圖像處理方法和圖像處理裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圖像處理方法和圖像處理裝置。該方法可以包括根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)獲得投影圖像的灰度曲線步驟；根據(jù)該灰度曲線獲得灰度曲線上拐點對應(yīng)的傳感器位置的步驟；根據(jù)所述拐點對應(yīng)的傳感器位置以及輻射源的位置獲得待測物的頂點位置的可能組合；以及根據(jù)該灰度曲線在所述待測物體的頂點位置的可能組合中確定待測物的頂點位置及物性的步驟。本發(fā)明還公開了一種圖像處理裝置。
【專利說明】
圖像處理方法和圖像處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及主要用于安全檢查的圖像處理方法 和圖像處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，走私、偷渡等犯罪行為頻繁發(fā)生，威脅了國家海關(guān)的關(guān)稅征收，給國家經(jīng)濟 帶來巨大損失?；ぁ⑹称返阮I(lǐng)域的走私偷渡行為也嚴重危害了我國國有企業(yè)及民族工業(yè) 的發(fā)展，嚴重擾亂了我國市場秩序。另外，部分不法分子非法攜帶毒品以牟取暴利，對人民 的健康也造成了極大的危害。
[0003] 近年來，通過攜帶槍支、彈藥、刀具等危險物品實施的惡意行兇、恐怖襲擊等嚴重 危害社會公共安全事件也時有發(fā)生。因此安全檢查設(shè)備對國家利益人民安全及財產(chǎn)安全具 有重要的意義。
[0004] 現(xiàn)有的安全檢查設(shè)備主要包括手持式車底檢查設(shè)備以及X光安檢設(shè)備。手持式車 底檢查設(shè)備是通過工作人員手持設(shè)備，對車輛底盤進行光學掃描，觀察車輛底盤是否有改 造的痕跡或是否在車輛底盤上夾帶違法物品等。但是，犯罪分子常采用各類方法精心偽裝 改造后的車輛底盤，僅憑光學掃描和觀察無法檢測出該類改造后私藏的物品；X光安檢設(shè) 備，采用放射成像技術(shù)，通過對物品進行掃描，并輸出影像以供檢查人員判斷是否夾帶違禁 品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -些安全檢測裝置及對成像的處理方法還無法得到待測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及圖像， 無法快速、有效地檢測車輛內(nèi)部是否攜帶、夾藏違法物品。對于可檢測裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢測 方式，目前主要為輻射成像類檢測裝置配合相應(yīng)的圖像處理方法。然而，此類裝置及方法還 無法通過檢測獲得待測物體的位置、尺寸、密度等更為具體的待測物的物性等數(shù)據(jù)信息。而 且一些待測物中還可能包括一些放射性材料，一般的檢測設(shè)備很難檢測出被良好屏蔽的放 射性材料。
[0006] 本申請?zhí)峁┝艘环N在至少一組在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投影的圖像 處理方法，該方法包括根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)獲得投影圖 像的灰度曲線步驟;根據(jù)該灰度曲線獲得灰度曲線上拐點對應(yīng)的傳感器位置的步驟;根據(jù) 所述拐點對應(yīng)的傳感器位置以及輻射源的位置獲得待測物的頂點位置的可能組合；以及根 據(jù)該灰度曲線在所述待測物體的頂點位置的可能組合中確定待測物的頂點位置及物性的 步驟。
[0007] 在另一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N在至少一組在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行 投影的圖像處理裝置，該裝置包括用于根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度 數(shù)據(jù)獲得投影圖像的灰度曲線的模塊;用于根據(jù)該灰度曲線獲得灰度曲線上拐點對應(yīng)的傳 感器位置的模塊;用于根據(jù)所述拐點對應(yīng)的傳感器位置以及輻射源的位置獲得待測物的頂 點位置的可能組合的模塊；以及用于根據(jù)該灰度曲線在所述待測物體的頂點位置的可能組 合中確定待測物的頂點位置及物性的模塊。
[0008] 根據(jù)本申請公開的實施例，通過分析待測物經(jīng)透射投影后所得灰度曲線的特點及 其與待測物體的關(guān)系，找出曲線上具有特殊意義的拐點位置，并結(jié)合投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將多 角度投影所得的多組灰度曲線相互關(guān)聯(lián)進行計算，從而分析出待測物體的尺寸、位置以及 物體的一些物性特征如密度、射線吸收系數(shù)等。該方法在放射源選擇適當?shù)那闆r下可以應(yīng) 用到各類安全、醫(yī)療等檢查中。由于放射性材料常采用密度較大的容器進行儲存，在這類檢 測中，檢察人員可以根據(jù)該方法測出的待測物的物性特征重點檢查高密度物體，從而實現(xiàn) 對放射性材料的檢測。
