用于集成爆炸物检测系统的系统和方法

专利名称：用于集成爆炸物检测系统的系统和方法
技术领域：
在此公开的技术通常涉及至少一种用于在安^f企点或直进式筛选(inline screening)系统处检测目标材料(material)的装置和方法，更具体地，涉及 用于集成第一威胁分析数据和第二威胁分析数据以提供准确和可靠的最终威 胁评估的装置和方法。
背景技术：
随着全球恐怖主义行为的上升，目标材料的检测已经变得愈加重要。其 中，目标材料可以包括但不限于爆炸物、武器和麻醉剂。已经开发了高级检 测系统，其不仅可以自动识别行李内携带的物品的形状，而且还可以识别这 些物品的材料特性和/或组成。这种检测系统包括计算机断层扫描(CT)扫描 器、四极共振(quadropole resonance, QR)扫描器、X射线衍射(XRD )扫 描器和高级技术(AT)扫描器。
使用三个主要参数来衡量这些检测系统的性能假阳性率、检测的概率 和扫描速度(吞吐量)。通常， 一个参数的改进出现在牺牲另一个的情况下。
假阳性出现在检测系统错误地将无害对象/物质识别为实际威胁对象/物 质时。因为传统的检测系统在两种类型的对象/物质展现相似的威胁特性(如 相似的密度和/或质量)的情形下不能总是正确区分实际威胁对象/物质和无害 对象/物质，所以通常产生假阳性。
通常要求检测系统具有最小的检测概率或检测率。该检测率可以通过系 统地插入包含一个或多个感兴趣的目标材料的对象，然后测量检测系统警报 的次数的百分比来确定。
在公共运输机构(如机场)的安检点要求低的假阳性次数和高的吞吐量。 共同未决美国专利申请公开号2005/0128069 (以下，"069公开")描述了上 游的计算机断层扫描(CT)扫描器和经由共享传输带直接连接的下游的四极 共振(QR)扫描器如何可以顺序使用以减少假阳性的次数。CT扫描器扫描 整件行李并且输出一组风险值，其指示特定类型的目标材料的存在。将该风
6险值输入到QR扫描器，其第二次扫描整件行李，生成其自己的风险值，并 且将这些风险值与从CT扫描器输入的风险值集成。
然而，通常第二筛选系统将具有比第一筛选系统低得多的吞吐量。在这 种情况下，从吞吐量的观点来看，期望只筛选包含由第一系统识别的可疑区 域的可扫描对象的一部分。共同未决美国专利申请公开号2005/013217(以下， "217公开")描述了一种用于改进行李吞吐量的方法。该方法确定行李项目 的位置是否以及如何从一个检测装置改变到下一个，并且通过允许下游的检 测装置只检查行李项目内的特定可疑区域而节省时间。在图5中示意性地表 示了该方法。
参照图5，第一威胁检测装置获取第一传输图像502。在第一传输图像 502中，识别第一可疑区域，并且创建第一可疑区域的坐标的第一列表518。 行李项目然后放置在第二威胁;f全测装置中，该第二威胁检测装置获取第二传 输图像504以确定两个威胁检测装置的坐标系统之间的几何转换。每个传输 图像502、 504经历预处理506、 508，在此期间可以执行几何校正和亮度的 光学预处理。然后在执行特征提取510、 512的准备中测量各个图像内容的各 种特征。然后确定比较特征，并且确定可扫描对象相对于其第一位置的第二 位置。评估提取的特征，并且执行位置改变的计算514。还存在图像的几何 转换516。在经由位置改变的计算514连续确定位置之后，创建转换的第二 可疑区域的坐标的第二列表520。第二可疑区域的坐标是已经转换为第二转 换图像504的第 一可疑区域的坐标。
因此，在'217公开中描述的已知的集成检测系统中，没有执行由上游 的检测装置和下游的检测装置获取的独立信息的智能融合。此外，在'069 公开中描述的已知的威胁检测系统多次扫描对象的整体。因此，需要一种实 现了高的吞吐量和最小的"假阳性"次数的改进的集成检测系统。

发明内容
在此公开的技术通过提供一种用于快速、准确和可靠地识别可扫描对象 (包括但不限于航空公司行李)中是否存在特定类型的目标材料和/或目标对 象的系统和方法，克服了与现有技术相关的缺点并且满足上述需要。
在实施例中， 一种检测可扫描对象中的威胁类型的方法可以包括以下步 骤，各步骤可以以任何适当的顺序执行。 一个步骤可以包括在第一威胁检测
7装置中整体地扫描可扫描对象。另一步骤可以包括从所述可扫描对象的图像 中识别所述可扫描对象中的可疑区域。另一步骤可以包括在第二威胁检测装 置中只扫描所述可扫描对象的所述可疑区域。另一步骤可以包括组合和统计 地处理由所述第 一威胁检测装置生成的初步风险值数据和由所述第二威胁检 测装置生成的当前风险值数据。另一步骤可以包括输出最终风险值数据，其 指示在所述可疑区域中目标材料和目标对象的至少 一个的存在或不存在。
在实施例中，可以提供一种集成威胁检测系统，其包括第 一威胁检测装
