(57)【要約】【課題】  セキュリティ確認又は医療観察のため物体の走査に使用するスクリーン装置(１)は物体に投影するための２つのビーム(６，８)を提供するＸ線源(４)を含む。【解決手段】  各ビームのためリニアセンサアレイ(１０，１２)が設けられ、したがっても生成しかつ観察できる三次元画像からの深度情報を提供するため強度マップと運動マップが生成される。
2005530153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動または静止物体へ２本のＸ線ビームを投影する工程と、該Ｘ線ビームから生成された画像を検知する工程と、該画像から２種類の空間寸法を検出する工程と、該２種類の空間寸法から運動および強度マップを作成することによりアルゴリズムを用いて第３空間寸法を生成するとともに、観察モニタで表示される三次元画像を構築するためのデータセットを提供する工程とからなることを特徴とするＸ線装置を用いる走査方法。
【請求項２】
前記物体がコンベヤベルト上を移送されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記コンベヤベルトの一定幾何学形状または該コンベヤベルト上の校正マーカーを用いて深度座標へ変換される前記強度マップのための運動視差マップを算出することにより、平坦スクリーニングを受けた物体の移動表示から前記第３空間寸法を作成する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ラインスキャナによって生成された２つの静止画像について、前記強度マップの視差マップが２つの平行検出器アレイから算出され、従来の立体視アルゴリズムと前記Ｘ線装置の前記一定幾何学形状とを用いて深度寸法へ変換されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記データセットが生成され、３基本方位の平行投影図が構築されるすべての可視物体輪郭線のための三次元座標を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記三次元データセットのリアルタイム回転を行ってオペレータによる観察角度の連続操作を可能にするためにアルゴリズムが設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記走査された物体の前記三次元画像を投影画像へ変形するためにアルゴリズムが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記アルゴリズムがいかなる観察角度の採用をも許容するのに適していることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
２本以上のＸ線ビーム（６，８）を提供するＸ線源（４）と、各ビーム（６，８）について設けられたセンサアレイ（１０，１２）であって、空間的に相互にずれており、２つの二次元画像の生成に適しているアレイ（１０，１２）と、第３の深度寸法を算出することにより物体の三次元画像を形成するのに適したソフトウェアが組み込まれたコンピュータと、該三次元画像を表示するためのモニタとからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の方法に使用するための静止または移動物体（Ｏ）のＸ線走査装置（１）。
【請求項１０】
前記装置（１）が、前記物体（Ｏ）を移送するためのコンベヤベルト（２）を含み、前記センサアレイ（１０，１２）が、前記移動物体（Ｏ）の２つの画像を獲得して強度マップと運動マップとを作成するように空間的に配置されることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記コンベヤベルト（２）が、自動校正システムを設けるための校正マーカーを備えることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーニング装置における、またはスクリーニング装置に関連する改良に関するものであり、特にセキュリティスクリーニング装置に関連性を持つが、これに限定されるわけではない。
【背景技術】
【０００２】
人や物体の内部構造または中身を確認して、医療またはセキュリティの意味での潜在的な危機や危険範囲を特定するため、人や物体を非侵入的に走査することは、よく知られている。
【０００３】
従来、Ｘ線装置の使用はこのような目的を充分に満たしてきたが、近年、二次元Ｘ線によって得られるものよりも総合的な、特に三次元の画像を提供する必要がますます高まってきた。例えば医療の分野では、強度ベースで体の様々な部位の詳細なマッピングを提供するため、つまり断面画像を提供することにより、ＣＴスキャンが導入されている。しかしこのような走査手順は非常に高価な機器の使用を伴い、その動作にも極めて費用がかかる。
【０００４】
セキュリティの分野では、ＣＴスキャンの採用は明らかにオプションであるが、コスト面から見て採用候補となる可能性は低い。
【０００５】
従来のＸ線セキュリティ走査に付随する問題の１つは、荷物が例えばスーツケース内で積み重ねられている時には特に、荷物が上下に重なっていて画像が遮られるので、荷物の中身の詳細な撮像を行うことがそれ自体では不可能であるという点で制約が見られることである。
【０００６】
Ｘ線技術を用いたセキュリティ走査装置を提供しようとする従来の試みの１つは、両眼立体Ｘ線検査システムが提案されている特許文献１においてＲｏｂｉｎｓｏｎに教示されているものである。彼のシステムは、２本のＸ線ビームの下で、ビームが照射される２台の各ラインアレイ検出器の上を連続的に通過する物体の検査を伴う。ライン走査原理に基づいて各物体の左右斜視図を獲得するように、２本のビームは移動経路に対して平行な平面上で相互に或る角度を置いて設置される。斜視図は映像情報を記憶するそれぞれのフレームに記憶され、ここから特殊モニタに立体表示される。しかしこの手順は、映像システムによって制御される電気光学的な観察スペクタクルの使用を必要とする。したがって、三次元画像は走査装置などではなく本質的にはオペレータによって生成される。
