一种双能量X射线安全检查设备的物质分类方法与流程

一种双能量x射线安全检查设备的物质分类方法
技术领域
1.本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种双能量x射线安全检查设备的物质分类方法。


背景技术：

2.传统安检机的运行速度是0.22米/秒，高速安检机一般会在2.5米/秒以上，是传统安检机的10倍以上。所以，高速安检机在单位时间需要处理的图像数据也是传统安检机的10倍以上，使用传统的图像伪彩色上色方法需要进行计算每一点的物质分界点，大量使用计算资源，使得安检机伪彩色上色较慢，同时传统的伪彩色分界点计算不够准确，造成安检机图像伪彩色上色错误，影响包裹图像的展示和人员的准确判断。


技术实现要素：

3.有鉴于此，须提供一种判读效率高、效果好的物质分类方法，以便设备能准确判断物质类别进行上色，提高物品识别准确率。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种双能量x射线安全检查设备的物质分类方法，包括：1）利用双能量x射线安全检查设备分别对不同厚度的有机玻璃、铝、低碳钢标定块进行扫描，采集探测板所接收每种标定块的像素点数据。
5.2）以像素点的低能值为横坐标，高能值为纵坐标，分别对3组数据进行曲线拟合。
6.3）确定有机物和混合物的边界曲线为：f(x)
1 = k
1 * f(x)
pmma + k
2 * f(x)
al
，其中k
1 * 6.5 + k
2 * 13 = 10，k
1 + k
2 = 1；确定无机物和混合物的边界曲线为：f(x)
2 = k
3 * f(x)
fe + k
4 * f(x)
al
，其中k
3 * 26 + k
4 * 13 = 18，k
3 + k
4 = 1。
7.4）建立边界曲线的过渡区域。
8.确定有机物上界曲线为μ
o
＝(1
‑
s1)* f(x)1；混合物下界曲线为μ
m1
＝(1+s1)* f(x)1；混合物上界曲线为μ
m2
＝(1
‑
s2)* f(x)2；无机物下界曲线为μ
ino
＝(1+s1)* f(x)2。
9.在有机物上界曲线为μ
org
和混合物下界曲线μ
mix1
之间为f(x)1过渡区域；在混合物上界曲线μ
mix2
和无机物下界曲线μ
ino
之间f(x)2过渡区域。
10.5）对过渡区域设置分类置信度，选取置信度变化函数为：可得，三种物质的置信度函数为：
其中，，；y为安检机获取x射线穿过物质后的高能值，、、、分别为有机物上界点，混合物下界点，混合物上界点，无机物下界点，、、分别为有机物、混合物、无机物的置信度函数。
11.6）置信度函数归一化。
12.通过计算归一化后的置信度、、，取置信度值较高的作为物质判断的依据。通过上述方法进行判断后可以更加准确地区分边界区域物质的区分，提高识别的准确性。
13.7）提前计算物质分类点存成字典模式，生成材料查找字典。
14.通过本发明方法所得的物质分类方式更合理，物质属性判断的准确，同时预生成字典模式，加速了物质判断速度，加快伪彩上色速度，进而提高了物品识别准确率。
附图说明
15.图1为3种物质不同厚度标定块所得的像素点数据示意图。
16.图2为拟合曲线示意图。
17.图3为置信度曲线示意图。
具体实施方式
18.为了更好地理解本说明书一个或多个技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一个或多个一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.当今国内外x射线安检系统根据射线源和探测器的种类可以分为单能和双能系统。由于单能射线系统不具备物质区分的能力，因此仅仅通过外形来判断危险品对安检员的经验有很高的要求。双能系统根据使用的射线源个数又可以分为真双能系统和伪双能系统。所谓真双能系统是指安检机具有两个单能射线源，分别发射高能射线和低能射线，同时接收端有两组探测器，分别接收衰减后的高能射线和低能射线。所谓伪双能系统是指安检机只具有一个射线源，该射线源是一个具有一定能谱宽度的多能射线源，x射线穿过物体到达探测器，先被低能探测器接收得到低能数据，接着通过一个铜片低能滤波器，滤除低能部分，留下的高能部分被下一层的高能探测器接收，得到高能数据。双能系统将得到的高低能信号输入pc机，经过一系列数据处理和物质等效原子序数相关的属性值计算，得到的灰度图像通常要转换成彩色图像显示最终在计算机屏幕上呈现有一定物质类别区分的伪彩色图像，大大减少了安检员的判断难度。