置和第二威胁检测装置。第一威胁检测装置可以配置为整体地扫描可扫描
对象，在所述可扫描对象的图像中识别可疑区域，以及生成初步风险值数据。 第二威胁检测装置可以配置为只扫描所述可扫描对象的可疑区域。第二威胁 检测装置还可以配置为基于所述初步风险值数据生成当前风险值数据。第二 威胁检测装置还可以配置为组合和统计地处理由所述第 一威胁检测装置生成 的初步风险值数据和由所述第二威胁检测装置生成的当前风险值数据。第二 威胁检测装置还可以配置为输出最终风险值数据，其指示在所述可疑区域中 目标材料和目标对象的至少一个的存在或不存在。
在另 一 实施例中， 一种方法可以通过由第 一威胁检测装置从可扫描对象 的整体扫描获得第一威胁分析数据而开始。所述第一威胁分析数据可以包括 初步风险值数据。所述初步风险值可以包括一种或多种威胁种类的物质和第 一形状威胁概率数据的至少一个。所述方法可以包括通过第二威胁检测装置 从只有可疑对象的可疑区域的扫描中获得第二威胁分析数据。所述第二威胁 分析数据可以包括当前风险值数据，其包括一种或多种威胁种类的密度和第 二形状威胁概率数据的至少 一 个。另 一 步骤可以包括使用贝叶斯似然
(Bayesian likelihood)函数至少组合和统计地处理所述初步风险值数据和所 述当前风险值数据。另一步骤可以包括输出最终风险值数据。所述最终风险 值数据可以包括最终威胁概率数据，其指示在所述可扫描对象中威胁类型的 实际存在或不存在。所述威胁的类型可以是目标材料的特定类型和/或目标对 象的特定类型。
本发明的另一实施例可以提供一种装置，配置为检测可扫描对象中的威 胁。所述装置可以包括高级技术(AT)扫描器，其具有双能量X射线源/检 测器对。所述AT扫描器可以配置为从可整个扫描对象的扫描获得第一威胁 分析数据。所述第一威胁分析数据可以包括初步风险值数据。所述初步风险值数据可以包括一种或多种威胁种类的物质和第 一形状威胁概率数据的至少 一个。
所述装置还可以包括计算机断层扫描("CT")扫描器。所述CT扫描器 具有安装到可旋转机架的至少 一个X射线源/4企测器对。所述CT扫描器可以 配置为只扫描所述可扫描对象的可疑区域。此外，所述CT扫描器还可以配 置为从只有所述可疑对象的第二可疑区域的扫描中获得第二威胁分析数据。 所述第二威胁分析数据可以包括当前风险值数据。所述当前风险值数据可以 包括一种或多种威胁种类的密度和第二形状威胁概率数据的至少 一个。
所述CT扫描器还可以配置为使用贝叶斯似然函数至少组合和统计地处 理所述初步风险值数据和所述当前风险值数据，并且输出最终风险值数据。 所述最终风险值数据包括最终威胁概率数据，其指示在所述可扫描对象中威 胁类型的实际存在或不存在。


当结合附图考虑以下的详细描述时，要求保护的本发明的各种实施例的 上面和其它方面将变得更明显，附图中
图1是包括扫描子系统和计算机子系统的集成检测系统的实施例的示意
图2是图示在与第一威胁检测装置相关联的第一威胁分析数据和与第二 威胁检测装置相关联的第二威胁分析数据之间的数据融合的实施例的流程 图3是图示从可扫描对象的扫描中得到的威胁概率数据的实施例的表； 图4是图示快速、准确和可靠地提供可扫描对象内的可疑区域的最终威
胁评估的方法的实施例的流程图；以及
图5是图示用于比较行李的图片、确定行李的位置的改变以及确定行李
内的可疑区域的已知的方法的流程图。
具体实施例方式
这里参照上面简要描述的附图，附图通过图示要求保护的本发明的各种 实施例的方式显示。上述技术领域中的普通技术人员将认识到，其它实施例 可以利用，并且可以进行结构、电和过程的改变而不背离要求保护的本发明的范围。如在此使用的，单数(说明性地，"区域")包括复数(说明性地， "各区域")，并且复数包括单数。
这里描述和要求保护的本发明的实施例提供新颖的和非显而易见的装置 和方法，用于创建和操作集成威胁检测系统。与只能牺牲另一个性能参数来 改进集成威胁检测系统的 一个性能参数的现有教导相比，要求保护的本发明 的实施例同时改进了至少两个性能参数(吞吐量和假阳性率)。这些改进可以 部分地从一级、二级和/或三级威胁检测装置的独特数据融合得到。
在要求保护的本发明的实施例中，由第一威胁^f企测装置收集的双能量X 射线信息允许威胁的有效原子序数的推断。这是与由第二威胁检测装置收集 的密度信息正交的数据。由第 一威胁检测装置收集的信息和与由第二威胁检 测装置收集的密度信息的贝叶斯数据融合降低了集成威胁检测系统的整体假 阳性率。
在一个实施例中，通过从两种不同类型的威胁检测装置获取的X射线图
像的配准(registration),允许可扫描对象的目标筛选。首先，可以执行全局 配准，其在可扫描对象出现在两个检测系统中时，计算它们的平移和旋转偏 移。该全局配准的部分包括确定可扫描对象是否由于被第一威胁检测装置扫 描而已经滑动和/或旋转。其次，由第一威胁检测装置识别的目标区域可以通 过利用从全局配准计算的图像偏移参数，转换为第二检测设备中的目标区域。 第三，可以比较两个区域中的X射线衰减用于验证。如果它们不适宜比较， 则可以反复地放大第二威胁检测装置的目标区域。
