专利名称：液态物品检查方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及辐射检查技术领域，特别涉及一种通过对液态物品进行双能CT成像来对液态物品进行快速安全检查的方法及设备。
背景技术：
美国的9 ·11事件发生以后，航空领域的安全检查工作越来越受到重视。在以往进行的行李包裹安全检查的基础上，增加了对旅客随身携带的液态物品的安全检查要求。因此，急需有效的方式和手段进行行李物品中液态物品的快速安全检查。
当前，有如下四类的方法可以用于液态物品的安全检查化学方法、电磁方法、中子方法和射线方法，具体描述如下
1)化学方法可以细分为气味识别、离子扫描探测和物质分析。气味识别在实际应用中常常因为液态物品被密封包装而无法实现检查。离子扫描探测以高敏感性著称，但是其缺点在于误报率高，常常受到背景环境的影响。物质分析具有精度高和准确性高的特点， 但是这种方法需要一定的时间对样品进行分析，不能满足现场快速检查的需求。
2)电磁方法采取主动的测量方式，其根据不同液态物品对电磁波的介电常数不同从而将液态物品区分开来。电磁方法本身容易受到金属包装和较厚材料包装的不利影响。 因此，在包装材料复杂的实际情况下，电磁方法具有一定的局限性。
3)中子检查方法的使用会出现“中子活化”的现象，即经过中子检查的被检查液态物品会有辐射残留现象。并且，由于中子的穿透能力更强，故其辐射屏蔽更为复杂、设备占地面积大，因而不适合在民航的安全检查系统中使用。
4)当前，航空领域的安全检查装置多为射线装置，这些装置中，目前采用最多的技术是X射线二维成像技术和三维CT扫描成像技术。这些技术能获得物体的结构信息，但无法判断液体中是否藏有毒品；这是因为液体中藏有毒品后，只是成分发生变化，而总体结构并不会发生明显的变化。
综上所述，对于液态物品进行快速检查，化学方法、电磁方法和中子方法存在着本身不适合快速安全检查的特点，采用X射线二维成像技术和三维CT扫描成像技术，只能获得包含结构信息的图像，不能为判断液态物品是否藏有毒品提供充分依据。发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供了一种用射线对液态物品进行安全检查的方法和设备，它可以在不破坏液态物品包装的情况下对其进行快速检查，得到被检查液态物品的定量信息。
在本发明的一个方面，提出了一种用双能CT对液态物品进行检查的方法，包括步骤对被检液态物品进行DR成像，以便判断被检液态物品中液体部分的有无及位置；对被检液态物品的液体部分进行双能CT扫描，得到双能CT投影数据；根据所述投影数据进行 CT重建，得到表示被检液态物品的物理属性值的CT图像；根据所述CT图像提取被检液态物品的物理属性值；以及基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的。
根据本发明的实施例，所述物理属性值包括被检液态物品的密度和原子序数。
根据本发明的实施例，所述双能CT扫描采用平面断层CT扫描的方式。
根据本发明的实施例，所述双能CT扫描采用常规螺旋CT扫描的方式。
根据本发明的实施例，所述双能CT扫描采用大螺距螺旋CT扫描的方式。
根据本发明的实施例，在进行平面断层CT扫描之前，预先设定一组扫描位置。
根据本发明的实施例，在进行平面断层CT扫描之前，先进行DR扫描得到被检液态物品的透射图像，然后根据透射图像确定CT扫描位置。
根据本发明的实施例，得到透射图像后，操作员通过输入装置指定透射图像中的至少一行，作为CT扫描位置。
根据本发明的实施例，得到透射图像后，通过图像处理技术自动确定透射图像中的至少一行，作为CT扫描位置。
根据本发明的实施例，形成透射图像的步骤包括从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像；融合高能透射图像和低能透射图像，形成所述透射图像。
根据本发明的实施例，形成透射图像的步骤包括从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像；选择高能透射图像和低能透射图像之一，作为所述透射图像。
