检查物体的方法、显示方法和设备的制作方法
【专利摘要】公开了一种检查物体的方法、显示方法和设备。该显示方法包括步骤：利用CT成像系统获取被检查行李的断层数据；从断层数据生成所述被检查行李中各个物体的三维体数据；针对每个物体，基于三维体数据确定至少包括该物体的量词描述的语义描述；接收用户对某个物体的选择，在显示所选择物体的三维图像的同时，呈现该物体的语义描述。利用上述方案，通过自动检测与描述，实现物体的自动辅助检测。物体描述结果是对人工检测的必要补充，也是加强人机交互的一种手段，在减少漏检这一重要问题上有很强的应用价值。
【专利说明】检查物体的方法、显示方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对物体的安全检查，具体涉及检查物体的方法、显示方法和设备。【背景技术】
[0002]透视成像是安检领域的重要手段，典型应用过程为:设备对行李物品进行透视扫描并成像，图检员经过判图，手工标注嫌疑物区域，并对区域做出语义描述，如“打火机”、“一瓶酒”等等。这一过程过分依赖人的因素，在真正危险物以极小概率出现、图检员经验有限、疲劳等因素影响下，会导致漏检，造成严重后果。
[0003]解决这一问题的典型手段以自动辅助检测为主，以增加设备与安检员交互为辅。自动检测虽然为主要手段，但效果不尽人意。其典型技术如爆炸物检测、高密度报警等不能充分满足应用需求。究其原因，一方面是技术条件所限，如DEDR(Dual Energy DigitalRadiography)中的透视重叠造成物体混叠，另一方面也是学界的研究较少，较新的技术如DECT(DualEnergy Computed Tomography)需要新的检测算法支持所致。
[0004]DECT是解决这一问题的优势技术，它由DR、CT技术发展而来，在获取扫描物三维结构信息的同时，可以得到物体内部的有效原子序数与等效电子密度，因此具备了进行三维数据理解的条件。但现有的研究目标往往是某特定物体的目标检测，且主要依赖密度、原子序数信息，缺乏对“物体”信息的认识。
【发明内容】
[0005]为了更为准确地对行李进行安全检查。提出了一种检查物体的方法、显示方法和设备。
[0006]根据本发明的一个方面，提出了一种在CT成像系统中对行李进行检查的方法，包括步骤:利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据；从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据；基于所述三维体数据计算所述物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正交；计算所述第一深度投影图像、所述第二深度投影图像和所述第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比；至少基于第一到第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比来生成所述物体的形状特征参数；利用基于形状特征参数的分类器对所述形状特征参数进行分类，得到体现所述物体的形状的量词描述；输出至少包括所述物体的量词描述的语义描述。
[0007]根据本发明的另一方面，提供了一种在CT成像系统中对行李进行检查的设备，包括:利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据的装置；从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据的装置；基于所述三维体数据计算所述物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正交的装置；计算所述第一深度投影图像、所述第二深度投影图像和所述第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比的装置；至少基于第一到第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比来生成所述物体的形状特征参数的装置；利用基于形状特征参数的分类器对所述形状特征参数进行分类，得到体现所述物体的形状的量词描述的装置；输出至少包括所述物体的量词描述的语义描述的装置。
[0008]在本发明的另一方面，提供了一种在CT成像系统中显示物体的方法，包括步骤:利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据；从所述断层数据生成所述被检查行李中各个物体的三维体数据；针对每个物体，基于所述三维体数据确定至少包括所述物体的量词描述的语义描述；接收用户对某个物体的选择，在显示所选择物体的三维图像的同时，呈现该物体的语义描述。
