专利名称：立体视觉放射线安检设备的制作方法
技术领域：
本发明属于安检设备领域，主要用于机场、车站、码头、海关等处，免开箱(包)检查旅客携带、托运的行李物品，也可用于邮局、海关、港口、仓库、货场等处，免开箱(包)检查各类大小货箱、物品等。
背景技术：
目前应用最广泛的行李物品安全检查设备是X-线扫描透视检查设备，主要由射线发生系统、射线探测器、图像处理及显示系统、物品与检查设备相对移动系统构成。由经过专门培训的专业人员对扫描产生的平面X-线扫描图像进行判读，根据行李物品的形状特征和X-线通透性特征判断是否夹带了违禁物品。也有用于检查车辆或集装箱的大型设备，一般用高能X-线或伽马射线源。由于物品的多样性，平面透视扫描图像的判读不直观，判读效率低下，判读准确性低，工作人员劳动强度高。目前已有的立体图像安检设备为与医用CT(计算机断层扫描)原理相似的放射检查设备，但该类设备结构复杂，造价昂贵，工作效率低。
发明内容
本发明可在不必大幅度增加设备的复杂程度和造价，基本不改变现行工作模式的情况下将目前设备显示的平面扫描图像变为立体图像，使得行李内物品的立体形状可以直观显示，从而克服了目前常用设备的缺点。
本发明的基本设想是利用人类立体视觉的产生主要因素，即由双眼对同一物体视角不同造成的双眼视网膜成像的微小差别，由射线源、探测器和图像处理系统产生同一行李物品的两套视角不同的图像，通过现有的视频立体图像显示设备，即可观察到行李物品的立体监视图像。其中每一套图像的产生过程及处理方法与目前所用X-线扫描安检设备基本相同。
图1.双射线源立体安检设备原理示意图，是最接近现有透视安检设备的方案。
图2.单射线源立体安检设备原理示意图，是在图1所示方案的基础上减少了一套射线源，增加了图像延时处理功能。
图3.双射线源立体安检设备，射线源及探测器的第二种空间安排，图像处理和立体显示系统省略未画。
图4.单射线源立体安检设备，射线源及探测器的第二种空间安排，图像处理和立体显示系统省略未画。
图5.双射线源立体安检设备，射线源及探测器的第三种空间安排(侧视图)，图像处理和立体显示系统省略未画。
图6.双射线源立体安检设备，射线源及探测器的第三种空间安排(主视图)及结构原理。物品连续通过时图像将呈上下方向移动。
图7.可纠正变形双射线源立体安检设备的主要结构，是将图1所示方案的直行传送带替换为转角传送带。
图8.可纠正变形单射线源立体安检设备的主要结构，是将图2所示方案的直行传送带替换为转角传送带。
图9.大型物品双射线源立体安检设备的主要结构，是将图1所示方案的直行传送带替换为射线源和探测器同步直线运动轨道。
图10.大型物品单射线源立体安检设备的主要结构，是将图2所示方案的直行传送带替换为射线源和探测器同步直线运动轨道。
图11.大型物品弧形轨道立体安检设备的主要结构，是将图1所示方案的转角传送带替换为射线源和探测器同步转动系统。
图12.大型物品直线轨道纠正变形立体安检设备的主要结构，是将图11所示方案的射线源和探测器同步转动轨道替换为探测器直线运动、射线源同步转动跟踪系统。
图13.单射线源单线扫描探测器立体安检设备的原理示意图，是将图12所示方案的两套图像由两套系统同时获得变为由一套系统分两步获得。
图14.单射线源单平面探测器立体安检设备的主要结构，是将图13所示方案的线扫描探测器替换为平面探测器。
图15.单射线源单线扫描探测器转盘式立体安检设备的主要结构，是将图13所示方案的射线源移动部件替换为物体转动部件。
图16.单射线源单平面探测器转盘式立体安检设备的主要结构，将图14所示方案的射线源移动部件替换为物体转动部件。
具体实施例方式
a.上述立体安检设备，如采用两个射线源的方案，如图1所示，则其射线源2、单扇形束光器10和相应的射线扫描探测器3在直行传送带9两侧交叉放置并让两扇形射线束12平面夹角的平分平面与传送带传输方向垂直。两射线束平面夹角4一般不超过34°，在5-15°时效果较好。两套探测器3检测穿过被检物体1的射线束12产生的射线强度信号经其相应的图像处理系统5处理所产生的序列图像信号分别输入动态立体图像显示系统6或7的左右信号输入端口即可产生所需的立体监视图像。图中所用射线为X-射线，由高压发生器11和X-线球管(相当于2)产生。
