X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，包括以下步驟：S01:包裹進(jìn)入螺旋掃描系統(tǒng)，所述螺旋掃描系統(tǒng)的X射線源對(duì)包裹掃描；S02：螺旋掃描的同時(shí)探測(cè)器采集投影數(shù)據(jù)；S03：對(duì)探測(cè)器采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，并生成導(dǎo)航圖；S04：判斷包裹是否掃描完畢；如果未掃描完畢，則返回步驟S02；如果掃描完畢，則顯示完整的包裹導(dǎo)航圖。本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的優(yōu)越效果在于：所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法在實(shí)際操作時(shí)不需要額外添加硬件設(shè)備，不需要CT重建和三維體顯示技術(shù)的支持，計(jì)算簡(jiǎn)單，對(duì)計(jì)算資源開(kāi)銷小，且實(shí)時(shí)生成導(dǎo)航圖。
【專利說(shuō)明】X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及安全檢查及輻射成像領(lǐng)域，具體涉及安全檢查過(guò)程中的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于X射線的安全檢查設(shè)備具有操作方便、檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)場(chǎng)、鐵路、港口等需要安檢的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。X射線安檢設(shè)備采用的掃描方式包括三種:單視角透視掃描、多視角透視掃描和螺旋掃描。
[0003]單視角透視掃描設(shè)備中，X射線源從一個(gè)固定的角度方向照射物體，安檢員僅依據(jù)一個(gè)角度方向的透視圖像判斷是否存在違禁品。這種掃描圖像上，物體疊加遮擋十分嚴(yán)重，故而該類設(shè)備探測(cè)性能較差。
[0004]多視角透視掃描設(shè)備中，在多個(gè)不同的角度方向布置了 X射線源，安檢員依據(jù)不同角度方向的透視圖像綜合判斷是否存在違禁品。因提供了多個(gè)視角下的透視圖像，在某個(gè)視角下，違禁品可能不存在遮擋或遮擋很少，但存在違禁品被遮擋的可能性。
[0005]螺旋掃描設(shè)備中，X射線源圍繞著行李包裹做螺旋掃描，其采集的投影視角個(gè)數(shù)通常在幾百甚至一千多。基于CT(Computed Tomography)重建技術(shù),螺旋掃描設(shè)備具有最高的違禁品探測(cè)性能，也是當(dāng)前最重要的一種爆炸物探測(cè)設(shè)備。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中基于螺旋掃描的危險(xiǎn)品識(shí)別流程通常包括以下步驟:一是通過(guò)螺旋掃描獲取投影數(shù)據(jù)；二是采用雙能螺旋CT重建算法，獲取包裹的切片信息；三是基于切片信息判定當(dāng)前包裹中是否存在危險(xiǎn)品。在實(shí)際應(yīng)用中，安檢員不僅希望安檢設(shè)備提示當(dāng)前包裹中是否存在危險(xiǎn)品，同時(shí)也希望安檢設(shè)備具備危險(xiǎn)品導(dǎo)航能力?！皩?dǎo)航”指的是通過(guò)安檢設(shè)備提供的多維圖像，也稱之為導(dǎo)航圖像，安檢員能夠方便的確認(rèn)危險(xiǎn)品或其它感興趣物體在包裹中的三維空間位置。
[0007]螺旋掃描設(shè)備中，導(dǎo)航圖像的生成方法主要有兩種。第一種方法是在螺旋掃描裝置之前添加一套透視DR (Digital Radiography)系統(tǒng)，利用透視系統(tǒng)獲得的二維透視圖作為導(dǎo)航圖。這種方案實(shí)施簡(jiǎn)單，但需額外添加一套源探設(shè)備，增加了系統(tǒng)成本，加大了設(shè)備體積，且只能得到二維的導(dǎo)航圖。第二種方法是，首先基于螺旋CT技術(shù)獲得物體的切片信息，再采用三維體顯示技術(shù)，由切片信息生成包裹的三維導(dǎo)航圖像。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加額外的源探設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)三維導(dǎo)航功能，其不足是該方法需經(jīng)過(guò)大量的CT重建，對(duì)計(jì)算資源要求很高，不利于實(shí)時(shí)導(dǎo)航；同時(shí)，三維體顯示操作對(duì)CPU/GPU和內(nèi)存的消耗也很大。
[0008]針對(duì)上述弊端本發(fā)明提出一種X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法。本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的技術(shù)核心是通過(guò)重組螺旋掃描投影數(shù)據(jù)，生成繞傳送帶運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)、具有三維立體導(dǎo)航效果的動(dòng)態(tài)導(dǎo)航圖。
