专利名称：双源双能量直线式安检ct装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种安全检测装置，特别涉及双源双能量直线式安检CT装置及 其检测方法。
背景技术：
安全检査是民用航空、铁路、码头、车站等公共场所的重要安全措施，随 着经济的高速发展，对安全检查的效率也有所提高，安检装置由于其自动化程 度较高，越来越受到广泛的应用。
现有技术中，机场、铁路、公路运输中使用的安全检查设备通常以X射线 透视成像为主，透视成像一方面无法解决射线方向上物体图像互相重叠的问题； 另一方面对可疑物的识别是通过分析和处理被检查物体透射图像的灰度层次和 图像轮廓的方式来完成，如爆炸物、毒品等既没有特定形状的有机物，因其密 度小，X射线的衰减量小，重建图像上又无法显示出明显的对比度，因而较难 分辨。
为解决以上问题，出现了一种单能直线式CT成像系统，包括射线发生装置、
数据采集装置、输送装置、控制和图像处理装置，采用直线轨迹扫描，使用直 线滤波反投影算法重建待检测物体的断层图像和三维立体图像，具有检查速度
快、不需要旋转、没有圆轨道锥束CT中的大锥角问题等优点。但是，此种装置 扫描路径为有限长度的直线扫描，其等价于有限角度的CT扫描，待检测物体的 重建属于一种近似重建，重建图像质量的好坏将直接影响可疑物的识别；同时， 由于采用单能X射线，不能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质。
因此，需要一种安检CT装置，能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，
能够在得到待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑 物实现快速、准确的识别。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种双源双能量直线式安检CT装置及其检 测方法，能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，能够在得到待检测物体 中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识 别，确定是否存在危险品，将重建图像进行融合，确定危险品种类；装置结构 简单，制造成本低。
本发明的双源双能量直线式安检CT装置，包括射线发生装置、数据采集装 置、控制及图像处理系统和被检物输送装置，所述射线发生装置和数据采集装 置与控制及图像处理系统相连，所述射线发生装置包括高能射线发生装置和低 能射线发生装置，与高能射线发生装置对应设置高能数据采集装置，与低能射 线发生装置对应设置低能数据采集装置，所述高能射线发生装置的射线束与低 能射线发生装置的射线束之间以横向互呈卯。角的方式设置。
进一步，所述高能射线发生装置与低能射线发生装置处于不同横向截面；
进一步，所述被检物输送装置水平运动，高能射线发生装置和低能射线发 生装置分别设置在被检物输送装置的旁侧和上侧；
进一步，高能数据采集装置和低能数据采集装置分别为含有多个探测器单 元的面阵探测器。
本发明还公开了一种利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方 法，包括以下步骤
a. 启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送 装置；
b. 高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束透射被检物输送装置上 的待检测物体，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据并输送至控制
及图像处理系统，对透视图像分析，判断图像中是否存在嫌疑区域；
C.步骤b中判断图像中如果存在嫌疑区域，从高能数据采集装置和低能数
据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三
维立体图像，利用重建图像判断出其中是否存在危险品。
进一步，步骤C中从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影
数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像，判断图像中
如果存在危险品，则将重建图像进行融合；对融合图像进行分析，确定危险品
种类；
进一步，步骤b中，进行透射投影数据的降噪和一致性校正预处理，求解 有效原子序数和确定待检物体几何参数，判断是否存在嫌疑区域，如果否，则 结束检查；
进一步，步骤b中，对透视图像内的嫌疑区域进行跟踪，跟踪采用有限线 积分的方法；
