СПОСОБ И УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ДОСМОТРА ОБЪЕКТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТИ
METHOD AND APPARATUS (VERSIONS) FOR INSPECTING LIQUID-CONTAINING OBJECTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области технологий радиационного контроля, и в частности к способам и установкам компьютерной томографии (КТ) для быстрого досмотра объектов, содержащих жидкости, с использованием двух уровней энергии излучения.
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
После событий 11 сентября проблема досмотра в авиации США становится все более насущной. Кроме традиционного досмотра пакетов, сумок, чемоданов, контейнеров, также становится все более актуальным досмотр объектов, содержащих жидкости, провозимых пассажирами. Соответственно, крайне необходимы технические средства и способы быстрого досмотра таких объектов.
В настоящее время используются четыре вида способов контроля, используемых для досмотра объектов, содержащих жидкости, а именно: химический, электромагнитный, нейтронный и радиационный способы, которые отличаются следующими особенностями.
1. Химический способ подразделяется на идентификацию по запаху, определению ионной подвижности для обнаружения взрывчатых веществ и вещественный анализ. Способ идентификации по запаху часто не дает результатов, поскольку жидкие объекты могут быть запечатаны или плотно упакованы. Способ обнаружения взрывчатых веществ по ионной подвижности отличается высокой чувствительностью, однако его недостатками являются высокий уровень ложной тревоги и сильное влияние условий внешней среды. Вещественный анализ отличается высокой точностью, однако для выполнения анализа образца необходимо достаточное время, и поэтому этот способ не отвечает требованиям проведения быстрого досмотра на месте.
2. В электромагнитном способе используются активные измерения. В этом случае идентификация объектов, содержащих жидкости, осуществляется в электромагнитном поле в соответствии с их диэлектрическими постоянными. На эффективность применения электромагнитного способа сильное влияние оказывают металлические части багажа или толстые слои находящихся в них материалов. В результате, применение электромагнитного способа ограничено в случае сложных материалов упаковки.
3. При применении нейтронного способа контроля в досматриваемой жидкости остается остаточная радиация, наведенная в результате эффекта нейтронной активации. Кроме того, в этом случае из-за высокой проникающей способности нейтронов проблему представляет обеспечение защиты, и поэтому оборудование занимает много места, так что этот способ непригоден для использования в установках досмотра для гражданской авиации.
4. В настоящее время большая часть досмотровых установок в гражданской авиации относится к установкам радиационного контроля. В этих установках большей частью используется технология рентгеноскопии для получения двумерных изображений и технология КТ-сканирования для получения трехмерных изображений. Эти технологии, используемые в основном для досмотра багажа, не дают результатов для находящихся в багаже объектов, содержащих жидкости.
При использовании технологии двумерной рентгеноскопии получают двумерные изображения, на которых суммируется трехкоординатная информация об объектах, обнаруженных на пути потока рентгеновского излучения. На этих изображениях различия во внутренней структуре объекта передаются в форме оттенков серого цвета или псевдоцветовой гаммы, в результате чего оператору представляется достаточно наглядная картина объекта. Однако технологии рентгеноскопии с получением двумерных изображений недостает информации об объекте по одному измерению, поэтому при проверке объектов, содержащих жидкость, большое влияние на результаты контроля оказывают их формы и размеры.
Технология КТ-сканирования с получением трехмерных изображений представляет собой одно из КТ-приложений. КТ-технологии сначала применялись в диагностике, при этом под разными углами получали соответствующие срезы объекта. Затем с помощью компьютера из этих данных просвечивания под разными углами получали реконструированные (восстановленные) изображения объекта. Информация о различных коэффициентах ослабления на реконструированных изображениях отображалась в форме различных оттенков серого цвета, по которым можно составить представление о внутренней структуре объекта. По мере развития КТ-технологии были разработаны и внедрены промышленные КТ-установки для неразрушающего контроля и для досмотра багажа, задача которых по-прежнему заключалась в получении изображений срезов, на которых проявляются различия внутренней структуры объекта. Возможная опасность объекта оценивается оператором, который осуществляет анализ отображаемых структур, и поэтому быстрый досмотр в автоматическом режиме невозможен. Таким образом, трудно ожидать широкого распространения досмотровых установок, в которых используются КТ-технологии, по причине их высокой стоимости и больших размеров, являющихся результатом большого многообразия объектов, которые должны досматриваться этими установками.
Резюмируя, можно сказать, что химический способ, электромагнитный способ и способ контроля с помощью потока нейтронов не подходят для быстрого досмотра жидких объектов. При использовании технологии рентгеноскопии с получением двумерных изображений и трехмерной КТ-технологии можно получить изображения в оттенках серого цвета или в псевдоцветовой гамме, однако эти изображения недостаточны для использования при автоматическом контроле объектов, содержащих жидкости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для преодоления недостатков существующих технических решений в настоящем изобретении предлагается способ и устройство для радиационного контроля объектов, содержащих жидкости, которые обеспечивают высокую скорость выполнения контроля и позволяют получить количественную информацию по объектам, содержащим жидкости, подлежащим проверке, без нарушения внешней упаковки.
Первым объектом изобретения является способ радиационного контроля объектов, содержащих жидкости, с использованием КТ для двух уровней энергии излучения, который содержит следующие стадии: получение данных просвечивания досматриваемого объекта, содержащего жидкость, при КТ-сканировании для двух уровней излучения; КТ-реконструкция по данным просвечивания для получения КТ-изображений, которые содержат физические характеристики объекта, содержащего жидкость; выделение физических характеристик досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе КТ-изображения; и определение возможной опасности досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе физических характеристик.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения физические характеристики включают плотность и атомное число жидкости, содержащейся в объекте.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения КТ-сканирование для двух уровней энергии излучения осуществляется в режиме последовательного сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения КТ-сканирование для двух уровней энергии излучения осуществляется в режиме обычного спирального сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения КТ-сканирование для двух уровней энергии излучения осуществляется в режиме спирального сканирования с большим шагом.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения перед проведением последовательного КТ-сканирования задается набор зон сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения выполняется цифровое радиографическое (ЦР) сканирование для получения радиографического изображения досматриваемого объекта, и зоны для КТ-сканирования определяются на основе этого радиографического изображения перед последовательным КТ-сканированием.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения после получения радиографического изображения оператор указывает с помощью устройства ввода информации по меньшей мере один ряд такого изображения в качестве зоны КТ-сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения после получения радиографического изображения по меньшей мере один ряд такого изображения выбирается в автоматическом режиме в качестве зоны КТ-сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения стадия получения радиографического изображения содержит обеспечение потока излучения высокой энергии и потока излучения низкой энергии, которые пропускаются сквозь досматриваемый объект для формирования радиографического изображения для высокого уровня энергии излучения и рентгенографического изображения для низкого уровня излучения; и суммирование рентгенографического изображения для высокого уровня энергии излучения и рентгенографического изображения для низкого уровня энергии излучения для формирования радиографического изображения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения стадия получения радиографического изображения содержит обеспечение потока излучения высокой энергии и потока излучения низкой энергии, которые пропускаются сквозь досматриваемый объект для формирования радиографического изображения для высокого уровня энергии излучения и рентгенографического изображения для низкого уровня излучения; и выбор радиографического изображения для высокого уровня энергии излучения или радиографического изображения для низкого уровня энергии излучения в качестве радиографического изображения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения КТ-реконструкция по данным просвечивания для получения КТ-изображения, которое содержит физические характеристики досматриваемого объекта, содержащего жидкость, содержит следующие стадии: формирование данных просвечивания с использованием коэффициентов двух базовых материалов на основе данных просвечивания потоком излучения высокой энергии и потоком энергии низкой энергии; выполнение реконструкции по данным просвечивания с использованием коэффициентов двух базовых материалов для получения КТ-изображения, которое содержит коэффициенты двух базовых материалов, соответствующие досматриваемому объекту, содержащему жидкость; и формирование КТ-изображения, которое содержит физические характеристики досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе КТ-изображения, содержащего коэффициенты базовых материалов.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения выделение физических характеристик досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе КТ-изображения содержит следующие стадии: выделение пикселей, соответствующих объекту, содержащему жидкость, из КТ-изображения; вычисление средних значений плотности и атомного числа пикселей, соответствующих объекту, содержащему жидкость, в качестве плотности и атомного числа досматриваемого объекта, содержащего жидкость.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения оценка опасности досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе полученных физических характеристик содержит следующие стадии: определение нахождения точки, определяемой плотностью и атомным числом, в заданной области двумерного пространства плотность - атомное число; формирование вывода о том, что объект, содержащий жидкость, является опасным, если указанная точка находится в заданной области.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения после КТ-сканирования для двух уровней энергии излучения для каждой из зон полученные КТ-изображения досматриваемого объекта, содержащего жидкость, поворачиваются для выравнивания с изображением, сформированным после первого КТ-сканирования для двух уровней энергии излучения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения после КТ-сканирования каждой из зон с использованием двух уровней энергии излучения досматриваемый объект, содержащий жидкость, поворачивается в положение, в котором он находился до начала сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения несколько объектов, содержащих жидкости, помещают в барабан, разделенный на несколько отсеков.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ содержит дополнительно следующие стадии: автоматическое обнаружение наличия барабана, имеющего заданную форму; обнаружение определенной метки на КТ-изображении в случае наличия барабана; и поворот барабана в заданное положение с использованием определенной метки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ содержит дополнительно отображение результата досмотра объекта, содержащего жидкость, на экране дисплея.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ содержит дополнительно вывод на печать полученного результата досмотра объектов, содержащих жидкости.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ содержит дополнительно "раскрашивание" КТ-изображений объектов, содержащих жидкости.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения КТ-сканирование для двух уровней энергии излучения выполняется для заданной зоны.