[0009]在本发明的另一方面，提供了一种在CT成像系统中显示物体的设备，包括:利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据的装置；从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据的装置；针对每个物体，基于所述三维体数据确定至少包括所述物体的量词描述的语义描述的装置；接收用户对某个物体的选择，在显示所选择物体的三维图像的同时，呈现该物体的语义描述的装置。
[0010]利用上述方案，通过自动检测与描述，实现物体的自动辅助检测。物体描述结果是对人工检测的必要补充，也是加强人机交互的一种手段，在减少漏检这一重要问题上有很强的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]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:
[0012]图1是根据本发明实施例的CT系统的结构示意图；
[0013]图2是根据本发明实施例的计算机数据处理器的结构示意图；
[0014]图3是根据本发明实施例的控制器的结构示意图；
[0015]图4是描述从Viewl、View2、View3三个视角做深度投影的示意图；
[0016]图5是描述根据在CT成像系统中对被检查物体进行检查的方法的流程图；
[0017]图6是描述根据本发明另一实施例的在CT成像系统中显示物体的方法的流程图；
[0018]图7是描述根据本发明另一实施例的在CT成像系统中创建行李中物体的三维模型的方法的流程图；
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]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。
[0021]针对现有技术中的仅仅使用被检查行李中物体的物理属性信息进行安全检查的不足之处，本发明的实施例提出了一种在CT成像系统中对行李进行检查的方法。利用CT成像系统获取被检查行李的断层数据后，从被检查行李的断层数据生成被检查行李中至少一个物体的三维体数据。然后基于三维体数据计算物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正交。接下来，计算第一、第二和第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比。至少基于第一到第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比来生成所述被检查物体的形状特征参数。利用基于形状特征参数的分类器对所述形状特征参数进行分类，得到体现所述物体的形状的量词描述。输出至少包括所述物体的所述量词描述的语义描述。这样，通过对CT成像系统获得的物体的数据进行处理得到了物体的形状特征，并且以其语义描述的方式输出，使得图检员能够直观、准确地得到被检查行李中物体的具体描述，从而降低了漏检率。
[0022]根据本发明的另一实施例，为了降低漏检率，提供了一种在CT成像系统中显示物体的方法。在利用CT成像系统获取被检查行李的断层数据后，从断层数据生成被检查行李中各个物体的三维体数据。然后，针对每个物体，基于三维体数据确定至少包括所述物体的量词描述的语义描述。接收用户对某个物体的选择，在显示所选择物体的三维图像的同时，呈现该物体的语义描述。这样，当被检查行李通过CT成像设备进行检查时，不但在屏幕上输出被检查行李中物体的图像，而且针对图检员所选择的物体输出其语义描述，从而直观地呈现物体的描述，降低了漏检率。
[0023]根据本发明的另一实施例，为了能够更为准确地提取被检查行李中物体的形状特征，本发明的实施例提供了一种在CT成像系统中创建被检查行李中物体的三维模型的方法。利用该CT成像系统获取被检查行李的断层数据后，对所述断层数据进行插值，生成所述被检查行李的三维体数据。然后对所述被检查行李的三维体数据进行无监督分割，得到多个分割的区域，接下来对多个分割的区域进行等值面提取，得到相应的等值面。然后对等值面进行三维表面分割，形成各个物体的三维模型。这样的得到的被检查行李中物体的三维模型能够较为准确地对被检查行李中物体的三维表面进行描述，为后续的三维形状特征的提取提供了较好的基础，因此能够提高安全检查的准确率。