进一步，还包括对投影数据、断层图像和三维立体图像的压縮存储，嫌疑 区域实行无损的压縮存储，非嫌疑区域但含待检测物体的实行低损失率的压缩 存储，非嫌疑区域又不含待检测物体的实行高损失率的压縮存储；
进一步，步骤b中，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据同时或 不同时进行；
同时进行时，低能射线发生装置射线束S,P的投影记作^(/,"^,)，待检测物 体的重建公式如下，
g,^A,屮f:"' w;辨(,',《,一(,-，'
其中，
<formula>formula see original document page 10</formula>
高能射线发生装置射线束S2p的投影记作p12(l, u2, v2)待检测物体的重建公 式如下，
其中，
<formula>formula see original document page 10</formula> 不同时进行时，低能射线发生装置射线束s1P'的投影记作p21(l, u1, v1)，控制
及图像处理系统中低能中心虚拟探测器中心o1，的坐标为(x01, o, z,)待检测物体的
重建公式如下，
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，
<formula>formula see original document page 10</formula>
高能射线发生装置射线束&P'的投影记作p22 (/,"2,v2)，控制及图像处理系统 中高能中心虚拟探测器中心"的坐标为(^j，0)，待检测物体的重建公式如下，
<formula>formula see original document page 11</formula>x = / + r22 cos -22 ， z = r22 sin -22 公式中X轴待检物体运动方向，y轴为横向，Z轴为高度方向；/>、尸'代 表重建物体点，S,代表低能射线源，^代表高能射线源，O,代表低能面阵探测
器中心，02代表高能面阵探测器中心，o为v^和&q连线的交点，O'为S,Q和 &02垂线的中点，s到o的距离记作&， S到O'的距离记作A,.， &到0的距离 记作&2， &到0'的距离记作&2.，待检测物体中心坐标为(/,0,0)，高能、低能探 测器坐标系分别为",-v,和"「v2， "。 ^平行于jc轴，v,平行于z轴，^平行于y轴， 《^tarT1 、为低能探测器在X方向的半宽度，^为低能射线束重排
后低能探测器在x方向坐标的最大值，^^tan-'("^/i^)， "2, 为高能探测器在 X方向的半宽度，r2，m为高能射线束重排后高能探测器在x方向坐标的最大值，柳 为斜坡滤波器，SP的长度为&， S7的长度为&， S,的长度为 ，^P'的长度 为&， S尸与x方向的夹角为《，，^P与x方向的夹角为^， S,尸与x方向的夹 角为&， 52尸'与乂方向的夹角为^2， gu(^,&,z)、 g2,( ，&,z)为S,所在中心平面 以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标，g12(r12,-12，^、 &2(&，-22,力为 &所在中心平面以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标。
本发明的有益效果是本发明的双源双能量直线式安检CT装置，采用高能 射线发生装置和低能射线发生装置的射线束以横向互呈卯。角方式设置的结构， 能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，采用有限线积分变换对被检査物 体中嫌疑区域进行跟踪，在得到被检查物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体 图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识别，确定是否存在危险品，将重建 图像进行融合，确定危险品种类；因此，采用重建和融合的方式对数据进行分 析，能有效识别待检测物体内的危险品；并且装置结构简单，制造成本低。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图l为本发明结构示意图2为本发明结构布置示意图3为本发明的检测方法框图4为本发明坐标系示意图。
具体实施例方式
图l为本发明结构示意图，图2为本发明结构布置示意图，如图所示本 发明的双源双能量直线式安检CT装置，包括射线发生装置、数据采集装置、控 制及图像处理系统5和被检物输送装置6，射线发生装置和数据采集装置与控制 及图像处理系统相连，射线发生装置包括高能射线发生装置1和低能射线发生 装置2，与高能射线发生装置1对应设置高能数据采集装置3，与低能射线发生 装置2对应设置低能数据采集装置4，高能射线发生装置的射线束与低能射线发 生装置的射线束之间以橫向互呈90。角的方式设置；高能数据采集装置3和低能 数据采集装置4分别为含有多个探测器单元的面阵探测器；本实施例中高能射