根据本发明的实施例，从双能投影数据重建表示被检液态物品的物理属性值的CT 图像的步骤包括根据高低能投影数据，生成关于两种基材料系数的投影数据；根据所述两种基材料系数的投影数据进行重建，得到表示被检液态物品所对应的两种基材料系数的 CT图像；以及根据所述表示被检液态物品所对应的两种基材料系数的CT图像，生成所述表示被检液态物品物理属性值的CT图像。
根据本发明的实施例，根据表示被检液态物品的物理属性值的CT图像，得到被检液态物品物理属性值的步骤包括从所述CT图像中提取与液体部分相对应的像素；对液体部分的像素计算密度均值和原子序数均值，作为所述被检液态物品的密度和原子序数。
根据本发明的实施例，基于所述物理属性值和该液态物品的参物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的步骤包括计算所述密度和原子序数和所述参考密度和原子序数之间的差值；在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述被检液态物品中隐藏了毒品。
根据本发明的实施例，在针对每个位置进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品的CT图像，使其与第一次双能CT扫描所形成的图像对齐。
根据本发明的实施例，在针对各行进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品，使其与扫描之前的位置相同。
根据本发明的实施例，所述被检液态物品放置在被分成了多个空间的桶内。
根据本发明的实施例，所述的方法还包括步骤利用预定的模板来自动检测桶的存在；在存在桶的情况下，检测CT图像中的特定标记；基于所述特定标记，将桶旋转到预定的位置。
根据本发明的实施例，所述的方法还包括步骤将被检液态物品的判断结果显示在显示屏上。
根据本发明的实施例，所述的方法还包括步骤将各个被检液态物品的判断结果打印出来。
根据本发明的实施例，所述的方法还包括步骤将各个被检液态物品的CT图像彩色化。
在本发明的另一方面，提出了一种用双能CT对液态物品进行检查的设备，包括 射线源，用于发出射线；探测和采集装置，用于探测并采集穿透至少一件被检液态物品的射线信号；控制器，控制所述射线源和探测和采集装置先对被检液态物品进行DR成像，以便判断被检液态物品中的液体部分的有无及位置，然后对被检液态物品的液体部分进行双能 CT扫描，得到投影数据；从投影数据重建表示被检液态物品的至少一种物理属性值的CT图像的装置；以及基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的的装置。
根据本发明的实施例，所述双能CT扫描是基于预定的位置进行的。
根据本发明的实施例，所述探测和采集装置探测并采集穿透至少一件被检液态物品的射线信号以形成透射图像；其中所述设备还包括指定透射图像中的至少一行的装置； 所述双能CT扫描是基于所指定的行而进行的。
根据本发明的实施例，所述物理属性值至少包括被检液态物品的密度和原子序数。
根据本发明的实施例，从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像，所述设备还包括融合高能透射图像和低能透射图像形成所述透射图像的装置。
根据本发明的实施例，从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像，所述设备还包括选择高能透射图像和低能透射图像之一，作为所述透射图像的装置。
根据本发明的实施例，所述指定透射图像中的至少一行的装置包括操作员利用输入装置从透射图像中选择至少一行的装置。
根据本发明的实施例，所述指定透射图像中的至少一行的装置包括分析所述透射图像的像素值，以将所述透射图像分层的装置；将各层中的中间行指定为要进行双能CT 扫描的行的装置。
