背散射人体检查图像的三维增强方法和设备的制作方法
【专利摘要】公开了一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的方法和设备。根据人体检查设备扫描图像的轮廓建立人体三维模型，扫描图像反投影到三维模型上。之后用图像分割算法，分离出夹带物品，按灰度与背景灰度的对比度赋予夹带物品一个厚度，并根据散射截面进行修正，转变成三维图像，最后融合到三维人体模型上。利用上述方案，人体夹带的物品分割后经过三维变换，夹带物品突出在人体表面，具有很强的视觉对比效果，并且保留原图灰度，噪声没有被增强，会使整体效果更好。
【专利说明】背散射人体检查图像的三维增强方法和设备
【技术领域】
[0001]本技术涉及辐射成像技术，具体涉及一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的方法和设备。
【背景技术】
[0002]目前用于人体检查图像增强方法主要是灰度变换、对比度增强、边缘增强等手段，通过这些手段变换后的图像可以满足一个特定的目的，但是会影响图像整体视觉效果，例如，去噪滤波后的图像依然保留比较弱的噪声信号，增强后噪声也会被增强，从而影响整体效果。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中存在的图像增强的整体效果不佳的问题，提出了一种背散射人体检查图像的三维增强方法和设备。
[0004]在本发明的一个方面，提出了一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的方法，包括步骤:获取扫描区内被检对象多个侧面的背散射图像；基于至少一幅被散射图像获得所述被检对象的人体三维模型；将所述背散射图像反投影到人体三维模型上，得到被检对象的三维图像；基于所述背散射图像中的一幅或者多幅确定被检对象携带的夹带物的图像；从所述夹带物的图像生成所述夹带物的三维图像；融合所述被检对象的三维图像和所述夹带物的三维图像，以产生融合的三维图像；以及在显示器上呈现所述融合的三维图像。
[0005]在本发明的另一个方面，提出了一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的设备，包括:获取扫描区内被检对象多个侧面的背散射图像的装置；基于至少一幅被散射图像获得所述被检对象的人体三维模型的装置；将所述背散射图像反投影到人体三维模型上，得到被检对象的三维图像的装置；基于所述背散射图像中的一幅或者多幅确定被检对象携带的夹带物的图像的装置；从所述夹带物的图像生成所述夹带物的三维图像的装置；融合所述被检对象的三维图像和所述夹带物的三维图像，以产生融合的三维图像的装置；以及在显示器上呈现所述融合的三维图像的装置。
[0006]根据上述方案，人体夹带的物品分割后经过三维变换，夹带物品突出在人体表面，具有很强的视觉对比效果。此外，保留原图灰度，噪声没有被增强，会使整体效果更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面的附图表明了本技术的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本技术的一些实施例，其中:
[0008]图1示出了根据本发明实施例的人体背散射扫描系统的示意图；
[0009]图2示出了根据本发明实施例的三维增强背散射图像的方法的流程图；
[0010]图3示出了根据本发明另一实施例的人体背散射扫描系统的工作过程的例子；以及
[0011]图4示出了根据本发明又一实施例的三维增强人体背散射图像的方法的流程图。【具体实施方式】
[0012]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
[0013]在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0014]针对现有技术中存在的图像增强对整体效果的不利影响的问题，本发明的一些实施例提供了一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的方法。首先获取扫描区内被检对象多个侧面的背散射图像，这可以通过利用人体背散射系统对人体的多个侧面进行扫描来得到。然后，基于至少一幅被散射图像获得被检对象的人体三维模型。例如，从背散射图像得到被检对象的人体轮廓信息，基于该轮廓信息取得相应的人体三维模型。例如从数据库中检索合适的人体三维模型。然后，将背散射图像反投影到获得的人体三维模型上，得到被检对象的三维图像。