[0024]图1是根据本发明实施方式的CT设备的结构示意图。如图1所示，根据本实施方式的CT设备包括:机架20、承载机构40、控制器50、计算机数据处理器60等。机架20包括发出检查用X射线的射线源10，诸如X光机，以及探测和采集装置30。承载机构40承载被检查行李70穿过机架20的射线源10与探测和采集装置30之间的扫描区域，同时机架20围绕被检查行李70的前进方向转动，从而由射线源10发出的射线能够透过被检查行李70，对被检查行李70进行CT扫描。探测和采集装置30例如是具有整体模块结构的探测器及数据采集器，例如平板探测器，用于探测透射被检液态物品的射线，获得模拟信号，并且将模拟信号转换成数字信号，从而输出被检查行李70针对X射线的投影数据。控制器50用于控制整个系统的各个部分同步工作。计算机数据处理器60用来处理由数据采集器采集的数据，对数据进行处理并重建，输出结果。
[0025]如图1所示，射线源10置于可放置被检物体的一侧，探测和采集装置30置于被检查行李70的另一侧，包括探测器和数据采集器，用于获取被检查行李70的透射数据和/或多角度投影数据。数据采集器中包括数据放大成形电路，它可工作于(电流)积分方式或脉冲(计数)方式。探测和采集装置30的数据输出电缆与控制器50和计算机数据处理器60连接，根据触发命令将采集的数据存储在计算机数据处理器60中。
[0026]图2示出了如图1所示的计算机数据处理器60的结构框图。如图2所示，数据采集器所采集的数据通过接口单元68和总线64存储在存储器61中。只读存储器(ROM) 62中存储有计算机数据处理器的配置信息以及程序。随机存取存储器(RAM) 63用于在处理器66工作过程中暂存各种数据。另外，存储器61中还存储有用于进行数据处理的计算机程序。内部总线64连接上述的存储器61、只读存储器62、随机存取存储器63、输入装置65、处理器66、显示装置67和接口单元68。
[0027]在用户通过诸如键盘和鼠标之类的输入装置65输入的操作命令后，计算机程序的指令代码命令处理器66执行预定的数据处理算法，在得到数据处理结果之后，将其显示在诸如LCD显示器之类的显示装置67上，或者直接以诸如打印之类硬拷贝的形式输出处理结果。
[0028]图3示出了根据本发明实施方式的控制器的结构框图。如图3所示，控制器50包括:控制单元51，根据来自计算机60的指令，来控制射线源10、承载机构40和探测和采集装置30 ;触发信号产生单元52，用于在控制单元的控制下产生用来触发射线源10、探测和采集装置30以及承载机构40的动作的触发命令；第一驱动设备53，它在根据触发信号产生单元52在控制单元51的控制下产生的触发命令驱动承载机构40传送被检查行李70 ；第二驱动设备54，它根据触发信号产生单元52在控制单元51的控制下产生的触发命令机架20旋转。
[0029]探测和采集装置30获得的投影数据存储在计算机60中进行CT断层图像重建，从而获得被检查行李70的断层图像数据。然后计算机60例如通过执行软件来从断层图像数据提取被检查行李70中至少一个物体的三维形状参数，进而进行安全检查。根据其他实施例，上述的CT成像系统也可以是双能CT系统，也就是机架20的X射线源10能够发出高能和低能两种射线，探测和采集装置30探测到不同能量水平下的投影数据后，由计算机数据处理器60进行双能CT重建，得到被检查行李70的各个断层的等效原子序数和等效电子密度数据。
[0030]图4示出了根据本发明实施例的方法中各个视角的定义的示意图。图5是描述根据在CT成像系统中对行李进行检查的方法的流程图。在步骤S51，利用CT成像系统获取被检查行李的断层数据。例如基于上述的CT设备或者其他的CT设备对被检查行李进行双能CT检查，得到断层数据，这里的断层数据通常包括断层密度图数据和断层原子序数图数据。但是，在其他的实施例中，例如单能CT的情况下，得到的是线性衰减系数图像数据。
[0031]在步骤S52，从断层数据生成被检查行李中至少一个物体的三维体数据。例如，对断层数据进行层间插值，从而得到被检查行李的三维体数据。再如，在得到一系列连续断层下的DECT密度图、原子密度图后，要对两者分别进行三维插值，使得图像在断层内、断层间的分辨率一致。三维插值的公知算法较多，如商业将软件Intel IPPdntel IntegratedPerformancePrimitives)函数库，开源软件 Kitware VTK(Visualization Toolkit)函数库，均提供这一功能。插值之后，二维断层数据转换为三维体数据。
[0032]在步骤S53，基于所述三维体数据计算所述物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正交。根据另一实施例，第一深度投影图像与第二深度投影图像的投影方向尽量正交(例如大致正交)，分别逼近该物体投影面积最大的和最小的方向。