根据本发明的实施例，从投影数据重建表示被检液态物品的物理属性值的CT图像的装置包括融合由被检液态物品的密度所标识的密度图像和由被检液态物品的原子序数所标识的原子序数图像作为所述CT图像的装置；从所述CT图像中提取与液体部分相对应的像素；对液体部分的像素计算密度均值和原子序数均值作为所述被检液态物品的密度和原子序数的装置。
根据本发明的实施例，基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的装置包括计算所述密度和原子序数和所述参考密度和原子序数之间的差值的装置；在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述被检液态物品中隐藏了毒品。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括在针对每行进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品的CT图像，使其与第一次双能CT扫描所形成的图像对齐的装置。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括在针对各行进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品，使其与扫描之前的位置相同的装置。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括桶，被分成了多个空间，分别用于放置所述被检液态物品。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括利用预定的模板来自动检测桶的存在的装置；在存在桶的情况下，检测CT图像中的特定标记的装置；基于所述特定标记，将桶旋转到预定的位置的装置。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括显示装置，显示被检液态物品的判断结^ ο
根据本发明的实施例，所述的设备还包括将各个被检液态物品的判断结果打印出来的装置。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括将各个被检液态物品的CT图像彩色化的装置。
根据本发明的实施例，所述的设备还包括承载所述被检液态物品的承载机构，所述承载机构承载所述被检液态物品的表面上被划分成操作人员可识别的多个区域。
在本发明的又一方面，提出了一种用双能CT对液态物品进行检查的设备，包括 射线源，用于发出射线；探测和采集装置，用于探测并采集穿透至少一件被检物体的射线信号；控制器，控制所述射线源和探测和采集装置对被检液态物品进行螺旋CT扫描，来形成每个均表示被检液态物品的至少一种物理属性值的一组螺旋CT图像；分析该组螺旋CT图像以确定液体的螺旋CT图像部分的装置；以及基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的装置。
根据本发明的实施例，所述物理属性值至少包括被检液态物品的密度和原子序数。
利用本发明的方法和设备，由于采用透射图像作为引导来进行双能CT扫描，在提高了检测速度的同时，并不降低检测准确率，并且通过透射图像还可以判断液态物品是否存在夹层。
另外，通过将测量的密度与原子序数与参考密度和原子序数相比，可以判断被检液态物品(比如酒等)是否藏有毒品(比如可卡因等)。
另外，操作员可以在任何指定的位置进行双能CT扫描，方便了复查操作的进行。 另外，操作员可以根据具体的需要自行添加新的被检液体种类。
另外，在多件同时检测的情况下，采用分格桶，可以方便地确定是那件被检液态物品是可疑的。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中
图1是根据本发明实施方式的检查设备的结构示意图2示出了如图1所示的计算机数据处理器60的结构框图3示出了根据本发明第一实施方式的控制器的结构框图4示出了在数据库中存储各种液态物品的标识信息和属性信息所采用的结构；
图5是用于说明DR成像和CT成像的关系的示意图6示出了 DR成像结果的一个例子；
图7示出了 DR成像结果的另一例子；