【附圖說明】
[0009] 通過參考附圖會更加清楚地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：
[0010] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投 影的系統(tǒng)的示意圖；
[0011] 圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖1所示的系統(tǒng)中由一個放射源對待測 物進行投影的情況下通過探測器獲得的灰度曲線圖；
[0012] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法的流程圖；
[0013] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法中待測物的示意圖；
[0014] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法中獲得待測物的頂點位置 的可能組合的方法的原理圖；
[0015] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真的示意圖；
[0016] 圖7a示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真得到的待測 物灰度曲線圖像的示意圖；
[0017] 圖7b示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真得到的待測 物灰度曲線圖像的一階導數(shù)的示意圖；
[0018] 圖7c示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真得到的待測 物灰度曲線圖像的二階導數(shù)的示意圖；
[0019] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真獲得待測物的 頂點位置的可能組合的方法的原理圖；
[0020] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真中待測物體的 頂點位置的可能組合對應(yīng)的灰度曲線與待測物灰度曲線的對比圖；
[0021] 圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法進行仿真中待測物體的 頂點位置的可能組合對應(yīng)的灰度曲線與待測物灰度曲線的對比圖；
[0022] 圖11示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法進行試驗中待測物的實 驗效果圖；
[0023]圖12示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將詳細描述本發(fā)明的各個方面的特征和示例性實施例。在下面的詳細描述 中，提出了許多具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說 很明顯的是，本發(fā)明可以在不需要這些具體細節(jié)中的一些細節(jié)的情況下實施。下面對實施 例的描述僅僅是為了通過示出本發(fā)明的示例來提供對本發(fā)明的更好的理解。本發(fā)明決不限 于下面所提出的任何具體配置和方法，而是在不脫離本發(fā)明的精神的前提下覆蓋了元素、 部件和算法的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結(jié)構(gòu)和技 術(shù)，以便避免對本發(fā)明造成不必要的模糊。
[0025]下面結(jié)合附圖，詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像處理方法和圖像處理裝置。
[0026] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投 影系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，對待測物3投影的系統(tǒng)可以包括在至少兩個非平行方向?qū)Υ?測物3進行投影的放射源1，可以采用一個或多個放射源，這里可以采用兩個放射源，一個可 以設(shè)置在待測物的底部，另一個可以設(shè)置在待測物的側(cè)面。也可以只使用一個放射源，在至 少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投影得到兩個記錄信息不完全相同的投影圖像，放射源是 包括放射性物質(zhì)的輻射源。其中，放射性物質(zhì)例如可以包括以下一項或多項：氚、鐵55、鈷 60、鎳 63、硒 75、銻 124、鐿 169、銩 170、銥 192、鉈 204、釙 210、钚 238、氪 85、鍶 90、銫 137、钷 147 和某些錒系元素如钚239、镅241、锎252等、鈉 22、鈷57、釔88、鎘109、鉍207、鈾鐳系中的鐳 226等。在一種示例性實施例中，放射源使用鈷60作為放射性物質(zhì)。對待測物體投影的系統(tǒng) 還可以包括與放射源對應(yīng)設(shè)置的接收發(fā)射粒子的傳感器2,傳感器2例如可以包括觀察、記 錄粒子數(shù)量的探測器，例如電離室、正比計數(shù)器、蓋革-米勒計數(shù)器、閃爍計數(shù)器、半導體探 測器等。該系統(tǒng)還包括對投影圖像進行處理的圖像處理裝置4。
