一种X光安检机行李危险品快速自动检测报警装置及方法与流程

本发明涉及安防技术领域，尤其涉及危险品自动探测、危险品图像探测算法研究、安检机危险品自动识别技术领域，具体涉及一种X光安检机行李危险品快速自动检测报警装置及方法。

背景技术：

随着我国经济的发展，高铁、地铁、飞机在各大城市已逐渐普及，成为人们通勤、出行的重要交通工具。携带危险品上车或上机会严重威胁列车、飞机以及相关人员的安全，在目前的社会形势下必须执行严格安检，为了保证地铁行驶途中的安全，在各类进站口均设有X光安检机对旅客携带的行包进行安全检查，当旅客通过时将行李放在传送带上在检查通道接收X射线照射。X射线被被检物吸收后轰击通道内的能量探测器，探测器将接收的信号进行放大等处理之后形成X光图像。检查人员查看屏幕显示的图像来确定是否有危险品。然而由于高峰期进站人数过多，安检机处经常发生人员拥堵，尤其是在上班高峰时间的地铁安检处的严重拥堵，一方面增加了乘客的等待时间，另一方面也增加了安检人员的工作量。检测到危险品携带事件在各种场所都属于小概率事件，即使安排专人实时查看费时费力，也必须执行。

目前市场上有X光安检机可实现灰度分辨(分辨厚度不同的铝)、有机物分辨、混合物分辨、无机物分辨、材料分辨和有效材料分辨，将不同的物质赋予不同的颜色以方便检查人员值守监测。

专利申请公布的“智能安检管理一体机(CN 201521113788.3)”将行李内的物品显示出大致形状，并显示成黄色、绿色、黑色等，一般黄色的物品是有机物，绿色、黑色的物品需要注意。该专利能够根据被检物材质进行不同物品的分类显示，并提到如果检测到物品异常，报警器发出报警，但异常检测还是依靠安检人员进行值守监测，并且依靠材质进行异常检测方法检测到的疑似危险品过多，会出现较多误报，安检人员需要处理的对象过多，不利于乘客快速通过安检处。

专利申请公布的“一种配备多种安检技术的双通道安检装置(CN 201410634219.7)”，它同时对人员和行李进行双通道安检，装置采用X射线技术与金属探测技术、拉曼探测技术、NQR(原子核四极矩共振)探测技术、中子探测技术进行安检，该专利减小了安检设备数量和安检人员劳动强度，但是X光图像显示器仍然需要安检人员值守进行人工查看是否有危险品出现。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有X光安检设备需要安检人员实时值守监测显示屏幕，安检效率低的问题，提供一种通过图像分析方法自动进行危险品检查的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种X光安检机行李危险品快速自动检测报警装置，其特征在于：包括X光安检机、信号输入接口、数字信号处理单元、报警单元、信号输出接口五部分，X光安检机捕获生成的彩色图像通过数字信号传输接口输入到所述的数字信号处理单元，由数字信号处理单元对图像信号进行分析处理，处理后的报警信息可以以声音、串行数据、图像的形式进行输出。其中：

X光安检机，包括X光发射管、电源、控制电路、电动滚筒、皮带、计算机和显示器，用于产生X射线穿透通道中的行李物品并对其成像，产生的伪彩图像颜色代表被检行李物品的原子序数值，安检机最终产生的X光图像与信号输入接口部分连接，将图像传输到数字信号处理单元；

信号输入接口部分，用于接收X光安检机产生的图像和机器的控制信号，并将其发送到数字信号处理单元，与X光安检机和数字信号处理单元相连接；

数字信号处理单元，用于对输入的X光图像进行处理，对输入的控制信号处理和响应，将处理的结果发送到信号的输出接口，与信号输入接口部分和信号输出接口部分连接；

信号输出接口部分，用于接收数字信号处理单元处理的结果并将其发送到报警单元，与数字信号处理单元和报警单元相互连接；

报警单元，包括一个蜂鸣器和一个LED灯；输出信号是带有危险品标注的图像，也可以选择声音、LED灯和串行数据报警，以哪种形式可以通过触摸屏进行设置，该单元与信号输出接口部分相连。

本发明既可作为新型X光行李危险品快速自动检测报警装置，也可以对已经安装好并投入使用的X光安检机进行升级，只需要使用网络接口和串行接口将本装置的信号处理单元及报警单元与原有机器连接即可将其升级为同样具有自动危险品识别的安检机。基于上述装置的危险品自动检测报警方法，检测到存在危险品后，系统进行以下步骤：