线发生装置1与低能射线发生装置2处于不同横向截面，可部分或全部消除高 能射线发生装置1与低能射线发生装置2射线束之间的相互干扰，有助于更加 准确地判断待检测物体中是否存在危险品；当然也可以处于同一横截面，同时 进行扫描，也能达到发明目的；本实施例中，被检物输送装置6水平运动，高 能射线发生装置1和低能射线发生装置2分别设置在被检物输送装置的旁侧和 上侧。
图3为本发明的检测方法框图，图4为本发明坐标系示意图，如图所示 图4中，待检物体7运动方向为x轴，横向为y轴，高度方向为z轴；双源双 能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，包括以下步骤
a. 启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送 装置；
b. 高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束透射被检物输送装置上 的待检测物7，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据并输送至控制及 图像处理系统，进行透射投影数据的降噪和一致性校正预处理，求解有效原子 序数和确定待检物体几何参数，对透视图像分析，判断是否存在嫌疑区域，如 果不存在，则结束检查，如果存在，则采用有限线积分(Finit Line Integral Transform)的方法对待检测物7中的嫌疑区域进行跟踪；
c. 步骤b中判断图像中如果存在嫌疑区域，从高能数据采集装置和低能数 据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三 维立体图像；
有限线积分变换作为近年来一种基于多尺度几何分析的新方法，其利用一 系列不同尺度的固定模板或模块对图像或体数据进行分析，尤其适合图像或体 数据中线特征的分析。
高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据同时进行时，低能射线发 生装置射线束V的投影记作^(/,",，v,)，待检测物体的重建公式如下，
<formula>formula see original document page 14</formula>其中，
<formula>formula see original document page 14</formula>
高能射线发生装置射线束&P的投影记作/^(/,^vJ，待检测物体的重建公 式如下，
其中，
<formula>formula see original document page 14</formula>
高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据不同时进行时，低能射线 发生装置射线束S,P'的投影记作^(/,^v,)，控制及图像处理系统中低能中心虚
拟探测器中心o;的坐标为(^,o，z)，待检测物体的重建公式如下，
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，躯《，力"21
及
.si'
p2l(/,u，v)=
如sr")2+(n。')
x —义oi
Si
p2，(/，w,v)
v =
jc = / + r21 cos， 少=r21 sin
高能射线发生装置射线束&P'的投影记作^(/,"2,v2)，控制及图像处理系统
中高能中心虚拟探测器中心《的坐标为(;^,y，0)，待检测物体的重建公式如下，
g22 "2 ， & ，力=^ (W2 ，" 一—,，'
其中，
及
，，tan—
p22(/,M,v)
p22(/,w，v)
乂i S2' —z乂
+ 1/
+ M +v
_i s2.(H02) " U
x = / + a*22 cos -22 ， z = r22 sin -22 公式中/>、 P'代表重建待检测物体点，S,代表低能射线源， 线源，O,代表低能面阵探测器中心，02代表高能面阵探测器中心，
连线的交点，o'为s^和&A垂线的中点，s到o的距离记作&,
记作&.， 52到0的距离记作&2， 52到0'的距离记作&2,，待检3 为(Z，O,O)，高能、低能探测器坐标系分别为",-"和"2-^， ",、 "2平行于1轴，v, 平行于z轴，V2平行于y轴，《，^an"("^/i s,)， "^,为低能探测器在x方向的半 宽度，^为低能射线束重排后低能探测器在x方向坐标的最大值，
S,代表高能射