b.上述设备的射线源和射线探测器的位置还可按图3所示，即射线源2在传送带9上，探测器3在传送带9下；或如图5、6所示的方式安置，即两扫描探测器交叉放置于传送带9下，图5中13为单扇形束光器10的侧面示意图。这样需要对其中位于被检行李物品输入一侧的探测器对应的图像通过延时器或延时功能软件25作延时处理，以便使两套图像系统同步显示同一被检物品，延迟时间应精确地等于传送带上的一点从输入侧的射线束平面运动到输出侧的射线束平面所需得时间。该方案和图1、3所示方案相比，所获得的图像立体感有所增强，因其在左右方向的放大变形符合人的视觉习惯。
c.如用一个射线源，如图2所示，则用特制的双扇形射线束光器24将一个射线源2发出的射线遮挡成成一定角度的两个扇面形射线束12，两射线束平面夹角4一般不超过34°，在5-15°时效果较好。两扇形射线束平面夹角的平分平面与传送带9的传输方向垂直，相对应的两套射线探测器3的安置方式相应调整。在图像处理系统中对位于被检行李物品输入一侧的探测器相对应得图像信号通过延时器或延时软件25作时间延迟处理，延迟时间大致相当于传送带中线上的一点从一个射线束平面运动到另一个射线束平面所需的时间。经过处理的两套图像信号以与图1所示的双射线源设备相同的方式输入立体图像显示系统6或7即可。其中射线源2和射线探测器3的位置还可按图4所示的方式安置，即射线源2在传送带9上，探测器3在传送带下。
d.将前述的直线传送的直行传送带9替换为弧线传送的转角传送带14，如图7所示，目的在于纠正上述设备的透视图像在传送带运动方向无放大变形而在其垂直方向上存在放大变形从而造成不符合视觉习惯的图像失真变形，并可改善监视图像的立体视觉效果。将射线源2置于通过转角传送带14弯边弧线的圆心与传送带上平面垂直的直线15附近。这样可以使平面图像在水平和垂直两个方向上的放大变形基本一致，使被检查物品的立体透视图像更加逼真。如用一个射线源，如图8所示，则射线源2所在位置必须与上述直线15保持适当距离。因为那样通过两束射线所获得的图像将完全相同，不能形成立体像。这两种情形，射线束平面与通过转角输送带弯边圆心和射线探测器(看作直线段)的平面的夹角8的2倍角对图像立体感的影响相当于前述的夹角4。
e.上述设备当用于检查尺寸较大不易匀速移动的物体如车辆和集装箱时可以采用被检物品1保持静止，而射线源2和探测器3同步匀速运动的方式实施检查，如图9、10所示。16和17分别表示射线源2和探测器3在工作时的运动轨迹，在实施时可以应用各种工业导轨实现。射线源2和探测器3的同步可以用机械连接实现，也可以用光电或数字同步技术实现。
f.图9所示的安检设备如欲纠正水平方向和垂直方向上的不协调放大变形，可让被检物品1保持静止，探测器3和两射线源2沿以两射线源2连线中点18为圆心的弧线作同步匀速转动，获得的图像即可纠正前述的不协调放大变形。如图11所示。
g.对图11所示的安检设备方案进行部分改进，让探测器3做匀速直线运动，以两射线源2连线中点18为圆心转动两射线源2并让射线照射方向跟踪探测器3，探测器3同步自转，探测靶面保持与射线源2相对，如图12所示。这是使用线扫描探测器时纠正图像变形效果最好的方案，也可用于检查小型物品，缺点是物品不能连续通过，故不便在被检查物品通过量较大的设备上应用。
h.当物品通过量较少且可以间断通过时，可采用一个射线源2和一套探测器3，先通过步骤A曝光获取一幅被检物品1的平面图像，然后进行步骤B移动射线源2，步骤C再次曝光获得另一幅平面图像，利用图像处理系统5制制作出与左右眼相对的两套图像信号并利用立体图像显示系统6或7显示立体图像。如图13所示。两扇形射线束扫描通过的锥形空间的中心线22的夹角27，对图像立体感的影响相当于先前所述的两射线束中心线的夹角4，一般不超过34°，在5-15°时效果较好。
i.如图13所述的功能设备也可以不通过移动射线源2，而是通过物品旋转圆盘21转动被检物品1或直接转动射线源2和探测器3的组合体，获得视角不同的两幅图像，如图15所示。图中物体1或射线源2和探测器3的组合体旋转的角度26，对图像立体感的影响相当于先前所述的两射线束中心线的夹角4。
j.图14和图16是把图13和图15所述的设备中的线扫描探测器3换成平面探测器19，单扇形射线束光器10换成锥形射线束光器20，两锥形射线束中心线23间的夹角为27。成像效果应与图13所述设备相似，工作效率略提高，但制造成本增加。