由第 一和第二威胁检测装置的每个获得的独立数据可以使用似然函数和 贝叶斯概率论框架中的威胁先验(prior)转换为威胁概率证据。在一个实施 例中，可以采用用于爆炸物检测的特定贝叶斯框架(DSFP)。然而，其它类 型的智能数据融合是可能的。
由要求保护的本发明的实施例提供的优点包括但不限于集成威胁检测 系统的更高的吞吐量；更低的假阳性率；以及第二威胁检测装置下游需要更 少的操作员。
作为方便的事实，在此在实现作为典型的机场安全系统的一部分的行李 检查系统的环境中，描述了本发明的一个或多个实施例。然而，要理解的是， 要求保护的本发明不限于此，并且在要求保护的本发明的教导内，许多其它 应用是可以预见和可能的。例如，根据要求保护的本发明的原理构造的集成
10威胁检测系统的应用包括但不限于海关、公共建筑、公共运输机构、监狱、
医院、电厂、办公楼、酒店、娱乐场所和军事机构等。
在此使用的术语"行李"、"(各)可扫描对象"和"行李项目(item)" 通常指任何类型和大小的项目、对象或物质，其可以由根据本发明的原理构 造的集成威胁检测系统筛选，而不管项目/对象的大小和/或物质的数量。可扫 描对象的非限制性示例可以包括手提箱、公文包、背包、凝胶、液体、气体、 人、货舱、路上拖车、有轨车、海陆集装箱等。术语"行李"、"(各)可扫 描对象"和"行李项目(item)"也包括包含在另一项目、对象和/或物质内的 项目/对象/物质。非限制性示例可以包括货舱中的盒子、手提行李或检查的行 李中包含的对象、包含液体或气体的有轨车中的容器等。
根据本发明的原理构造的集成威胁检测系统的许多实施例可以检测d、尺 寸和中等尺寸的可扫描对象，而其它的可以检测大尺寸的可扫描对象。小尺 寸的可扫描对象的非限制性示例为个人数字助理(PDA)和数字音乐播放器 等。中等尺寸的可扫描对象的非限制性示例为手提箱、公文包等。大尺寸的 可扫描对象的非限制性示例为半拖挂车、海/陆集装箱、汽车、有轨电车和航 行器等。
如在此使用的，术语"目标材料"包括"目标物质"和/或"目标对象"。 "目标物质"可以是期望对其检测的任何类型的物体或物质，其可以通过原 子序数来识别。非限制性示例包括爆炸物、非法毒品、有害物质(如化学/生 物/核物质)等。"目标对象"可以是期望对其检测的任何类型的项目，其至 少可以通过它的剖面形状和/或轮廓来识别。目标对象的非限制性示例包括武 器(如火器和刀)、爆炸物(如弹药)、手榴弹和管道炸弹；以及毒品设备(如 皮下注射针和玻璃管)等。"目标对象"还可以包括"目标材料"。作为非限 制性示例，火器(目标对象)可以包含金属、高分子、滑润剂和/或火药残留 物(例如，目标材料)。目标对象可以包括有机材料和无机材料。
图1是集成威胁检测系统10的示意图，其包括扫描子系统12，并且包 括计算机子系统14，该计算机子系统14可以包括一个或多个数据库28。
扫描子系统12可以包括第一威胁检测装置16、第二威胁检测装置18和 传送带20、 22。如图1所示，第一威胁检测装置16的出口可以物理地与第 二威胁检测装置18的入口分离。例如，第一威胁检测装置16可以遍及房间 放置，或放置在与第二威胁检测装置18不同的房间/建筑中。通信装置30(如
ii有线网络、无线网络或可传递的计算机盘)将第一威胁检测装置16 (和/或与
其相关联的第一计算机26)连接到第二威胁检测装置18 (和/或与其相关联 的第二计算机26)。
第一威胁检测装置16和第二威胁检测装置18可以是可以配置为检测目 标材料和/或目标对象的任何类型的扫描设备的任何组合。因此，尽管在此参 照基于X射线的扫描设备说明性描述了若干实施例，但是要求保护的本发明 的范围不限于此，并且可以包括其它类型的扫描设备。
在实施例中，第一威胁检测装置16是威胁检测领域的技术人员已知的高 级技术(AT)硬件扫描器(以下称为"AT扫描器")，如但不限于双能量X 射线扫描器。第二威胁检测装置18是威胁检测领域的技术人员已知的计算机 断层扫描扫描器(以下称为"CT扫描器")。在另一实施例中，第一威胁检测 装置16可以是CT扫描器，而第二威胁检测装置可以是AT扫描器。
AT扫描器16包括可扫描对象可以放置在其中的检测区域。AT扫描器还 包括两个固定安装的X射线源/检测器对。每个X射线源具有相互不同的电 压，并且将两个X射线源定位以利用X射线辐射询问放置在检测区域内的可 扫描对象。
