本发明涉及安全检测技术领域，具体涉及一种安全检测装置及其检测方法。
背景技术：
针对爆炸物检测，现阶段国际上常用的技术手段大致分为X射线探测技术、中子探测技术、电磁探测技术、蒸汽痕迹探测技术，X射线技术由于其自身特有的优势是目前应用最为广泛的安全检查技术。X射线安全检查技术主要包括单能透视技术、双能透视技术、多视角技术、背散射技术、单能谱CT技术、双能CT技术等。单能透视技术是最早被使用的X射线安检技术，它只能获取包裹内物体的形状信息，而无法获取材料信息，目前已被逐步淘汰，但在某些探测要求比较低的场合仍在被使用。双能透视技术是目前市场上X射线透视安检技术中运用最多的技术手段，它通过材料剥离手段获取无物体遮挡情况下的物体高低能投影，进而确定材料的原子序数信息。双能透视成像技术尽管可以近似确定物质的有效原子序数，但是却无法获取物体的密度信息，多视角技术一定程度上弥补了这一缺点，该技术通过多视角投影CT重建可以获取近似的危险品厚度信息，基于厚度信息和投影值，就可以近似确定物质的密度。由于由少量几个视角下的投影很难准确地重建物体断面，因此该技术的探测误差相对较大。背散射技术由于对低原子序数、高密度物质的敏感性，多用来探测包裹表层的危险物品。而X射线计算机断层成像(CT，ComputedTomography)技术作为一种重要的非接触式内视检测手段，在医学诊断、无损检测、安全检查领域起着越来越重要的作用。尤其在安全检查领域，CT型设备是目前美国交通安全局(TSA,TransportationSecurityAdministration)唯一认证的EDS(ExplosiveDetectionSystem)型安检设备，足见X射线CT技术在安全检查技术领域的地位。通常X射线CT技术又可分为单能谱CT技术和多能谱CT技术，单能谱CT技术可以获取物质的衰减系数信息(通过转化相当于密度)，该技术由医学CT技术简单照搬而来，只能获取密度信息，因此仍然具有一定的局限性。而多能谱CT技术中的X射线双能CT技术由于能够同时获得物质的原子序数和密度信息，在X射线安全检查技术中具有最高的探测精度，因此在安全检查中得到了越来越多的应用。但从设备的成本上来讲，单能谱CT的成本要明显低于多能谱CT的成本。另外，即便对于多能谱CT，如最常用的双能CT，如果被检测行李中存在高密度金属物体时，其原子序数的解析精度会明显下降。
公开号为CN101470082A的中国专利公开了物品检测装置及其检测方法，该装置包括一个X射线系统和一个CT系统，综合利用X射线系统采集的信息和CT系统采集的信息进行危险品的判别，以增加用于判断的数据信息，提高判别的精度。该装置只是利用了单个视角的X射线系统，结构简单、精度低。
公开号为EP2676128A2的国际专利公开了一种多扫描仪的系统和方法，该系统包含一个CT装置和一个多能扫描仪，检测时，物体首先经过CT装置，利用CT的断层信息和后面的多能扫描仪得到的信息结合起来进行危险品的判别。该装置并非采用的CT和多视角设备相结合的检测模式。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高精度的安全检测装置及其检测方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种安全检测装置，包括CT检测装置及设置于CT检测装置一侧的多视角检测装置，所述CT检测装置和多视角检测装置共用一个检测通道；
所述CT检测装置与第一控制及数据处理计算机连接；多视角检测装置的内部设有多视角探测器及射线源模块，所述多视角探测器与第二控制及数据处理计算机连接；所述第一控制及数据处理计算机、第二控制及数据处理计算机均与综合数据处理计算机连接；
所述安全检测装置还包括传输装置，所述传输装置穿过CT检测装置的检测通道及多视角检测装置的检测通道。
所述的技术方案优选为，所述CT检测装置包括CT射线源模块、CT机架、CT探测器，所述CT射线源模块和CT探测器均设置于CT机架上。