[0033]深度投影Depth Buffer也叫Ζ-Buffering,是三维表面显示的基本技术。判断物体之间的遮挡关系，并将没有遮挡的部分显示到屏幕上。这一技术是目前3D0R所使用的典型技术，但往往涉及数十个投影，复杂度较高。如图4所示，在本实施例中，仅使用3个深度投影图。第一个投影定义为I1，其目的是为了得到“主视图”，此处以面积最大的投影来逼近它。如图4中XOY平面所示投影即为Ip第二个投影定义为I2，其目的是为了得到“俯视图”，此处以面积最小的投影来逼近。如图4中XOZ平面所示投影即为12。图4中这两个投影方向正交，但实际上未必满足这一条件，因此这两个投影方向所成的角度也作为特征之一。第三个投影定义为I3，其目的是为了得到“侧视图”。在得到I1U2的投影方向后，以正交于他们的投影方向再次投影，即可得到13，如图4中YOZ面上的投影即为13。
[0034]需要注意的是，图4中X、Y、Z方向可以正向、反向投影出6个图像。由于在三维表面分割过程中，细节已经去掉，所以正反两向投影很相似。为降低算法复杂度，这里只使用3个投影。
[0035]为得到面积最大或最小投影，可以采用遍历所有旋转角度的方法来实现，但这样复杂度过高。此处借鉴Rectilinearity算法,使用遗传算法快速估计前两个投影方向。
[0036]I1~I3图像的对称性可以反映物体的自相似性，是重要的形状特征。为了便于计算，此处将I1~I3进行PCA (Principal Component Analyze,主成分分析)对齐，使得二维图像在X轴散度最大化，也即图像的上下对称性最强。下文所指I1~I3指经过对齐处理的图像。
[0037]在步骤S54，计算第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比。
[0038]在一些实施例中，提取I1~I3的对称性、两两相似性、占空比、宽高比作为形状特征中的一个或多个或者他们的任意组合，作为形状特征参数。另外，前述Ip I2投影方向之间夹角也反映了物体形状，也作为特征参量之一。还有，物体体积反映物体大小，也作为特征之一 O
[0039]设深度投影图像的灰度取值范围在[0，1]间。其中灰度值O代表无限远，非O值表示面片与观测的距离，越近值越大。上述特征的获取方法可以为:
[0040]i)求I1~I3的上下对称性亡~#。设I1~I3上下翻转得到图像V~V，则可定义上下对称性P为:
[0041]
【权利要求】
1.一种在CT成像系统中对行李进行检查的方法，包括步骤: 利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据； 从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据； 基于所述三维体数据计算所述物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正交； 计算所述第一深度投影图像、所述第二深度投影图像和所述第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比； 至少基于第一到第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比来生成所述物体的形状特征参数； 利用基于形状特征参数的分类器对所述形状特征参数进行分类，得到体现所述物体的形状的量词描述； 输出至少包括所述物体的所述量词描述的语义描述。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤:计算所述第一深度投影图像和所述第二深度投影图像的投影方向之间的夹角； 其中，所述形状特征参数还包括所述夹角。
3.如权利要求1所述的方法，还包括步骤:基于所述三维体数据计算所述物体的体积值； 其中，所述形状特征参数还包括所述体积值。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一深度投影图像与所述第二深度投影图像的投影方向尽量正交，分别逼近所述 物体投影面积最大的和最小的方向。
5.如权利要求1所述的方法，所述语义描述还包括所述物体的重量、密度、原子序数和位置中的至少之一。
6.如权利要求1所述的方法，所述量词描述包括如下至少之一:袋、片、块、瓶、罐、根、盒、包、和个。