Другим объектом изобретения является установка для досмотра объектов, содержащих жидкость, с использованием КТ на двух уровнях энергии, которая содержит: источник излучения для обеспечения потока проникающего излучения; средство измерения и сбора данных, предназначенное для измерения интенсивности излучения, прошедшего по меньшей мере сквозь один подлежащий досмотру объект, содержащий жидкость, и сбора полученных данных; управляющее устройство для управления источником излучения и устройством измерения и сбора данных для осуществления КТ-сканирования на двух уровнях энергии излучения досматриваемого объекта, содержащего жидкость, с целью получения данных его просвечивания; средство осуществления реконструкции по полученным данным просвечивания и получения КТ-изображений, на которых отображаются физические характеристики жидкого объекта; и средство определения опасности досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе положения физических характеристик в соответствующем пространстве измерений.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения КТ-сканирование для двух уровней энергии излучения выполняется для заданной зоны.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения устройство измерения и сбора данных обеспечивает измерение интенсивности излучения, прошедшего по меньшей мере сквозь один подлежащий досмотру объект, содержащий жидкость, для получения радиографического изображения; и, кроме того, установка содержит дополнительно средство для определения по меньшей мере одного ряда радиографического изображения; и КТ-сканирование для двух уровней энергии выполняется для заданного ряда.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения физические характеристики включают по меньшей мере плотность и атомное число жидкости, содержащейся в досматриваемом объекте.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения источник излучения испускает поток излучения, имеющего высокую энергию, и поток излучения, имеющего низкую энергию, которые пропускаются сквозь досматриваемый объект для формирования радиографического изображения для высокого уровня энергии излучения и радиографического изображения для низкого уровня энергии; и установка содержит дополнительно средство суммирования рентгенографического изображения для высокого уровня энергии излучения и рентгенографического изображения для низкого уровня энергии излучения для формирования рентгенографического изображения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения источник излучения испускает поток излучения, имеющего высокую энергию, и поток излучения, имеющего низкую энергию, которые пропускаются сквозь досматриваемый объект для формирования радиографического изображения для высокого уровня энергии излучения и радиографического изображения для низкого уровня энергии; и установка содержит дополнительно средство выбора радиографического изображения для высокого уровня энергии излучения или радиографического изображения для низкого уровня энергии излучения в качестве радиографического изображения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения средство для определения по меньшей мере одного ряда радиографического изображения содержит средство выбора оператором по меньшей мере одного ряда радиографического изображения с помощью устройства ввода информации.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения средство для определения по меньшей мере одного ряда радиографического изображения содержит средство обнаружения слоев жидкости в радиографическом изображении путем анализа его пикселей; и средство задания центральных рядов соответствующих слоев в качестве рядов, для которых должно быть выполнено КТ-сканирование для двух уровней энергии излучения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения средство осуществления реконструкции по полученным данным просвечивания для получения КТ-изображений, на которых отображаются физические характеристики жидкого объекта, содержит средство суммирования изображения плотности, определяемого плотностью досматриваемого объекта, содержащего жидкость, и изображения атомного числа, определяемого атомным числом досматриваемого объекта, содержащего жидкость, для формирования КТ-изображения; и средство для извлечения из КТ-изображения пикселей, соответствующих объекту, содержащему жидкость; и средство вычисления средних значений плотности и атомного числа пикселей, соответствующих объекту, содержащему жидкость, в качестве плотности и атомного числа жидкости, содержащейся в досматриваемом объекте.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения средство определения опасности досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе его физических характеристик, содержит средство определения нахождения точки, определяемой плотностью и атомным числом, в заданной области двумерного пространства плотность - атомное число, причем досматриваемый объект, содержащий жидкость считается опасным, если точка находится в указанной области.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно средство поворота, после КТ-сканирования для двух уровней энергии излучения для каждого из рядов, КТ-изображений досматриваемого объекта, содержащего жидкость, для выравнивания с изображением, сформированным после первого КТ-сканирования для двух уровней энергии излучения.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно средство для поворота, после КТ-сканирования с использованием двух уровней энергии излучения каждого из рядов, досматриваемого объекта, содержащего жидкость, в положение, в котором он находился до начала сканирования.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно барабан, разделенный на несколько отсеков для размещения нескольких объектов, содержащих жидкости.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно средство автоматического обнаружения наличия барабана, имеющего заданную форму; средство обнаружения определенной метки на КТ-изображении в случае наличия барабана; и средство поворота барабана в заданное положение с использованием определенной метки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно средство отображения результата досмотра объекта, содержащего жидкость.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно средство вывода на печать полученного результата досмотра объектов, содержащих жидкости.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно средство "раскрашивания" КТ-изображений объектов, содержащих жидкости.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения установка содержит дополнительно несущий механизм для удерживания подлежащих досмотру объектов, содержащих жидкости, причем поверхность несущего механизма, на которой размещаются объекты, содержащие жидкости, разбивается на несколько зон, которые могут быть идентифицированы оператором.
Еще одним объектом изобретения является установка для досмотра объекта, содержащего жидкость, с использованием КТ для двух уровней энергии излучения, которая содержит: источник излучения для обеспечения потока проникающего излучения; средство измерения и сбора данных, предназначенное для измерения интенсивности излучения, прошедшего по меньшей мере сквозь один подлежащий досмотру объект, содержащий жидкость, и сбора полученных данных; управляющее устройство для управления источником излучения и устройством измерения и сбора данных для осуществления спирального КТ-сканирования досматриваемого объекта, содержащего жидкость, с целью получения набора КТ-изображений спирального сканирования, на которых отображается по меньшей мере одна физическая характеристика объекта, содержащего жидкость; средство анализа набора КТ-изображений спирального сканирования для получения части КТ-изображения спирального сканирования объекта, содержащего жидкость; и средство определения опасности досматриваемого объекта, содержащего жидкость, на основе положения физической характеристики, содержащейся в части КТ-изображения спирального сканирования, в соответствующем пространстве измерений.
Способ и установка, предлагаемые в изобретении, позволяют использовать радиографические изображения в качестве указаний для осуществления сканирования для двух уровней энергии излучения, и поэтому скорость досмотра может быть повышена без снижения точности. Кроме того, с помощью радиографического изображения можно определить, что в объекте имеется несколько слоев жидкости.
Способ и установка, предлагаемые в изобретении, позволяют определить, что жидкость, содержащаяся в объекте, является взрывчатым веществом, на основе попадания измеренных значений плотности и атомного числа в определенную область в двумерном пространстве.