[0027] 圖2示出了在圖1所示的系統(tǒng)中由一個放射源對待測物3進行投影的情況下，通過 探測器獲得的灰度曲線圖。由圖2可見，灰度曲線是隨投影的射線通過路徑上物體的密度及 長度而變化的曲線，其規(guī)律遵循如式(1)所示：
[0028] I = I〇 * e_ut (1)
[0029] 其中，μ表示物體對射線的吸收系數(shù)，t表示射線穿過物體的路徑長度。當射線未穿 過待測物體時，灰度值為最大值1〇;而當射線穿過待測物體時，灰度曲線會小于射線未穿過 待測物體時的最大值1〇。另外，當射線經(jīng)過多邊形的某一頂點時，在灰度曲線上會相應(yīng)地出 現(xiàn)一個斜率突變的拐點；而射線掃過其他位置時，灰度曲線均為一條平滑的曲線，不會存在 斜率突變的情況。若多邊形為η邊形，則曲線上拐點的個數(shù) 1)與11的關(guān)系為〇<p<n。因此，灰 度曲線的拐點位置，可以反映出多邊形頂點的具體位置信息;而通過灰度曲線的灰度數(shù)據(jù)， 又可以反映待測物體的密度、形狀等多種信息。
[0030] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法的流程圖，該方法例如可 以由圖1所示系統(tǒng)中的圖像處理裝置4執(zhí)行。由于射線源形成的射線束為扇形面，在判斷射 線源是否在非平行方向?qū)Υ郎y物投影時，可以比較射線源的扇形射線束中的中心線是否平 行。在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投影后，會得到至少兩幅投影圖像，該投影圖像可 以為灰度圖，其灰度代表對待測物投影的系統(tǒng)中探測器對應(yīng)的射線穿過路徑上相應(yīng)物質(zhì)對 射線衰減效果的累計，根據(jù)灰度圖可以得到一條隨射線通過路徑上物體的密度及長度變化 的灰度曲線。如圖3所示，在步驟S31中，可以根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的 灰度數(shù)據(jù)獲得投影圖像的灰度曲線。在步驟S32中，可以根據(jù)該灰度曲線獲得灰度曲線上拐 點對應(yīng)的傳感器位置。在步驟S33中，可以根據(jù)該拐點對應(yīng)的傳感器位置獲得待測物的頂點 位置的可能組合。在步驟S34中，可以根據(jù)該灰度曲線在所述待測物體的頂點位置的可能組 合中確定待測物的頂點位置及物性。這里的物性可以包括例如密度、射線吸收系數(shù)等待測 物的物理性質(zhì)。
[0031] 在一個示例中，可以對對待測物投影得到的灰度曲線進行濾波處理，使濾波后，曲 線不會有頻率較高的噪音以及波動，又不會過度的平滑導致拐點的消失或與待測物灰度曲 線相比有較大的滯后。例如在對濾除高頻噪音后對灰度信號進行延時補償。在一個示例中， 可以對投影得到的灰度曲線進行2次求導，在二階導數(shù)圖像中，拐點位置會以脈沖形式體 現(xiàn)，找到這幾組脈沖所在位置，即可得出灰度曲線中拐點的位置。
[0032] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法中待測物的示意圖。在一 些安檢、進出口檢測等應(yīng)用中，例如在進行核安保的檢查時，常出現(xiàn)箱子內(nèi)有密度較小的雜 物以及密度較大的放射源或屏蔽材料的情況。當使用鉛等高密度材料對放射源進行屏蔽 時，被動式放射性檢測往往無法檢測出待測物體具有放射性。在核安保的檢查中可以把檢 查重點放在如圖4所示的被各類低密度的雜物環(huán)繞的高密度物體。由于射線穿過物體后反 映的是路徑上物質(zhì)的積分，高密度物體相對于低密度物體，對于射線穿過物體后得到的射 線強度往往有較大的影響，因此，根據(jù)圖3所示的方法，可以通過對待測物投影后的灰度曲 線上的拐點位置得到感興趣的高密度物體的位置以及尺寸形狀，并通過其灰度信息，得到 待測物密度上的平均數(shù)據(jù)。雖然圖4示出的是待測物的投影圖像為密度均勻的凸多邊形的 情況，但該方法也可以應(yīng)用在待測物截面的投影圖像為凹多邊形的情況當中，可看作由高 密度的凹多邊形和由空氣組成的多邊形組成一新的凸多邊形，計算得出的具體數(shù)據(jù)為二者 的平均效果，在這種情況下通過該圖像處理方法得到的結(jié)果雖然可能誤差會略大于待測物 的投影圖像為凸多邊形的情況，但是仍然能夠較好的還原待測物體的物性。該方法也可以 應(yīng)用在非均勻密度的待測物圖像中，可以將待測物看做多個均勻密度待測物的組合，通過 該方法得到待測物密度可以看做多個均勻密度待測物的組合的密度的平均值，但是該密度 的平均值仍然能夠體現(xiàn)出待測物與周圍環(huán)境的密度差異，即在背景環(huán)境中較好的還原待測 物體的物性。