CT扫描器18包括机架支持物，管状检测区域贯穿其中。可旋转机架可 以安装到该机架支持物，并且配置为围绕管状检测区域旋转X射线源和X射 线检测器，该X射线源和X射线检测器紧固到可移动机架的直径上相对两侧。 CT扫描器可以配置为执行可扫描对象24的预扫描和/或详细扫描。在CT扫 描器配置为只执行详细扫描的实施例中，第三威胁检测装置可以定位在AT 扫描器和CT扫描器之间，并且配置为执行预扫描。第三威胁检测装置可以 与计算机子系统14耦合。在替代实施例中，CT扫描器可以配置为执行全体 积扫描，从而消除对预扫描的需要。
再次参照图1,计算机子系统14可以包括一个或多个计算机26，并且可 以可选地包括至少一个配置为由每个计算机26访问的数据库28。计算机26 是计算机和/或威胁检测领域的技术人员已知的类型。如图l所示， 一个或多 个计算机26可以包括第一计算机，配置为与第一威胁检测装置16通信； 以及第二计算机，配置为与第二威胁检测装置18和/或与第一计算机通信。 每个计算机26可以配置为如果计算的威胁概率符合预定的阈值，则触发警报 以警告集成威胁检测系统的操作者可疑或实际威胁。
12每个计算机26包括主总线，主存储器、处理器、字母数字输入设备、显 示设备、和/或以下的一个或多个耦合到该主总线静态存储器、光标控制设 备和网络接口设备。数据库28和静态存储器的一个或两者可以是计算机子系 统14的组件。机器可读介质可以包括一组指令，其可以通过该主总线传输到 处理器和主存储器。此外，有线或无线通信装置30将计算机子系统14至少 与第一威胁检测装置16、第二威胁检测装置18和数据库28链接。
在另一实施例中，计算机子系统14可以包括具有上述组件的单个中央计 算机。该中央计算机可以与数据库28、第一威胁检测装置16和第二威胁检 测装置18耦合。
参照图1和2,由本发明的实施例提供的技术效果可以是输出最终风险 值数据250的统计数据融合240。数据融合240可以组合和/或统计处理(在 贝叶斯或其它统计框架中)初步风险值219和当前风险值数据229。最终风 险值数据250包括最终威胁概率数据，其指示可扫描对象24中目标材料和/ 或目标对象的存在或不存在。术语"组合和统计处理"包括对初步风险值数 据219中包括的第一威胁概率值和当前风险值数据229中包括的第二威胁概 率值进行加、减、乘、除、比较、平均、生成和应用贝叶斯规则和/或其它处 理。
在一个实施例中，与第一威胁检测装置16相关联的第一威胁分析数据 210可以存储在数据库28和/或静态存储器中，由与第一威胁检测装置16耦 合的至少一个计算机26的处理器处理，和/或输入到第二威胁检测装置18。 类似地，与第二威胁;险测装置18相关联的第二威胁分析数据220可以存储在 数据库28和/或静态存储器中，和/或由与第二威胁检测装置18耦合的计算机 26的处理器处理。最终风险值数据250可以存储在数据库28和/或静态存储 器中。第一威胁分析数据210、第二威胁分析数据220、对象方向数据的差异 230和最终风险值数据230的任何或全部可以显示在与一个或两个计算机26 耦合显示设备上。
第一威胁分析数据210可以包括但不限于物质数据211，其指示在可 扫描对象24的第一可疑区域32内检测的目标物质；贝叶斯似然函数217; 以及初步风险值数据219,其包括物质和/或第一形状威胁概率数据。
第一威胁分析数据210还可以包括第一图像数据218。第一图像数据218 可以包括但不限于第一形状数据212,其指示在可扫描对象24的第一可疑区域32内检测的目标对象；第一传输图像数据213,其显示可扫描对象24 的外部、内部和/或内容；几何识别数据214,其指示第一可疑区域323的第 一传输图像数据中的坐标；从第一传输图像数据213提取的特征215;以及 在第一传输图像数据213中识别的比较特征216。
类似地，第二威胁分析数据220可以包括但不限于密度数据221,其 指示在可扫描对象24的第二可疑区域34 (其对应于在不同方向和/或坐标系 统中的第一可疑区域32)内检测的目标物质；贝叶斯似然函数227;以及当 前风险值数据229，其包括密度和/或第二形状威胁概率数据。第二威胁分析 数据220还可以包括第二图像数据228。第二图像数据228可以包括但不限 于第二形状数据222,其指示在可扫描对象24的第二可疑区域34内检测 的目标对象；第二传输图像数据223,其至少显示第二可疑区域34的外部、 内部和/或内容；几何识别数据224，其指示第二传输图像数据223中的坐标； 从第二传输图像数据223提取的特征225;以及在第二传输图像数据223中 识别的比较特征226。
在一个实施例中，第一图像数据218和第二图像数据228可以由计算机 处理以获得数据230，其指示从一个威胁检测装置到另一个的可扫描对象24 的方向的差异(或各差异)。对象方向数据230中的差异可以由第二威胁^r测 装置18使用，以便将第 一可疑区域32的坐标转换为第二可疑区域34的坐标。 一旦第二可疑区域34的坐标已经确定，第二威胁检测装置18就可以配置260 为只扫描和分析第二可疑区域34以便减少扫描时间并增加吞吐量。