Кроме того, процедура досмотра облегчается, поскольку оператор может задать любую зону для выполнения КТ-сканирования для двух уровней энергии излучения.
Далее, при досмотре нескольких объектов используется секционированный барабан, позволяющий легко определить, какой из объектов, содержащих жидкости, является опасным.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Особенности и достоинства изобретения можно лучше понять из нижеприведенного подробного описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показано:
фигура 1 - схема досмотровой установки в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
фигура 2 - блок-схема устройства 60 компьютерной обработки данных в досмотровой установке, представленной на фигуре 1;
фигура 3 - блок-схема управляющего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фигуры 4А и 4В - схемы способа досмотра объектов, содержащих жидкости, в соответствии с настоящим изобретением;
фигура 5 - иллюстрация связи между получением ЦР-изображений и КТ-изображений;
фигура 6 - пример полученного ЦР-изображения;
фигура 7 - другой пример полученного ЦР-изображения;
Фигура 8 - блок-схема алгоритма выполнения досмотра объекта, содержащего жидкость, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фигура 9 - блок схема алгоритма получения ЦР-изображения;
фигура 10 - расположение элементов данных, собранных при получении ЦР-изображений устройством 30 измерения и сбора данных;
Фигура 11 - блок-схема способа определения зоны КТ-сканирования путем обработки ЦР-изображения;
Фигура 12 - блок-схема алгоритма получения КТ-изображений;
фигура 13 - расположение элементов данных просвечивания при осуществлении способа получения КТ-изображений;
фигура 14 - блок-схема алгоритма измерения характеристик жидкости;
фигуры 15А и 15В - схемы КТ-изображений, реконструированных для случая, когда имеется несколько досматриваемых объектов, содержащих жидкости, в соответствии с вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фигуры 16А-16K - иллюстрации процесса поворота реконструированных КТ-изображений и/или установки несущего механизма в нужное положение перед КТ-сканированием;
фигура 17 - блок-схема алгоритма выполнения операции досмотра в том случае, когда досматриваются несколько объектов;
фигура 18 - вид сверху несущего механизма в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фигура 19 - вид сбоку секционированного барабана в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
фигура 20 - вид сверху секционированного барабана;
фигура 21 - вид снизу секционированного барабана;
фигура 22 - блок-схема алгоритма автоматического обнаружения секционированного барабана и метки при выполнении операции досмотра;
фигуры 23A-23D - иллюстрации процесса поворота барабана при выполнении операции досмотра;
фигура 24 - блок-схема алгоритма выполнения операции досмотра в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения;
фигура 25 - иллюстрация спирального КТ-сканирования объекта, содержащего жидкость;
фигуры 26А-26М - виды изображений, полученных при спиральном КТ-сканировании объекта, содержащего жидкость.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Для обозначения одинаковых или сходных компонентов на разных фигурах используются одни и те же ссылочные номера. Для упрощения подробные описания известных используемых функций и конструкций не приводятся, чтобы основное внимание сосредоточить на предмете изобретения.
[ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
На фигуре 1 приведена схема основных частей досмотровой установки в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Как показано на фигуре 1, предлагаемая в настоящем изобретении досмотровая установка содержит следующие основные части: источник 10 излучения для обеспечения потока рентгеновского излучения двух уровней энергии для осуществления досмотра, например, рентгеновский аппарат; несущий механизм 40, который удерживает подлежащий досмотру объект 20, содержащий жидкость, причем несущий механизм 40 может поворачиваться вокруг оси Z, а также может опускаться и подниматься для ввода объекта 20, содержащего жидкость, в досмотровую зону, в которой сквозь него может проходить проникающее излучение источника 10; устройство 30 измерения и сбора данных, представляющее собой интегральный модуль, в состав которого входит детектор и устройство сбора данных и который используется для приема излучения двух уровней энергии, прошедшего сквозь объект 20, содержащий жидкость, для формирования соответствующих аналоговых сигналов и преобразования их в цифровую форму, и выдачу информации сканирования объекта 20, содержащего жидкость, рентгеновским излучением высокого и низкого уровней энергии; управляющее устройство 50, которое управляет каждым компонентом установки, так чтобы они работали синхронно; и устройство 60 компьютерной обработки данных для обработки информации, собранной устройством сбора данных, и вывода результатов досмотра объекта.
Как можно видеть на фигуре 1, источник 10 излучения размещен с одной стороны несущего механизма 40, удерживающего подлежащий досмотру объект 20, содержащий жидкость, а устройство 30 измерения и сбора данных размещено с другой стороны несущего механизма 40. Устройство 30 измерения и сбора данных содержит детектор и устройство сбора данных для получения радиографической информации и данных просвечивания объекта 20, содержащего жидкость, под разными углами. В состав устройства сбора данных входит схема усиления и формирования сигналов, которая работает в режиме интегрирования тока или в режиме счета импульсов. Устройство 30 измерения и сбора данных соединено с устройством 60 компьютерной обработки данных с помощью кабеля, полученные данные передаются для записи в устройство 60 компьютерной обработки данных в соответствии с командами пуска.
Кроме того, досмотровая установка содержит также цилиндрический проход 20 для объекта, выполненный из металла и имеющий отверстия в нижней части боковой стенки, для того чтобы объект, содержащий жидкость, можно было просвечивать излучением и экранировать неиспользуемую часть излучения. Досматриваемый объект 20, содержащий жидкость, помещается в проходе для досматриваемых объектов.
На фигуре 2 представлена блок-схема устройства 60 компьютерной обработки данных в досмотровой установке, представленной на фигуре 1. Как показано на фигуре 2, данные, полученные устройством сбора данных, через интерфейс 68 и шину 64 передаются в память 61 для хранения. Информация конфигурации и программы устройства компьютерной обработки данных записываются в постоянном запоминающем устройстве 62 (ПЗУ). Для временного хранения различных данных, получаемых при выполнении программ процессором 66, используется оперативная память 63 (ОЗУ). Кроме того, компьютерные программы также записываются в память 61 для выполнения обработки данных. Внутренняя шина 64 обеспечивает соединение памяти 61, ОЗУ 63, ПЗУ 62, устройства 65 ввода информации, процессора 66, устройства 67 отображения информации и интерфейса 68 в единую систему.
После того как пользователь введет команды с помощью устройства 65 ввода информации, такого как, например, клавиатура и мышь, процессор 66 в соответствии выполняет последовательность команд заложенных в компьютере программ для осуществления заданного алгоритма обработки данных. После получения результатов обработки они отображаются на устройстве 67 отображения информации, например на жидкокристаллическом мониторе, или направляются на печать.
На фигуре 3 представлена блок-схема управляющего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Как показано на фигуре 3, управляющее устройство 50 содержит блок 51 управления для управления источником 10 излучения, несущим механизмом 40 и устройством 30 измерения и сбора данных в соответствии с командами, поступающими из устройства 60 компьютерной обработки данных; блок 52 формирования пусковых сигналов, выдающий команды на включение источника 10 излучения, устройства 30 измерения и сбора данных и несущего механизма 40 для обеспечения их работы под управлением блока 51 управления; первый приводной двигатель 55 привода несущего механизма 40 для его подъема и опускания в соответствии с командой запуска, вырабатываемой блоком 52 формирования пусковых сигналов под управлением блока 51 управления; блок 53 измерения высоты, передающий информацию о высоте несущего механизма в блок 51 управления при перемещении по высоте несущего механизма; блок 54 измерения угла, передающий информацию об угле поворота несущего механизма 40 в блок 51 управления при повороте несущего механизма 40.
В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения устройство 53 измерения высоты и устройство 54 измерения угла представляют собой фотоэлектрические кодирующие диски и, соответственно, на них не действуют помехи.
В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения опасные объекты могут идентифицироваться путем измерения плотности и атомного числа жидкости в досматриваемом объекте и определения попадания измеренных значений плотности и атомного числа в заданную область значений опасных жидкостей. Плотность и атомное число безопасных жидкостей, таких как, например, напитки, препараты для ухода за кожей, косметика и т.п., существенно отличаются от плотности и атомного числа опасных жидкостей, таких как, например, горючие жидкости, жидкие взрывчатые вещества, высокоагрессивные жидкости и т.п. Например, плотность воды, которая относится к безопасным жидкостям, равна примерно 1 (ее характеристическая плотность равна 1,11), и атомное число равно примерно 7,51. А плотность спирта, который относится к опасным жидкостям, равна примерно 0,79 (его характеристическая плотность равна 0,89), и атомное число равно примерно 6,47. Поэтому можно различать безопасные и опасные жидкости по их плотности и атомному числу с использованием методики распознавания образов.