[0033] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種圖像處理方法中獲得待測物的頂點位置 的可能組合的方法的原理圖。如圖5所示，假設(shè)對待測物投影得到的圖像為陰影所示的凸四 邊形，可以在平面建立二維坐標系，將對待測物投影的系統(tǒng)坐標化，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)， 可以將幾個拐點還原至系統(tǒng)中，并可以將位置標定在相應(yīng)的二維空間位置中。可以假設(shè)探 測器陣列設(shè)置在待測物體三個方向，則探測器陣列可以坐標化分布在y軸的正半軸兩側(cè)，放 射源b可以設(shè)置在y軸的負半軸上，輻射源a可以設(shè)置在探測器陣列相對于待測物的另一側(cè)， 在對待測物投影得到的灰度曲線上找出斜率突變的拐點的位置，將其對應(yīng)至相應(yīng)坐標系中 的探測器陣列上。由于灰度曲線上的拐點均對應(yīng)待測物體截面的多邊形的頂點，則放射源 與拐點之間的連線一定會通過待測多邊形的頂點?？梢愿鶕?jù)輻射源的位置以及與輻射源對 應(yīng)的拐點對應(yīng)的探測器位置的連線獲得待測物體的頂點位置的可能組合。在一個示例中， 由于在對待測物進行正交投影時得到的投影圖像中的信息關(guān)聯(lián)度最低，得到的有效數(shù)據(jù)最 多，因此可以選取正交的投影圖像進行圖像處理。這里可以假設(shè)在其中一個方向上投影得 到的灰度曲線中有P個拐點，在另一個方向上投影得到的灰度曲線中有q個拐點，且P<q。在 平面建立二維坐標系時，兩次投影時放射源所在的點坐標與拐點對應(yīng)的探測器位置坐標的 連線可得到P · q個不同的交點，則η邊多邊形的頂點一定為這p · q個交點中的η個點的組 合。則可能為待測多邊形的頂點的組數(shù)心為：
[0034] = I2) n=q
[0035]由式(2)可看出，假設(shè)當口 = 3,9 = 4，1(1 = 3797，計算量已然較大。并且，隨著口與9的 增大，計算量將有較大增長。由于待測物體任意兩個頂點所連成的直線通過放射源為小概 率事件，因此可以看做每一條射線上有且僅有一個待測物體的頂點。則可能為待測多邊形 的頂點的組數(shù)心為：
[0036] K2 = n! (3)
[0037] 此時由式（3)可以看出，假設(shè)當η = 4時，Κ2 = 24。計算量已由待測物頂點的可能組 合數(shù)1^ = 3797減少至24,這將大幅度提高計算速度，也減少了該方法計算的復雜度?？梢詫?這些待測物頂點的可能組合中的可能頂點兩兩相連，取所有連線的外輪廓作為邊界，將此 圖像矩陣化，還可以對圖像輪廓內(nèi)部按照像素大小與實際長度進行換算和填充，例如有待 測物體處以數(shù)字1進行填充，無物體處以數(shù)字〇進行填充。就可得到所有可能與待測物體一 致的物體的位置以及表示待測物形狀的圖像矩陣。將它們從二維坐標上還原至系統(tǒng)中。也 就是可以對待測物體的頂點位置的可能組合所構(gòu)成的假想待測物在輻射源位置和探測器 位置不變的情況下進行假想待測物投影，可得到一系列新的僅反映射線穿過物體的長度的 灰度曲線。由于這里的灰度曲線不包含待測物的隨射線通過路徑上物體的密度變化的信 息，所以這里的灰度曲線與放射源對原待測物投影得到的灰度曲線不同。
[0038] 在一個實施例中，可以根據(jù)假想待測物投影后不同位置探測器采集到的灰度數(shù)據(jù) 獲得假想待測物投影圖像的灰度曲線并與待測物體投影圖像的灰度曲線比較，可以選取與 待測物體投影圖像的灰度曲線最接近的灰度曲線對應(yīng)的假想待測物頂點位置為待測物體 的頂點位置。在一個示例中，可以選取探測器上最小拐點與最大拐點之間的數(shù)據(jù)進行計算， 將待測物灰度曲線與假想待測物灰度曲線的基準點對齊，再比較兩條曲線的差。設(shè)對假想 待測物投影得到的一系列灰度曲線反映射線穿過物體長度的值SS m,x，系統(tǒng)對待測物投影 所得到的原灰度數(shù)據(jù)為Im,x，不放置物體系統(tǒng)所得到的灰度數(shù)據(jù)為1〇,設(shè)一對齊系數(shù)為 m為一系列弧度曲線中的第m條曲線，X為一系列灰度曲線中第X個點。則有如下關(guān)系式：
[0039] Im,x=Io · exp(-ym,xSm,x) (4)
(5)
[0041] 計算兩條曲線每一個點所對應(yīng)的μω,χ并取其平均數(shù)，可得到對應(yīng)該曲線的以》值，之 后做如下運算：
[0042] Pm,x=Io · exp(-ymSm,x) (6)
[0043] 可得到一條新的曲線，求pm,x與Im,x兩條曲線的偏差~為：
σ)
[0045]其中，η為Pm, χ上對應(yīng)點的個數(shù)。求得最小的vm值所對應(yīng)的假想待測物多邊形及其 坐標，即為所求的待測物體的形狀及位置。
[0046] 在一個實施例中，可以根據(jù)不放置待測物時探測器所得原始灰度數(shù)據(jù)、對待測物 投影后不同位置探測器采集到的灰度數(shù)據(jù)、和對假想待測物投影后輻射源射線穿過假想待 測物的長度值獲得待測物對射線的吸收系數(shù)，進而得到待測物的物性。在一個示例中，在得 到與原始灰度曲線最為接近的假想待測物灰度曲線后，與該灰度曲線其對應(yīng)的式(5)中的μ 值即為待測物體對系統(tǒng)射線的吸收系數(shù)。
[0047] 在一個實施例中，在選擇的放射源的射線粒子能量相對穩(wěn)定的情況下，該方法可 以根據(jù)待測物體對系統(tǒng)射線的吸收系數(shù)以及放射源的射線粒子能量計算待測物的密度，實 現(xiàn)對于待測物體物性的判別。例如，在系統(tǒng)的放射源使用鈷60作為放射性物質(zhì)時，其射線粒 子能量為1.25MeV，粒子與待測物體之間的主要作用為康普頓散射。在此能量下，粒子穿過 物體的μ/ρ值可近似看作常數(shù)值，從而相應(yīng)得到待測物體的密度。