图8示出了根据本发明第一实施方式的液态物品检查方法的总体流程图9示出了 DR成像过程的流程图10示出了在DR成像过程中探测和采集装置30所采集的DR图像数据的排列方式；
图11示出了对DR图像进行处理以确定CT扫描位置的流程图12示出了 CT成像过程；
图13示出了在CT成像过程中CT投影数据的排列方式；
图14示出了测量液体属性的过程；
图15示出了对数据库进行扩展的过程；
图16A和图16B示出了根据本发明第二实施方式的检测多件液态物品的情况下重建的CT图像的示意图17A到17K示出了在CT成像完成之后，如何对CT重建图像和/或承载机构进行旋转使其与CT扫描之前物体的相对位置相一致的过程；
图18示出了在多件被检物体的情况下进行检查的流程图19示出了根据本发明第二实施方式的承载机构的俯视图20示出了根据本实施方式的分格桶的侧视图21示出了分格桶的俯视图22示出了分格桶的底视图23示出了在检查过程中如何自动检测分格桶和标记的过程；
图24A到24D示出了在检测过程中旋转桶的示意图25示出了根据第三实施方式的检查过程的流程图2队是说明液体在隐藏了毒品之后密度的变化曲线；
图26B是说明液体在隐藏了毒品之后原子序数的变化曲线；
图^C是说明液体在隐藏了毒品之后特征密度的变化曲线；
图27详细说明第四发明实施方式的检查方法的流程图观是说明对液态物品进行螺旋CT扫描的示意图^A到^M是说明对液态物品进行螺旋CT扫描所得到的图像。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，否则它们将使本发明的主题不清楚。
第一实施方式
图1是根据本发明实施方式的检查设备的结构示意图。
如图1所示，根据本实施方式的检查设备包括发出检查用双能X射线的射线源 10，诸如X光机；承载机构40，其承载被检液态物品围绕轴Z转动，并且可以升降，使得被检液态物品进入检测区域，从而由射线源10发出的射线能够透过被检液态物品；探测和采集装置30，它是具有整体�？榻峁沟奶讲馄骷笆莶杉鳎糜谔讲馔干浔患煲禾锲返乃苌湎撸竦媚Ｄ庑藕牛⑶医Ｄ庑藕抛怀墒中藕牛佣涑鲆禾锲氛攵愿吣躕射线和低能X射线的扫描数据；控制器50，它用于控制整个系统的各个部分同步工作；以及计算机数据处理器60，它用来处理由数据采集器采集的数据，并输出检查结果。
如图1所示，射线源10置于可放置被检液态物品的承载机构40 —侧，探测和采集装置30置于承载机构40的另一侧，包括探测器和数据采集器，用于获取被检液态物品DR 数据和多角度投影数据。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。
另外，检查设备还包括由金属制成的筒状物体通道20，它设置在承载机构40上， 能屏蔽X射线向外的辐射。被检液态物品放置在被检物体通道中。
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(R0M)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和预先编制的数据库，该数据库存储有各种已知液态物品的相关信息，例如液体名称、种类和物理属性等信息，用于与处理器66所计算出的被检液态物品中液体的诸如密度和原子序数之类的属性值进行比较。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。
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。
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；第一驱动电机55，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上升或者下降；高度信息获取单元53，它随着承载机构40的运动，向控制单元51反馈承载机构的高度信息；第二驱动电机56，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来驱动承载机构40旋转；角度信息获取单元M，它在承载机构40旋转过程中获取承载机构40 的旋转角度，反馈给控制单元51。
