專利名稱：使用物體投影處理用ct數(shù)據(jù)表示的物體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及計(jì)算機(jī)X線斷層造影(CT)掃描儀，特別涉及一使用CT技術(shù)的行李掃描系統(tǒng)中的目標(biāo)檢測(cè)設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
公知有各種X線行李掃描儀用來(lái)檢測(cè)待裝到飛機(jī)上的行李中是否存在炸藥和其他違禁品。由于許多炸藥材料的密度與一般裝入行李中的其他物體不同，因此一般使用X線設(shè)備檢測(cè)炸藥。測(cè)量材料密度的一種普通方法是用X線照射材料后測(cè)量該材料所吸收的X線數(shù)量，該吸收即表示密度。
一種使用CT技術(shù)的系統(tǒng)一般包括一第三代CT掃描儀，該第三代掃描儀一般包括固定在一環(huán)形平臺(tái)或轉(zhuǎn)盤直徑方向兩邊上的一X線源和一X線檢測(cè)系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)盤可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在一機(jī)架中，從而轉(zhuǎn)盤在掃描過(guò)程中圍繞一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)X線從該線源穿透位于該轉(zhuǎn)盤開(kāi)口中的一物體后照射到該檢測(cè)系統(tǒng)上。
該檢測(cè)系統(tǒng)可包括一行或多行圓弧形檢測(cè)器陣列，該圓弧的曲率中心為X線源的焦點(diǎn)，即X線源的線從該點(diǎn)射出。由X線源生成的從該焦點(diǎn)發(fā)出的X線扇形光束或錐形光束穿過(guò)一成象平面場(chǎng)后被各檢測(cè)器接收。該CT掃描儀包括一由X-、Y-和Z-軸界定的坐標(biāo)系，這些軸線互相垂直地相交于該轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。該轉(zhuǎn)動(dòng)中心通常稱為“等角點(diǎn)”。該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為Z軸，X軸和Y軸位于該成象平面場(chǎng)中。因此扇形光束定義為點(diǎn)線源、即焦點(diǎn)與受X線光束照射的檢測(cè)器陣列各檢測(cè)器接收表面之間的空間量。由于直線檢測(cè)器陣列的接收表面在Z軸上的尺寸較小，因此該扇形光束在該方向上較薄。每一檢測(cè)器生成一表示照射在該檢測(cè)器上的X線的強(qiáng)度的輸出信號(hào)。由于每一X線的一部分受其線路中的所有質(zhì)量的衰減，因此每一檢測(cè)器所生成的輸出信號(hào)表示該成象場(chǎng)中該檢測(cè)器與X線源之間所有質(zhì)量的密度。
隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，周期性地對(duì)檢測(cè)器陣列取樣，檢測(cè)器陣列中的每一檢測(cè)器在每一測(cè)量間隔中生成一表示該間隔中所掃描物體的部分的密度的輸出信號(hào)。該陣列的所有檢測(cè)器在任何測(cè)量間隔中生成的所有輸出信號(hào)的集合稱為一“投影”，該轉(zhuǎn)盤在生成一投影過(guò)程中的角向(X線源和檢測(cè)器陣列的對(duì)應(yīng)角向)稱為“投影角”。在每一投影角上，從焦點(diǎn)到每一檢測(cè)器的稱為一“射線”的X射線的路徑的橫截面從點(diǎn)線源到該檢測(cè)器的接收表面區(qū)域遞增，由于檢測(cè)器的接收表面積比射線穿過(guò)的物體的橫截面大，因此密度測(cè)量放大。
隨著轉(zhuǎn)盤圍繞所掃描物體轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描儀生成許多與投影角一一對(duì)應(yīng)的投影。使用公知算法，可用在各投影角上收集的所有投影數(shù)據(jù)得出該物體的CT圖象。該CT圖象表示該轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)各投影角過(guò)程中扇形光束穿過(guò)的物體的一兩維“斷層面”的密度。該CT圖象的分辨率部分地決定于扇形光束平面中每一檢測(cè)器接收表面積的寬度，檢測(cè)器的寬度為與扇形光束寬度同一方向上的尺寸，而檢測(cè)器的長(zhǎng)度為與平行于掃描儀轉(zhuǎn)動(dòng)軸線或Z軸的扇形光束垂直方向上的尺寸。
已有人提出使用CT技術(shù)的行李掃描儀。Peschmann等人的美國(guó)專利Nos.5,182,764和5,367,552(以下成為’764和’552專利)所述的一種方法已在商業(yè)上得到開(kāi)發(fā)，在下文中稱為“InVision機(jī)”。InVision機(jī)包括一第三代CT掃描儀，該第三代掃描儀一般包括分別固定在一環(huán)形平臺(tái)或轉(zhuǎn)盤直徑方向相對(duì)兩邊上的一X線源和一X線檢測(cè)系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)盤可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在一機(jī)架中，從而轉(zhuǎn)盤在掃描過(guò)程中圍繞一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)X線從該線源穿透位于該轉(zhuǎn)盤開(kāi)口中的一物體后照射到該檢測(cè)系統(tǒng)上。
行李掃描儀的一個(gè)重要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是該掃描儀掃描一件行李所能達(dá)到的速度。為能實(shí)際用于任何大機(jī)場(chǎng)，行李掃描儀應(yīng)能以非常快的速度掃描大量行李。InVision機(jī)的一個(gè)問(wèn)題是，‘764和‘552專利所述CT掃描儀的轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈生成一單個(gè)斷層面CT圖象數(shù)據(jù)所需時(shí)間較長(zhǎng)，約0.6-2.0秒。此外，每一圖象穿過(guò)行李的光束的斷層面越薄，該圖象的分辨率越高。CT掃描儀所生成的圖象的分辨率應(yīng)足以檢測(cè)到厚度僅為幾毫米的塑料炸藥。因此，為獲得足夠高的分辨率，轉(zhuǎn)盤得轉(zhuǎn)動(dòng)許多圈。由于行李的流量很大，InVision機(jī)之類現(xiàn)有CT掃描儀對(duì)于每一件行李只能生成若干CT圖象。在流量很大的情況下，顯然來(lái)不及掃描整個(gè)行李。由于每件行李只生成若干CT圖象，因此該件行李的大部分未經(jīng)掃描，因此該掃描不足以識(shí)別行李中所有可能的危險(xiǎn)品、例如片狀炸藥材料。
為提高流量，InVision機(jī)使用X預(yù)掃描過(guò)程，該過(guò)程用單一投影角生成整個(gè)行李的一兩維投影圖象。然后對(duì)該投影可能含有危險(xiǎn)品的部位進(jìn)行全掃描或人工檢查。在這一X預(yù)掃描和選定部位掃描方法下，不對(duì)整個(gè)行李掃描，從而潛在的危險(xiǎn)品未受檢測(cè)就被通過(guò)。當(dāng)片狀物的方向與形成X預(yù)掃描投影的輻射傳播方向正交和該片狀物占據(jù)行李的較大部分面積時(shí)尤其如此。