[0048]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真的示意圖。如 圖6所示，在一個實施例中，可以選取兩個放射源，可以將放射源分別放置在系統(tǒng)底部及側(cè) 下方，可以三面環(huán)繞地設(shè)置探測器以確保可以得到射線經(jīng)過待測物體的全部數(shù)據(jù)。對系統(tǒng) 的參數(shù)進行設(shè)定，例如將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定為:a = 350cm，d = 350cm，d = 50cm其中，a為系統(tǒng)的 寬，b為系統(tǒng)的高，d為放射源1距地面的距離。這里假設(shè)待測物體為一任意的凸五邊形，待測 物所在高度為h，例如可以假設(shè)待測物在大型卡車上，這樣，放置在車上的物體距地面距離h 例如可以設(shè)定為150cm，那么待測物各頂點的理論值在表1中給出，其中各坐標單位為厘米。 [0049]表 1
[0051]在仿真中可以假設(shè)該待測物體對于射線的吸收系數(shù)可以設(shè)定為μ = 〇.9,空載時探 測器所得到的初始灰度數(shù)據(jù)可以設(shè)定為1〇 = 1〇;探測器陣列上每隔lcm布置一個探測器。圖 7a示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真得到的待測物灰度曲線 圖像的示意圖。如圖7a所示，通過放射源發(fā)出射線對待測物體進行兩個方向上的投影，可得 到兩個方向上的投影圖像的灰度曲線。圖7b示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處 理方法進行仿真得到的待測物灰度曲線圖像的一階導數(shù)的示意圖；圖7c示出根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真得到的待測物灰度曲線圖像的二階導數(shù)的示 意圖。如圖7b和7c所示可以對兩條灰度曲線做求導處理。在二階導數(shù)的曲線中，在灰度曲線 的拐點位置有相應(yīng)的脈沖式的突起，對應(yīng)的探測器中的坐標xd分別在表2中給出。
[0052]表 2
[0054]將這些點置于二維坐標系下，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將其變換為在投影系統(tǒng)中的坐標在 表3中給出。
[0055]表 3
[0057] 根據(jù)投影系統(tǒng)可得，兩組放射源的坐標在表4中給出。
[0058] 表4
[0060] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真獲得待測物的 頂點位置的可能組合的方法的原理圖。如圖8所示，可以將放射源坐標與其對應(yīng)的拐點坐標 相連，射線源1和射線源2與相應(yīng)拐點相連后可以得到10條線段及25個不同的交點。在這些 交點中選出相應(yīng)的組合，并將所有可能的組合得出的多邊形進行投影，并選取特定點使得 所有可能的組合得出的多邊形進行投影所得灰度曲線數(shù)據(jù)與原灰度曲線數(shù)據(jù)相對應(yīng)。圖9 示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對一種圖像處理方法進行仿真中待測物體的頂點位置的 可能組合對應(yīng)的灰度曲線與待測物灰度曲線的對比圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例 的一種圖像處理方法進行仿真中待測物體的頂點位置的可能組合對應(yīng)的灰度曲線與待測 物灰度曲線的對比圖。如圖9和圖10所示，圖中橫坐標表示待測物投影后對應(yīng)探測器的位置 單位以厘米表示，縱坐標表示射線穿過待測物長度值與待測物對射線吸收系數(shù)的乘積。將 對假想待測物投影所得數(shù)據(jù)與待測物投影所得數(shù)據(jù)進行比較，得到偏差值最小的組合即為 所求待測物頂點的坐標，最終得到的待測物頂點坐標及誤差值在表5中給出。
[0061] 表 5
[0063] 根據(jù)該圖像處理方法的仿真結(jié)果對于多邊形頂點位置的確定，絕對誤差最大為 0.28cm，衰減系數(shù)計算的相對誤差為0.33%，各項誤差均較小。
[0064] 在一個實驗中，可以對鋁塊進行投影得到的投影圖像采用該圖像處理方法進行處 理，對該圖像處理方法的效果進行驗證。待測物對象為一鋁材質(zhì)、實心、截面為正方形的長 方體?？梢赃x取待測物的一個截面，對截面所在的位置進行尺寸測量，測量所得待測截面的 幾何尺寸長和寬均為175mm。對待測物體進行兩次投影測量。為處理方便，可以使放射源處 于180°與240°處。在測量中，可以選取同一截面對待測物體進行多次測量，例如進行4000次 測量，取測量數(shù)值的平均數(shù)以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量?？梢詫蓚€方向投影得到的灰度曲線圖像進 行二次求導得到拐點位置，通過拐點位置得到待測物頂點的可能組合并對這些頂點組合而 成的待測物再次進行投影，將得到的灰度曲線與原灰度曲線進行比較，取與原曲線最接近 的灰度曲線對應(yīng)的頂點為待測物的頂點。得出該待測物體各點坐標值如表6中給出，求得待 測物體對射線的吸收系數(shù)為0.0146。