s到o'的距离 a物体中心坐标^^taiT'("^/i^)， "^为高能探测器在x方向的半宽度，/2， 为高能射线束重排 后高能探测器在x方向坐标的最大值，W)为斜坡滤波器，S尸的长度为，&户 的长度为&， S^'的长度为^， 52尸的长度为 ，S,P与x方向的夹角为^， S2P 与x方向的夹角为&， S,P'与x方向的夹角为&， S^'与x方向的夹角为&，
z)、 ^( ,&，z)为S所在中心平面以待检测物体中心坐标为极坐标原点 建立的待检测物体重建坐标，g"&A，力、,&，力为&所在中心平面以待检 测物体中心坐标为极坐标原点建立的待检测物体重建坐标。
利用重建图像进一步判断嫌疑区域的性质，决定排除嫌疑或者保持嫌疑， 判断出其中是否存在危险品，如果不存在，则结束检查程序；如果存在，则将 高低能重建图像进行融合；针对融合图像重新判断嫌疑区域性质，确定危险品 种类；如果确定种类成功，则结束检査程序，如果确定种类不成功，则可以将 待检测物体交给安检人员进行人工检查确认。
高低能重建图像间的融合主要采用特征级融合和决策级融合。特征级融合 需对高低能重建图像提取特征(如危险品的边缘、轮廓、形状、相互间距)，并 进行综合，以得到置信度更高的判断结果，适合刀具、枪支的确定。决策级融 合则先分别对高低能图像进行危险品种类确定，再根据一定的准则以及每个决 策的可信度直接作出最优决策，适合有机物(如爆炸物、毒品)的确定。具体 的方法如贝叶斯法、证据推理法、神经网络法、模糊集理论法、粗糙集理论法。
还包括对投影数据、断层图像和三维立体图像的压縮存储，嫌疑区域实行 无损的压縮存储，非嫌疑区域但含待检测物体的实行低损失率的压縮存储，非 嫌疑区域又不含待检测物体的实行高损失率的压縮存储。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的
宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种双源双能量直线式安检CT装置，包括射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统(5)和被检物输送装置(6)，所述射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统(5)相连，其特征在于所述射线发生装置包括高能射线发生装置(1)和低能射线发生装置(2)，与高能射线发生装置(1)对应设置高能数据采集装置(3)，与低能射线发生装置(2)对应设置低能数据采集装置(4)，所述高能射线发生装置(1)的射线束与低能射线发生装置(2)的射线束之间以横向互呈90°角的方式设置。
2. 根据权利要求1所述的双源双能量直线式安检CT装置，其特征在于 所述高能射线发生装置(1)与低能射线发生装置(2)处于不同横向截面。
3. 根据权利要求2所述的双源双能量直线式安检CT装置，其特征在于 所述被检物输送装置(6)水平运动，高能射线发生装置(1)和低能射线发生 装置(2)分别设置在被检物输送装置(6)的旁侧和上侧。
4. 根据权利要求3所述的双源双能量直线式安检CT装置，其特征在于 高能数据采集装置(3)和低能数据采集装置(4)分别为含有多个探测器单元 的面阵探测器。
5. —种利用权利要求1所述的双源双能量直线式安检CT装置进行安全检 测的方法，其特征在于包括以下步骤-a. 启动射线发生装置、数据采集装置、控制及图像处理系统和被检物输送 装置；b. 高能射线发生装置和低能射线发生装置的射线束透射被检物输送装置上 的待检测物体，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据并输送至控制 及图像处理系统，对透视图像分析，判断图像中是否存在嫌疑区域；c. 步骤b中判断图像中如果存在嫌疑区域，从高能数据采集装置和低能数 据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三 维立体图像，利用重建图像判断出其中是否存在危险品。
6. 根据权利要求5所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于步骤C中从高能数据采集装置和低能数据采集装置两组透射投影数据中重建出待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像，判断图像中如果存在危险品，则将重建图像进行融合；对融合图像进行分析， 确定危险品种类。
7. 根据权利要求6所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测 的方法，其特征在于步骤b中，进行透射投影数据的降噪和一致性校正预处 理，求解有效原子序数和确定待检物体几何参数，判断是否存在嫌疑区域，如 果否，则结束检查。
8. 根据权利要求7所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测 的方法，其特征在于步骤b中，对透视图像内的嫌疑区域进行跟踪，跟踪采 用有限线积分的方法。