[0015]另一方面，基于背散射图像中的一幅或者多幅确定被检对象携带的夹带物的图像。并且基于从夹带物的二维图像生成夹带物的三维图像。例如基于夹带物图像的灰度或对比度等信息赋予夹带物厚度，生成夹带物的三维图像。
[0016]接下来，融合被检对象的三维图像和所述夹带物的三维图像，以产生融合的三维图像，并且在在显示器上呈现融合的三维图像。这样，可以将夹带的三维图像突出在人体三维模型的表面，具有很强的视觉对比效果。此外，保留原图灰度，噪声没有被增强，会使整体效果更好。
[0017]根据本发明的实施例，将夹带物的三维图像融合到三维人体模型上后，操作员可以选择沿某一视角的二维投影图像，例如用鼠标、键盘或快捷键改变观察视角，达到三维显示效果。例如，只显示沿着某一视角的二维投影图，利用鼠标的滑动改变投影方向，利用键盘上下左右建改变投影方向，利用快捷键显示正面、左侧面、右侧面和背面图像。
[0018]此外，在本发明的其他实施例中，还可以利用被检对象的先验信息，例如已知的身高等轮廓信息，例如对象的胖瘦等信息，建立人体三维模型。这种情况下，根据被检查人体的关键信息即可建立人体三维模型。例如，从该被检对象的ID出发，从数据库中获得该对象的身高、胖瘦等关键信息，或者利用光学相机获得被检对象的人体轮廓图像，提取关键数据，与数据库中的模型进行比较，从而较为快速地取得人体三维模型。
[0019]根据本发明的一些实施例，在进行特征匹配的图像向三维模型上反投影后，通过图像形变、孔洞填补等技术完成图像融合。根据夹带物灰度或对比度等信息向夹带物赋予厚度，从二维图像生成三维图像，并用厚度校正表(用一些典型材料标定生成校正表)修正，从而获得夹带物的较为合适的三维图像。
[0020]根据本发明的实施例，由夹带物品生成的三维图按对应位置融合到人体三维模型上，因夹带物都是在人体表面外，所以无论高亮图像还是灰暗图像都显示为外凸。
[0021]图1示出了根据本发明实施例的人体背散射扫描系统的示意图。如图1所示，人体背散射扫描系统包括X射线源10、探测器30、控制装置20、图像处理和显示设备60。控制装置20控制X射线源10发出X射线，在飞点形成装置(未示出)的调制下，形成飞点，对被检对象50的人体表面进行扫描，控制装置20控制探测器30检测人体的散射X射线，从而形成背散射图像。这样对人体的多个侧面进行上述扫描后，就得到了多个侧面的背散射图像。然后得到的多个侧面的背散射图像在图像处理和显示设备60中例如利用软件进行处理。
[0022]图2示出了根据本发明实施例的三维增强背散射图像的方法的流程图。如图2所示，在步骤S21，获得被检对象的背散射图像，例如将多个侧面的被散射图像融合得到人体的背散射图像或者仅仅使用某一个较为感兴趣的背散射图像。
[0023]例如，在一些实施例中，当获得不同侧面的背散射图像的情况下，也可以对这些图像先进行匹配融合。以背面扫描的两幅左右旋转45°的图像为例，采用特征匹配算法进行融合，由于每次检查获取的扫描图像与以前检查获取的图像具有很强的相关性，利用相关性优化算法，实现快速融合。
[0024]例如，在图1中例，人站立姿势还可以为背面对着探测器左转45°、右转45°和正面正对探测器三幅图像，背面两个左右旋转扫描图像包含人体的两个侧面。再如，也可以采用圆周扫描方法，围绕人转一周(人转或者设备转)采集背散射图像，根据辅助信息还原二维图像。备选地，还可以采用圆弧扫描等方式来获得被检对象的人体多个侧面的背散射图像。
[0025]图3示出了根据本发明另一实施例的人体背散射扫描系统的工作过程的例子。如图3所示，设备100和设备300是两台背散射设备，每台设备使用如中国专利申请201010624252.3 (CN102565110A)中所述的飞点形成装置，探测器包括两块背散射探测器。探测器不用左右平移，被检对象500站在传送带200上进行移动。当被检对象500处于设备100的扫描范围内时，设备100的射线源101发出射线束102，照射到被检对象500上，背散射射线被探测器103和104接收到。
[0026]当被检对象500传送到设备300的扫描范围内时，设备300的射线源301发出射线，照射到被检对象500上，背散射射线被探测器303和304接收。当被检对象500从传送带上传出设备300的扫描范围之后，人体扫描完成。这样就能够快速得到人体的多个侧面的背散射图像。
[0027]根据本发明的其他实施例，该人体背散射扫描系统还可以使用摄像机400，用来快速获得被检对象500的光学图像，该光学图像用来确定被检对象500的轮廓信息。