要求行李掃描設(shè)備能自動(dòng)分析所獲得的密度數(shù)據(jù)和確定該數(shù)據(jù)是否表明有任何違禁品、例如炸藥存在。該炸藥自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程的檢測(cè)率應(yīng)較高，使得行李中炸藥的漏檢機(jī)會(huì)很小。同時(shí)，該系統(tǒng)的誤警報(bào)率應(yīng)較低，以減少或消除對(duì)安全物品的誤警報(bào)。由于大飛機(jī)場(chǎng)的實(shí)際行李流量很大，因此高誤警報(bào)率會(huì)把系統(tǒng)的速度降低到無(wú)法接受的地步。此外，要求該系統(tǒng)能在不同類炸藥、例如粉狀、塊狀、片狀炸藥之間作出區(qū)分，從而更精確地確定檢測(cè)到的危險(xiǎn)品。
在作為參考材料包括在此的上述美國(guó)專利申請(qǐng)所述本受讓人的行李CT掃描系統(tǒng)中，一般通過(guò)分析被識(shí)別物體的質(zhì)量和/或密度對(duì)炸藥之類危險(xiǎn)品進(jìn)行識(shí)別和分類。一件行李的CT數(shù)據(jù)中的三維象素(Voxel)與密度值相關(guān)。可根據(jù)密度值在預(yù)定密度范圍內(nèi)的三維象素對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別和分類。使用三維象素體積和密度算出被識(shí)別物體的質(zhì)量后與質(zhì)量閾值進(jìn)行比較。對(duì)這一比較和其他預(yù)定參數(shù)進(jìn)行分析來(lái)確定是否可把被識(shí)別物體歸到危險(xiǎn)品即炸藥一類。
在本受讓人的系統(tǒng)中，自動(dòng)處理由該掃描系統(tǒng)生成的一組兩維斷層面以確定危險(xiǎn)品。該處理過(guò)程一般包括三個(gè)步驟。首先，檢查每一三維象素，確定它是否是一危險(xiǎn)品的一部分。進(jìn)行這一確定的主要標(biāo)準(zhǔn)是該三維象素的密度。然后，用連結(jié)組元標(biāo)記(CCL，connected components labeling)法把所識(shí)別的三維象素組裝成體積。最后，使用鑒別確定所組裝的三維象素是否可歸到危險(xiǎn)品一類。這一鑒別所使用的主要標(biāo)準(zhǔn)是質(zhì)量和密度。
與任何其他自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)一樣，會(huì)對(duì)安全物體發(fā)出誤警報(bào)。此外，與所有系統(tǒng)一樣，由于本受讓人的系統(tǒng)的檢測(cè)率的不足，某些危險(xiǎn)品會(huì)發(fā)生漏檢，當(dāng)危險(xiǎn)品被藏在無(wú)害物體中或靠近無(wú)害物體時(shí)更是如此。
本發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種物體識(shí)別和/或鑒別設(shè)備和方法和使用其的一種行李CT掃描系統(tǒng)和方法。本發(fā)明可比方說(shuō)用于作為參考材料包括在此的上述美國(guó)專利申請(qǐng)所述行李CT掃描系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，識(shí)別一區(qū)域CT數(shù)據(jù)中的多個(gè)體積元素(volumeelement)或三維象素，每一體積元素或三維象素與一密度值相關(guān)。該區(qū)域可包括一容器內(nèi)部的至少一部分和/或該容器本身的一部分。該容器比方說(shuō)可為一件行李。還識(shí)別與該區(qū)域中一物體相關(guān)的CT數(shù)據(jù)中的多個(gè)物體體積元素。然后識(shí)別該物體的一軸線。為幫助識(shí)別該物體，在一與該物體的所識(shí)別的軸線相關(guān)的一平面中生成該物體的一兩維投影。
在一實(shí)施例中，該物體的該軸線為由一與該物體相關(guān)的本征矢量界定的該物體主軸線。用該物體的三維象素的空間位置的一協(xié)方差矩陣計(jì)算該本征矢量。然后計(jì)算該協(xié)方差矩陣的本征值，界定該物體主軸線的本征矢量為與所確定本征值相關(guān)的本征矢量。在一實(shí)施例中，在其中生成兩維投影的該平面為一與該協(xié)方差矩陣的本征矢量正交的平面。
在一實(shí)施例中，識(shí)別該物體的三個(gè)互相正交的軸線。這些軸線可為由與物體相關(guān)的本征矢量界定的主軸線，這些本征矢量用物體三維象素空間位置的一協(xié)方差矩陣計(jì)算。界定物體主軸線的本征矢量為與該協(xié)方差矩陣的本征值相關(guān)的本征矢量。在一實(shí)施例中，在其中生成兩維投影的該平面為一與本征矢量正交的平面，該本征矢量與該協(xié)方差矩陣的最小本征值相關(guān)，因此在本文中稱為該協(xié)方差矩陣的最小本征矢量。由于該兩維投影的生成與本征矢量相關(guān)，因此在本文中稱為“本征投影”。
在另一實(shí)施例中，在其中生成兩維投影的平面與本征矢量無(wú)關(guān)。在該實(shí)施例中，把物體的兩維投影在其上面積最大的平面選作為兩維投影平面。在一實(shí)施例中，通過(guò)搜索已獲得CT數(shù)據(jù)的該區(qū)域中所界定的一半球上各立體角來(lái)識(shí)別該平面。
按照本發(fā)明，對(duì)兩維投影進(jìn)行分析以改變使用兩維投影的行李CT掃描系統(tǒng)的鑒別過(guò)程?？捎脙删S投影識(shí)別物體或選擇的物體所屬類別。這一分析根據(jù)對(duì)在CT數(shù)據(jù)中檢測(cè)到的物體進(jìn)行的識(shí)別而增加一鑒別因素。通過(guò)提高物體識(shí)別能力，這一方法可降低系統(tǒng)的誤警報(bào)率和提高系統(tǒng)的檢測(cè)率。
按照本發(fā)明，可用兩維投影識(shí)別一受檢測(cè)物體或其類別。該投影可通過(guò)任何公知程序與各種物體的形狀作比較。例如可把模板匹配方法用于兩維投影以識(shí)別物體?？捎脤?duì)物體的識(shí)別改變鑒別參數(shù)。例如，如識(shí)別一特別普通的無(wú)害物體，可改變鑒別參數(shù)以更容易地確定該物體為安全物體。作為添加或替代，當(dāng)識(shí)別一特別類型的物品時(shí)，可更詳盡地檢查該物品旁區(qū)域以識(shí)別會(huì)增加該物體被歸為危險(xiǎn)品的可能性的特征。例如，該物體旁的區(qū)域可含有炸藥雷管之類物品。此時(shí)，可改變鑒別參數(shù)使該物品被歸為危險(xiǎn)品。兩維投影由許多投影象素構(gòu)成。在一實(shí)施例中，每一投影象素根據(jù)與兩維投影平面垂直方向上在投影象素之上或之下的物體三維象素?cái)?shù)被賦予一密度值，在一實(shí)施例中，該方向?yàn)槲矬w主軸線方向或?yàn)樵撐矬w所生成的協(xié)方差矩陣的最小本征矢量方向。在一實(shí)施例中，賦予一投影象素的該值與該方向上在投影象素之上或之下的三維象素的計(jì)數(shù)相關(guān)。在一實(shí)施例中，對(duì)于某一投影象素，各物體三維象素對(duì)該計(jì)數(shù)的貢獻(xiàn)可用該物體三維象素的密度值加權(quán)。因此，在兩維投影中，由對(duì)物體的更密部進(jìn)行投影形成的象素的密度更大。