k.上述设备选用伽马射线源、高能X-射线源或普通X-线源的应用原则与目前现有安检设备相同。
1.考虑到目前实施的技术难度、制造成本、成像立体效果和工作效率，在用于检查一般小型物品时，图7所示方案相对最适于首先实施，其中的射线源、束光器、射线探测器、图像处理器均可使用目前一般X-线透视安检机的现成部件，转角传送带也可在传送带厂商处直接购得。考虑到工作环境复杂，判读人员易于疲劳，立体显示系统推荐采用单显示器无目镜立体显示系统，该系统也可从市场上直接购得。其他任何可接受两路视频信号实施输入的动态立体显示系统也可使用。实施该方案的工作只需在现有的各种部主要部件的基础上添加必要的辅助配件如连接固定各主要部件的支撑固定架和射线防护罩壳，按本说明书提供的主要参数组装起来即可。
m.图8所示的可纠正变形单射线源立体安检设备可能比图7所示方案更经济、更可靠。该方案需另行制造束光器和改造图像处理系统。制造双扇形束光器所用的技术与原来单扇形束光器的制造技术基本相同，图像处理系统中对一套图像的输出时间进行一到数秒的延迟用软件和硬件均可实现。因为该方案减少了一套射线源，所以可以比图7所示方案显著降低制造成本，而且也降低了设备的复杂程度，因此可以降低设备的故障发生率。
n.图15所示的单射线源单线扫描探测器转盘式立体安检设备是结构最简单，成本最低的方案。适合做成体积较小，对单件较小包裹物品进行逐一检查的设备。还可以做成车载设备，以备在特殊场合临时使用。
o.在适合对大件物品检查的方案中，如果强调节省空间场地，可以采用图10所示方案，如果更关心图像立体效果，则可采用图12所示的结构，探测器在直线导轨上运动，探测器与射线源的同步运动与转动可由连接与射线源和探测器之间的可改变长度的连杆实现，也可由相应的光电技术或数字同步技术方案实现。射线源采用放射同位素产生的伽玛射线或直线加速器产生的高能X-射线。
权利要求
1.一种行李、物品安检设备，主要由射线发生系统、射线探测器、图像处理及立体图像显示系统、物品与检查设备相对移动系统构成。其特征在于该设备工作时射线源相对被检物品的运动轨迹在一个平面内，至少获得同一物品角度不同的2幅透射平面图像，并通过图像处理和立体图像显示系统输出行李物品的立体监视图像。
2.权利要求1所述的安检设备，所用的射线源为2个。
3.权利要求1所述的安检设备，所用的射线源为1个。
4.权利要求1所述的安检设备，所用的射线探测器为至少2个线扫描探测器。
5.权利要求2和4所述的安检设备，所用的物品与检查设备相对移动系统为弧形转角传送带，射线源置于通过传送带弯边弧线的圆心与传送带上平面垂直的直线上或该直线附近。
6.权利要求3和4所述的安检设备，所用的物品与检查设备相对移动系统为弧形转角传送带，射线源置于通过传送带弯边弧线的圆心与传送带上平面垂直的直线附近并保持适当距离。
7.权利要求2和4所述的安检设备，工作时被检物品保持静止，探测器和两射线源沿以两射线源连线中点为圆心的弧线作同步匀速转动。
8.权利要求2和4所述的安检设备，工作时探测器做匀速直线运动，以两射线源连线中点为轴心转动两射线源并让射线照射方向跟踪两探测器，探测器同步自转，探测靶面保持与射线源相对。
9.权利要求1所述的安检设备，所用的射线探测器为1个平面探测器。
10.权利要求3所述的安检设备，所用的射线探测器为1个线扫描探测器。
全文摘要
本发明涉及一种立体视觉放射线安检设备。目前应用最广泛的行李、物品安检设备是X－线扫描透视检查设备，工作时由专业人员对产生的平面图像进行判读，根据行李内物品的形状和X－线通透性特征判断是否夹带了违禁物品。由于物品的多样性，平面图像的判读不直观，判读效率低下，准确性低，工作强度高。本发明在不必大幅度增加设备的复杂程度和造价的情况下，可以直观显示行李内物品的立体形状，克服了现有设备的缺点。本发明是利用立体视觉的产生主要因素，即由双眼对同一物体视角不同造成的双眼视网膜成像的微小差别，由射线源、探测器和图像处理系统产生两套视角不同的图像，通过视频立体图像显示设备产生行李物品的立体监视图像。
文档编号G01N23/04GK1979140SQ200510111240
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者张传忠 申请人:张传忠