[0065]表 6
[0067]由表6可以看出，該結(jié)果基本符合待測物體的形狀，其四邊長分別為172_，178_， 173mm，168mm，與其標準尺寸175mm最大相差7mm，符合在仿真時分析的誤差范圍。
[0068]上一個實驗中的鋁塊更換為實心、截面為五邊形的柱體，對該圖像處理方法的效 果進行再一次驗證。選取待測物的一個截面，對截面所在的位置進行尺寸測量，測量所得待 測截面的幾何尺寸的五個邊的長度分別為邊1 = 125cm、邊2 = 70.7 lcm、邊3 = 125cm、邊4 = 175cm、邊5 = 175cm。選取放射源處于270°與210°處。在測量中，可以選取同一截面對待測物 體進行4000次測量，取測量數(shù)值的平均數(shù)以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。可以對兩個方向投影得到的灰 度曲線圖像進行二次求導得到拐點位置，通過拐點位置得到待測物頂點的可能組合并對這 些頂點組合而成的待測物再次進行投影，將得到的灰度曲線與原灰度曲線進行比較，取與 原曲線最接近的灰度曲線對應(yīng)的頂點為待測物的頂點。得出該待測物體各點坐標值如表7 中給出，求得待測物體對射線的吸收系數(shù)為0.0143。
[0069]表7
[0071]由表7可以看出，該結(jié)果基本符合待測物體的形狀，其5邊長分別為：邊1 = 124 · 45mm、邊2 = 72 · 31mm、邊3 = 129 · 84mm、邊4= 170 · 00mm、邊5 = 172 · 80mm，與其標準尺寸 175mm最大相差7mm，符合在仿真時分析的誤差范圍，具有較高的還原度。
[0072]查表，對于鋁材料，當光子能量為IMeV時，吸收系數(shù)與待測物密度比μ/ρ可以近似 的取常數(shù)值6.146 X 10_3，當光子能量為1.5MeV時，μ/ρ可以近似的取常數(shù)值5.007 X 10_3，假 設(shè)這部分值為線性分布，則當光子能量為1.25MeV時，μ/ρ可以近似的取常數(shù)值5.5765 X 10 一3。則求得鋁的密度為Pa^ = 2.618g/cm3，而鋁材質(zhì)密度的理論值為:pm = 2.702g/cm3，對比 測量結(jié)果，該圖像處理方法較好的還原了該物體的物性。
[0073]還可以對飲水機所用水桶進行投影得到的投影圖像采用該圖像處理方法進行處 理，對該處理方法的效果進行驗證?？梢詫嬎畽C所用水桶裝滿水放置于集裝箱內(nèi)對該桶 裝水進行測量?？梢允狗派湓粗糜讴枴阄恢?，集裝箱進入系統(tǒng)，放射源及探測器進行掃描，得 到放射源在0°位置的輻射圖像;可以再移動放射源至90°位置，使集裝箱反向移出系統(tǒng)，放 射源及探測器掃描，得到90°位置的輻射圖像。經(jīng)該圖像處理方法得到的一系列物體的連續(xù) 的截面，這些截面可重建待測物體的3D模型圖像。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一 種圖像處理方法進行試驗中待測物的實驗效果圖。將通過該圖像處理方法得到的水桶的每 一個截面的數(shù)據(jù)都進行相同的處理，可得到一系列長不相等，高相近的長方形。使用顯示軟 件對待測物體進行三維模型重建，將這些長方形按照順序依次排列，可得到水桶的三維圖 形及三視圖如圖11所示。
[0074]通過該圖像處理方法可求得待測物桶裝水的射線吸收系數(shù)為7.2805ΧΠΓ3。查表 可得，對于水，當光子能量為1.25MeV時，可以近似的認為μ/ρ = 6.2Χ10-3。則可求得桶裝水 的密度Pw' = 1.174g/cm3。而對于水的密度的真實值為/Λ_/ ? = U*·，則由實驗結(jié)果可知， 其密度測量值PW'與真實值相比，其相對誤差為17.4%。由實驗結(jié)果可以看出，實驗基 本準確地反映了水桶的形狀、尺寸及所在的位置。但是，對比之前所做的鋁塊實驗，水桶實 驗的誤差較鋁塊實驗來說誤差較大。
[0075] 可以對實驗結(jié)果進一步分析。為減小誤差，可將投影圖像進行減影處理。由于集裝 箱為相對固定的背景，因此可將集裝箱對圖像造成的影響相應(yīng)減去。為方便處理，可將圖像 中無物體的區(qū)域作為集裝箱的背景，取相應(yīng)列數(shù)據(jù)取平均數(shù)作為實驗中的"空載數(shù)據(jù)"，這 里的"空載數(shù)據(jù)"相當于不放置待測物時探測器所得原始灰度數(shù)據(jù)。對水桶所在位置進行減 影。對數(shù)字圖像處理方法進行優(yōu)化后的測量結(jié)果為：當光子能量為1.25MeV時，桶裝水的射 線的吸收系數(shù)可以近似的取常數(shù)值7.〇794\1〇_ 3，則求得桶裝水的密度0/ = 1.1428/〇113， 密度測量的相對誤差由之前的17.4%降至14.2%。較好的還原了該物體的物性。
[0076] 在一個實施例中，一種在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投影的圖像處理裝 置，可以包括用于可以根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)獲得投影圖 像的灰度曲線的模塊。用于可以根據(jù)灰度曲線獲得灰度曲線上拐點對應(yīng)的傳感器位置的模 塊。用于可以根據(jù)拐點對應(yīng)的傳感器位置以及輻射源的位置獲得待測物的頂點位置的可能 組合的模塊。用于可以根據(jù)灰度曲線在待測物體的頂點位置的可能組合中確定待測物的頂 點位置及物性的模塊。在一個示例中，還可以包括用于對灰度曲線進行濾波處理濾除高頻 噪聲信號的模塊。在一個示例中，還可以包括用于對灰度曲線求二階導數(shù)的模塊。傳感器例 如可以包括觀察、記錄粒子數(shù)量的探測器。