[0028]在步骤S22，基于背散射图像获得被检对象的人体三维模型，在步骤S24，将背散射图像反投影到人体三维模型上，得到人体三维图像。
[0029]在图像处理和显示设备60中存储人体三维模型库。这些三维模型例如是根据对不同群体的人进行统计得到的，并在实际的背散射扫描中利用扫描得到的人体尺寸信息形成的参考三维模型补充模型库。例如，根据扫描图像获得的人体表面的几何数据(身高、全头高、肩宽、腿长、臂长等)建立人体三维模型，体表数据可以通过对图像轮廓分析得到，用此方法建模作为基本模型。此建模过程在设备出厂前已经完成，参考模型信息存储在图像处理和显示设备60中。
[0030]根据本发明的其他实施例，也可以采用采用Se。等提出的用样条曲线对人体进行局部编辑的方法(Seo H, Cordier F, Philippon L, et al.1nteractivemodeling of MPEG-4deformable human body models [OL].http://www.miralab.unige.ch/papers/115, pdf,2004)。根据新获得的人体表面几何数据对这些基本模型进行变形、编辑操作来产生新的三维模型，这样大大提高建模速度。
[0031 ] 在本发明的一些实施例中，为了使建模速度更快，建立典型人体三维模型库，对每次建立的三维模型进行编号，并建立记录文档，模型编号和表面几何数据一一对应，采用阈值法判断是否需要新建模型，计算新参数和现有库模型参数差值平方和，超过规定阈值则新建模型入库。关于阈值确定，根据人体检查设备特点，不要求三维模型和真实人体对应很精确，只要大致反映人体体貌特征即可，所以阈值定高些，不至于数据库太庞大。
[0032]此外，还可以采用数据共享方式，每台设备建立的数据库可以复制到别的设备上使用，设备使用一段时间后基本不用再新建模型，在正常扫描过程中，只需匹配体表几何参数即可从库中调出人体三维模型，速度非常快，可以满足人体检查速度需求。
[0033]在本发明的一些实施例中，三维模型建立是基于扫描图像轮廓分析得到的参数，按照轮廓对应的方法，把扫描二维图像反投影到三维模型上，投影图像要产生形变，形成一些孔洞，且有些位置遮挡无法投影，采用线性插值算法进行填补。
[0034]在步骤S23，根据背散射图像确定被检对象携带的夹带物图像，在步骤S25，生成夹带物的三维图像。
[0035]例如，在一些实施例中，提取整个图像轮廓，根据人体特征分析出人体轮廓并去除，实现夹带物的分割。此方法简单快捷，被分割出的夹带物品按照对比度赋予厚度，由二维图像生成三维图，并用校正表修正厚度。例如，对于低能量X射线，高原子序数物质散射截面很小，光电截面很大，灰度值偏低，很薄的金属和人体之间的对比度就比较大，因此根据对比度生成的厚度需要修正一下。例如，低灰度按照金属修正，高亮部分一般为低原子数的有机物修正。因厚度计算不需要精确，修正系数取经验值既可。
[0036]在步骤S26，融合夹带物的三维图像和人体三维图像。例如，按照人体模型的三维坐标系，把分割出的夹带物品放到对应位置。在步骤S27，在显示器上显示融合的三维图像，或者某个视角下的二维图像。例如，根据用户选择的观察视角，对三维图像快速投影，并设置快捷键显示几个主要视角图像，可根据用户实际需求添加相应功能。
[0037]在其他实施例中，还可以根据被检对象的对象信息来取得相应的三维模型。图4示出了根据本发明又一实施例的三维增强人体背散射图像的方法的流程图。
[0038]在步骤S41，获取被检对象的背散射图像和对象信息。在步骤S42，基于被检对象的对象信息获得被检对象的人体三维模型。例如获得利用被检对象的先验信息，诸如已知的身高等轮廓信息。例如对象的胖瘦等信息，建立人体三维模型。这种情况下，根据被检查人体的关键信息即可建立人体三维模型。例如，从该被检对象的ID出发，从数据库中获得该对象的身高、胖瘦等关键信息。例如，在机场或者港口，被检对象的姓名或者身份证号可以用来取得该被检对象的先验信息。或者利用光学相机获得被检对象的人体轮廓图像，提取关键数据，与数据库中的模型进行比较，从而较为快速地取得人体三维模型。因此，并非是必须根据背散射图像来创建被检对象的人体三维模型。
[0039]图4所示方法中的其余步骤S43，S44，S45，S46和S47分别对应于上述图2中的步骤S23，S24，S25，S26和S27，因此这里省略对这些步骤的描述。