根据本发明的实施方式，上述的高度信息获取单元53和角度信息获取单元M都是光电码盘，它具备抗干扰的优点。
如上所述，在存储器61中存储有数据库，其中以树状结构存储了已知的各种液态物品的标识信息和物理属性值，例如液态物品的参考密度和参考原子序数。图4示出了在数据库中存储各种液态物品的标识信息和属性信息所采用的结构。
例如所有样本首先被分为若干子类，比如子类1 (酒)、子类2 (可乐)、子类3 (牛奶)，……子类η等。然后，每个子类被细分为若干子类。例如子类1(酒)被细分为子类 1. 1 (葡萄酒)、子类1. 2 (蒸馏酒)、子类1. 3 (啤酒)，……，子类1. η等等。每个子类继续细分。比如，子类1. 2 (蒸馏酒)细分为子类1. 2. 1 (朗姆酒)、子类1. 2. 2 (威士忌)、子类 1.2.3(伏特加)、……、子类1. 2. η (中国白酒)，直到子类内部各样本的参考密度和原子序数的差异小于某一指定的值，比如系统测量噪声的范围，则不再细分，该小类成为属性结构的叶子节点。
另外，每个叶子节点用其所有父节点名称的组合来标识，比如“古巴产40度哈瓦那朗姆酒”。该标识与参考密度和参考原子序数是一一对应的。在检查流程中，计算机将树状结构逐级展示给用户，操作员通过逐级选择的方式输入标识信息。比如，操作员希望获得一瓶古巴产40度哈瓦那朗姆酒的物理属性信息，可以沿酒- >蒸馏酒- >朗姆酒- >古巴朗姆酒- > 哈瓦那朗姆酒-> 40度的路径逐级选择。
操作员通过逐级选择输入标识的过程，同时也是计算机检索的过程，当用户确定最终标识时，其所对应的参考密度和原子序数也被同时检索出来。
图5是用于说明DR成像和CT成像的关系的示意图。根据本发明的第一实施方式， 首先对液态物品进行DR成像，以便判断液态物品中的液体部分，然后仅仅针对液体部分中的某个位置进行CT成像，以便提高检查的速度。
图6和图7分别示出了 DR成像的例子。如图6所示，在对某液态物品进行DR成像之后，通过如下所述的对像素值进行分析来判断液态物品中液体的位置。如图6所示，该液态物品中仅仅包含一种液体。但是，如图7所示，由于不同液体对液体的吸收系数不同， 当液态物品包含两种或者两种以上的液体，并且液体中出现分层时，通过对DR成像后获得的DR图像进行像素分析来判断液体之间的分界面的位置。然后，针对不同的液体进行CT 成像。
图8示出了根据本发明第一实施方式的液态物品检查方法的总体流程图。如图8 所示，例如在通关期间，需要对乘客携带的液态物品进行安全检查。首先在步骤S110，操作员将被检液态物品放在承载机构40上，并且根据乘客的报关单或者液态物品上的标签获取该液态物品的标识信息，例如40度郎姆酒。
然后，在步骤S111，操作员根据该标识信息从数据库中搜索获取其参考密度和参考原子序数。接下来，操作员按下启动按钮开始执行DR扫描，以生成DR图像，如图6和7 所示。
如上所述，进行DR扫描的目的在于一是获取被检液态物品的透视图像，使操作员能够看清被检液体的内部结构；二是软件能够根据DR图像自动识别液体位置，引导下一步的CT成像；三是用户可以在DR图像指定需要进行CT成像和检查的位置，引导下一步的 CT成像。后面将详细描述DR成像的详细过程。
必须说明的是，DR扫描并不是必须的。为了加快检查速度，可以不通过DR扫描来引导CT扫描，而是直接预定若干位置进行CT扫描。比如，经过调研，可知在距离瓶底5厘米的进行CT扫描时，可检查到大部分液体商品的液体部位，则可使用离瓶底5厘米的高度作为预定扫描高度。另外，操作员可以通过目测被检物尺寸，凭经验设置合适的高度，比如设置罐状可乐的扫描高度为3cm，而设置瓶底较厚的葡萄酒的扫描高度为10cm。
在获得DR图像后，在步骤S113A，对DR图像进行分析，自动确定CT成像的扫描位置(如图6和图7中箭头所指的位置)，或者在步骤S113B，由操作员操作诸如鼠标之类的输入装置65来指定要进行CT扫描的位置。这样，由于仅仅对液态物品中有代表性的位置进行CT扫描，从而加快了检查速度，而不会降低检查质量。