(1)当作为完整的X光安检仪工作时，利用图像分析方法检测行李中是否有危险品。其特征在于，当行李通过X光安检通道时，计算机对X光成像进行处理和分析，通过图像滤波、增强、分割、特征提取和分析，如果发现有管制刀具、枪支、液体等危险品，则将危险品在图像中圈出并将图像数据通过网口传输到计算机并将其显示在液晶显示器上，并显示相应危险品报警提示语和危险品名称预测，可以选择设置发出声音和LED灯的闪烁报警。

(2)对于已经安装安检机的场所，只需要将本装置中的除X光图像获取部分外的装置通过接口连接到原有的X光安检机上即可将原机器进行技术升级。通过网络接口将X光安检机的图像数据传输至数字信号处理单元，之后的图像处理过程重复步骤(1)。输出图像通过网络接口输出至原有机器的液晶显示屏上，并显示相应的危险品提示语，声光报警可由串口接到原有机器上或使用本装置中的报警模块。

更进一步的，该方法通过数字信号处理单元器对X光安检机捕获的伪彩色X光图像进行处理，除了根据颜色对物品的物质属性进行分析报警外，还主要根据疑似目标的几何特征、纹理特征和/或局部特征进行分析，判断是否有危险品。

更进一步的，提供了多路串行接口供后期产品升级，通过加装金属探测器、中子探测器和/或液体探测器进行产品升级，适应不同场所的安检需求，通过各种接口使多功能模块可进行选择性耦合，使该方法有更加灵活的市场适应能力。

本发明的原理在于：

本发明提供了一种使用图像处理技术进行旅客行包危险品快速检测的新型装置和方法。本发明即可作为完成的X光安检机使用，也可以对已经安装X光安检机的场所进行进一步的升级改造，将原有的完全依靠安检人员监测X光图像的方法改进为依靠计算机图像分析来辅助安检人员的方法。只有当计算机发出危险品报警时安检人员才需要进行查看，通过对屏幕上显示的危险品进行放大来确认是否真有危险品存在。如果计算机不进行报警则无需安检人员查看，旅客均可快速通过安检通道。

本装置通过接口进行连接，各个功能模块相对独立，既能够作为完整产品进行安检，又可以和原有产品进行集成，对设备进行改造升级。本发明能够通过计算机图像处理方法迅速发现行包内的危险品并通过图像、声音、灯光进行报警，而且报警方式可选，这种使用图像进行危险品探测的方法节省了大量人力、物力，提高了安检的智能化水平，缩短了旅客的安检通过时间。

本发明还会带来一定的积极效果：随着技术的快速发展，很多城市的地铁站、车站、政府部分、监狱、看守所等地的X光安检机都需要进行更新，而本发明考虑到原有设备的技术升级，设计了多接口方案，可以将原有X光机保留，将获取的图像在新增的处理单元内进行处理，能够节约大量资金，同时又能够提供基于图像识别的危险品检测技术，降低安检人员的工作强度，提高安检效率。另外，本装置还预留了其他信息输入接口，可将其他探测手段获取的数据，如金属探测、拉曼探测、中子探测的数据汇集到处理单元内，进行多种数据的融合处理，得到鲁棒性更高、探测准确率更高的结果。由于本发明的多接口、功能模块独立耦合的设计，提高了装置的实用性，利于后期设备改造。在信号处理部分，将使用智能图像信息分析方法进行行包危险品探测，促进安检设备的智能化。

附图说明

图1是X光安检机行李危险品自动检测报警装置系统结构图。

图2是信号处理单元外观示意图。

图3是设备的安装布局及连接方式示意图。

图4是X光安检机行李危险品自动检测报警装置的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1本装置的具体结构如下：

行李危险品自动检测报警装置由X光安检机和数据处理单元两大部分组成。X光安检机由X光发射管、电源、控制电路、电动滚筒、皮带、计算机、显示器等构成；数据处理部分包括信号输入接口101，数字信号处理单元102，信号输出接口103和报警单元104和供电系统105。信号输入接口包括用于接收X光图像信号的网络接口、为接收其他探测设备数据的预留串行接口等；数据信号处理单元主要是用于对信号(包括图像信号和其他探测信号)进行分析的数字信号处理器；信号输出接口包括返回处理后图像使用的网络接口、以及输出报警信号的串行接口；报警单元包括LED灯和蜂鸣器。供电系统用于为信号处理单元、报警单元供电。数据处理部分设计成一块电路板，设有一个电源接口、若干路串行接口、一路网络接口。电源接口与电源连接；输入串行接口作为预留口和其他探测器连接，输入网络接口用于连接X光安检机和信号处理单元，将原始图像数据输入到信号处理器中；蜂鸣器和LED灯通过串行接口与数字信号处理器连接；处理后的图像通过网络接口连接至X光安检机并将结果显示在LCD液晶屏上。