На фигурах 4А и 4В представлены схемы способа досмотра объектов, содержащих жидкости, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. В двумерном пространстве координат плотность - атомное число выделяются области, соответствующие опасным и безопасным жидкостям: если плотность и атомное число досматриваемого объекта, содержащего жидкость, попадают в первую область, то такой объект следует считать опасным, и если плотность и атомное число досматриваемого объекта, содержащего жидкость, попадают во вторую область, то такой объект следует считать безопасным. Области, соответствующие безопасным и опасным жидкостям, определяются путем измерения характеристик большого числа безопасных и опасных жидкостей, выделением области безопасных жидкостей, имеющих большую плотность, и области опасных жидкостей, имеющих меньшую плотность. Как показано на фигуре 4А, области безопасных и опасных жидкостей могут быть определены в двумерном пространстве координат плотность - атомное число путем измерения плотности и атомного числа различных жидкостей. Затем область безопасных жидкостей суживают для повышения чувствительности досмотровой установки, как показано на фигуре 4В. Таким образом, определив плотность и атомное число объекта, содержащего жидкость, можно определить его опасность на основании положения точки плотность - атомное число в вышеуказанном двумерном пространстве.
На фигуре 5 иллюстрируется взаимосвязь между получением ЦР-изображений и КТ-изображений. В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления изобретения сначала получают ЦР-изображения объекта, содержащего жидкость, для определения части объекта, занятой жидкостью, и затем получают КТ-изображения только для указанной части объекта, в результате чего повышается скорость досмотра объектов.
На фигурах 6 и 7 показаны примеры ЦР-изображений. Как показано на фигуре 6, после получения ЦР-изображений объекта, содержащего жидкость, можно определить часть объекта, занятую жидкостью, путем анализа пикселей, как описывается ниже. Как можно видеть на фигуре 6, досматриваемый объект содержит только один вид жидкости. Однако, как показано на фигуре 7, благодаря различным коэффициентам поглощения различных видов жидкостей, когда объект содержит два или более видов жидкостей, которые размещаются несколькими слоями, положения раздела слоев могут быть определены путем анализа пикселей ЦР-изображения. Затем могут быть получены КТ-изображения, срез за срезом для каждого слоя жидкости.
На фигуре 8 представлена блок-схема алгоритма выполнения досмотра объекта, содержащего жидкость, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Как следует из блок-схемы, изображенной на фигуре 8, предметы багажа пассажира, содержащие жидкость, должны пройти через досмотровую установку, например, когда пассажир проходит таможенный досмотр. Сначала на стадии S111 оператор помещает подлежащий досмотру объект, содержащий жидкость, на несущий механизм 40.
Затем на стадии S112 оператор нажимает пусковую кнопку для включения ЦР-сканирования для получения ЦР-изображения, как показано на фигурах 6 и 7.
Как уже указывалось, целью ЦР-сканирования является получение радиографических изображений досматриваемых объектов, содержащих жидкость, так чтобы оператор мог различить внутреннюю структуру таких объектов для выделения определенных зон на ЦР-изображении, по которым должны быть получены КТ-изображения. Кроме того, для определения положения слоев жидкости на ЦР-изображении и последующего управления получением КТ-изображений может быть использовано программное обеспечение установки. Ниже будет подробно описан процесс получения ЦР-изображений.
Здесь необходимо заметить, что ЦР-сканирование не является обязательным. Для повышения скорости досмотра КТ-сканирование может быть выполнено после прямого указания нескольких определенных зон без использования ЦР-сканирования. Например, обнаружено, что в объектах содержится по меньшей мере 5 см жидкости по высоте, и, таким образом, указание 5 см от дна контейнера может быть использовано в качестве предварительного указания зоны сканирования. Кроме того, оператор может визуально определять размер досматриваемого объекта и указывает нужную высоту, основываясь на опыте. Например, для банки с кока-колой может быть указана высота сканирования, равная 3 см, в то время как для бутылки вина с толстым донышком высота сканирования может быть установлена равной 10 см.
После получения ЦР-изображения могут быть определены границы КТ-сканирования либо посредством автоматического анализа ЦР-изображения (стадия S113A), либо оператором, который использует мышь в качестве устройства 65 ввода информации (стадия S113B), либо с использованием обоих способов. Таким образом, КТ-сканирование выполняется только для определенных зон объектов, содержащих жидкость, так что скорость досмотра увеличивается без снижения его качества.
Затем на стадии S114 выполняется КТ-сканирование определенных зон объектов, содержащих жидкость, для получения КТ-изображений, и реконструкция КТ-изображений осуществляется по полученных данным КТ-сканирования. Для каждого пикселя КТ-изображения указывается плотность, атомное число и другие физические характеристики соответствующих частей объектов, содержащих жидкость.
Затем в компьютере с помощью соответствующей программы осуществляется анализ КТ-изображения, и на стадии S115 определяется плотность и атомное число. После этого на стадии S116 определяется, находится ли точка, определяемая полученной плотностью и атомным числом, в определенной области двумерного пространства плотность - атомное число. На стадии S117 делается вывод о том, что досматриваемый объект является подозрительным и может быть опасным, если точка, определяемая полученной плотностью и атомным числом, находится в заданной области опасных жидкостей.
Подробное описание каждой стадии будет приведено со ссылками на фигуры 9-14. На фигуре 9 представлена блок-схема алгоритма получения ЦР-изображений, и на фигуре 10 показано расположение элементов данных ЦР-изображения, собранных устройством 30 измерения и сбора данных в процессе получения ЦР-изображений. Как показано на фигуре 9, на стадии S210 получения ЦР-изображения в управляющее устройство 50 передается команда из компьютера 60 на перемещение несущего механизма по вертикали вдоль прохода 20 для объектов. В управляющем устройстве 50 в реальном времени отслеживается высота несущего механизма, которая поступает из блока 53 измерения высоты при перемещении несущего механизма по вертикали.
На стадии S211 управляющее устройство 50 передает пусковой сигнал в устройство 30 измерения и сбора данных с определенным шагом по высоте (например, через каждый 1 мм). Устройство 30 измерения и сбора данных получает пусковой сигнал и затем + принимает выходные сигналы из всех детекторов, для получения данных для высокого и низкого уровней энергии излучения, и записывает их во внутренний буфер.
На стадии S212 определяется, достиг ли несущий механизм 40 заданной высоты, например 500 мм, или нет. Если нет, то осуществляется переход на стадию S210.
Если несущий механизм 40 достиг заданной высоты, то управляющее устройство 50 прекращает выдачу пускового сигнала в устройство 30 измерения и сбора данных. Компьютер 60 считывает собранные данные измерений для высокого и низкого уровней энергии, поступающие из устройства 30 измерения и сбора данных, и располагает их в форме матрицы для формирования ЦР-изображения. Каждый пиксель ЦР-изображения представляет собой интенсивность излучения, прошедшего сквозь объект, как для высокого, так и для низкого уровней энергии.
Как указывалось выше, зоны КТ-сканирования определяются на основе ЦР-изображения. Используя идентификацию в автоматическом режиме или указание оператором, сначала определяют характерный ряд в ЦР-изображении, затем этот ряд преобразуется компьютером в высоту несущего механизма, и в управляющее устройство 50 передается команда на перемещение несущего механизма 40 в заданное положение, после чего получают КТ-изображения.
x
Каждый ряд ЦР-изображения соответствует высоте несущего механизма 40. Допустим, что в начале процесса получения ЦР-изображения высота несущего механизма 40 равна 0, и он опускается в процессе получения изображения, и получение данных включается с интервалом h мм, то ряд m в ЦР-изображении соответствует высоте - m*h несущего механизма.
На фигуре 11 представлена блок-схема алгоритма определения положения зоны для КТ-сканирования путем обработки ЦР-изображения.