在确定了 CT扫描的位置之后，在步骤S114执行CT扫描过程，也就是针对上述确定的扫描位置对液态物品进行CT扫描，获得CT扫描数据，并且根据重建算重建CT图像。该 CT图像的每个像素代表了液态物品中相应部分的密度和原子序数。
然后，在步骤S115，计算机通过执行分析程序来分析CT图像，获取测量的密度和原子序数。进而，在步骤S116，对测量的密度和原子序数和从数据库中检索的参考密度和原子序数进行比较，判断二者是否彼此一致，例如二者之差是否小于预定的阈值。在步骤 S117，如果差值小于预定的阈值，则表明该液态物品是可疑的，向操作员发出报警，或者打印出检查结果。
下面结合附图9 14详细说明上述各个步骤的详细操作过程。图9示出了 DR成像过程的流程图，而图10示出了在DR成像过程中探测和采集装置30所采集的DR图像数据的排列方式。
如图9所示，在DR成像过程中，在步骤S210，从计算机60向控制器50发送命令， 以驱动承载机构40沿物体通道20垂直运动。控制器50在承载机构垂直运动的过程中，通过高度信息获取单元53实时监控承载机构的高度。
在步骤S211，控制器50每隔一定的高度(比如1毫米)给探测和采集装置30发送一个触发信号。探测和采集装置30接收到该触发信号后，对每个探测器的输出信号进行一次采集，获得高能探测数据和低能探测数据，并保存到其内置的缓冲器中。
在步骤S212，判断承载机构40是否达到指定高度，比如500毫米。如果仍未达到， 则流程转到步骤S210，继续上述操作。
如果承载机构40到达上述预定的高度，则控制器50不再给探测和采集装置30发送触发信号。计算机60从探测和采集装置30中读取采集到的高低能探测器信号，排列为数据矩阵的形式，成为DR图像。DR图像的每个像素，记录了射线穿透物体后剩余的强度，包括低能射线强度和高能射线强度。
如上所述，后续的CT成像的扫描位置都是在DR图像上确定的。无论是使用自动识别的方式，还是人工指定的方式，都是首先在DR图像上取得一个行号，然后计算机将这个行号转换为承载机构高度，并命令控制器50驱动承载机构40运动到指定位置后，再进行 CT成像。
由DR成像流程可知，DR图像的每一行，对应于一个特定的承载机构40高度。假设DR成像过程开始时承载机构高度值为0，成像过程中承载机构不断下降，每隔h毫米触发一次采集，那么DR图像中的第m行，其对应的承载机构高度为-m*h。
图11示出了对DR图像进行处理以确定CT扫描位置的流程图。
在DR图像中，被检液态物品一般分为瓶底、液体部分、瓶颈、瓶盖等几部分，通过图像分析技术可以将其中的液体部分(可能有多层)提取出来，并确定各层CT扫描位置。
在步骤S310，对DR图像的高低能数据进行融合和平滑，得到噪声较小的单值DR图像。例如，高低能融合的具体方法可以是直接选择高低能数据中的一种作为融合结果，也可以是高低能数据的加权组合。平滑的方法可以是使用高斯滤波器对图像进行滤波处理。
在步骤S311，提取平滑后DR图像中的被检液态物品(前景)，去除空气(背景)。 具体方法可以是设定一个阈值，将取值在该阈值以下的像素归为前景像素，其他像素归为背景像素。采用阈值来去除背景的原因在于被检液态物品遮挡了射线，因此其对应的DR 图像素值较低(DR图像记录的是射线的剩余强度)。
在步骤S312，提取平滑后DR图像中的水平边缘像素。具体方法可以是对DR图像的每个像素，计算其与垂直方向上相邻像素的差异值；如果这个差异值大到某个阈值以上， 就认为这个像素属于水平边缘像素。
在步骤S313，提取平滑后DR图像中的水平边缘行，水平边缘行对应于瓶底和液体的界面、液体和空气的界面、瓶盖和空气的界面或者容器中多层液体之间的界面。具体方法可以是对DR图像中沿水平方向的每一行，统计其水平边缘象素数和前景像素数的比例， 如果比例大到某个阈值以上(比如50% )，则将这一行归为水平边缘行。
在步骤S314，对DR图像进行垂直分区，并排除非液体区域。DR图像中的各条水平边缘行将DR图像分成了多个区域，从下往上依次包括瓶底、液体(根据密度的不同，可能有多层)、瓶内空气(如果有的话)、瓶盖等。通过制定筛选准则，可以排除非液体区域，具体准则如