[0077] 在一個實施例中，該裝置還可以包括用于可以根據(jù)輻射源的位置以及與所述輻射 源對應(yīng)的拐點對應(yīng)的探測器位置的連線獲得待測物體的頂點位置的可能組合的模塊。
[0078] 在一個實施例中，該裝置還可以包括用于可以對待測物體的頂點位置的可能組合 所構(gòu)成的假想待測物在所述輻射源位置和探測器位置不變的情況下進行假想待測物投影 的模塊。在一個示例中，該裝置還可以包括用于可以根據(jù)假想待測物投影后不同位置探測 器采集到的灰度數(shù)據(jù)獲得假想待測物投影圖像的灰度曲線并與待測物體投影圖像的灰度 曲線比較，選取與待測物體投影圖像的灰度曲線最接近的灰度曲線對應(yīng)的假想待測物頂點 位置為待測物體的頂點位置的模塊。
[0079] 在一個實施例中，該裝置還可以包括用于可以根據(jù)不放置待測物時探測器所得原 始灰度數(shù)據(jù)、對待測物投影后不同位置探測器采集到的灰度數(shù)據(jù)、和對假想待測物投影后 輻射源射線穿過假想待測物的長度值獲得待測物對射線的吸收系數(shù)，進而得到待測物的物 性的模塊。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的一種圖像處理裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。處理裝 置可以采用通用計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計算機系統(tǒng)可具體是基于處理器的計算機。所述處理設(shè) 備實體包括輸入輸出I/O接口 121、存儲器122、至少一個處理器123和至少一個通信接口 124。其中，輸入輸出I/O接口 121、存儲器122、至少一個處理器123和至少一個通信接口 124 之間通過通信總線125連接。所述I/O接口 121，用于接收來自用戶設(shè)備的文本數(shù)據(jù)，并將所 述文本數(shù)據(jù)傳輸給所述處理器123,其中，所述文本數(shù)據(jù)使用結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL形式表示。 處理器123可以是一個通用中央處理器(CPU)，微處理器，特定應(yīng)用集成電路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一個或多個用于控制本發(fā)明方案程序執(zhí)行的集 成電路。其中，所述通信總線125可包括一通路，在上述組件之間傳送信息。所述通信接口 124,使用任何收發(fā)器一類的裝置，用于與其他設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)通信，如以太網(wǎng)，無線接入網(wǎng) (RAN)，無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks，WLAN)等。計算機系統(tǒng)包括一個或多 個存儲器122,可以是只讀存儲器(read-only memory，ROM)或可存儲靜態(tài)信息和指令的其 他類型的靜態(tài)存儲設(shè)備，隨機存取存儲器(random access memory，RAM)或者可存儲信息和 指令的其他類型的動態(tài)存儲設(shè)備，也可以是電可擦可編程只讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPR0M)、只讀光盤（Compact Disc Read-Only Memory，⑶-ROM)或其他光盤存儲、光碟存儲(包括壓縮光碟、激光碟、光碟、數(shù)字通用 光碟、藍光光碟等）、磁盤存儲介質(zhì)或者其他磁存儲設(shè)備、或者能夠用于攜帶或存儲具有指 令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望的程序代碼并能夠由計算機存取的任何其他介質(zhì)，但不限于此。 這些存儲器122通過通信總線125與處理器123相連接。其中，所述存儲器122用于存儲執(zhí)行 本發(fā)明方案的應(yīng)用程序代碼，執(zhí)行本發(fā)明方案的應(yīng)用程序代碼保存在存儲器中，并由處理 器123來控制執(zhí)行。所述處理器123用于執(zhí)行所述存儲器122中存儲的應(yīng)用程序。
[0080] 應(yīng)當注意，在權(quán)利要求中，單詞"包含"或"包括"并不排除存在未列在權(quán)利要求中 的元件或組件。位于元件或組件之前的冠詞"一"或"一個"也并不排除存在多個這樣的元件 或組件的情況。
[0081] 此外，還應(yīng)當注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導的目的而選 擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的 范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見 的。關(guān)于本發(fā)明的范圍，說明書中所做的描述都是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍 由所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項】