[0010]本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的工作原理是在螺旋掃描系統(tǒng)中的X射線源相對(duì)于包裹做螺旋掃描；在X射線源掃描過(guò)程中，X射線源發(fā)出的射線穿過(guò)包裹被探測(cè)器接收，所述探測(cè)器接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)基于投影數(shù)據(jù)重組算法對(duì)原始投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，進(jìn)而獲得包裹的導(dǎo)航圖。
[0011]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，包括以下步驟:
[0013]S01:包裹進(jìn)入螺旋掃描系統(tǒng)，所述螺旋掃描系統(tǒng)的X射線源對(duì)包裹掃描；
[0014]S02:螺旋掃描的同時(shí)探測(cè)器采集投影數(shù)據(jù)；
[0015]S03:對(duì)探測(cè)器采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，并生成導(dǎo)航圖；
[0016]S04:判斷包裹是否掃描完畢；
[0017]如果未掃描完畢，則返回步驟S02 ;
[0018]如果掃描完畢，則顯示完整的包裹導(dǎo)航圖。
[0019]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟SOl中，所述X射線源是單個(gè)X射線源或分布在圓周上的多個(gè)X射線源。
[0020]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟SOl中，所述X射線源對(duì)包裹掃描采用滑環(huán)帶動(dòng)X射線源和探測(cè)器繞傳送帶運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)包裹掃描。
[0021]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟SOl中，所述X射線源對(duì)包裹掃描采用X射線源周向分布，輪流切換發(fā)射X射線的方式對(duì)包裹掃描。
[0022]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟S02中，所述探測(cè)器是單排探測(cè)器或多排探測(cè)器。
[0023]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟S03中，所述數(shù)據(jù)重組是對(duì)探測(cè)器獲取的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和重新排布。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的優(yōu)越效果在于:所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法在實(shí)際操作時(shí)不需要額外添加硬件設(shè)備，不需要CT重建和三維體顯示技術(shù)的支持，計(jì)算簡(jiǎn)單，對(duì)計(jì)算資源開(kāi)銷小，且實(shí)時(shí)生成導(dǎo)航圖。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的工作流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明所述螺旋掃描時(shí)X-Y平面示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的實(shí)施例示意圖；
[0028]圖4為應(yīng)用本發(fā)明所述X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法生成的導(dǎo)航圖。
[0029]1-X射線源、2-傳送帶、3-探測(cè)器、4-包裹、5-滑環(huán)帶動(dòng)X射線源和探測(cè)器旋轉(zhuǎn)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]如圖1-4所示，X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，包括以下步驟:
[0032]SOl:包裹4進(jìn)入螺旋掃描系統(tǒng)，所述螺旋掃描系統(tǒng)的X射線源I對(duì)包裹掃描；[0033]S02:螺旋掃描的同時(shí)探測(cè)器3采集投影數(shù)據(jù)；
[0034]S03:對(duì)探測(cè)器3采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，并生成導(dǎo)航圖； [0035]S04:判斷包裹4是否掃描完畢；
[0036]如果未掃描完畢，則返回步驟S02 ；
[0037]如果掃描完畢，則顯示完整的包裹導(dǎo)航圖。
[0038]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟SOl中，所述X射線源是單個(gè)X射線源I或分布在圓周上的多個(gè)X射線源I。
[0039]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟SOl中，所述X射線源對(duì)包裹掃描采用滑環(huán)帶動(dòng)X射線源I和探測(cè)器3繞傳送帶2運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)包裹4掃描。