На ЦР-изображении досматриваемый объект, содержащий жидкость, в общем случае делится на следующие части: дно резервуара, часть, заполненная жидкостью, горлышко резервуара, крышка (пробка) и т.п. Часть, заполненная жидкостью, может быть выделена с помощью технологии анализа изображений, и в результате могут быть определены зоны для КТ-сканирования.
На стадии S310 может быть получено ЦР-изображение с малым уровнем шумов путем суммирования и сглаживания данных, полученных для высокого и низкого уровней энергии излучения. Например, конкретный способ суммирования данных для высокого и низкого уровней энергии излучения может заключаться в выборе данных, полученных либо для высокого, либо для низкого уровня энергии излучения, или в получении взвешенной суммы данных для высокого и низкого уровней энергии. Сглаживание может осуществляться путем фильтрации изображения с использованием фильтра Гаусса.
На стадии S311 осуществляется выделение объекта (первый план), содержащего жидкость, в сглаженном ЦР-изображении и исключение воздуха (фон). Конкретный способ может содержать установление порогового значения и идентификацию пикселей, значения которых превышают это пороговое значение, в качестве пикселей первого плана, а другие пиксели идентифицируются как пиксели фона. Принцип использования порогового значения для исключения фона заключается в том, что объекты, содержащие жидкость, являются преградой для излучения, и поэтому соответствующие пиксели в ЦР-изображении имеют низкие значения (в ЦР-изображении записывается интенсивность излучения, прошедшего сквозь объект).
На стадии S312 выделяются пиксели горизонтальных зон в сглаженном ЦР-изображении.
В конкретном способе вычисляется разница между каждым пикселем в ЦР-изображении и соседним пикселем по вертикали, и пиксель определяется как пиксель горизонтальной границы, если разница превышает пороговое значение.
На стадии S313 выделяются пиксели горизонтальных границ в сглаженном ЦР-изображении. Ряды пикселей горизонтальных границ соответствуют поверхности раздела между дном и жидкостью, поверхности раздела между жидкостью и воздухом и поверхности раздела между крышкой и воздухом или поверхностям раздела в резервуаре между различными слоями жидкостей. В способе получения рядов горизонтальных границ вычисляется отношение количества пикселей горизонтального ряда и количества пикселей первого плана в каждом ряду, и ряд определяется как ряд горизонтальной границы, если указанное отношение превышает пороговое значение (например, 50%).
На стадии S314 ЦР-изображение разбивается по вертикали, и зоны, не содержащие жидкости, исключаются. Ряды горизонтальных границ в ЦР-изображении разбивают его на ряд зон, в число которых входят: зона донышка, зона жидкости (может иметь несколько слоев, имеющих разную плотность), разделительная зона внутри резервуара, если имеется, и крышка резервуара. Зоны, не содержащие жидкости, могут быть исключены путем установления следующего правила выбора.
a) В вертикальном направлении исключается зона, содержащая количество рядов, в которых не превышается пороговое значение. Зона с малым количеством рядов является зоной малой толщины, которая может быть донышком резервуара, крышкой резервуара или разделительным пространством в верхней части резервуара (например, воздух в верхней части банки). Пороговое значение может быть установлено путем анализа днищ резервуаров, их крышек и толщины воздушного слоя в различных видах резервуаров, используемых для хранения и транспортировки жидкостей.
b) В горизонтальном направлении исключается зона, содержащая среднее число пикселей переднего плана каждого ряда, в которых не превышается пороговое значение. Такой зоной большей частью является узкое горлышко резервуара (бутылки). Пороговое значение может быть установлено путем измерения и усреднения ширины верхней части различных контейнеров, предназначенных для хранения и транспортировки жидкостей.
На стадии S315 определяется зона для КТ-сканирования жидкой части (частей), то есть, определяются соответствующие слои жидкости и исключаются зоны, не содержащие жидкости. Центральные ряды в направлении высоты этих областей принимаются в качестве зон для КТ-сканирования.
Выше был описан способ автоматического определения зон для КТ-сканирования. В случае определения зон сканирования оператором он с помощью устройства 65 ввода информации непосредственно указывает ряды на отображаемом ЦР-изображении, которые задают зоны КТ-сканирования.
На фигуре 12 приведена блок-схема алгоритма получения КТ-изображений, и на фигуре 13 показано расположение элементов данных просвечивания объекта, полученных при КТ-сканировании в процессе получения КТ-изображений.
Как можно видеть на фигуре 12, после определения зон для КТ-сканирования осуществляется процесс получения КТ-изображений, то есть, КТ-изображения получают для зон, определенных для КТ-сканирования, для получения распределения точек плотность - атомное число на одном срезе досматриваемого объекта, чтобы измерить плотность и атомное число жидкости. Как было указано выше, КТ-изображения получают только для определенных зон, и поэтому время прохождения досмотра может быть существенно сокращено.
На стадии S410 из компьютера 60 передается команда в управляющее устройство 50 для поворота несущего механизма 40 на некоторый угол, например, на один градус. В управляющем устройстве 50 в реальном времени отслеживается угол поворота несущего механизма, который поступает из блока 54 измерения угла при повороте несущего механизма.
На стадии S411 управляющее устройство 50 передает сигнал запуска в устройство 30 измерения и сбора данных после поворота несущего механизма на один градус. Устройство 30 измерения и сбора данных получает сигнал запуска, затем принимает выходные сигналы соответствующих детекторов и записывает их во внутренний буфер.
Затем на стадии S412 определяется, достиг или нет суммарный угол поворота максимального значения. Если не достиг, то осуществляется переход на стадию S410, и вышеуказанный процесс продолжается.
Если суммарный угол поворота достиг заданного значения (например, 360 градусов), то на стадии S413 вращение несущего механизма прекращается, и управляющее устройство 50 не будет больше передавать сигнал запуска в устройство 30 измерения и сбора данных. Компьютер 60 считывает данные, полученные в устройстве 30 измерения и сбора данных для высокого и низкого уровней энергии излучения, и организует их в форме матрицы данных для формирования информации КТ-просвечивания, как показано на фигуре 13. Каждый пиксель информации КТ-просвечивания представляет собой интенсивность излучения, прошедшего сквозь объект, как для высокого, так и для низкого уровней энергии излучения.
На стадии S414 в компьютере 60 реконструируется томографическое изображение плотности и атомного числа, то есть, КТ-изображение, по данным КТ-просвечивания для высокого и низкого уровней энергии излучения с использованием алгоритма реконструкции для двух уровней энергии. Каждый пиксель КТ-изображения представляет плотность и атомное число досматриваемого объекта в зоне, соответствующей пикселю.
Способ реконструкции томографических изображений по данным КТ-просвечивания, полученным для высокого и низкого уровней энергии излучения, будет описан ниже.
- Математические принципы компьютерной томографии
θ
θ
С помощью линейного интегрирования двумерного распределения u(х,y) вдоль направления θ может быть получена одномерная функция p(t), которая может рассматриваться как проекция u(х,y) под углом θ. Если получены функции p(t) для соответствующих направлений, то двумерное распределение u(х,y) может быть точно рассчитано с помощью преобразования Радона. Процесс расчета двумерного распределения из данных просвечивания называется реконструкцией.
В практических приложениях проекция коэффициента ослабления среза объекта в соответствующих направлениях может быть измерена с использованием рентгеновского аппарата и детектора, поворачиваемых вокруг объекта на один оборот. Затем двумерное распределение коэффициента ослабления может быть реконструировано с использованием соответствующих вычислительных алгоритмов компьютерной томографии.