[0040]根据上述实施例的人体检查图像三维增强方法使用图像分割、匹配、三维建模、融合等方法，使多幅图像融合成一个三维立体图像，可从任一视角观察图像，被检测物与人体之间不仅有明暗差别，还有空间位置差别，能更容易看清夹带物，并且有更好的视觉效果。此外，人体侧面夹带物也可以清楚显示。
[0041]根据一些实施例，人体夹带的物品分割后经过三维变换，夹带物品突出在人体表面，具有很强的视觉对比效果，并且保留原图灰度，噪声没有被增强，会使整体效果更好，同时，人体侧面夹带物品也可以清楚显示。
[0042]根据上述实施例的人体检查图像三维增强方法能够满足人体检查实用性要求，即图像处理速度要快；经过多种方法处理后的图像质量水平保持和原图一致；要求算法简洁、输出结果稳定，即算法健壮性。
[0043]以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了三维增强背散射图像的图像质量的方法和设备的众多实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于:可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
[0044]虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的方法，包括步骤: 获取扫描区内被检对象多个侧面的背散射图像； 基于至少一幅被散射图像获得所述被检对象的人体三维模型； 将所述背散射图像反投影到人体三维模型上，得到被检对象的三维图像； 基于所述背散射图像中的一幅或者多幅确定被检对象携带的夹带物的图像； 从所述夹带物的图像生成所述夹带物的三维图像； 融合所述被检对象的三维图像和所述夹带物的三维图像，以产生融合的三维图像；以及 在显示器上呈现所述融合的三维图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个侧面的背散射图像包括一幅正面背散射图像和至少一幅其他背散射图像，基于至少一幅背散射图像获得所述被检对象的人体三维模型的步骤包括: 从所述正面背散射图像提取所述被检对象的轮廓信息； 基于所述轮廓信息得到被检对象的人体三维模型。
3.如权利要求2所述的方法，其中基于至少一幅背散射图像获得所述被检对象的人体三维模型的步骤还包括: 从所述轮廓信息中提取关键数据； 参考关键数据从数据库中提取相应的人体三维模型。
4.如权利要求1所述的方法，从所述夹带物的图像生成所述夹带物的三维图像的步骤包括: 基于夹带物图像的对比度赋予所述夹带物厚度，形成所述夹带物的三维图像；以及 利用所述夹带物的三维散射截面对所述夹带物的三维图像进行修正。
5.如权利要求1所述的方法，其中融合所述被检对象的三维图像和所述夹带物的三维图像的步骤包括: 将由夹带物的图像生成的三维图像按照对应的位置融合到被检对象的三维图像中。
6.如权利要求1所述的方法，还包括: 根据用户选择的投影角度，从所述融合的三维图像中生成二维投影图，显示被检对象在该投影角度下的投影图像。
7.如权利要求1所述的方法，还包括获得所述被检对象的对象信息的步骤以及基于所述对象信息和所述至少一幅背散射图像二者来获得所述被检对象的人体三维模型。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述对象信息是用光学测量装置测量的轮廓信息。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述对象信息是对象的ID信息，基于所述ID信息从数据库中获得该对象的轮廓信息。
10.一种在背散射人体扫描系统中三维增强背散射图像的设备，包括: 获取扫描区内被检对象多个侧面的背散射图像的装置； 基于至少一幅被散射图像获得所述被检对象的人体三维模型的装置； 将所述背散射图像反投影到人体三维模型上，得到被检对象的三维图像的装置； 基于所述背散射图像中的一幅或者多幅确定被检对象携带的夹带物的图像的装置； 从所述夹带物的图像生 成所述夹带物的三维图像的装置；融合所述被检对象的三维图像和所述夹带物的三维图像，以产生融合的三维图像的装置；以及 在显示 器上呈现所述融合的三维图像的装置。
【文档编号】G06T17/00GK103903299SQ201210581560
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】赵自然, 陈志强, 李元景, 吴万龙, 丁先利, 张丽, 金颖康, 朱晨光, 唐乐, 俞文涛, 周奕, 曹硕, 丁光伟 申请人:同方威视技术股份有限公司