[0040]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟SOl中，所述X射線源I對(duì)包裹4掃描采用X射線源I周向分布，輪流切換發(fā)射X射線的方式對(duì)包裹4掃描。
[0041]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟S02中，所述探測(cè)器3是單排探測(cè)器或多排探測(cè)器。
[0042]本發(fā)明X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法的步驟S03中，所述數(shù)據(jù)重組是對(duì)探測(cè)器3獲取的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和重新排布。
[0043]下面以螺旋掃描系統(tǒng)采用X射線源、單排探測(cè)器、滑環(huán)帶動(dòng)X射線源和探測(cè)器3繞傳送帶2運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)包裹4掃描為例，說(shuō)明所述單排探測(cè)器對(duì)投影數(shù)據(jù)的采集、并進(jìn)行數(shù)據(jù)重組的過(guò)程。
[0044]設(shè)傳送帶2運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆軸正方向，傳送帶2速度為V (m/s)，滑環(huán)(圖中未示)轉(zhuǎn)速為q(r/min)，X射線源I到滑環(huán)旋轉(zhuǎn)中心的距離為D (m)。
[0045]定義掃描起始時(shí)刻為0時(shí)刻，終止時(shí)刻為h時(shí)刻。則射線源軌跡可表示為
[0046]SourcePos (t) = (Dcos co t, Dsin co t, vt) 0 ^ t ^ t0
[0047]其中《 = Ji q/30，表示滑環(huán)的角速度，單位是弧度/秒。
[0048]定義滑環(huán)旋轉(zhuǎn)一周,傳送帶運(yùn)動(dòng)的距離為h,則h=60v/q。
[0049]線陣探測(cè)器上獲取的投影數(shù)據(jù)可表示為:p(e，t)，其中-StlS 0 ( 0。，0 ^ t ^ t0, Qtl代表射束在X-Y平面內(nèi)扇束張角的1/2，如圖2所示；
[0050]本發(fā)明生成的導(dǎo)航圖是一個(gè)三維數(shù)據(jù)體，表示為Nav(i，j，k)，其中-0。≤0。,0≤_]_≤vt0,0≤k≤2 。Nav (i, j, k)的計(jì)算偽代碼如下:
[0051]
【權(quán)利要求】
1.X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，包括以下步驟: SOl:包裹進(jìn)入螺旋掃描系統(tǒng)，所述螺旋掃描系統(tǒng)的X射線源對(duì)包裹掃描； 502:螺旋掃描的同時(shí)探測(cè)器采集投影數(shù)據(jù)； 503:對(duì)探測(cè)器采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，并生成導(dǎo)航圖； 504:判斷包裹是否掃描完畢； 如果未掃描完畢，則返回步驟S02 ； 如果掃描完畢，則顯示完整的包裹導(dǎo)航圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟SOl中，所述X射線源是單個(gè)X射線源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟SOl中，所述X射線源是分布在圓周上的多個(gè)X射線源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟SOl中，所述X射線源對(duì)包裹掃描采用滑環(huán)帶動(dòng)X射線源和探測(cè)器繞傳送帶運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)包裹掃描。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟SOl中，所述X射線源對(duì)包裹掃描采用X射線源周向分布，輪流切換發(fā)射X射線的方式對(duì)包裹掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟S02中，所述探測(cè)器是單排探測(cè)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟S02中，所述探測(cè)器是多排探測(cè)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線螺旋掃描導(dǎo)航方法，其特征在于，在步驟S03中，所述數(shù)據(jù)重組是對(duì)探測(cè)器獲取的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和重新排布。
【文檔編號(hào)】G01N23/10GK103630563SQ201310647922
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】李斌, 李保磊, 莫陽(yáng), 張耀軍, 陳力 申請(qǐng)人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術(shù)有限公司