在一實(shí)施例中，如上所述，可對(duì)兩維投影進(jìn)行分析以識(shí)別物體和/或根據(jù)與兩維投影相關(guān)的物體識(shí)別改變一個(gè)或多個(gè)鑒別參數(shù)。兩維投影可顯示在顯示器上供操作員人工識(shí)別該物體和/或?qū)υ撐矬w歸類。
按照本發(fā)明，還可通過(guò)顯示該物體中在各選定角度下的各斷層面對(duì)物體進(jìn)行視覺(jué)分析。例如，可在一與兩維投影生成平面垂直的平面上生成一斷層面圖象來(lái)顯示該物體的一橫截面圖。在許多情況下，該圖為該物體長(zhǎng)軸上的橫截面圖。這可進(jìn)一步幫助識(shí)別該物體和/或是否把該物體歸為危險(xiǎn)品一類。
本發(fā)明提供一種使用物體兩維物體投影對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、歸類和/或鑒別的CT數(shù)據(jù)處理方法。當(dāng)使用在行李CT掃描系統(tǒng)之類系統(tǒng)中時(shí)，本發(fā)明大大提高了該系統(tǒng)的性能。通過(guò)在質(zhì)量和密度因素上增加物體投影分析，提高了鑒別率，從而對(duì)安全物體的誤警報(bào)大大減少。檢測(cè)率即系統(tǒng)對(duì)危險(xiǎn)品的識(shí)別和分類率也得到提高。
本發(fā)明方法把用于待分析區(qū)域的三維CT數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化成兩維。經(jīng)簡(jiǎn)化的兩維投影更容易分析，以生成便于進(jìn)行其后鑒別步驟的物體識(shí)別。在兩維投影提供的物體數(shù)據(jù)中，物體的特性和特征比在三維空間中更明顯。因此可更方便地用這些特性和特征識(shí)別物體和進(jìn)行更精確的鑒別。此外，兩維數(shù)據(jù)比三維數(shù)據(jù)更容易顯示和人工識(shí)別。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明從對(duì)附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明中可清楚看出本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，各附圖中相同部件用同一標(biāo)號(hào)表示。各附圖不必按實(shí)際比例繪制，重要的是示出本發(fā)明原理。


圖1為本發(fā)明一行李掃描系統(tǒng)的立體圖。
圖2為圖1所示系統(tǒng)的正視剖面圖。
圖3為圖1所示系統(tǒng)的側(cè)視剖面圖。
圖4為本發(fā)明行李掃描儀一實(shí)施例的電和機(jī)械方框圖。
圖5為一示出本發(fā)明物體識(shí)別方法一實(shí)施例的邏輯流的頂級(jí)(top level)流程圖。
圖6為按照本發(fā)明一實(shí)施例用CT數(shù)據(jù)生成一物體兩維投影的邏輯流的流程圖。
對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供一種用一區(qū)域的CT數(shù)據(jù)對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別和/或分類的設(shè)備和方法。該區(qū)域可包括飛機(jī)所載或所檢查的一件行李的內(nèi)部或行李本身的一部分。因此，本發(fā)明可用于一行李CT掃描系統(tǒng)。本發(fā)明所識(shí)別的物體可為在機(jī)場(chǎng)或飛機(jī)上對(duì)人造成危險(xiǎn)的物體。這些物體可包括炸彈和炸藥材料。本發(fā)明特別涉及使用一受檢測(cè)的物體的兩維投影確定該物體是否為危險(xiǎn)品的一種方法。
應(yīng)該看到，在下面整個(gè)說(shuō)明中，使用許多閾值如密度閾值、質(zhì)量閾值、依賴于密度的質(zhì)量閾值和差閾以及過(guò)程參數(shù)執(zhí)行應(yīng)用本發(fā)明的行李CT掃描系統(tǒng)的各種物體識(shí)別和鑒別功能。根據(jù)對(duì)CT數(shù)據(jù)、例如許多實(shí)際危險(xiǎn)品和非危險(xiǎn)品的實(shí)際三維CT密度數(shù)據(jù)的大量分析確定這些閾值和參數(shù)。該分析包括使用模擬退火和發(fā)生算法之類統(tǒng)計(jì)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。按照本發(fā)明，這一分析使得我們可根據(jù)所要達(dá)到的具體目的、例如誤警報(bào)率和/或檢測(cè)率設(shè)定/最佳化、炸藥類型的鑒別等等選擇閾值和/或參數(shù)。
圖1、2和3分別為按照本發(fā)明構(gòu)作的按照本發(fā)明用于物體檢測(cè)、識(shí)別、分類和/或鑒別的一行李掃描系統(tǒng)100的立體圖、正視剖面圖和側(cè)視剖面圖。該行李掃描系統(tǒng)100生成一可包括一件行李的區(qū)域的CT數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可使用CT數(shù)據(jù)生成該區(qū)域的圖象體積元素或三維象素。該行李掃描系統(tǒng)可為作為參考材料包括在此的上述美國(guó)專利申請(qǐng)所述那種行李掃描系統(tǒng)。
系統(tǒng)100包括一在箭頭114方向上把行李112連續(xù)傳過(guò)CT掃描系統(tǒng)120的一中心孔的傳送系統(tǒng)110。該傳送系統(tǒng)包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、用來(lái)支撐行李的皮帶。所示傳送系統(tǒng)110包括多個(gè)單獨(dú)的傳送部122；但也可使用其他形式的傳送系統(tǒng)。
CT掃描系統(tǒng)120包括一位于一機(jī)架125中，可圍繞一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線127(如圖3所示)轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形旋轉(zhuǎn)平臺(tái)或轉(zhuǎn)盤124，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線最好與行李112行進(jìn)方向114平行。轉(zhuǎn)盤124用任何合適機(jī)構(gòu)、例如皮帶116和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)118或其他合適驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、例如作為參考材料包括在此的轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)受讓人的于1995年12月5日授予Gilbert McKenna的題為“X-ray Tomographic Scanning System”的美國(guó)專利No.5,473,657(代理人文檔號(hào)ANA-30CON)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線127轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)124有一中心孔126，傳送系統(tǒng)110把行李112傳過(guò)該中心孔。