在一个实施例中，至少初步风险值数据219和当前风险值数据229可以 在数据融合240时组合以生成最终风险值数据250,其指示在可扫描对象24 中的或由其引起的实际威胁的确认的存在或不存在。最终风险值数据250可 以包括但不限于在可扫描对象24的第二可疑区域34内检测的、 一种或多种 感兴趣的威胁种类中的最终威胁概率数据。威胁概率数据可以是或可以包括 识别在第二可疑区域34内检测的目标材料和/或目标对象的类型的数据。
在一个实施例中，威胁概率值可以使用分别用于物质数据211 (和/或第 一形状数据212)和密度数据221 (和/或第二形状数据222)的每一个的贝叶 斯似然函数217和227来计算。如果一个或多个计算的概率值符合预定的临 界概率值阈值，则该威胁概率值可以用来触发警报。初步风险值数据219可 以包括物质和/或第一形状威胁概率数据值，其指示可扫描对象24包含特定
14类型的目标材料和/或特定类型的目标对象的可能程度。在一个实施例中，当
前风险值数据229可以包括密度和/或第二形状威胁概率数据值，其指示可疑 区域34包含最初由第一威胁检测装置16识别的目标材料和/或目标对象的可
能程度。
图3图示可以存储在数据库28和/或静态存储器中的示例威胁概率数据 表300 (以下称为"表300")。可以为初步风险值数据219、当前风险值数据 229、数据融合240和最终风险值数据250的每个创建分开的威胁概率表300。 表300可以包括"n"列和"m"行，其中"n"是大于0的整数，并且"m" 是等于或大于"n"的整数。作为非限制性示例，图3中说明性示出的表300 包括4行310、 320、 330、 340和5个编号列350、 360、 370、 380、 390。在 图3中，填有省略号"…"的未编号列说明性地定位在列370和380之间， 而填有省略号"..."的未编号行说明性地定位在行330和340之间。
行310可以是报头行。报头行310可以包含各种威胁种类的名称。栏350 说明性命名为"人/对象'，。栏360说明性命名为"威胁种类1"。栏370说明 性命名为"威胁种类2"。栏380说明性命名为"威胁种类N"，其中"N'，是 大于2的整数。栏390说明性命名为"干净"。行320、 330和340的每个可 以是数据行。在栏250中，数据行320可以包括识别第一可扫描对象(例如， "人/对象l")的数据；数据行330可以包括识别第二可扫描对象(例如，"人 /对象2")的数据；以及数据行340可以包括识别另 一可扫描对象(例如，"人 /对象M")的数据，其中"M"是大于2的整数。
如图3所示，威胁概率数据301、 302位于一个或多个数据威胁种类栏 360、 370、 380和3卯与可扫描对象行320、 330和340的交叉处。如果可扫 描对象24是第一可扫描对象，则它的威胁概率值遍及行320被弹出。如果可 扫描对象24是第二或第M可扫描对象，则它的威胁概率值分别遍及行330 和340被弹出。
从图3可以看到遍及行320、 330和340的每个的威胁概率值总共为"1"。 因此，"初步风险值"、"当前风险值"和"最终风险值"的每个可以是从O到 IOO的数字，从0%到100%的百分比或在0和l之间的数字等。
表300中的威胁概率值表示目标对象或目标材料在可扫描对象24中存在 的概率。因此，行320中的威胁概率值可以解释如下"人/对象1"有40% 的可能性包含a)与"威胁种类1"相关联的第一目标材料(和/或第一目标对象)，和/或b)与"威胁种类2"相关联的第二目标材料(和/或第二目标对 象)。此外，"人/对象l"有0%的可能性包含与"威胁种类N"相关联的第n 目标材料(和/或第n目标对象)。因此，"人/对象1"有20%的可能性没有目 标材料和/或目标对象。因此，在一个实施例中，"干净"栏390中的低的数 字表示显著的威胁风险，需要进一步检查和/或特殊处理可扫描对象24,而高 的数字表示小的威胁风险，可以不需要进一步检查和/或特殊处理可扫描对象 24。说明性地，"干净"栏390中的低的数字的非限制性示例可以是在"0.00" 到"0.59"范围内的值，而高的数字的非限制性示例可以是在"0.60到1.0" 范围内的值。
"威胁种类"栏360、 370和380的任何中低的数字可以指示可扫描对象 24包含特定类型的目标材料和/或特定类型的目标对象的小的概率。因此，再 次参照表300,行330和列380的交叉包含威胁概率值"0.1"，其可以表示可 扫描对象24有10%的可能性包含与"威胁种类N"相关联的目标材料(和/ 或目标对象)。"威胁种类，，栏360、 370和380的任何中高的数字可以指示可 扫描对象24包含特定类型的目标材料和/或特定类型的目标对象的显著的概 率。因此，再次参照表300，行330和列360的交叉包含威胁概率值"0.8", 其可以表示可扫描对象24有80%的可能性包含与"威胁种类1"相关联的目 标材料(和/或目标对象)。