【特許文献１】欧州特許出願第０  ２６１  ９８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、オペレータによる使用のみを目的とした特殊な対話式装置を設けずに、深度情報を形成するオペレータ知覚システムから独立して、三次元画像観察能力を提供する改良走査方法とそのための走査装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の実施態様によれば、移動または静止物体へ２本のＸ線ビームを投影する工程と、Ｘ線ビームから生成された画像を検知する工程と、画像から２種類の空間寸法を検出する工程と、２種類の空間寸法から運動および強度マップを作成することにより、アルゴリズムを用いて第３空間寸法を生成するとともに、観察モニタに表示するための三次元画像を構築するためのデータセットを提供する工程とを含む、走査方法が提供される。
【０００９】
２台のラインスキャナによって生成される静止画像の場合には、強度マップのための視差マップが２つの平行な検出器アレイから算出され、従来の立体視アルゴリズムと装置の一定幾何学形状とを用いて深度座標へ変換され、異なる角度からの図を表す２つの画像アレイを提供する。Ｔｒｕｃｃｏ  ＆  Ｖｅｒｒｉによる１９９８，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ３Ｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ（三次元コンピュータビジョンのための導入技術）：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙには、これに関する立体視ビジョンのためのソフトウェア解決法が幾つか提示されている。
【００１０】
例えばコンベヤベルトによって移送される移動物体の場合には、コンベヤベルト上での物体の運動のため、視差情報が時間遅延情報に置換される。本発明の一実施例では、コンベヤベルトの一定幾何学形状またはベルト上の校正マーカーを用いて深度座標へ変換することのできる強度マップのための運動視差マップを算出することにより、フラットスクリーニングを受けた物体の移動表示から第３の空間寸法を作成する工程が方法に含まれる。
【００１１】
いずれの場合も、生成されるデータセットは、基本３方位の平行斜視図が構築されるすべての可視物体輪郭線の三次元座標を含む。さらに発展した例では、三次元データセットをリアルタイムで回転させて、オペレータによる観察角度の連続操作を可能にするためのソフトウェアが設けられる。
【００１２】
例えばオイラー変換などの三角変換を用いて、コンピュータメモリに記憶された走査物体の三次元画像を、上面、側面、正面図などの投影画像へ変形するため、コンピュータソフトウェアにはアルゴリズムが組み込まれる。同じアルゴリズムは、例えばジョイスティックを用いてオペレータにより制御される観察角度の採用を可能にし、ジョイスティックの２種類の自由度が、観察斜視図、つまり投影面の高さと方位角を決定する。視覚化を向上させるためには、さらに独自の多角形物体モデリング・レンダリング技術が使用される。例えば、Ｆｏｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．による‘Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ’（コンピュータグラフィックスの原理と実践）：Ａｄｄｉｓｏｎ  Ｗｅｓｌｅｙ，１９９７。
【００１３】
本発明の第２の実施態様によれば、静止または移動物体のためのＸ線走査装置が設けられ、この装置は、２本以上のＸ線ビームを提供するＸ線源と、各ビームについて設けられたセンサアレイであって、空間的に相互にずれていて２つの二次元画像の生成に適したアレイと、第３の深度寸法を算出することにより物体の三次元画像を形成するのに適したソフトウェアが組み込まれるコンピュータと、三次元画像を表示するためのモニタとを含む。
【００１４】
走査装置は精査のため物体を移送するコンベヤベルトを含み、センサアレイは移動物体について２つの画像を獲得して強度マップと運動マップとを生成するように空間的に配置されている。
【００１５】
コンベヤベルトは、自己校正システムを設けるため校正マーカーを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
例として、本発明による物体を走査するための１方法とそのための装置のみを、添付図面を参照して以下に説明する。
【００１７】
図面を参照すると、荷物のセキュリティ走査に使用されるＸ線走査装置１が設けられ、この装置は、コンベヤベルト２を通過して２本の非平行Ｘ線ビーム６，８を上向きに照射するＸ線源４が下に配置されたコンベヤベルト２と連動し、ビーム６，８の間の角度が三次元復元の品質を決定する。
【００１８】
各ビーム６，８をそれぞれ検知するため、ＬＳＡ１，ＬＳＡ２と記されたリニアセンサアレイ１０，１２がベルトの上に設けられ、アレイは空間的に相互に分離している。
【００１９】
物体Ｏの斜視図がＬＳＡ１からＬＳＡ２へシフトする必要のある時間Δｔは、Ｘ線源（ＸＲＳ）４と物体との間の垂直距離Ｄによる。
【００２０】
使用時に、物体Ｏはコンベヤベルト２上を移送され、Ｘ線ビーム６，８を受ける。物体Ｏは、ＶＣＢ＝Δｘ／Δｔによって決定されるコンベヤベルトの速度ＶＣＢで、距離Δｘを時間間隔Δｔの間に移動する。２つのセンサアレイＬＳＡＳ１，ＬＳＡ２によって画定される画像面上のＯの斜視図は、同じ時間間隔Δｔの間に距離ΔＬＳＡを移動し、画像速度ＶＬＳＡ＝ΔＬＳＡ／Δｔとなる。等式Δｘ／Ｄ＝ΔＬＳＡ／ＨとＶＣＢ／Ｄ＝ＶＬＳＡ／Ｈにより、同様の三角形が、ＸＲＳ（Ｘ線源）４からの物体距離Ｄと、ＸＲＳからのセンサの高さＨと関連する。この関係により、画像速度ＶＬＳＡを測定することで、公知の高さＨとコンベヤベルト速度ＶＣＢとから物体距離Ｄ＝Ｈ＊ＶＣＢ／ＶＬＳＡを導出できる。
【００２１】