系統(tǒng)120包括位于平臺(tái)124直徑方向相對(duì)兩邊上的一X-線管128和一檢測(cè)器陣列130。檢測(cè)器陣列130可為一兩維陣列、例如在審理中的申請(qǐng)日為1997年10月10日、題為“Area Detector Array forComputed Tomography Scanning System”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/948,450(代理人文檔號(hào)ANA-137)中所述陣列。系統(tǒng)120還包括一接收和處理檢測(cè)器陣列130生成的CT數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DAS)134和一向X線管128供電并控制X-線管128運(yùn)行的X-線管控制系統(tǒng)136。系統(tǒng)120最好還包括一用來(lái)處理數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)134的輸出并生成系統(tǒng)120的運(yùn)行和控制所需信號(hào)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可包括一顯示信息、包括所生成圖象的顯示器。該X-線管控制系統(tǒng)136可為一雙能X-線管控制系統(tǒng)、例如作為參考材料包括在此的轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)受讓人、授權(quán)日為1997年8月26日、題為“Dual Energy Power Supply”的美國(guó)專利No.5,661,774(代理人文檔號(hào)ANA-094)所述雙能X-線管控制系統(tǒng)。對(duì)X-線CT圖象進(jìn)行能量選擇重構(gòu)的雙能X-線技術(shù)特別可用來(lái)除了示出材料密度外還示出材料的原子數(shù)，盡管本發(fā)明不受這類控制系統(tǒng)的限制。應(yīng)該指出，盡管下面結(jié)合單能數(shù)據(jù)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明物體識(shí)別和分類系統(tǒng)和方法，但該說(shuō)明同樣適用于多能技術(shù)。系統(tǒng)120還包括可用鉛制成的、防止X-線輻射到機(jī)架125外部的屏蔽防護(hù)罩138。
在一實(shí)施例中，X線管128生成通常稱為“錐形光束”132的金字塔形光束的X線通過(guò)一三維成象場(chǎng)，傳送系統(tǒng)110把行李112傳過(guò)該三維成象場(chǎng)。在穿過(guò)位于該成象場(chǎng)中的行李后，錐形光束132被檢測(cè)器陣列130接收后該檢測(cè)器陣列生成表示行李112受照射部的密度的信號(hào)。因此該光束界定一掃描空間體積。平臺(tái)124圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線127轉(zhuǎn)動(dòng)，因此當(dāng)行李由傳送系統(tǒng)110連續(xù)傳過(guò)中心孔126時(shí)X線源128和檢測(cè)器陣列130圍繞行李112作圓周運(yùn)動(dòng)，從而生成與許多投影角對(duì)應(yīng)的投影。
如所公知，檢測(cè)器陣列130的信號(hào)由數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)134初始地收集后由計(jì)算機(jī)化處理系統(tǒng)使用CT掃描信號(hào)處理技術(shù)處理。經(jīng)處理的數(shù)據(jù)可顯示在一顯示器上和/或進(jìn)一步由下文詳述的處理系統(tǒng)分析，以確定是否存在可疑材料。例如，可分析CT數(shù)據(jù)以確定是否存在其密度(如使用雙能系統(tǒng)，分子量)為炸藥密度的材料。如數(shù)據(jù)表明存在炸藥，可用合適裝置向該系統(tǒng)的操作員或顯示器表明檢測(cè)到這類材料，例如顯示在顯示器屏幕上、發(fā)出聲音或圖象警報(bào)和/或用自動(dòng)彈出裝置(未示出)從傳送帶上彈出可疑行李以作進(jìn)一步檢查或停下傳送帶以檢查和/或取下可疑行李。
如上所述，檢測(cè)器陣列130為一可提供X-和Y-軸兩個(gè)方向以及Z-軸方向上的掃描數(shù)據(jù)的兩維檢測(cè)器陣列。在每一測(cè)量間隔中，該陣列130的多行檢測(cè)器生成與多個(gè)投影對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而同時(shí)掃描行李112的一體積區(qū)。檢測(cè)器行的尺寸和數(shù)量最好為所需分辨率和掃描儀的流量的函數(shù)，而分辨率和掃描儀流量又是平臺(tái)124轉(zhuǎn)速和傳送系統(tǒng)110的速度的函數(shù)。這些參數(shù)最好選擇成在轉(zhuǎn)盤124轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需時(shí)間中，傳送系統(tǒng)110推進(jìn)行李112的距離正好使得檢測(cè)器陣列130在平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過(guò)程中掃描的體積區(qū)與檢測(cè)器陣列130在轉(zhuǎn)盤的下一圈中掃描的體積區(qū)鄰接而不重疊(或部分重疊)。
傳送系統(tǒng)110最好以恒速把行李112連續(xù)傳過(guò)CT掃描系統(tǒng)120，同時(shí)平臺(tái)124以不變轉(zhuǎn)速圍繞通過(guò)的行李連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，系統(tǒng)120對(duì)整個(gè)行李進(jìn)行螺旋體積CT掃描。行李掃描組件100最好使用由陣列130提供的至少某些數(shù)據(jù)和螺旋重構(gòu)算法生成通過(guò)該系統(tǒng)的整個(gè)行李的體積CT圖象。在一實(shí)施例中，系統(tǒng)100如1998年9月1日授權(quán)、題為“Nutating Slice CT Image Reconstruction Apparatusand Method”的美國(guó)專利No.5,802,134(代理人文檔號(hào)ANA-118)所述對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行斷層面章動(dòng)重構(gòu)(NSR)。因此，系統(tǒng)100對(duì)每一行李進(jìn)行完整CT掃描而不是只CT掃描行李的選定部位，因此無(wú)需X預(yù)掃描裝置。由于兩維檢測(cè)器陣列130使得該系統(tǒng)100可當(dāng)平臺(tái)124轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)同時(shí)掃描各行李的較大部分，因此系統(tǒng)100的掃描速度提高。
圖4為本發(fā)明行李掃描系統(tǒng)100一實(shí)施例的機(jī)械/電方框圖。掃描儀100的機(jī)架包括轉(zhuǎn)盤124和框架(未示出)這兩個(gè)主要部件。轉(zhuǎn)盤124為轉(zhuǎn)動(dòng)件，其攜載有X線組件、檢測(cè)器組件130、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DAS)134、一高壓電源和顯示器/控制組件的一部分、電源組件和數(shù)據(jù)鏈接組件。該框架支撐整個(gè)系統(tǒng)100，包括行李處理傳送系統(tǒng)110。轉(zhuǎn)盤124經(jīng)一復(fù)式角接觸滾珠軸承盒與框架機(jī)械連接。轉(zhuǎn)盤124用一受一DC伺服電動(dòng)機(jī)505驅(qū)動(dòng)的皮帶可作恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)架的轉(zhuǎn)盤和框架組件上還有X線屏蔽防護(hù)罩。