参照图2和3，为了填充(populate)第一表300,通过利用贝叶斯似然 函数217处理物质数据211 (和/或第一形状数据212)计算第一威胁概率值。 各第一威胁概率值共同地形成初步风险值数据219。为了填充第二表300,通 过利用贝叶斯似然函数227处理密度数据221 (和/或第二形状数据222 )计 算第二威胁概率值。第一威胁概率值可以用作贝叶斯似然函数227的先验。 各第二威胁概率值共同地形成当前风险值数据229。为了填充第三表300,第 一和第二威胁概率数据(例如，初步和当前风险值数据219、 229)可以组合 和/或统计处理以生成最终威胁概率值，其共同地形成最终风险值数据250。 依赖于最终风险值数据250的(各)值，可以触发警报，并且可扫描对象24 可以经历进 一 步的扫描和/或特殊处理。
现在参照图1、 2和3描述集成威胁检测系统IO的示例性操作。开始， 可扫描对象24可以放置在第一威胁检测装置16的通道内的传送带20上的第 一方向36上，在一个实施例中，该第一威胁检测装置16可以是配置为产生
16两种不同电压的X射线的AT扫描器。由AT扫描器提供的两种不同X射线 电压创建可扫描对象24的两种不同X射线图像，并且提供双能量数据，其 指示包含可扫描对象24和/或在可扫描对象24中包括的和/或附接到可扫描对 象24的一种或多种材料的原子序数。双能量X射线数据可以使用传统的图 像处理技术处理以形成第一传输图像。第一传输图像可用于确定可扫描对象 的第一方向36和/或识别可扫描对象24内的第一可疑区域32。还可以创建第 一可疑区域32的坐标的列表，并且可以执行各种预处理步骤(如上面参照图 5描述的那些步骤)。
一旦双能量数据识别原子序数，该原子序数就可以关联到与预定威胁种 类相关联的特定类型的材料。例如，如果确定了与环三次曱基三硝胺(RDX) (或其它类型的目标材料)相关联的原子序数，则使用贝叶斯似然函数217 计算的威胁概率值可以输入表300中，在RDX预先相关联的威胁种类360、 370或380下，并且相对的威胁概率值可以输入表300中，在"干净"栏390 下。
以相似方式，通过CT扫描数据识别的任何第一形状数据212可以关联 到与预定威胁种类相关联的特定类型的目标对象。与第一形状数据212相关 联的威胁概率值可以作为与密度数据211相关联的威胁概率值输入相同或不 同的表300中。
当确定可扫描对象24的第一可疑区域32包含(或可能包含)目标材料 和/或目标对象时，可以触发警报。此外，指示相同情况的初步风险值数据219 可以与第二威胁检测装置18共享，作为用于贝叶斯似然函数227的贝叶斯先 验。此外，与第一形状数据212相关联的威胁概率值可以与第二威胁检测装 置18共享，作为用于贝叶斯似然函数227的贝叶斯先验。在数据融合240， 初步风险值数据219可以与从第二威胁检测装置18生成的当前风险值数据 229组合和/或统计处理。
此后，可扫描对象24可以定位在分开的传送带22上，用于由第二威胁 检测装置18扫描和/或预扫描，该第二威胁检测装置18可以是具有可旋转的、 安装机架的X射线源/检测器对的CT扫描器。
可扫描对象24的第二传输图像可用于确定可扫描对象是否已经被旋转 和/或滑动(例如，第二方向38)，如果是，则确定第一可疑区域32的坐标在 CT扫描器的坐标系统中是什么。如果确定了对象方向230中的差异，则确定
17第二可疑区域34 (它是位于CT扫描器坐标系统中的第一可疑区域32)的坐 标，并用于配置CT扫描器只扫描第二可疑区域34。这减少了扫描次数并且 增加了行李吞吐量。得到的X射线CT图像层可以被组合以创建可扫描对象 24的第二可疑区域34的三维视图。
该三维视图可用于获得包括和/或被包含在第二可疑区域34中的材料的 密度数据221和/或对象的第二形状数据223。
一旦CT扫描数据识别材料的密度，该密度值就可以关联到与预定威胁 种类相关联的特定类型的目标材料。例如，如果确定了与环三次曱基三硝胺 (RDX)相关联的密度，则使用贝叶斯似然函数227.计算的威胁概率值可以 输入第二表300中，在RDX预先相关联的威胁种类360、 370或380下。此 外，相对的威胁概率值可以输入第二表300中，在"干净"栏390下。
以相似方式，通过CT扫描数据识别的形状数据可以关联到与预定威胁 种类相关联的特定类型的目标对象。与第二形状数据222相关联的威胁概率
在数据融合步骤240,如之前所述，初步和当前风险值数据219、 229可 以组合和/或使用另外的贝叶斯似然函数进一步处理以输出最终风险值数据 250。