所述的技术方案优选为，所述CT检测装置采用单能谱CT检测装置、多能谱CT检测装置中的一种。
所述的技术方案优选为，所述CT检测装置的通道直径为80cm—120cm。
所述的技术方案优选为，所述CT探测器采用单层探测器、双夹层探测器、光子计数探测器中的一种。
所述的技术方案优选为，所述多视角检测装置的视角数为2-4个。
所述的技术方案优选为，所述多视角探测器采用单层探测器、双夹层探测器、光子计数探测器中的一种。
本发明提供一种安全检测方法，至少包括以下步骤：
a：将被检测物体放置于运行的传输设置上，所述被检测物体通过CT检测装置，所述第一控制及数据处理计算机获得被检测物体的三维断层结构信息、以及密度信息和原子序数信息，根据密度信息和原子序数信息获得被检测物体的感兴趣区域；
b：所述被检测物体通过多视角检测装置，所述第二控制及数据处理计算机获得被检测物体多个视角的透视图像信息；同时结合步骤a中的三维断层结构信息，获得感兴趣区域的有效原子序数信息；或者通过原子序数修正方法对原子序数信息进行修正，获得有效原子序数信息；
c：所述综合数据处理计算机得到被检测物体的密度信息、有效原子序数信息，通过查找数据库，决定是否给出报警信息。
本发明还提供一种安全检测方法，至少包括以下步骤：
a：将被检测物体放置于运行的传输设置上，所述被检测物体通过多视角检测装置，所述第二控制及数据处理计算机获得被检测物体多个视角的透视图像信息及原子序数信息，根据被检测物体多个视角的透视图像信息及原子序数信息获得被检测物体的感兴趣区域；
b：所述被检测物体通过CT检测装置，所述第一控制及数据处理计算机获得被检测物体的三维断层结构信息、以及密度信息和原子序数信息；同时结合步骤a中的透视图像信息及原子序数信息，获得感兴趣区域的有效原子序数信息；或者通过原子序数修正方法对原子序数信息进行修正，获得有效原子序数信息；
c：所述综合数据处理计算机得到被检测物体的密度信息、有效原子序数信息，通过查找数据库，决定是否给出报警信息。
所述的技术方案优选为，所述CT检测装置采用单能谱CT检测装置，通过原子序数修正方法对原子序数信息进行修正，包括以下步骤：
1)根据被检测物体的三维断层结构信息获得感兴趣区域，并分析所述感兴趣区域沿射线投射方向各个投影视角物体重叠的程度，得到各个视角下物体重叠程度参数；
2)所述多视角检测装置获得2-4个透视投影视角的情况下，选择物体重叠程度参数进行有效原子序数计算；
所述CT检测装置采用多能谱CT检测装置，通过原子序数修正方法对原子序数信息进行修正，包括以下步骤：
1)根据被检测物体的三维断层结构信息获得感兴趣区域，并分析所述感兴趣区域沿射线投射方向各个投影视角感兴趣区域与金属物体重叠的程度，获得各个视角金属物体重叠程度参数；
2)所述多视角检测装置获得2-4个透视投影视角的情况下，选择金属物体重叠程度参数进行有效原子序数的计算。
所述的技术方案优选为，所述物体重叠程度参数的计算方法包括：将投影灰度曲线归一化，将其视作位置信息的概率密度函数，计算所述概率密度函数下的均方差，作为物体重叠程度参数的数值；数值越大，说明物体重叠程度越低，反之越高；或将被检测物体的感兴趣区域定位，将所述感兴趣区域内的图像数值设为0，然后按照多视角的视角方向和成像几何参数进行正投影，得到去除所述感兴趣区域后的物体投影灰度曲线，计算出所述感兴趣区域对应投影位置的投影数据的均值作为重叠程度参数。均值越小，说明物体重叠程度越小。
所述的技术方案优选为，所述金属物体重叠参数的计算方法包括：将被检测物体的感兴趣区域定位及通过设定阀值确定其内部的金属区域，经感兴趣区域内及金属区域以外的图像设为0，金属区域内的图像设为1，然后按照多视角的视角方向和成像几何参数进行正投影，得到去除所述感兴趣区域后的物体投影灰度曲线，计算出所述感兴趣区域对应投影位置的投影数据的均值作为重叠程度参数。均值越小，说明物体重叠程度越小。