在一實(shí)施例中，行李傳送系統(tǒng)110包括一在滿足特定流量要求的恒速下受驅(qū)動(dòng)的皮帶。該皮帶可受一高轉(zhuǎn)矩、低速組件的驅(qū)動(dòng)，以在載荷變動(dòng)的條件下保持速度不變。傳送床在X線中的部分可使用低衰減碳石墨環(huán)氧樹(shù)脂材料。傳送帶的總長(zhǎng)度為三件行李的平均長(zhǎng)度。傳送帶周圍用一坑道以滿足箱式X線系統(tǒng)的安全要求。
在一實(shí)施例中，把208v、三相、30安培的輸入功率用作主電源向整個(gè)系統(tǒng)供電。該輸入功率可由安裝該系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)提供。電力經(jīng)一系列與裝在轉(zhuǎn)盤124上的金屬環(huán)連續(xù)接觸的電刷從框架傳給轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤124上的低壓電源501向DAS134、X線冷卻系統(tǒng)和各顯示器/控制計(jì)算機(jī)和電子器件供電。框架上的一低壓電源向重構(gòu)計(jì)算機(jī)和各顯示器/控制電子器件供電。傳送帶電動(dòng)機(jī)503、機(jī)架電動(dòng)機(jī)505、高壓電源和X線冷卻泵可由主電源直接供電。
高壓電源向X線管128供電。該電源可在陽(yáng)極/陰極上生成一雙電壓。驅(qū)動(dòng)波形可呈任何所需形狀，但最好為正弦波。該電源還向X線燈絲供電。供電電流在這兩個(gè)電壓下大致保持不變。
雙能X線照射行李，一部分X線穿透行李后照射在檢測(cè)器組件130上。檢測(cè)器組件130把X線模擬轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光子后轉(zhuǎn)換成電流。DAS134對(duì)檢測(cè)器電流進(jìn)行取樣、把放大的電壓多路傳輸?shù)揭唤M16位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器后把該數(shù)字輸出多路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)化處理系統(tǒng)515，該計(jì)算機(jī)化處理系統(tǒng)生成CT數(shù)據(jù)后按照本發(fā)明如下所述處理該數(shù)據(jù)，對(duì)行李112中的物體進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別和分類。在一實(shí)施例中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從DAS134經(jīng)一非接觸串行數(shù)據(jù)鏈路511傳給處理系統(tǒng)515。DAS134可由轉(zhuǎn)盤124的角位觸發(fā)。
非接觸鏈路511和513可把高速數(shù)字DAS數(shù)據(jù)傳給處理系統(tǒng)515并在轉(zhuǎn)盤與框架控制計(jì)算機(jī)之間來(lái)回傳輸?shù)退亠@示器/控制信號(hào)。數(shù)據(jù)鏈路511可以是基于RF發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
在一實(shí)施例中，處理系統(tǒng)515的圖象重構(gòu)部對(duì)高能和低能把來(lái)自DAS中的數(shù)字線積分轉(zhuǎn)換成行李斷層面的一組兩維圖象?？捎寐菪F形光束方法、例如美國(guó)專利No.5,802,134所述斷層面章動(dòng)重構(gòu)方法進(jìn)行這一CT重構(gòu)。該重構(gòu)器可包括嵌入式軟件、一高速DAS端口、一陣列處理器、一基于DSP的卷積器、一基于ASIC的反向投影器、圖象存儲(chǔ)器、UART控制端口和用于圖象數(shù)據(jù)的一SCSI輸出端口。該陣列處理器可進(jìn)行數(shù)據(jù)校正和內(nèi)插。該重構(gòu)器可為自宿主(self-hosted)，可根據(jù)在對(duì)框架計(jì)算機(jī)UART接口上收到的行李信息對(duì)圖象進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
處理系統(tǒng)515可包括一基于PC的嵌入式控制系統(tǒng)。可監(jiān)控所有子系統(tǒng)的關(guān)鍵保健和狀態(tài)信息。該系統(tǒng)還可控制兩個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、傳感行李信息、控制環(huán)境如溫度、濕度等、傳感轉(zhuǎn)盤124的角位和觸發(fā)DAS和HVPS。該系統(tǒng)還可有一進(jìn)行診斷和控制的視頻和鍵盤接口。此外，可包括一用于現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的控制面板。
大多數(shù)炸彈可根據(jù)其形狀和/或構(gòu)成材料歸成若干類。例如，這些類別根據(jù)形狀可包括片狀、桿狀、塊狀等。某些類型的材料可細(xì)分成也根據(jù)圓筒之類容器的子類。這些類別具有不同的典型特征如形狀、大小、質(zhì)量或密度。
按照本發(fā)明的物體檢測(cè)方法和設(shè)備，由行李掃描系統(tǒng)生成的一組兩維斷層面被自動(dòng)處理以確定危險(xiǎn)品即炸藥。該過(guò)程一般包括三個(gè)步驟。首先，檢查三維象素以確定它們是否是炸藥的一部分。此時(shí)的主要標(biāo)準(zhǔn)是密度。第二，用連接組元標(biāo)記法(CCL)把所識(shí)別的三維象素組裝成體積。最后，用鑒別確定所組裝的三維象素是否為危險(xiǎn)品。鑒別步驟中使用的主要標(biāo)準(zhǔn)為質(zhì)量和密度。總之，本發(fā)明在質(zhì)量和密度因素上增加鑒別步驟，從而更精確地鑒別物體，降低系統(tǒng)的誤警報(bào)率和提高系統(tǒng)的檢測(cè)率。
按照本發(fā)明一個(gè)方面的方法的基本步驟包括片狀炸藥檢測(cè)、塊狀炸藥檢測(cè)和鑒別。在一實(shí)施例中，片狀檢測(cè)和塊狀檢測(cè)可分別沿兩平行路徑進(jìn)行。在一實(shí)施例中，片狀炸藥檢測(cè)基于一稱為不變誤警報(bào)率方法(CFAR)的過(guò)程，該方法從統(tǒng)計(jì)上確定一三維象素是否屬于片狀炸藥。被識(shí)別為片狀三維象素的三維象素然后用CCL連接和標(biāo)識(shí)。
圖5為示出本發(fā)明一實(shí)施例的物體分類方法的邏輯流的頂級(jí)流程圖。在第一步301中，收到重構(gòu)CT圖象數(shù)據(jù)后經(jīng)分析界定一感興趣區(qū)域(ROI)或該區(qū)域的有界邏輯框。這一過(guò)程消除一袋外部的三維象素，從而大大減小數(shù)據(jù)集的大小。然后沿包括片狀物體檢測(cè)路徑和塊狀物體檢測(cè)路徑的平行路徑進(jìn)行該方法。