图4是图示方法400的一个实施例的流程图，方法400提供可扫描对象 24内的第 一可疑区域32和对应的第二可疑区域34的精确的和可靠的最终威 胁评估。当初始贝叶斯先验信息输入与AT扫描器相关联的计算机时，方法 400可以在步骤402开始。输入的贝叶斯先验信息可以包括与一种或多种类 型的可扫描对象相关联的预定威胁概率值。例如，对如手枪的可扫描对象可 以输入在第一威胁种类(如"爆炸物")中的示例性先验物质威胁概率值"0.6", 而对如手提包的不同可扫描对象可以在相同的威胁种类中输入示例性先验物 质威胁概率值"0.1"。类似地，对如人的可扫描对象可以输入在第一威胁种 类(如"火器，，)中的示例性先验物质威胁概率值"0.7"。此外，可以为与可 扫描对象相关联的特定来源的国籍输入预定的威胁概率值。
在步骤404, AC扫描器整体地扫描可扫描对象，并且获得图像数据和物 质数据。在步骤406,使用任何适当的图像处理技术处理图像数据，并且在 步骤408,识别可扫描对象中的第一可疑区域。物质数据的统计分析可用于 识别和定义第一可疑区域，其是可扫描对象可能包含目标材料或目标对象的区域。在步骤420,第一可疑区域的坐标存储在数据库和/或静态存储器中。 在步骤412,处理从AT扫描器获得的双能量X射线数据以识别第一可疑区域 中的可能的目标材料和/或目标对象。在步骤414,使用统计分析，使用一个 或多个第一贝叶斯似然函数，将由AT扫描器获得的物质和/或第一形状数据 转换为一个或多个感兴趣的威胁种类中的威胁的存在的概率。在步骤416, 进行判定。如果不符合预定阈值，则可扫描对象可以经历可选的进一步处理 (步骤438 ),如由随后的扫描器全部扫描。如果符合预定阈值，则可以触发 警报。在步骤418，如果触发了警报，则步骤414的威胁概率可以与第二扫 描器共享作为贝叶斯先验。
在步骤420，准备可扫描对象用于第二次扫描，其可以由CT扫描器执行。 在步骤422,可以执行可选的预扫描以获得第二图像数据。在步骤424,使用 任何适当的图像处理技术处理第二图像数据。在步骤426,确定各扫描系统 之间的可扫描对象的方向的差异。在步骤428, CT扫描器配置为只扫描第二 可疑区域。在步骤430,执行只有第二可疑区域的CT扫描。在步骤432，使 用一个或多个第一贝叶斯似然函数，将由CT扫描器获得的密度和/或第二形 状数据转换为一个或多个感兴趣的威胁种类中的威胁的存在的概率。在步骤 434，如上所述组合分别从AT扫描器和CT扫描器获得的初步和当前风险数 据。在步骤438,最终风险数据被输出和/或显示在显示设备上。在步骤440， 将最终风险概率值与预定阈值比较。在步骤442,如果满足一个或多个警报 阈值，则触发警报。在步骤444,可以可选地进一步处理可扫描对象。此后， 方法400可以结束。
已经提供了要求保护的本发明的各种实施例的详细描述；然而，要求保
该技术人员将意识到，关于一个实施例描述的特征可以应用到其它实施例。 因此，要求保护的本发明的范围要参照权利要求来适当地解释。
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权利要求
1.一种检测可扫描对象中的威胁类型的方法，所述方法包括在第一威胁检测装置中整体地扫描所述可扫描对象；从所述可扫描对象的图像中识别所述可扫描对象中的可疑区域；在第二威胁检测装置中只扫描所述可扫描对象的可疑区域；组合和统计地处理由所述第一威胁检测装置生成的初步风险值数据和由所述第二威胁检测装置生成的当前风险值数据；以及输出最终风险值数据，其指示在所述可疑区域中目标材料和目标对象的至少一个的存在或不存在。
2. 如权利要求l所述的方法，其中所述第一威胁检测装置是高级技术扫描器("AT扫描器")，并且其中所述第二威胁检测装置是计算机断层扫描扫描器("CT扫描器")。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括存储所述可疑区域的坐标；以及配置所述第二威胁检测装置以只扫描所述可扫描对象的可疑区域。
4. 如权利要求l所述的方法，还包括将由所述第 一威胁检测装置获得的物质数据和第 一形状数据的至少 一个转换为一个或多个感兴趣的威胁种类的每个的第一威胁概率值。
5. 如权利要求4所述的方法，还包括将由所述第二威胁检测装置获得的密度数据和第二形状数据的至少 一个转换为一个或多个感兴趣的威胁种类的每个的第二威胁概率值。
6. 如权利要求1所述的方法，其中可扫描对象是行李项目。
7. 如权利要求l所述的方法，其中目标材料是爆炸物、非法毒品和危险物质之一。
8. 如权利要求l所述的方法，其中目标对象是武器。