- Модель разложения с использованием базовых материалов
В энергетическом диапазоне рентгеновской досмотровой мини-установки (<200 КэВ) коэффициент ослабления излучения может быть приближенно выражен следующей формулой (1).
p
KN
KN
1
2
a
a
3
В формуле (1) линейный коэффициент µ(E) ослабления, являющийся функцией энергии Е рентгеновского излучения, разлагается на часть f(E), которая представляет вклад фотоэлектрического эффекта, и часть f(E), характеризующую вклад эффекта Комптона. Формулы обеих частей и f(E) известны, и поэтому здесь не приводятся. Коэффициенты разложения  и  определяются атомным числом, массовым числом и плотностью, и их формулы приведены в (2) и (3), где Z - атомное число, М - массовое число, ρ - плотность в г/см и n - константа.
a
a
1
2
В соответствии с формулой (1) для заданного распределения энергии рентгеновского излучения линейный коэффициент ослабления каждого вещества может быть единственным образом определен только двумя коэффициентами  и . Поэтому, если выбрать два базовых материала, например, углерод и алюминий, тогда и другие материалы могут быть выражены линейными комбинациями линейных коэффициентов ослабления этих базовых материалов, как это указано в нижеприведенной формуле (4).
1
2
1
2
Формула (4) представляет всего лишь линейную трансформацию формулы (1), в которой µ(E) и µ(Е) - линейные коэффициенты ослабления выбранных базовых материалов, a b и b называются коэффициентами базовых материалов. Формулу (4) также можно интерпретировать в том смысле, что линейный коэффициент ослабления любого материала может рассматриваться как взвешенная сумма линейных коэффициентов ослабления двух базисных материалов.
Затем мы определяем характеристическую плотность ρ* как отношение удвоенного атомного числа к массовому числу, умноженному на плотность, как это указано в формуле (5).
1,ρ*
2,ρ*
В предположении, что атомные числа и характеристические плотности двух базовых материалов уже известны и равны (Z) и (Z), соответственно, атомное число и характеристическая плотность любого материала могут быть получены из вышеприведенных формул (1)-(4) следующим образом.
- Модель просвечивания базовых материалов
d
Энергетический спектр излучения рентгеновской трубки обычно является непрерывным. Частотная характеристика детектора рентгеновского излучения в используемом энергетическом диапазоне имеет переменный характер. Допустим, что произведение энергетического спектра N(E) и частотной характеристики P(E) равно S(E), и S(E) нормализовано следующим образом
тогда интенсивность излучения по линии просвечивания может быть выражена следующим интегралом:
0
m
где I и I обозначают измерения детектора до и после того, как излучение ослабляется объектом, E обозначает максимальную энергию излучения и l обозначает расстояние, проходимое излучением.
Вышеприведенная формула (9) характеризует связь между измеренной интенсивностью излучения p и двумерным распределением µ(х,y). Очевидно, что формула (9) не является линейным интегралом µ(х,y), поскольку энергия рентгеновского излучения не постоянна, и поэтому не отвечает требованию математических принципов компьютерной томографии.
Традиционный алгоритм реконструкции пренебрегает такой однородностью, и в результате в реконструируемом изображении будет появляться артефакт в форме купола. Если вычислить два набора µ(x,y) с использованием обычного алгоритма реконструкции изображения и затем получить из него такую информацию, как атомное число и плотность, то в результатах также будут присутствовать артефакты.
В настоящем изобретении указанная проблема решается за счет использования модели разложения с использованием базовых материалов. После подстановки формулы (4) в формулу (9) мы получим модель прохождения излучения для базовых материалов,
Пусть
1
2
1
2
где B и B обозначают проекции коэффициентов b(x,y) и b(x,y) базовых материалов. Затем данные просвечивания для двух уровней энергии излучения могут быть получены путем сбора данных при просвечивании объекта рентгеновскими лучами двух уровней энергии.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
где E означает максимальную энергию для излучения низкого уровня энергии, и Е означает максимальную энергию для излучения высокого уровня энергии. После измерения (р, р) могут быть определены (B, B) с использованием формул (13) и (14), которые будут описаны в следующем разделе. И после получения (B, B) для всех углов может быть реконструировано распределение коэффициентов b(x,y) и b(х,y) базовых материалов в соответствии с алгоритмом реконструкции, используемым в компьютерной томографии. После этого на основе модели разложения с использованием базовых материалов может быть рассчитано распределение атомного числа и характеристической плотности объекта и линейного коэффициента ослабления для любой энергии излучения.
1
2
- Определение проекции коэффициентов (B, B) базовых материалов
Обе формулы (13) и (14) представляют собой интегральные логарифмы, которые не могут быть решены аналитически. Обычный нелинейный итеративный способ требует выполнения очень большого количества вычислений, и при этом возникают проблемы с получением устойчивых решений.
1
2
Необходимо отметить, что измеренные интенсивности излучения, прошедшего сквозь объект, для двух уровней энергии излучения могут быть выражены следующим образом после прохождения излучения сквозь базовые материалы 1 и 2 толщиной d и d:
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Сравнивая формулы (13) и (14) с формулами (15) и (16), можно видеть что пара (р, р) значений измеренных интенсивностей излучения, прошедшего сквозь объект, одна и та же. То есть, пара данных (B, B) для излучения, прошедшего сквозь объект, базовых материалов совершенно такая же, как пара толщин (d, d) базовых материалов. Поэтому соответствие между парами значений (p, p) измеренных интенсивностей излучения, прошедшего сквозь объект, для двух уровней энергии излучения и парами значений (B, B) для излучения, прошедшего сквозь объект, может быть получено путем измерения интенсивностей излучения, прошедшего сквозь объект, для двух уровней энергии излучения при различной толщине материалов, и в результате может быть сформирована справочная таблица. Вместо того чтобы использовать сложный вычислительный процесс, пара значений (B, B) может быть получена для пары значений (р, р) по справочной таблице с использованием интерполирования.
На фигуре 14 приведена блок-схема алгоритма получения характеристик жидкости.
Как показано на фигуре 14, на стадии S510 изображение плотности и изображение атомного числа интегрируются и сглаживаются для формирования единого КТ-изображения с низким уровнем шумов. В качестве конкретного способа интегрирования может использоваться выбор изображения плотности или изображения атомного числа в качестве результата интегрирования, или может использоваться взвешенное суммирование обоих изображений. В качестве конкретного способа сглаживания может использоваться фильтрация изображения фильтром Гаусса.
На стадии S511 досматриваемые объекты (первый план, включая жидкость и ее упаковку) на сглаженном КТ-изображении выделяются, и изображение воздуха (фон) исключается. Конкретный способ заключается в установлении порогового значения и идентификации пикселей, значения которых превышают это пороговое значение, в качестве пикселей первого плана, а остальные пиксели в этом случае идентифицируются как пиксели фона. Основание для такой операции заключается в том, что значения плотности и атомного числа воздуха близки к нулю, а значения плотности и атомного числа досматриваемого объекта, содержащего жидкость, существенно выше.
На стадии S512 выделяются пиксели жидкости среди пикселей первого плана. Конкретный способ такого выделения может содержать следующие стадии. Сначала формируется двоичное изображение, соответствующее КТ-изображению, в котором пикселям первого плана присваивается значение 1, а пикселям фона присваивается значение 0. Затем к двоичному изображению применяется морфологическая операция эрозии для исключения упаковки, поскольку жидкость всегда хранится и транспортируется в упаковке. Время эрозии может быть установлено в соответствии с толщиной упаковки.
На стадии S513 в качестве выходных результатов этого измерения могут быть определены значения средней плотности и среднего атомного числа всех пикселей жидкости на КТ-изображении.
Кроме того, если в процессе анализа ЦР-изображения определяется, что имеется несколько слоев жидкости, то вышеуказанные стадии повторяются для каждого слоя для выявления подозрительного слоя. Конечный результат досмотра может быть представлен оператору.
[ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
Вышеописанный первый вариант осуществления изобретения относится к случаю, когда в один момент времени проверяется один объект, содержащий жидкость. Способ одновременного досмотра нескольких объектов, содержащих жидкость, описывается ниже со ссылками на фигуры 15-18. Второй вариант отличается от первого варианта тем, что положения полученных изображений, выводимых на устройство отображения, должны соответствовать положениям объектов на несущем механизме, так что оператор может установить, какой из объектов является опасным, после того как будет получено КТ-изображение. На фигурах 15А и 15В приведены схемы КТ-изображений, реконструированных для случая, когда имеется несколько досматриваемых объектов, содержащих жидкости, в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
Например, если оператор наблюдает сверху досматриваемые объекты, находящиеся на несущем механизме, то положения соответствующих объектов на КТ-изображениях всех слоев должно соответствовать виду сверху несущего механизма.