これらの単純な幾何学的関係を考慮することにより、１Ｄまたは２Ｄアレイで安価に実行できる単純な運動検出アルゴリズムを用いて、ラインカメラの２つの対応センサの入力信号から、深度を復元することができる。例えばＺａｎｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．による１９９９‘Ｓｐｅｅｄ  ｔｕｎｉｎｇ  ｉｎ  ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｏｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｙｐｅ’（相関タイプの基本運動検出器における速度調整）：Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ  ８０，１０９−１１６）と、Ｚａｎｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．による１９９７‘Ａ  ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｍｏｄｅｌ（２ＤＭＤ）ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ  ｔｏ  ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ａｎｄ  ｎａｔｕｒａｌ  ｉｍａｇｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ’（加工または未加工の画像シーケンスに反応する二次元運動検出器モデル（２ＤＭＤ））：Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３８，Ｓ  ９３６を参照。さらに重要な言及は、生物学的動機による運動検出アルゴリズムに関連する。ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ  ｍｏｔｉｏｎ  ｂｙ  ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（時空相関の検出による運動の回復）（Ｒｉｃｈａｒｄｔによる１９６１“Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，  ａ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｅｎｓｏｒｙ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｃｅｎｔｒａｌ  ｎｅｒｖｏｕｓ  ｓｙｓｔｅｍ”（自己相関。中枢神経系による感覚情報評価の原理）：Ｓｅｎｓｏｒｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃｔｉｏｎ  Ｅｄ  Ｒｏｓｅｎｂｌｉｔｈ，３０３〜３１７ページ）。
【００２２】
表示の品質は、２つ以上の入力要素を用いるなどの幾つかの追加工程により、あるいはＸ線源とセンサの幾何学形状を最適化することにより改良される。
【００２３】
マシンビジョンで一般的に使用されるものなど、他の速度アルゴリズムを本発明の実施に使用してもよいことは言うまでもない。例を挙げる。
【００２４】
従来のマシンビジョンアプローチ。２つの画像領域の相関関係を最大にする移動を決定することによる画像領域の整合。（Ｂｅｎａｙｏｕｎ，Ａｙａｃｈｅによる１９９８，Ｄｅｎｓｅ  Ｎｏｎ−Ｒｉｇｉｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ（異なる制約を用いた医療用画像シーケンスにおける高密度・非厳密運動推定）：Ｉｎｔ．Ｊ．Ｃｏｍｐ．Ｖｉｓｉｏｎ  ２６  ２５−４０）。
【００２５】
勾配タイプ運動検出アルゴリズム：一般運動方程式を解くフィルタによる速度の回復（Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎによる１９９０，Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｓｃｈｅｍｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｍｏｔｉｏｎ（二次元画像運動測定のための一般化勾配方式）：Ｂｉｏｌ．Ｃｙｂｅｒｎ．６３  ４２１−４３１、Ｊｏｈｎｓｔｏｎ，ＭｃＯｗａｎ，Ｂｅｎｔｏｎによる１９９９，Ｒｏｂｕｓｔ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ａ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ  ｍｏｔｉｖａｔｅｄ  ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ｍｏｔｉｏｎ  ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ（生物学的動機による運動認知モデルからのロバスト速度計算）：Ｐｒｏｃ．Ｒ．Ｓｏｃ．Ｌｏｎｄ  Ｂ  ２６６  ５０９−５１８）。
【００２６】
本発明の利点は、先行技術による比較的複雑でゆえに比較的高価なハードウェアアプローチではなく、比較的安価なソフトウェアを使用することに存する。
【００２７】
本発明のさらなる利点は、深度情報の構築がオペレータの知覚に左右されず自動化されているので、客観的な分類と容易な通信および記憶を可能にすることである。
【００２８】
本発明は、一般的に空港や入国地点または公共の建物で使用されるようなセキュリティ走査の分野に主な用途を持つ。しかし、走査技術と装置は医療用の走査にも使用できる。また、例えば、ワイヤーフレームモデルを作成するためデスクトップ環境の物体を走査するという用途も持つ。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の装置の概略図である。
【図２】本発明の方法の幾何学的分析を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  Ｘ線走査装置
２  コンベヤベルト
４  Ｘ線源（ＸＲＳ）
６，８  Ｘ線ビーム
１０  リニアセンサアレイ（ＬＳＡ１）
１２  リニアセンサアレイ（ＬＳＡ２）
Ｏ  物体
Ｄ  ＸＲＳからの物体距離
Ｈ  ＸＲＳからのセンサの高さ
【図１】
2005530153.tif 000003
【図２】
2005530153.tif 000004
【国際調査報告】
2005530153.tif 000005
2005530153.tif 000006
2005530153.tif 000007