所述的技术方案优选为，所述感兴趣区域的密度为1.2-1.5g/cm3,原子序数为6-8。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：所述多视角检测装置与CT检测装置组合使用，利用CT检测装置得到被检测物体的三维断层结构信息，提高了被检测物体的探测精度；同时采用多视角检测装置弥补了CT检测装置对于高密度金属物体环境下原子序数探测精度下降的缺点，在降低设备成本的同时，提高了整个检测装置的精度。
附图说明
图1为本发明所述安全检测装置第一实施例结构示意图；
图2为图1所述装置采用先经过双能谱CT检测装置、后经过多视角检测装置的检测流程图；
图3为本发明所述安全检测装置第二实施例结构示意图；
图4为图3所述装置采用先经过多视角检测装置、后经过双能谱CT检测装置的检测流程图；
图5为安全检测装置采用先经过单能谱CT检测装置、后经过多视角检测装置的流程图；
图6为安全检测装置采用先经过多视角检测装置、后经过单能谱CT检测装置的流程图；
图7为CT检测装置采用单能谱CT检测装置时，有效原子序数计算方法流程图；
图8为CT检测装置采用双能谱CT检测装置且感兴趣区域存在高密度金属时，有效原子序数计算方法流程图；
图9为物体重叠程度参数的计算方法一流程示意图；
图10为物体重叠程度参数的计算方法二流程示意图；
图11为高密度金属物体重叠程度参数的计算方法流程示意图。
附图标识如下：
1-CT射线源模块、2-CT机架、3-CT探测器、4-第一探测器、5-第二探测器、6-第二射线源、7-第三探测器、8-第三射线源、9-被检测物体、10-第一控制及数据处理计算机、11-第一射线源、12-综合数据处理计算机、13-第二控制及数据处理计算机、14-第四探测器、15-第四射线源、16-传输装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
如附图1所示，本发明所述安全检测装置，包括CT检测装置及设置于CT检测装置一侧的多视角检测装置，所述CT检测装置和多视角检测装置均共用一个检测通道。所述CT检测装置与第一控制及数据处理计算机10连接；多视角检测装置的内部设有多视角探测器及射线源模块，所述多视角探测器与第二控制及数据处理计算机13连接；所述第一控制及数据处理计算机10、第二控制及数据处理计算机13均与综合数据处理计算机12连接，进行数据交互。所述安全检测装置还包括传输装置16，所述传输装置16穿过CT检测装置的检测通道及多视角检测装置的检测通道。所述CT检测装置包括CT射线源模块1、CT机架2、CT探测器3，所述CT机架2呈圆环形状，所述CT射线源模块1、CT探测器3设置于CT机架2上。
进一步地，所述多视角探测器包括第一探测器4、第二探测器5、第三探测器7、第四探测器14，所述射线源模块包括第一射线源11、第二射线源6、第三射线源8、第四射线源15。本发明通过设置第一探测器4、第二探测器5、第三探测器7、第四探测器14、第一射线源11、第二射线源6、第三射线源8、第四射线源15形成了一种CT检测装置与四视角检测装置组合型安全检测装置。
其中，所述第四探测器14和第四射线源15构成V1视角，所述第三探测器7和第三射线源8构成V2视角，所述第二探测器5和第二射线源6构成V3视角，所述第一探测器4和第一射线源11构成V4视角。
本发明所述安全检测装置在应用时，首先将被检测物体9放置在传输装置16上，启动安全检测装置，所述传输装置16匀速向右侧行进，将被检测物体9运送至检测通道中；当被检测物体9到达CT检测装置时，CT机架2匀速转动；被检测物体9触发CT射线源模块1，所述CT射线源模块1发出X射线束透射被检测物体9，所述CT探测器3接收对应的透射过被检测物体9的衰减信号；CT机架2不断转动，被检测物体9随着传输装置16同步匀速运动；与此同时，所述CT探测器3持续接收不同角度X射线束透射过被检测物体9的衰减信号数据，并将接收到的数据传入第一控制及数据处理计算机10中，所述第一控制及数据处理计算机10进行各断层数据的CT重建及数据处理。