На фигурах 16А-16K приведены иллюстрации процесса поворота реконструированных КТ-изображений и/или установки несущего механизма в нужное положение перед КТ-сканированием.
На фигуре 16А приведен вид сверху несущего механизма 40, когда начинается получение первого КТ-изображения, причем угол поворота несущего механизма указан стрелкой. На фигуре 16В показано первое КТ-изображение, на котором диапазон поворота несущего механизма отмечен пунктирной линией. Необходимо заметить, что фигура 16В выровнена с фигурой 16А с помощью обычно используемого алгоритма реконструкции компьютерной томографии. На фигуре 16С показано первое КТ-изображение, отображаемое после проведения досмотра, которое аналогично изображению, приведенному на фигуре 16В, поскольку дополнительного поворота не требуется.
На фигуре 16D приведен вид сверху несущего механизма в начале n-го цикла получения КТ-изображения. На фигуре 16D показано, что несущий механизм повернулся на некоторый угол по сравнению с тем положением, в котором он был перед получением первого КТ-изображения. На фигуре 16Е показано КТ-изображение в положении фигуры 16D, и на фигуре 16F показано n-e изображение, отображаемое на мониторе после досмотра, которое выровнено путем поворота с первым КТ-изображением.
На фигуре 16G приведен вид сверху несущего механизма в начале получения последнего КТ-изображения. На фигуре 16G показано, что несущий механизм повернулся на некоторый угол по сравнению с тем положением, в котором он был в начале получения первого КТ-изображения. На фигуре 16Н показано КТ-изображение в положении фигуры 16G, и на фигуре 16I показано последнее КТ-изображение, отображаемое на мониторе после досмотра, которое выровнено путем поворота с первым слоем КТ-изображения.
На фигуре 16J показан вид сверху несущего механизма после окончания получения последнего КТ-изображения, в котором несущий механизм повернут на некоторый угол по отношению к тому положению, в котором он находился перед началом получения первого КТ-изображения. На фигуре 16K показан вид сверху несущего механизма после проведения досмотра, когда он вернулся в положение фигуры 16А.
Общая процедура выравнивания заключается в том, что после завершения получения КТ-изображений углы соответствующих слоев КТ-изображения и несущего механизма выравниваются. Сначала соответствующие слои КТ-изображений поворачиваются в соответствии с углами несущего механизма, под которыми он находится в начале получения соответствующих КТ-изображений (углы поворота могут быть получены с помощью устройства 54 измерения угла поворота), так что положения одного и того же объекта на КТ-изображении соответствующих слоев выравниваются, например, с первым слоем КТ-изображения. Затем угол несущего механизма выравнивается, так чтобы вид сверху несущего механизма соответствовал КТ-изображению.
n
n
n
1
n
1
Например, допустим, что получение КТ-изображений выполняется N раз, и угол поворота несущего механизма в начале получения n-го КТ-изображения равен α и в конце получения n-го КТ-изображения равен β. Несущий механизм на виде сверху поворачивается против часовой стрелки. Для того чтобы положение объекта на n-ом КТ-изображений соответствовало его положению на первом КТ-изображений, n-е КТ-изображение поворачивается против часовой стрелки на угол α-α. И, наконец, несущий механизм поворачивается против часовой стрелки на угол 360-(β-α) градусов, так чтобы на виде сверху несущий механизм был выровнен с КТ-изображением.
На фигуре 17 приведена блок-схема алгоритма осуществления операции досмотра в том случае, когда досматриваются несколько объектов. Как показано на фигуре 17, на стадии S711 оператор включает установку и регистрируется в системе. Установка выходит в рабочий режим после самопроверки. После этого оператор помещает объекты, подлежащие досмотру, такие как объект А и объект В, на несущий механизм 40 и нажимает кнопку включения операции досмотра. Допустим, что объект А размещается в верхнем правом углу несущего механизм, а объект В находится в нижнем левом углу несущего механизма.
Затем на стадии S712 оператор нажимает пусковую кнопку для выполнения ЦР-сканирования, описанного выше, для получения ЦР-изображения.
После получения ЦР-изображения на стадии 713А осуществляется его анализ для определения в автоматическом режиме зон сканирования для получения КТ-изображений, или на стадии S713B оператор вводит с помощью устройства 65 ввода информации зоны КТ-сканирования. Таким образом, КТ-сканирование выполняется только для определенных зон объектов, содержащих жидкость, так что скорость досмотра повышается без снижения его качества.
После того, как зоны КТ-сканирования определены, на стадии S714 выполняется сканирование указанных зон объектов, содержащих жидкость, для получения КТ-данных, и по ним осуществляется реконструкция КТ-изображений. Для каждого пикселя КТ-изображения указываются значения плотности и атомного числа соответствующих частей объектов, содержащих жидкость. В том случае, когда обнаружены слои жидкости, КТ-сканирование повторяется для каждого слоя.
После получения последнего КТ-изображения, на стадиях S715 и S716 несущий механизм и каждый слой КТ-изображения выравниваются, как описывалось выше, так что положения соответствующих объектов в каждом слое КТ-изображения будут соответствовать друг другу (например, выровнены с их положениями на КТ-изображений первого слоя) и будут соответствовать реальным положениям объектов на несущем механизме (например, на виде сверху), в результате чего объекты А и В можно будет отличать друг от друга.
На стадии S717 выполняется сегментация КТ-изображений каждого слоя (например, с использованием алгоритма водораздела) для получения жидкой зоны каждого досматриваемого объекта. На стадии На стадии S719 определяется нахождение точек, определяемых измеренными значениями плотностей и атомных чисел соответствующих зон жидкостей, внутри заданной зоны в двумерном пространстве плотность - атомное число. На стадии S720 на основе результатов, полученных на стадии S719, определяется, является опасной или нет жидкость обрабатываемого слоя досматриваемого объекта.
На стадии S721 результаты соответствующих слоев объединяются и представляются оператору. Один из способов объединения заключается в выработке вывода "безопасно", если все зоны жидкости на всех КТ-изображениях определяются как безопасные; в противном случае делается вывод "подозрительно". Далее, КТ-изображения соответствующих слоев окрашиваются и отображаются пользователям. Подозрительные объекты указываются определенным цветом (например, красным), а безопасные жидкости указываются другим цветом (например, зеленым).
Случай досмотра двух объектов, содержащих жидкости, был описан выше. Когда досмотру подлежат несколько объектов, содержащих жидкости, множество зон, таких как зона А, зона В, зона С и зона D, показанные на фигуре 18, сегментируются в плоскости, в которой несущий механизм удерживает объекты, содержащие жидкости, как показано на фигуре 18, так чтобы оператор мог определить зоны соответствующих объектов, содержащих жидкости. Таким образом, оператор может локализовать соответствующие жидкие объекты в соответствующих зонах и ввести соответствующую информацию, идентифицирующую жидкость, для соответствующих зон.
[ТРЕТИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
Для повышения эффективности процесса досмотра и для обеспечения устойчивости узких объектов в барабане в третьем варианте осуществления изобретения используется секционированный барабан.
Третий вариант осуществления изобретения отличается от второго варианта тем, что в процессе досмотра нескольких объектов используется секционированный барабан. Работа досмотровой установки в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения будет описана со ссылками на фигуры 19-24.
На фигуре 19 приведен вид сбоку секционированного барабана в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, а на фигурах 20 и 21 приведены виды сверху и снизу, соответственно, такого барабана.
Как показано на фигуре 19, секционированный барабан 70 содержит днище и боковую стенку, прикрепленную к днищу. Нижняя поверхность днища снабжена выступами, имеющими конусообразную или другую форму. Три конусообразных выступа могут быть введены в соответствующие установочные отверстия на платформе несущего механизма 40, так что секционированный барабан 70 будет поворачиваться вместе с несущим механизмом 40, то есть предотвращается их перемещение друг относительно друга.
Кроме того, как показано на фигуре 19, по краю верхней части боковой стенки имеется фланец, обеспечивающий удобство переноски барабана оператором. Боковая стенка имеет цилиндрическую или коническую форму и изготовлена из упругих материалов, таких как, например, полиэтилен или алюминий.