9. 根据权利要求8所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测 的方法，其特征在于还包括对投影数据、断层图像和三维立体图像的压縮存 储，嫌疑区域实行无损的压縮存储，非嫌疑区域但含待检测物体的实行低损失 率的压缩存储，非嫌疑区域又不含待检测物体的实行高损失率的压縮存储。
10. 根据权利要求9所述的利用双源双能量直线式安检CT装置进行安全检测的方法，其特征在于步骤b中，高能数据采集装置和低能数据采集装置采集数据同时或不同时进行；同时进行时，低能射线发生装置射线束S,户的投影记作A,(/,^v,)，待检测物体的重建公式如下，<formula>formula see original document page 3</formula>其中，<formula>formula see original document page 4</formula>高能射线发生装置射线束S^的投影记作^(/,"2,V2)，待检测物体的重建公 式如下，<formula>formula see original document page 4</formula>其中，<formula>formula see original document page 4</formula>及,<formula>formula see original document page 4</formula> 不能同时进行时，低能射线发生装置射线束S,P'的投影记作p21(l, u1, v1)控制 及图像处理系统中低能中心虚拟探测器中心O;的坐标为(xo1，，0,z)，待检测物体的 重建公式如下，<formula>formula see original document page 4</formula>其中，<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 5</formula>高能射线发生装置射线束S2P的投影记作P22(l,u2,v2),控制及图像处理系统中高能中心虚拟探测器中心O2的坐标为(X02，y,0),待检测物体的重建公式如下<formula>formula see original document page 5</formula>其中<formula>formula see original document page 5</formula> 公式中x轴待检物体运动方向，y轴为横向，z轴为高度方向；P、,代 表重建物体点，S,代表低能射线源，52代表高能射线源，O,代表低能面阵探测 器中心，化代表高能面阵探测器中心，o为s々,和&q连线的交点，O'为S,Q和 &02垂线的中点，S,到0的距离记作&， s,到o'的距离记作i^.， s,到o的距离 记作&2， &到0'的距离记作&2.，待检测物体中心坐标为(/，0,0)，高能、低能探 测器坐标系分别为^-v,和^-v2， Wl、 A平行于x轴，^平行于z轴，、平行于少轴， ^^tair'(^，/i^)， "^为低能探测器在x方向的半宽度，^为低能射线束重排 后低能探测器在x方向坐标的最大值，《m=tan1"2,m/i S2;)， "2, 为高能探测器在 x方向的半宽度，^为高能射线束重排后高能探测器在x方向坐标的最大值，W) 为斜坡滤波器，S,P的长度为^， & 的长度为&， ^P'的长度为 ，52尸'的长度为&， S,P与x方向的夹角为&， 52尸与x方向的夹角为&， S,尸与x方向的夹 角为&， &尸'与乂方向的夹角为^， g" ，&，0为S所在中心平面 以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标，&2(。2，&，力、g" ，&，力为 ^所在中心平面以物体中心坐标为极坐标原点建立的物体重建坐标。
全文摘要
本发明公开了一种双源双能量直线式安检CT装置及其检测方法，射线发生装置和数据采集装置与控制及图像处理系统相连，射线发生装置包括高能射线发生装置和低能射线发生装置，与高能射线发生装置和低能射线发生装置对应设置高能数据采集装置和低能数据采集装置，高能射线发生装置与低能射线发生装置以射线互呈90°角的方式横向设置在被检物输送装置侧面，本发明能有效分辨密度相似而原子序数不同的物质，在得到待检测物体中嫌疑区域的断层图像和三维立体图像的同时，对可疑物实现快速、准确的识别，装置结构简单，制造成本低；采用重建和融合的方式对数据进行分析，能有效识别待检测物体内的危险品。
文档编号G01N23/087GK101387610SQ20081023286
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者理 曾, 李宗剑, 邹晓兵 申请人:重庆大学