7.如权利要求1所述的方法，其中从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据的步骤具体包括: 对所述断层数据进行插值，得到被检查行李的三维体数据； 对所述被检查行李的三维体数据进行无监督分割，得到多个分割的区域； 对所述多个分割的区域进行等值面提取，得到相应的等值面； 对所述等值面进行三维表面分割，以得到被检查行李中的各个物体的三维体数据。
8.—种在CT成像系统中行李进行检查的设备，包括: 利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据的装置； 从所述断层数据生成所述被检查行李中的至少一个物体的三维体数据的装置； 基于所述三维体数据计算所述物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正交的装置； 计算所述第一深度投影图像、所述第二深度投影图像和所述第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比的装置；至少基于第一到第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比来生成所述物体的形状特征参数的装置； 利用基于形状特征参数的分类器对所述形状特征参数进行分类，得到体现所述物体的形状的量词描述的装置； 输出至少包括所述物体的所述量词描述的语义描述的装置。
9.一种在CT成像系统中显示物体的方法，包括步骤: 利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据； 从所述断层数据生成所述被检查行李中各个物体的三维体数据； 针对每个物体，基于所述三维体数据确定至少包括所述物体的量词描述的语义描述；接收用户对某个物体的选择，在显示所选择物体的三维图像的同时，呈现该物体的语义描述。
10.如权利要求9所述的方法，其中，针对每个物体确定该物体的语义描述的步骤包括: 基于所述物体的三维体数据计算所述物体在三个方向上的第一深度投影图像、第二深度投影图像和第三深度投影图像，其中第三深度投影图像的投影方向与第一和第二深度投影图像的投影方向正 交； 计算所述第一深度投影图像、所述第二深度投影图像和所述第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比； 至少基于第一到第三深度投影图像各自的对称性度量值、两两之间的相似性度量值以及占空比和高宽比来生成所述物体的形状特征参数； 利用基于形状特征参数的分类器对所述形状特征参数进行分类，得到体现所述物体的形状的量词描述； 输出至少包括所述物体的所述量词描述的语义描述。
11.如权利要求10所述的方法，所述语义描述还包括所述物体的重量、密度、原子序数和位置中的至少之一。
12.如权利要求10所述的方法，所述量词描述包括如下至少之一:袋、片、块、瓶、罐、根、盒、包、和个。
13.如权利要求10所述的方法，还包括步骤:计算所述第一深度投影图像和所述第二深度投影图像的投影方向之间的夹角； 其中，所述形状特征参数还包括所述夹角。
14.如权利要求10所述的方法，还包括步骤:基于所述物体的三维体数据计算所述物体的体积值； 其中，所述形状特征参数还包括所述体积值。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一深度投影图像与所述第二深度投影图像的投影方向尽量正交，分别逼近所述物体投影面积最大的和最小的方向。
16.如权利要求9所述的方法，其中所述被选择的物体高亮显示，同时将其他物体屏蔽。
17.如权利要求9所述的方法，其中从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据的步骤具体包括步骤:对所述断层数据进行插值，得到被检查行李的三维体数据； 对所述被检查行李的三维体数据进行无监督分割，得到多个分割的区域； 对所述多个分割的区域进行等值面提取，得到相应的等值面； 对所述等值面进行三维表面分割，以得到各个物体的三维模型。
18.一种在CT成像系统中显示物体的设备，包括: 利用所述CT成像系统获取被检查行李的断层数据的装置； 从所述断层数据生成所述被检查行李中至少一个物体的三维体数据的装置； 针对每个物体，基于所述三维体数据确定至少包括所述物体的量词描述的语义描述的装置； 接收用户对某个物体的选择，在显示所选择物体的三维图像的同时，呈现该物体的语义描述的 装置。
【文档编号】G01B15/04GK103901489SQ201210581468
【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】张丽, 陈志强, 赵自然, 李强, 顾建平, 孙运达 申请人:清华大学, 同方威视技术股份有限公司