9. 一种集成威胁检测系统，包括第一威胁检测装置，配置为整体地扫描可扫描对象，在所述可扫描对象的图像中识别可疑区域，以及生成初步风险值数据；以及第二威胁检测装置，配置为只扫描所述可扫描对象的可疑区域，基于所述初步风险值数据生成当前风险值数据，组合和统计地处理由所述第一威胁检测装置生成的初步风险值数据和由所述第二威胁检测装置生成的当前风险值数据；以及输出最终风险值数据，其指示在所述可疑区域中目标材料和目标对象的至少一个的存在或不存在。
10. 如权利要求9所述的装置，其中所述第一威胁检测装置是高级技术扫描器("AT扫描器")，并且其中所述第二威胁检测装置是计算机断层扫描扫描器("CT扫描器")。
11. 如权利要求1所述的装置，其中可扫描对象是行李项目。
12. 如权利要求l所述的装置，其中目标材料是爆炸物、非法毒品和危险物质之一。
13. 如权利要求l所述的装置，其中目标对象是武器。
14. 一种检测可扫描对象中的威胁类型的方法，所述方法包括以下步骤通过第 一威胁检测装置从可扫描对象的整体扫描获得第 一威胁分析数据，其中所述第一威胁分析数据包括初步风险值数据，其包括一种或多种威胁种类的物质和第 一形状威胁概率数据的至少 一个；通过第二威胁检测装置从只有可疑对象的可疑区域的扫描中获得第二威胁分析数据，其中所述第二威胁分析数据包括当前风险值数据，其包括一种或多种威胁种类的密度和第二形状威胁概率数据的至少 一个；使用贝叶斯似然函数至少组合和统计地处理所述初步风险值数据和所述当前风险值数据；以及输出最终风险值数据，其中所述最终风险值数据包括最终威胁概率数据，其指示在所述可扫描对象中威胁种类的实际存在或不存在。
15. 如权利要求14所述的方法，还包括确定所述可扫描对象中可疑区域的坐标；确定在所述第一威胁检测装置和第二威胁检测装置之间、所述可扫描对象的扫描方向上的偏移；以及配置所述第二威胁检测装置以只扫描对应于所述第一可疑区域的所述可扫描对象的第二可疑区域。
16. 如权利要求14所述的方法，其中威胁类型是目标材料和目标对象之
17. 如权利要求14所述的方法，其中所述第一威胁检测装置是AT扫描器，并且其中所述第二威胁检测装置是CT扫描器。
18. 如权利要求14所述的方法，其中输出最终风险值数据的步骤还包括以下的至少一个在显示设备上显示所述最终风险值数据；以及如果最终威胁概率值满足预定阈值，则触发警报。
19. 如权利要求l所述的方法，其中确定所述可扫描对象的扫描方向上的偏移的步骤包括预扫描整个可扫描对象。
20. 如权利要求1所述的方法，其中可扫描对象是行李项目。
21. —种配置为检测可扫描对象中的威胁的装置，所述装置包括高级技术(AT)扫描器，其具有双能量X射线源A全测器对，其中所述AT扫描器配置为从整个可扫描对象的扫描获得第一威胁分析数据，其中所述第一威胁分析数据包括初步风险值数据，其包括一种或多种威胁种类的物质和第 一形状威胁概率数据的至少 一个；以及计算机断层(CT)扫描扫描器，其具有安装到可旋转机架的至少一个X射线源/一企测器对，其中所述CT扫描器还配置为只扫描所述可扫描对象的可疑区域，其中所述CT扫描器还配置为从只有所述可疑对象的第二可疑区域的扫描中获得第二威胁分析数据，其中所述第二威胁分析数据包括当前风险值数据，其包括一种或多种威胁种类的密度和第二形状威胁概率数据的至少一个，其中所述CT扫描器还配置为使用贝叶斯似然函数至少组合和统计地处理所述初步风险值数据和所述当前风险值数据；以及其中所述CT扫描器还配置为输出最终风险值数据，所述最终风险值数据包括最终威胁概率数据，其指示在所述可扫描对象中威胁种类的实际存在或不存在。
22. 如权利要求21所述的装置，其中所述CT扫描器还配置为确定在所述AT扫描器和所述CT扫描器之间、所述可扫描对象的扫描方向上的偏移，以及其中所述AT扫描器还配置为确定所述可扫描对象中可疑区域的坐标。
23. 如权利要求21所述的装置，其中可扫描对象是行李项目。
24. 如权利要求21所述的装置，其中目标材料是爆炸物、非法毒品和危险物质之一。
25. 如权利要求21所述的装置，其中目标对象是武器。
全文摘要
提供了一种集成检测系统，其包括第一威胁检测装置和第二威胁检测装置。第一威胁检测装置可以识别可能包含威胁的行李项目中的一个或多个区域。示例威胁包括但不限于爆炸物、武器、非法毒品和有害物质等。剩余的区域理论上认为是没有威胁。第二威胁检测装置可以配置为只检查之前由第一威胁检测装置识别的行李项目的可疑区域。这提高了吞吐量并且降低了假阳性率。还提供了一种用于智能融合由第一和第二威胁检测装置获得的独立的信息的方法。
文档编号G01V5/00GK101558327SQ200780032601
公开日2009年10月14日 申请日期2007年7月26日 优先权日2006年8月31日
发明者桑德里·斯卡特, 阿明·U·施米格尔 申请人:Ge本国防护股份有限公司