На фигуре 20 приведен вид сверху трех модификаций секционированного барабана. Как можно видеть, одна или несколько перегородок устанавливаются в пространстве, образованном днищем и боковой стенкой. Это пространство делится на несколько отсеков для размещения объектов, содержащих жидкости. Таким образом, если необходимо одновременно проверить несколько объектов, содержащих жидкости, то они помещаются в отсеки, сформированные перегородками. В этом случае на внешнюю поверхность боковой стенки могут быть нанесены метки для идентификации местонахождения объектов в барабане. Например, когда определяется, что один из четырех объектов является подозрительным, он может быть отмечен оператором по соответствующей метке на боковой стенке.
Например, как показано на фигуре 20, на конце перегородок имеется метка с круглыми частями установленных размеров, или же в качестве метки для указания объектов, содержащих жидкости, используется разная длина перегородок.
На фигуре 21 приведен вид снизу секционированного барабана. Хотя три выступа распределены равномерно по нижней поверхности днища барабана, они могут располагаться и по другой схеме.
На фигуре 22 приведена блок-схема алгоритма автоматического обнаружения секционированного барабана и метки при выполнении операции досмотра. Как уже указывалось, секционированный барабан может быть определен с использованием алгоритма сличения с образцом, который обычно используется в обработке изображений, поскольку секционированный барабан имеет характерную конструкцию. Например, для первой модификации барабана, секционированного крестообразной перегородкой, сначала на стадии S810 в качестве образца задается крестообразная форма, и центр образца помещается в центре КТ-изображения для идентификации первой модификации секционированного барабана.
На стадии S811 определяется, превышает или нет величина степени сходства заданное пороговое значение. Если нет, то изображение поворачивается до получения максимальной величины степени сходства образца и КТ-изображения. Если степень сходства превышает заданное пороговое значение, то делается вывод о том, что на КТ-изображении присутствует секционированный барабан; в противном случае считается, что на КТ-изображении нет секционированного барабана.
В том случае, когда на КТ-изображении присутствует секционированный барабан, на стадии S812 может быть выполнена идентификация метки в соответствии с ее характеристиками. Опять рассматривая в качестве примера первую модификацию секционированного барабана, предположим, что метка идентификации положения расположена в верхней части разделительной перегородки, которая длиннее трех других перегородок. После определения с помощью алгоритма сличения с образцом факта присутствия секционированного барабана на КТ-изображении линия пересечения на образце в положении максимальной степени сходства накладывается на линию разделительной перегородки. Метка идентификации положения (идентификационная метка) может быть обнаружена путем сравнения четырех разделительных линий и выбором самой длинной из них.
В случае получения КТ-изображения для нескольких слоев сначала для каждого слоя КТ-изображения определяется присутствие секционированного барабана и выполняется обнаружение идентификационной метки. Если в соответствующих слоях секционированный барабан не обнаружен, то делается вывод о том, что секционированный барабан оператором не используется. Если секционированный барабан обнаружен по меньшей мере в одном слое, то делается вывод об использовании секционированного барабана. Если положения обнаруженной идентификационной метки для различных слоев различны, то в качестве идентификационной метки принимается метка с наибольшей интенсивностью сигнала. Один из способов описания интенсивности сигнала идентификационной метки в слое КТ-изображения заключается в вычитании среднего значения из максимального значения четырех разделительных линий в слое. Чем больше разница, тем выше интенсивность сигнала идентификационной метки.
На фигурах 23А-23D иллюстрируется процесс поворота барабана при выполнении операции досмотра. Секционированный барабан устанавливается регулируемым образом в определенное положение путем выравнивания идентификационной метки барабана с заданным положением. Рассматривая в качестве примера первую модификацию секционированного барабана (крестообразная перегородка), можно задать полярную систему координат с началом в центре КТ-изображения, и положения каждого отсека однозначным образом определяются угловыми координатами идентификационной метки. Допустим, что угол в полярной системе координат, соответствующий положению идентификационной метки на КТ-изображении, равен γ, и заданный угол установки системы равен θ, тогда выравнивание может быть выполнено поворотом слоев КТ-изображения и несущего механизма на угол θ-γ, как показано ниже на фигуре 24.
Как показано на фигурах 23А и 23В, секционированный барабан поворачивается на некоторый угол, чтобы он занял заданное положение. Аналогично, каждый слой КТ-изображения поворачивается для выравнивания с повернутым секционированным барабаном.
На фигуре 24 приведена блок-схема алгоритма осуществления операции досмотра в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Стадии S911-S921 аналогичны стадиям S711-S721 вышеописанного второго варианта осуществления изобретения. Ниже описываются только стадии S922-S926.
На стадии S922 осуществляется анализ КТ-изображения. На стадии S923 определяется присутствие (отсутствие) секционированного барабана. В случае отсутствия секционированного барабана операция досмотра заканчивается.
Если используется барабан, то на стадии S924 осуществляется обнаружение идентификационной метки барабана для определения положения каждого его отсека. Затем на стадии S925 несущий механизм и каждый слой КТ-изображения дополнительно выравниваются, так чтобы каждый отсек барабана на несущем механизме и каждый отсек в каждом слое КТ-изображения заняли заданные положения.
На стадии S926 система получает результаты измерения соответствующих зон, содержащих жидкости, каждого слоя КТ-изображения в каждом отсеке и объединяет их для отображения пользователю. Один из способов объединения в соответствии с вариантом осуществления изобретения заключается в выработке вывода для отсека "безопасно", если все зоны жидкости на всех КТ-изображениях определяются как безопасные; в противном случае для отсека делается вывод "подозрительно".
[ПЕРВАЯ МОДИФИКАЦИЯ]
Хотя настоящее изобретение описано для случая, когда сначала осуществляется получение ЦР-изображений и затем КТ-изображений, однако для досмотра объектов, содержащих жидкости, в соответствии с настоящим изобретением также может использоваться получение КТ-изображений со спиральным сканированием.
Набор КТ-изображений с использованием спирального сканирования может быть получен путем осуществления компьютерной томографии в отношении объекта, содержащего жидкость. Положение жидкости в объекте может быть определено сравнением и анализом пикселей в наборе КТ-изображений, и, кроме того, может быть определено наличие нескольких слоев. Такие физические характеристики, как плотность и атомное число, жидкостей в разных зонах могут быть получены так же, как и в вышеописанном способе. Например, если КТ-изображения получают с использованием спирального сканирования изображенного на фигуре 25 объекта, содержащего жидкость, и шаг спирального сканирования равен 2 см, то может быть получен набор КТ-изображений, показанных на фигурах 26А-26М. Таким образом, положение жидкости внутри объекта может быть определено путем анализа пикселей в КТ-изображениях, полученных в результате спирального сканирования. В этом случае для получения КТ-изображений может использоваться спиральное сканирование с большим или нормальным шагом.
Как это известно специалистам в данной области техники, вышеуказанный вариант осуществления изобретения применим в случае досмотра нескольких объектов, то есть во втором и третьем вариантах осуществления изобретения.
Кроме того, хотя в вышеприведенном описании в качестве примеров указывается измерение плотности и атомного числа, однако настоящее изобретение также может быть эффективно в тех случаях, когда используется только одна характеристика (либо плотность, либо атомный номер) или большее количество физических характеристик, для выявления опасных объектов. В первом случае опасность жидкости определяется по тому, попадает или нет значение одного физического параметра в заданный диапазон значений. Во втором случае опасность жидкости определяется по тому, попадает ли точка, описываемая физическими параметрами, в заданную область многомерного пространства, определяемого указанными характеристиками.
[ВТОРАЯ МОДИФИКАЦИЯ]
Хотя в вышеприведенном описании сначала выполняется получение ЦР-изображений, а затем КТ-изображений для двух уровней энергии излучения с целью получения значений плотности и атомного числа жидкости, стадия получения ЦР-изображений не является обязательной. Конкретные зоны для получения КТ-изображений для двух уровней энергии излучения могут быть определены заранее для различных объектов, содержащих жидкости, с целью получения значений плотностей и атомных чисел жидкостей.
Хотя выше были описаны варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что любые изменения и/или модификации основных принципов изобретения будут охватываться объемом охраны изобретения, который определяется прилагаемой формулой.