった場合でも、水平透過画像からＩおよびＩ０、垂直透過画像からｘを求め、数２でＸ線吸収係数を求めることが可能である。
算出したＸ線吸収係数は、画像処理用ＰＣに蓄積した危険物のＸ線吸収係数データベースと対比し、一次判定される。
【００２７】
図６を用いて、透視画からの危険物検知の方法をさらに詳しく説明する。図１の画像処理用ＰＣで得られた垂直透視画像は、投影系の歪、Ｘ線強度のムラ、ラインセンサの感度ばらつき等のシェーディング補正（ステップ６１）を受けた後、対数変換（ステップ６２）され、荷物と背景とを分離（ステップ６３）し、荷物内の物体分離（ステップ６４）を実施する。水平透視画でも同様の処理がなされた後、エッジの対応付けを行って垂直透視画像と水平透視画像間で物体の同定（ステップ６５）を実施する。一方の画像から物体の透過長ｘを求め（ステップ６６）、他方の画像から物体部のＸ線強度とバックグラウンドのＸ線強度を求め、Ｘ線吸収係数を算出する（ステップ６７）。求められたＸ線吸収係数と危険物のそれのデータベースを対比し（ステップ６８）、予め定められた基準に基づいて、危険物と判断した場合には、例えば赤でその物体の位置を示し（ステップ６９Ａ）、どちらか一方の透視画像と重ねて表示する（ステップ７０）。データベースと対応が取れなかった場合は、特に着色しない。
なお、物体寸法ｘの算出、Ｘ線吸収係数の算出は、画像処理用ＰＣの演算部で実施するが、別のＰＣで実施することも可能である。
【００２８】
また、オペレータがＣＴスライス面位置を入力するため、危険物と判断した物体の中央部を選択し、ステップ７０で表示された画面に、その面（線）を表示する。オペレータはＣＴ撮像の実施可否判断を行い、ＣＴ撮像する場合、その面（線）をマウスで所望の位置に移動し、スライス位置を決定する。
【００２９】
Ｘ線吸収係数を用いた判定では、危険物に似たＸ線吸収係数を持った物質もスクリーニングしてしまう。このため、本実施例の危険物検知装置では、一次判定で危険物が入っていると判定した荷物の当該箇所を、Ｘ線ＣＴで断面画像を得る。この過程で、ＣＴ値と呼ばれるスケールが得られる。このＣＴ値は
で与えられ、μがボクセル（ＣＴの最小単位容積）の線吸収係数、Ｋは定数１０００、μｗは水の線吸収係数である。空気の線吸収係数が０なので、そのＣＴ値は−１０００、水のＣＴ値は０であり、骨で１０００の値をとる。ＣＴ値はこのように広いスケールなので、画像処理用ＰＣに蓄積した危険物のＣＴ値データベースと対比し、ＣＴによる断面画像と併せて、二次判定に用いることができる。
【００３０】
図７を用いて、Ｘ線ＣＴを用いた危険物検知の方法をさらに詳しく説明する。本実施例の危険物探知装置は、荷物の周囲を定速度で１８０度とＸ線照射角７０度を加えた２５０度に渡り回転し信号を検出する。２５０度の回転中７１０ポイントの投影データを収集し、シェーディング、投影系歪の補正を実施する（ステップ７１）。補正後の投影データは、フィルタリング演算（ステップ７２）、逆投影演算（ステップ７３）によって、再構成画像であるＣＴ画像を表示する（スッテップ７４）。ＣＴ画像の再構成演算は、計算量が膨大であるため、一般的には高価なＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ボードを使用することが多いが、本装置では、Ｄｕａｌ ＣＰＵのＰＣを使用して低価格化を図っている。
【００３１】
ＣＴ画像のピクセル毎に、画像処理用ＰＣに蓄積した危険物のＣＴ値データベースと対比し、予め定められた許容差の基に一致画素と不一致画素とを切り分ける（ステップ７５）。これにより、２値画像を得ることができる（ステップ７６）。２値画像の領域を区分するラベリング処理（ステップ７７）の後、区分されたラベル毎の画素面積をカウントする（ステップ７８）。予め定められた面積以上のラベルを抽出し（ステップ７９）、抽出したラベルを例えば赤色表示に変換し（ステップ８０）、ステップ７４で得られたＣＴ画像と重ね合わせて表示する（ステップ８１）。
【００３２】
なお、ステップ８０で赤色表示させた物体を、図６のステップ６４で示す荷物内の物体に置き換え、垂直透視画像または水平透視画像で表示することも可能である。
また、フィルタリング演算、逆投影演算は、画像表示用ＰＣの演算部で実施するが、別のＰＣで実施することも可能である。
【００３３】
上述したＸ線ＣＴの管電圧は１６０ｋＶである。このときのＸ線のエネルギは１００ｋｅＶ程度が強い。一方、管電圧を８０ｋＶにすると、Ｘ線のエネルギは５０ｋｅＶ程度が強くなる。Ｘ線に対する質量吸収係数（μ／ρ）には、エネルギ依存性があり、数３で定義されるＣＴ値にもエネルギ依存性がある。したがって、１６０ｋＶと８０ｋＶとの二つのＸ線ＣＴで得られたＣＴ値と、それぞれの電圧でのデータベースとを比較し、危険物判定のアンドを取れば、より高精度な危険物探知装置とすることができる。
なお、上述した実施例でハードウェア制御は制御用ＰＣのメモリに書き込んだプログラムによって行われるが、ハードウェアで制御することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