1. 一種在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投影的圖像處理方法，包括： 根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)獲得投影圖像的灰度曲線； 根據(jù)所述灰度曲線獲得灰度曲線上拐點對應(yīng)的傳感器位置； 根據(jù)所述拐點對應(yīng)的傳感器位置獲得待測物的頂點位置的可能組合；以及 根據(jù)所述灰度曲線在所述待測物體的頂點位置的可能組合中確定待測物的頂點位置 及物性。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對所述灰度曲線進行濾波處理，濾除高頻噪聲信 號。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對所述灰度曲線求二階導數(shù)。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述輻射源的位置以及與所述輻射源對應(yīng)的所 述拐點對應(yīng)的傳感器位置的連線獲得待測物體的頂點位置的可能組合。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對所述待測物體的頂點位置的可能組合所構(gòu)成的 假想待測物在所述輻射源位置和傳感器位置不變的情況下進行假想待測物投影。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，根據(jù)假想待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰 度數(shù)據(jù)獲得假想待測物投影圖像的灰度曲線并與待測物體投影圖像的灰度曲線比較，選取 與待測物體投影圖像的灰度曲線最接近的灰度曲線對應(yīng)的假想待測物頂點位置為待測物 體的頂點位置。7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，根據(jù)不放置待測物時傳感器所得原始灰度數(shù)據(jù)、對 待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)、和對假想待測物投影后輻射源射線穿過 假想待測物的長度值獲得待測物對射線的吸收系數(shù)，進而得到待測物的物性。8. -種在至少兩個非平行方向?qū)Υ郎y物進行投影的圖像處理裝置，包括： 用于根據(jù)對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)獲得投影圖像的灰度曲 線的模塊； 用于根據(jù)所述灰度曲線獲得灰度曲線上拐點對應(yīng)的傳感器位置的模塊； 用于根據(jù)所述拐點對應(yīng)的傳感器位置以及輻射源的位置獲得待測物的頂點位置的可 能組合的t旲塊；以及 用于根據(jù)所述灰度曲線在所述待測物體的頂點位置的可能組合中確定待測物的頂點 位置及物性的模塊。9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括用于對所述灰度曲線進行濾波處理濾除高頻噪聲 信號的模塊。10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括用于對所述灰度曲線求二階導數(shù)的模塊。11. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括用于根據(jù)所述輻射源的位置以及與所述輻射源對 應(yīng)的所述拐點對應(yīng)的傳感器位置的連線獲得待測物體的頂點位置的可能組合的模塊。12. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括用于對所述待測物體的頂點位置的可能組合所構(gòu) 成的假想待測物在所述輻射源位置和傳感器位置不變的情況下進行假想待測物投影的模 塊。13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，還包括用于根據(jù)假想待測物投影后不同位置傳感器采 集到的灰度數(shù)據(jù)獲得假想待測物投影圖像的灰度曲線并與待測物體投影圖像的灰度曲線 比較，選取與待測物體投影圖像的灰度曲線最接近的灰度曲線對應(yīng)的假想待測物頂點位置 為待測物體的頂點位置的模塊。14.如權(quán)利要求12所述的裝置，還包括用于根據(jù)不放置待測物時傳感器所得原始灰度 數(shù)據(jù)、對待測物投影后不同位置傳感器采集到的灰度數(shù)據(jù)、和對假想待測物投影后輻射源 射線穿過假想待測物的長度值獲得待測物對射線的吸收系數(shù)，進而得到待測物的物性的模 塊。
【文檔編號】G06T11/00GK106097407SQ201610371890
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】叢鵬, 李立濤, 王振濤, 向新程, 張顏民, 童建民, 黃毅斌, 郭肖靜, 趙曦
【申請人】清華大學