图2是数据处理单元外观。201是数据处理芯片；202是信号输入接口；203是数据处理单元电源接口，用于给整个数据处理单元供电；204是网络接口，用于传输X光图片；205是信号输出串口，输出系统状态、故障信息、报警信息等数据；208是触摸屏，可进行输出选择，可以选择声音报警、灯光报警、图像报警，三种模式为复选式；209是主机开关按键；210是信号处理单元面板，所有组件都集成在该面板上。

图3是设备的安装(连接)方式示意图。301为置物台，302为X光机，303为液晶显示器，304为数据处理单元，其中包含输入输出接口、蜂鸣器和LED灯，305为电源，306是数据处理单元与显示器的连接，307为数据处理单元与主机连接的通道，包括供电系统的连接和信号连接。旅客通过安检机时将行包置于301上，当行包通过302时，探测器探测到的信号(包括X光图像和后期扩展之后得到的如金属探测信号等)通过307的网络通道和串行数据通道发送到信号处理单元。处理之后的结果(包括带有标记的X光图像、声音和灯光报警信号)发送到液晶显示器303和蜂鸣器及LED灯。

图4是本自动行包安检机工作流程图。设备通电启动后，302内的皮带开始转动，当有旅客将行包放置在置物台上时，皮带加速转动，行包通过302的检测通道，此时302捕获通带内的行包X光图像，图像会进入数据处理单元，经过图像滤波和非线性增强，将疑似危险品区域分割出来并进行特征提取，对其特征进行分析，如果是危险品，则将危险品区域圈出并标注危险品的可能名称，根据触摸屏208上的选择发出声音、灯光报警，提示相关安检人员进行查看。

系统中信号的具体处理过程如下：

X光图像信号：信号进入数据处理单元的芯片201中，通过相应的算法判断视场中是否有危险品出现，如果有，则在图像上标注相关危险品信息并将图像通过串行接口传输到主机并在液晶显示器中显示，可以选择声音报警和灯光报警。

其他探测信号：在系统扩展后，会同时探测金属、液体等信息，这些信号也会送入数据处理单元的芯片201中判断行包中是否有危险品出现，如果有，则通过融合图像探测结果和其他探测结果，在LCD上显示最终探测结果，发出告警信息，可以选择声音报警和灯光报警。

实际应用举例如下：

本发明考虑安装现场实际情况，设计了两种工作模式，既适用于已经安装X光安检机的场所进行升级，也适用于未安装安检机的场所安装。

1.硬件安装与系统建立：按照图3所示安装好X光安检机，包括图3的301、302、303、305，然后利用信号传输线(网线和串口线)将数据处理单元接至图3的302，接通数据处理单元电源至305，LCD的视频线亦接至数据处理单元的信号输出接口。本发明装置也可与网络管理系统级联，将报警数据上传，构成智能安检系统。

2.装置初始化：系统启动后，对所有部件进行的初始化，系统各设备自检，若出现故障，在图3的303上显示故障信息。首先选择报警形式。选择灯光、声音报警模式时，通过不同的选择会发出不同的报警显示，由中断程序控制相应报警串口的通断，然后监控系统开始工作。

3.装置工作过程：当信息处理单元检测到行包中存在危险品时，发出报警信息并在LCD上将危险品区域圈定，报警信息的形式由用户选择。当危险品报警器检测到有危险品携带时，发出报警通知相关人员查看X光机监控信息，若确实在行包中出现危险品，可以由安检人员采取相应的措施。

4.危险品检测算法：X光安检机捕获的图像信号经过编码，后发送至信号处理单元的数字信号处理芯片中，首先用高斯滤波对图像去噪，用非线性增强方法对图像进行增强。由于X光安检机产生的伪彩图像反映了行包中物品的材质，颜色和物质属性之间有一种映射关系。首先对图像进行分割，然后根据分割结果的几何特征、颜色特征、局部特征等进行分析判断，确定是否有危险品携带，将报警信息通过串口发出，在LCD上显示红框圈定危险品区域。