20.双能系安检物质的分类主要包括有机物、混合物、无机物三种，通常的代表物质为有机玻璃、铝、铁，等效原子序数分别为6.5、13和26。国家标准规定等效原子序数z≤10时，认为是有机物；10≤z≤18时，为混合物；z＞18为无机物。而用有机玻璃、铝、铁进行采样拟合出来的曲线无法直接用于物质分类，需进行一定的比例转换才可用于物质的分类和伪彩上色。
21.为了更加准确、快速地对通过安检的物品进行上色，本发明实施例提供了一种双能量x射线安全检查设备的物质分类方法，该方法包括以下步骤：1）选择有机玻璃代表有机物，铝代表混合物，低碳钢代表无机物，分别取上述三种物质的不同厚度的长方形样品作为标定块，每个标定块的厚度统一。在这个实施例中，选用了厚度范围为1mm～120mm的若干聚甲基丙烯酸甲脂标定块表示有机物材料；厚度范围为1mm～60mm的铝标定块表示混合物；厚度范围在0.2mm～14mm的钢标定块表示无机物。标定块的大小及形状不作要求，但需厚度统一。
22.利用双能量x射线安全检查设备分别对3种物质的标定块进行扫描，采集每种物质不同厚度时的数据绘制曲线如图1所示。图1横轴是双能量x射线低能值，纵轴是双能量x射线高能值。其中图2中最上方的
“×”
是无机物钢不同厚度标定块所得的采样结果，中间的“*”是混合物铝不同厚度标定块所得的采样结果，最下方的“·”是有机物聚甲基丙烯酸甲脂不同厚度标定块所得的采样结果，且厚度均是从左至右依次增加。
23.2）对图1图中的三种标定块物质进行曲线拟合。根据统计点的分布情况，本实施例中无机物和混合物选用二次多项式拟合，有机物选用线性拟合，分别得到对应的拟合公式f(x)
fe
、f(x)
al
和f(x)
pmma
和最终的拟合曲线图，如图2所示。同样的，横坐标表示的是像素点的低能值，纵坐标表示的是高能值。
24.3）确定有机物和混合物的边界曲线为：f(x)
1 = k
1 * f(x)
pmma + k
2 * f(x)
al
，其中k
1 * 6.5 + k
2 * 13 = 10，k
1 + k
2 = 1；确定无机物和混合物的边界曲线为：f(x)
2 = k
3 * f(x)
fe + k
4 * f(x)
al
，其中k
3 * 26 + k
4 * 13 = 18，k
3 + k
4 = 1。
25.4）建立边界曲线的过渡区域。
26.在实际区分有机物、混合物、无机物时因为噪声的存在，物质种类的区分不会以上
述曲线为绝对的标准进行分隔判断。实际应用场景中测试发现，探测板某点在上述边界曲线附近，但落入f(x)1曲线下方时，不一定是有机物，有可能是混合物；探测板某点在曲线f(x)2附近，但落入f(x)1曲线和f(x)2曲线之间时，不一定是混合物，有可能是无机物。因此需要对探测板物质分类曲线设置模糊区域进行物质过度：确定有机物上界曲线为μ
o
＝(1
‑
s1)* f(x)1；混合物下界曲线为μ
m1
＝(1+s1)* f(x)1；混合物上界曲线为μ
m2
＝(1
‑
s2)* f(x)2；无机物下界曲线为μ
ino
＝(1+s1)* f(x)2；其中，s1，s2为大于0小于1的系数，优选的均为0.05。
27.即在有机物上界曲线μ
org
和混合物下界曲线μ
mix1
之间为f(x)1过渡区域；在混合物上界曲线μ
mix2
和无机物下界曲线μ
ino
之间为f(x)2过渡区域。
28.5）对过渡区域设置分类置信度，选取置信度变化函数为：可得，三种物质的置信度函数为：可得，三种物质的置信度函数为：可得，三种物质的置信度函数为：其中，，；y为安检机获取x射线穿过物质后的高能值，、、、分别为有机物上界点，混合物下界点，混合物上界点，无机物下界点，、、分别为有机物、混合物、无机物的置信度函数。对上述置信度曲线作图，如图3所示。
29.6）置信度函数归一化。
30.这样，通过计算归一化后的置信度、、，取置信度值较高的作为物质判
断的依据。通过上述方法进行判断后可以更加准确地区分边界区域物质的区分，提高识别的准确性。
31.7）计算物质分类点存成字典模式，生成材料查找字典。
32.因为高速安检机需要处理的图像时长不宜过长，同时在伪彩上色时每一点都需要重复以上的步骤进行物质分类的判断，导致图像伪彩上色时间过长，所以为了节省时间，提前计算物质分类点，将步骤4）中的每个点都进行置信度值计算，存成字典模式，即可在实际应用中，通过物质高低能数值，得到其准确的物质分类。具体的，字典包含四个部分，有机物上界字典o_top(x),混合物下界字典mix_bottom(x), 混合物上界字典mix_top(x),无机物下界字典ino_bottom(x)，这些字典可通过代入x，x从0到探测板所能接收的最大值进行按1
‑
4的步骤遍历求解即可获得。经应用验证，该方法在物质判断上准确度有极大提升。
33.以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。