沿片狀檢測(cè)路徑、在片狀檢測(cè)步驟302檢測(cè)片狀物體。在鑒別步驟306，分析所檢測(cè)物體以確定它們是否為危險(xiǎn)品。在一實(shí)施例中，為此比較一物體的質(zhì)量與一質(zhì)量閾值。鑒別步驟306生成該袋的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)標(biāo)出屬于每一片狀物體的三維象素和識(shí)別該袋中每一片狀物體的物理特性(最好是密度和質(zhì)量)和位置。每一三維象素的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)還包括一數(shù)，該數(shù)標(biāo)識(shí)按照其一物體被識(shí)別的三維象素或把該三維象素識(shí)別為背景。然后按照本發(fā)明分析和處理該標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)以生成物體的兩維投影，這在下文詳述。然后使用這些投影識(shí)別物體、從而改變鑒別程序。
沿塊狀檢測(cè)路徑，在塊狀檢測(cè)步驟304檢測(cè)塊狀物體。然后在鑒別步驟308，分析所檢測(cè)塊狀物體以確定它們是否為危險(xiǎn)品。鑒別步驟308生成該袋的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)標(biāo)出屬于每一塊狀物體的三維象素和識(shí)別該袋中每一塊狀物體的物理特性(最好是密度和質(zhì)量)和位置。與在片狀路徑中一樣，可分析和處理該標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)以生成物體的兩維投影以改變鑒別過(guò)程。
該方法的決定-數(shù)據(jù)合成步驟310用片狀和塊狀檢測(cè)步驟生成的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)并計(jì)算與所檢測(cè)炸藥對(duì)應(yīng)的單一標(biāo)記圖象。應(yīng)該指出，取代上述兩獨(dú)立路徑中的根據(jù)形狀的物體識(shí)別，可如此分析、處理最終合成的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)。
本發(fā)明分析兩維投影，在一實(shí)施例中，兩維投影導(dǎo)自本征矢量，因此稱為所檢測(cè)物體的“本征投影”，這些本征投影可看成物體的兩維正視圖。把CT數(shù)據(jù)的維度從三維簡(jiǎn)化成兩維就可生成這些正視圖或投影。在一實(shí)施例中，為進(jìn)行這一簡(jiǎn)化，求出構(gòu)成所檢查物體的三維象素空間位置的協(xié)方差的本征矢量。在一實(shí)施例中，三維象素的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)沿最小本征矢量投影以形成所謂的最佳視圖本征投影。之所以稱為“最佳視圖”，是因?yàn)樵撏队笆境鲈撐矬w的最大部分。但也可沿協(xié)方差的其他本征矢量生成投影。除非另加說(shuō)明，本文中所有投影都指最佳視圖本征投影。
在另一實(shí)施例中，不使用本征矢量生成兩維投影。在該實(shí)施例中，把物體的兩維投影在其中有最大面積的平面用作在其中生成投影的平面。此時(shí)，假定最大面積最有利于識(shí)別物體?？砂凑毡景l(fā)明分析這兩種投影的任一種來(lái)識(shí)別一物體并根據(jù)物體識(shí)別提高鑒別方法。
圖6為示出按照本發(fā)明一實(shí)施例生成一物體的兩維投影和改進(jìn)物體鑒別過(guò)程的邏輯流的流程圖。如步驟400所示，用獲得的該區(qū)域的CT數(shù)據(jù)生成該組兩維圖象斷層面。然后，在步驟402，逐個(gè)三維象素地掃描CT斷層面以識(shí)別可能為一炸藥的一部分的三維象素。根據(jù)三維象素的密度對(duì)每一三維象素作出這一確定。在一實(shí)施例中，還可使用不變誤警報(bào)率(CFAR)方法確定該三維象素是否為片狀物體的一部分。然后，在步驟404，用CCL把這些三維象素歸到各物體類下，從而生成該區(qū)域中各物體的標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)。應(yīng)該指出，該標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)可含有不止一個(gè)物體的信息。為簡(jiǎn)化說(shuō)明，在本文中只說(shuō)明單個(gè)物體。但是，應(yīng)該看到，本說(shuō)明也可用于識(shí)別多個(gè)物體的數(shù)據(jù)。
用下列各步驟從標(biāo)記圖象數(shù)據(jù)生成本征投影。在步驟406，生成構(gòu)成物體的三維象素的一組三維空間位置。然后，在步驟408，取該組空間位置的這些元素的平均值求出物體的質(zhì)心。在一實(shí)施例中，不考慮物體的實(shí)際密度，該計(jì)算假定物體是均質(zhì)的。然后，在步驟410，減去質(zhì)心后取標(biāo)記的外積的平均值得出這些位置的協(xié)方差矩陣。然后，在步驟412，確定協(xié)方差矩陣的本征值和本征矢量。本征值按其大小排列，確定與最小本征值對(duì)應(yīng)的本征矢量即最小本征矢量。
然后，在步驟414，把三維象素標(biāo)記投影到與最小本征矢量垂直的平面上。該投影稱為本征投影。在一實(shí)施例中，該投影與該選定本征矢量方向上在投影象素之上或之下的物體三維象素的計(jì)數(shù)相關(guān)。此時(shí)，本征投影中的象素值與沿垂直于投影平面的射線的物體厚度成正比。此時(shí)，投影表示物體形狀而不是密度。在另一實(shí)施例中，使用物體三維象素密度計(jì)算投影象素。對(duì)于每一投影象素，可用按其密度加權(quán)的物體三維象素計(jì)算計(jì)數(shù)。應(yīng)該指出，投影不必沿最小本征矢量計(jì)算。按照本發(fā)明也可使用沿其他兩個(gè)本征矢量的投影中所含信息。
然后，在步驟415，用該兩維投影識(shí)別物體或識(shí)別物體所屬類別。為此對(duì)本征投影使用公知的圖象處理技術(shù)如模板匹配。因此，可對(duì)物體進(jìn)行歸類。然后，如步驟416所示，可根據(jù)物體識(shí)別使用修正來(lái)執(zhí)行鑒別過(guò)程，對(duì)物體是否屬于危險(xiǎn)品進(jìn)行分類。例如，可按照所識(shí)別物體類型提高或降低質(zhì)量閾值來(lái)改變鑒別過(guò)程。
也可用對(duì)本征投影的計(jì)算來(lái)改進(jìn)該系統(tǒng)所使用的片狀檢測(cè)方法。本征投影中的象素值與一物體的厚度成正比。片狀物即為薄物體。因此，當(dāng)本征投影中的象素值表明物體較薄時(shí)即可確定為片狀物?？捎门c空間相關(guān)的本征投影厚度的各種統(tǒng)計(jì)方法確定片狀物體?？捎眠@些因素減少在檢測(cè)過(guò)程的片狀檢測(cè)路徑中的誤警報(bào)。
通過(guò)片狀檢測(cè)過(guò)程會(huì)把袋的某些薄部誤認(rèn)為片狀物。袋的薄部例如包括拉出手柄和袋周邊上的塑料支撐。可首先求出本征投影的空間范圍即有界邏輯框而在本征投影中找出這些部分。然后計(jì)算本征投影在有界邏輯框中所覆蓋象素百分比。如該百分比為低值，則表明是袋的薄部，在其后鑒別過(guò)程中可使用這一信息。
兩維投影還可用來(lái)人工清除袋中物體。在一實(shí)施例中，操作員可觀看在一顯示器上顯示的本征投影。操作員可對(duì)袋中物體的識(shí)別作出結(jié)論。該結(jié)論可表明應(yīng)清除不含任何危險(xiǎn)品的袋。