当被检测物体9离开CT检测装置，进入多视角检测装置后，被检测物体9依次触发第一射线源11、第二射线源6、第三射线源8、第四射线源15，上述各个射线源依次发出X射线束，透射被检测物体9；所述第一探测器4、第二探测器5、第三探测器7、第四探测器14分别接收对应的透射过被检测物体9的衰减信号，并将衰减信号传输至第二控制及数据处理计算机13内，形成相应的V4视角、V3视角、V2视角、V1视角的投影图像信号。
所述第一控制及数据处理计算机10、第二控制及数据处理计算机13将接收的信号传入综合数据处理计算机12中，经过综合数据处理计算机12的数据处理，得出最终的检测结果。
进一步地，在所述第一射线源11、第二射线源6、第三射线源8、第四射线源15发射出X射线的一侧设置准直器(图中未示)，X射线经过准直器后成为薄扇形射线束。所述准直器为现有技术。
如图2所示为本发明所述安全检测装置采用先经过双能谱CT检测装置、后经过多视角检测装置的检测流程图。S11完成CT数据的采集，S12进行数据重建，获得被检测物体9的断层结构信息、断层电子密度信息以及断层有效原子序数信息；S13对每个断层CT图像进行区域分割，得到断层中各个独立的连通区域；S14中，分析各个独立连通区域的电子密度和有效原子序数，查询数据库，初步确定出三维感兴趣区域；S15进行多视角检测装置的数据采集，S16中对S15中获得的图像信息进行分割，得到二维感兴趣区域，结合S14中的CT断层信息；在S17中，对三维感兴趣区域进行有效原子序数修正，获得各个三维感兴趣区域修正后的有效原子序数信息；最后在S18中对每个三维感兴趣区域的连通区域，利用S14中得到的电子密度信息和S17中得到的修正后的有效原子序数信息，通过查询数据库给出检测结果，并将检测结果显示在所述综合数据处理计算机12上，以及决定是否报警。
实施例2
如图3所示，本发明所述安全检测装置提供另一实施例，与实施例1的区别在于，将被检测物体9放置于传输装置16上，所述传输装置16向左侧行进，所述被检测物体16先经过多视角检测装置、后经过CT检测装置。图4所示为图3所示安全检测装置工作流程图。所述CT检测装置采用双能谱CT检测装置，具体流程包括：S21中完成多视角X射线数据采集；S22中完成图像分割，并根据每个分割区域的有效原子序数信息，查询数据库，初步确定各个二维感兴趣区域；在S23中完成CT数据采集，S24中对采集的CT数据进行三维重建，获得各个CT断层结构信息、断层电子密度信息以及断层有效原子序数信息；S25中根据S22中的二维感兴趣区域，对每个断层CT图像信息进行区域分割，得到与多视角二维感兴趣区域对应的三维感兴趣连通区域；在S26中参考S22的二维感兴趣区域信息，对三维感兴趣区域进行有效原子序数修正，获得各个三维感兴趣区域修正后的有效原子序数信息；最后在S27中对每个三维感兴趣区域，根据S24得到的电子密度信息及S26得到的修正后的有效原子序数信息，通过查询数据库给出检测结果，并将检测结果显示在所述综合数据处理计算机12上，以及决定是否报警。
实施例3
如图5所示，本发明所述安全检测装置还提供另一实施例，本实施例与实施例1的区别特征在于，所述CT检测装置采用单能谱CT检测装置，本实施例的安全检测装置采用先经过单能谱CT检测装置、后经过多视角检测装置的检测方法；具体包括：S31完成CT数据的采集，在S32中进行CT三维重建，获得断层结构信息、断层电子密度信息，S33对每个断层CT图像进行区域分割，得到断层中各个独立的连通区域，S34参考电子密度信息，通过查询数据库初步确定三维感兴趣区域；S35中通过多视角检测装置完成多视角X射线图像信息采集；在S36中对上述S35中的图像进行分割得到对应二维感兴趣区域，同时，结合S34中的CT断层信息，最终在S37中对三维感兴趣区域进行有效原子序数计算，获得各个三维感兴趣区域有效原子序数信息；在S38中对每个三维感兴趣连通区域，并利用S34中得到的电子密度信息以及S37中得到的有效的原子序数信息，通过查询数据库，给出检测结果，并将检测结果显示在所述综合数据处理计算机12上，以及决定是否报警。