簡単な構造で、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物探知を行うことのできる、小型・低質量で移動が可能で低価格な危険物探知装置を得た。保守性にも優れた低価格な危険物探知装置をも得た。また、効率よく、検査対象物に内蔵された危険物を探知する、危険物探知方法を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の危険物探知装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施例の危険物探知装置斜視外観図である。
【図３】本発明の実施例の危険物探知装置の動作フローを説明する図である。
【図４】本発明の実施例の危険物探知装置の動作を説明する斜視図および画面表示である。
【図５】本発明の実施例の方向を変えて透視画像を得たとき、画像から判断される形状を説明する図である。
【図６】本発明の実施例の透過画像から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
【図７】本発明の実施例のＣＴ値から荷物の中に危険物が含まれているかの判定の手順を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１０…Ｘ線発生部、１１…Ｘ線管、２０…Ｘ線検出部、２１…ラインセンサ、３０…スキャナ部、３１…ガントリ、４０…制御部、５０…制御用ＰＣ、６０…画像処理用ＰＣ。
Claims (6)
- 検査対象物に対して第１の方向と第２の方向とから透視撮影可能に配置された撮影装置と、
該撮影装置が撮影した前記第１の方向からの第１の透視画像と前記第２の方向からの第２の透視画像とから、前記検査対象物に収容された収容物のＸ線吸収係数を演算する演算部と、
危険物のＸ線吸収係数のデータベースを保持する記憶部と、
演算されたＸ線吸収係数が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
前記第１の透視画または前記第２の透視画と判定結果とを表示する表示部と、を含む危険物探知装置。 - 検査対象物に対して第１の方向と第２の方向とから透視撮影可能に配置された撮影装置と、
該撮影装置が撮影した前記第１の方向からの第１の透視画像と前記第２の方向からの第２の透視画像とから、前記検査対象物に収容された収容物のＸ線吸収係数を演算する第１の演算部と、
危険物のＸ線吸収係数およびＣＴ値のデータベースを保持する記憶部と、
前記収容物のＸ線吸収係数が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
前記収容物のＸ線吸収係数が前記データベースに含まれていると判定したとき前記撮影装置を固定された前記検査対象物の周囲を移動させて、Ｘ線照射断面のＣＴ値を演算する第２の演算部と、
演算されたＣＴ値が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
前記第１の透視画または前記第２の透視画若しくは前記ＣＴ値から求めた断面画像と判定結果とを表示する表示部と、
を含む危険物探知装置。 - 請求項１または２に記載の危険物探知装置であって、
前記撮影装置は、円弧状に移動可能なガントリに対向して配置されたＸ線管とラインセンサとから成る危険物探知装置。 - 請求項２に記載の危険物探知装置であって、
前記第１の演算部と前記第２の演算部とは同一のＰＣである危険物探知装置。 - 撮影装置を用いて第１の位置からの第１の透視画像を得るステップと、
前記第１の位置から第２の位置に前記撮影装置を移動するステップと、
前記第２の位置から第２の透視画像を得るステップと、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とから、透視された物体のＸ線吸収係数を得るステップと、
前記物体のＸ線吸収係数と危険物のＸ線吸収係数データベースとを比較するステップと、
前記物体の断面画像を得るステップと、
前記断面画像から得られるＣＴ値と危険物のＣＴ値データベースとを比較するステップと、
比較結果と、前記第１の透視画像、前記第２の透視画像、前記断面画像のいずれか一つと、を同一画面に表示するステップと、
を含む危険物探知方法。 - 検査対象物に対して第１の方向から第２の方向に向け円弧上を移動しながら透視データを取得する撮影装置と、
前記撮影装置の移動軸の入口側の第１のコンベアと、出口側の第２のコンベアとからなる前記検査対象物の固定部と、
危険物のＣＴ値のデータベースを保持する記憶部と、
Ｘ線照射断面のＣＴ値を演算する演算部と、
演算されたＣＴ値が前記データベースに含まれているかを判定する判定部と、
判定結果を表示する表示部と、
を含み、
前記第１のコンベアと前記第２のコンベアとは、前記撮影装置の光路を遮らない位置に配置される危険物探知装置。
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