此外，可以相對(duì)于物體軸線不同角度在不同平面上生成物體的各種視圖。例如，可在一與物體主軸線垂直的平面上觀看該物體剖面圖，從而更便于物體的識(shí)別。也可檢查該物體內(nèi)部。由于這些顯示，操作員可人工排除不含有危險(xiǎn)品的袋。
下面詳述按本發(fā)明生成兩維本征投影的細(xì)節(jié)。一物體的標(biāo)記圖象的三維象素的空間坐標(biāo)為用r表示的由N個(gè)三元構(gòu)成的一集合。該集合中的元素表為ri＝(xi，yi，zi)T，其中，粗體為矢量名，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置，以及0≤i＜N。xi、yi和zi的值為與陣列記號(hào)對(duì)應(yīng)的整數(shù)。
質(zhì)心r的計(jì)算式為r‾=1NΣi=0N-1ri.]]>使用外積S=1NΣi=0N-1(r1-r‾)(r1-r‾)T]]>生成協(xié)方差矩陣S。
解如下三階方程算出S的三個(gè)本征值S(λ0，λ1，λ2)。
|λI-s|＝0其中，I為3×3單位矩陣，函數(shù)|x|表示其自變量x的行列式。
協(xié)方差矩陣S的本征矢量(e0，e1，e2)由下式計(jì)算(λ0I-S)e0＝0(λ1I-S)e1＝0(λ2I-S)e2＝0本征值按照其大小排列，得出(λmax，λmed，λmin)，其中，max、med和min分別表示最大、中等和最小。對(duì)應(yīng)本征值改名為(emax，emed，emin)。
使用下列步驟得出沿emin的本征投影。應(yīng)該指出，也可計(jì)算沿emax和emed的其他本征投影。設(shè)陣列E(l，m)為該本征投影。
1、把E(l，m)的各元素預(yù)置為0。
2、對(duì)每一標(biāo)記ri計(jì)算l＝[ri.emde]m＝[ri.emax]其中[x]為小于或等于x的最大整數(shù)，“.”表示內(nèi)積或點(diǎn)積。
3、使E(l，m)的值的增量為1E(l，m)E(l，m)+1如下改變(l，m)的定義可得出沿其他兩個(gè)本征矢量的本征投影l(fā)＝[ri.emin]m＝[ri.emax]或
l＝[ri·emin]m＝[ri.emed]沿這三個(gè)本征矢量投影物體有界邏輯框的各角落可確定含有這些本征投影的陣列的大小。陣列的記號(hào)在大多數(shù)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中為正數(shù)。因此，陣列的一半大小的偏離加到上面求出的l和m的值上。
如上詳述，在本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，可用一選擇的物體的兩維投影對(duì)該物體或其所屬的類別進(jìn)行識(shí)別?？捎眠@一識(shí)別改變鑒別過(guò)程、例如通過(guò)改變質(zhì)量閾值之類鑒別參數(shù)，從而提高系統(tǒng)性能即降低誤警報(bào)率和/或提高檢測(cè)率。在另一實(shí)施例中，可用兩維投影根據(jù)一物體的形狀來(lái)識(shí)別該物體。然后可用該基于形狀的識(shí)別把物體歸類成危險(xiǎn)品或非危險(xiǎn)品。例如，可根據(jù)一物體的形狀確定它為乘客行李中常見(jiàn)的無(wú)害物品。可用對(duì)無(wú)害物品的該識(shí)別直接把該物體歸為非危險(xiǎn)品而無(wú)需進(jìn)行任何基于質(zhì)量、密度和/或其他參數(shù)的鑒別。因此，需要時(shí)，可用本發(fā)明進(jìn)行基于形狀的物體識(shí)別和/或鑒別。
盡管以上結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例示出、說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)該指出，可在由后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)作出種種改動(dòng)?？捎帽景l(fā)明對(duì)各種類型和形狀的物體進(jìn)行檢測(cè)和/或分類。例如，可用本發(fā)明對(duì)片狀和塊狀物體進(jìn)行檢測(cè)和/或分類。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)用CT數(shù)據(jù)表示的物體的方法，包括識(shí)別該區(qū)域的CT數(shù)據(jù)中的多個(gè)體積元素；識(shí)別CT數(shù)據(jù)中與該區(qū)域中一物體相關(guān)的物體體積元素；識(shí)別由該物體界定的以軸線；以及在一與該物體界定的軸線相關(guān)的平面中生成該物體的一兩維投影。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括識(shí)別由該物體界定的三個(gè)互相正交的軸線。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，識(shí)別三個(gè)互相正交的軸線包括識(shí)別由與物體相關(guān)的本征矢量界定的該物體的三個(gè)主軸線。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，識(shí)別物體的三個(gè)主軸線包括生成該物體的空間位置的一協(xié)方差矩陣；確定該協(xié)方差矩陣的本征值；以及確定與本征值相關(guān)的本征矢量。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在其中生成該兩維投影的平面為一與一本征矢量垂直的平面，而該本征矢量與該協(xié)方差矩陣的最小本征值相關(guān)。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，識(shí)別由該物體界定的一軸線包括識(shí)別由與該物體相關(guān)的一本征矢量界定的該物體的主軸線。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，識(shí)別該物體的一主軸線包括生成該物體的空間位置的一協(xié)方差矩陣；確定該協(xié)方差矩陣的本征值；以及確定與該本征值相關(guān)的本征矢量。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在其中生成該兩維投影的平面為一與該協(xié)方差矩陣的該本征矢量正交的平面。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在其中生成該兩維投影的平面為該兩維投影在其中有最大面積的一平面。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過(guò)搜索該區(qū)域中一半球上各立體角來(lái)識(shí)別兩維投影在其中有最大面積的平面。
11.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該物體的兩維投影包括多個(gè)投影象素。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，一與每一投影象素相關(guān)的值與在物體界定的該軸線方向上的物體體積元素的計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)。