实施例4
如图6所示，本发明所述安全检测装置还提供另一实施例，本实施例与实施例2的区别特征在于，所述CT检测装置采用单能谱CT检测装置，本实施例的安全检测装置采用先经过多视角检测装置、后经过单能谱CT检测装置的检测方法；具体包括：S41多视角检测装置对被检测物体9进行图像数据采集，S42对采集的图像信息进行分割，并根据每个分割区域的有效原子序数信息，查询数据库，初步确定各个二维感兴趣区域，S43对被检测物体9进行数据采集，S44中获得被检测物体9的CT断层结构信息、断层电子密度信息，S45根据S42中确定的二维感兴趣区域，对每个断层CT图像进行区域分割，得到与多视角二维感兴趣区域对应的各个三维感兴趣连通区域，然后在S46中结合S42的结果，对三维感兴趣区域进行有效原子序数计算，获得各个三维感兴趣区域的有效原子序数信息；在S47中，对每个三维感兴趣连通区域，利用S44得到的电子密度信息以及S46得到的有效原子序数信息，查询数据库，给出检测结果，并将检测结果显示在所述综合数据处理计算机12上，以及决定是否报警。
本发明所述安全检测装置附图7、8给出了有效原子序数的计算方法，进一步地，图7中，所述CT检测装置采用单能谱CT检测装置，通过原子序数修正方法对原子序数信息进行修正，根据被检测物体的三维断层结构信息获得感兴趣区域，并分析所述感兴趣区域沿射线投射方向各个投影视角物体重叠的程度，得到各个视角下物体重叠程度参数；所述多视角检测装置获得2-4个透视投影视角的情况下，选择物体重叠程度参数最小的视角进行有效原子序数计算。在图8中，所述CT检测装置采用多能谱CT检测装置，通过原子序数修正方法对原子序数信息进行修正，根据被检测物体的三维断层结构信息获得感兴趣区域，并分析所述感兴趣区域沿射线投射方向各个投影视角感兴趣区域与金属物体重叠的程度，获得各个视角金属物体重叠程度参数；所述多视角检测装置获得2-4个透视投影视角的情况下，选择金属物体重叠程度参数最小的视角进行有效原子序数的计算。
如附图9、10、11所示给出了物体重叠程度参数的计算方法，进一步地，图9中，所述物体重叠程度参数的计算方法，包括将投影灰度曲线归一化，将其视作位置信息的概率密度函数，计算所述概率密度函数下的均方差，作为物体重叠程度参数的数值；数值越大，说明物体重叠程度越低，反之越高。图10中给出了物体重叠程度参数的另一计算方法，将被检测物体的感兴趣区域定位，将所述感兴趣区域内的图像数值设为0，然后按照多视角的视角方向和成像几何参数进行正投影，得到去除所述感兴趣区域后的物体投影灰度曲线，计算出所述感兴趣区域对应投影位置的投影数据的均值作为重叠程度参数。均值越小，说明物体重叠程度越小。图11中给出了所述金属物体重叠参数的计算方法包括：将被检测物体的感兴趣区域定位及通过设定阀值确定其内部的金属区域，经感兴趣区域内及金属区域以外的图像设为0，金属区域内的图像设为1，然后按照多视角的视角方向和成像几何参数进行正投影，得到去除所述感兴趣区域后的物体投影灰度曲线，计算出所述感兴趣区域对应投影位置的投影数据的均值作为重叠程度参数。均值越小，说明物体重叠程度越小。
本发明所述多视角探测器及射线源模块均为现有技术，为普通的探测器及射线源模块，且多视角探测器及射线源模块的数量根据实际需求来进行组合，能形成CT检测装置与三视角检测装置组合型安全检测装置、CT检测装置与双视角检测装置组合型安全检测装置。另外，所述CT检测装置、多视角检测装置、第一控制及数据处理计算机10、综合数据处理计算机12、第二控制及数据处理计算机13也为现有技术，操作人员根据实际情况选择。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。