13.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于每一投影象素與一密度值相關(guān)；以及每一投影象素的密度值與在物體界定的該軸線方向上的物體體積元素的計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)，一計(jì)數(shù)中的每一物體體積元素用與該體積元素相關(guān)的密度值加權(quán)。
14.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用該兩維投影識(shí)別該物體。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用對(duì)該物體的識(shí)別對(duì)該物體進(jìn)行分類。
16.按權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括根據(jù)對(duì)該物體的識(shí)別改變分類參數(shù)。
17.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在一顯示器上顯示該兩維投影。
18.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在一與該兩維投影平面垂直的平面中顯示一兩維圖象。
19.一種檢測(cè)用一區(qū)域的CT數(shù)據(jù)表示的物體的設(shè)備，包括一接收該區(qū)域的CT數(shù)據(jù)的接收器；以及一數(shù)據(jù)處理器，該數(shù)據(jù)處理器用來(lái)識(shí)別該區(qū)域的CT數(shù)據(jù)中的多個(gè)體積元素；識(shí)別與該區(qū)域中一物體相關(guān)的CT數(shù)據(jù)中的物體體積元素；識(shí)別由該物體界定的一軸線；以及在一與該物體界定的軸線相關(guān)的平面中生成該物體的一兩維投影。
20.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器識(shí)別該物體的三個(gè)互相正交的軸線。
21.按權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，為識(shí)別三個(gè)互相正交的軸線，該數(shù)據(jù)處理器識(shí)別由與物體相關(guān)的本征矢量界定的該物體的三個(gè)主軸線。
22.按權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于，為識(shí)別物體的三個(gè)主軸線，該數(shù)據(jù)處理器(i)生成該物體的空間位置的一協(xié)方差矩陣；(ii)確定該協(xié)方差矩陣的本征值；以及(iii)確定與本征值相關(guān)的本征矢量。
23.按權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，在其中生成該兩維投影的平面為一與一本征矢量垂直的平面，而該本征矢量與該協(xié)方差矩陣的最小本征值相關(guān)。
24.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，為識(shí)別由該物體界定的一軸線，該數(shù)據(jù)處理器識(shí)別一由與該物體相關(guān)的一本征矢量界定的該物體的主軸線。
25.按權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，為識(shí)別該物體的一主軸線，該數(shù)據(jù)處理器(i)生成該物體的空間位置的一協(xié)方差矩陣；(ii)確定該協(xié)方差矩陣的一本征值；以及(iii)確定與該本征值相關(guān)的本征矢量。
26.按權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，在其中生成該兩維投影的平面為一與該協(xié)方差矩陣的該本征矢量正交的平面。
27.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，在其中生成該兩維投影的平面為該兩維投影在其中有最大面積的一平面。
28.按權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，為生成該具有最大面積的兩維投影，該數(shù)據(jù)處理器搜索該區(qū)域中一半球上各立體角。
29.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該物體的兩維投影包括多個(gè)投影象素。
30.按權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，一與每一投影象素相關(guān)的值與在物體界定的該軸線方向上的物體體積元素的計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)。
31.按權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于每一投影象素與一密度值相關(guān)；以及每一投影象素的密度值與在物體界定的該軸線方向上的物體體積元素的計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)，一計(jì)數(shù)中的每一物體體積元素用與該體積元素相關(guān)的密度值加權(quán)。
32.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器使用該兩維投影識(shí)別該物體。
33.按權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器使用對(duì)該物體的識(shí)別對(duì)該物體進(jìn)行分類。
34.按權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器根據(jù)對(duì)該物體的識(shí)別改變分類參數(shù)。
35.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括一顯示該兩維投影的顯示器。
36.按權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括一在一與該兩維投影平面垂直的平面中顯示一兩維圖象的顯示器。
全文摘要
一種使用物體的形狀(402)對(duì)用一區(qū)域的CT數(shù)據(jù)(400)表示的物體進(jìn)行識(shí)別和分類的設(shè)備和方法。識(shí)別由一區(qū)域的CT數(shù)據(jù)表示的一物體(404)。然后,生成一沿該物體主軸線的兩維投影(415)。通過(guò)計(jì)算與該物體相關(guān)的CT數(shù)據(jù)中的三維象素的空間位置的一協(xié)方差矩陣的本征矢量來(lái)識(shí)別該主軸線(408)。可把最小本征矢量用作沿其生成兩維投影的物體主軸線(412)?？捎脤?duì)物體的識(shí)別例如通過(guò)改變一個(gè)或多個(gè)鑒別參數(shù)對(duì)物體進(jìn)行分類(416)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1339136SQ99815592
公開(kāi)日2002年3月6日 申請(qǐng)日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者謝爾蓋·希馬諾夫斯基, 易卜拉欣·M·貝什瓦提, 穆澤法·希拉格魯, 卡爾·R·克勞福德 申請(qǐng)人:模擬技術(shù)公司