a)在垂直方向上，行数小于某一阈值的区域，排除。行数较小的区域，也就是厚度很小的区域，有可能是瓶底、瓶盖、或容器内液体和容器顶部之间狭小的空隙(比如易拉罐内顶部的空气)。具体阈值的确定，可以通过调研各种液体包装容器的瓶底、瓶盖和容器内空气层厚度来确定。
b)在水平方向上，各行的平均前景像素数小于某个阈值的区域，排除。这些区域往往对应于细长的瓶颈。具体阈值的确定，可以通过实现获取各种液体包装容器瓶颈的宽度来确定。
在步骤S315，确定液体区域(可能有多个)的CT扫描位置，完成液体的分层定位。 排除非液体区域后，剩下的区域(可能有多个)归为液体区域。取这些区域在高度方向上的中心行，作为CT扫描位置。
以上描述的是自动确定CT扫描位置的过程。但是，在手动指定扫描位置的情况下，操作员通过输入装置65在显示的DR图像上直接指定要进行CT扫描的行，作为CT扫描位置。
图12示出了 CT成像过程，而图13示出了在CT成像过程中CT投影数据的排列方式。
如图12所示，在确定了 CT扫描的位置之后，执行CT成像过程，也就是在所执行的 CT扫描位置，进行CT成像，生成关于被检物一个断层的密度和原子序数图像，以进行液体密度和原子序数的测量。如上所述，由于仅仅对典型的位置进行CT扫描，所以可以大大节省通关时间。13
在步骤S410，计算机60给控制器50发送命令，驱动承载机构40旋转预定角度，例如1度。控制器50在承载机构旋转运动的过程中，通过角度信息获取单元M实时监控承载机构角度。
在步骤S411，当转过1度，控制器50给探测和采集装置40发送一个触发信号。探测和采集装置40接收到触发信号后，对每个探测器的输出信号进行一次采集，并保存到其内置的缓冲器中。
然后，在步骤S412，判断累计转动角度是否达到一周。如果未达到一周，则流程转到步骤S410，继续上述的操作过程。
如果累计转动角度达到指定角度(比如360度)后，在步骤S413旋转运动停止， 控制器50不再给探测和采集装置30发送触发信号。计算机60从探测和采集装置30中读取采集到的高低能探测器信号，排列为数据矩阵的形式，成为CT投影数据，如图13所示。 CT投影数据的每个像素，记录了射线穿透物体后剩余的强度，包括低能射线强度和高能射线强度。
在步骤S414，计算机60利用双能重建算法，根据高低能CT投影数据，重建得到断层上的密度和原子序数图像，即CT图像。CT图像中的每一个像素，记录了被检物体在该像素对应位置的密度和原子序数。
下面说明从高低能CT投影数据重建断层图像的过程。
· CT数学原理
将二维分布u(x，y)沿着某个方向θ求线积分，便得到一维的函数!)0 (t)，该函数称为u(x，y)在θ角度的投影。如果能够得到各个方向的投影p0 (t)，那么可以根据Radon 变换精确计算得到二维分布u (X，y)。从投影得到二维分布的过程称为重建。
实际应用中，X光机和探测器围绕物体旋转一圈，便测量得到物体的某个切片的衰减系数分布在各个方向的投影，从而可以根据CT原理重建得到物体切片的衰减系数二维分布。
基材料分解模型
在小型X射线安全检查系统所涉及的能量范围内(<200keV)，物质线衰减系数可以用下面的解析表达式(1)来近似表示。
μ (E) = a1fp(E)+a2fKN(E)(1)
^=^-2"(2)
2 =77(3)
公式(1)中，fp(E)表示光电效应截面随着能量的变化关系，fra(E)表示康普顿散射截面随着能量的变化，fp(E)与fKN(E)均有已知的解析表达式。常数 和 与物质的原子序数、质量数和密度有关，其表达式如( 和C3)式所示，其中Z表示原子序数，M表示质量数，P表示密度(g/cm3)，n为常数。
由于每种物质的线衰减系数都可以被公式(1)中的两个系数％和％唯一确定，因此可以选取两种基材料，比如碳和铝，用基材料的线衰减系数的线性组合表示其他所有材料，如下式⑷所示
μ (E) = bi μ ！ (E) +b2 μ 2 (E) (4)
其中，μ (E)为任意一种材料的线衰减系数，P1(E)和μ2(Ε)为所选的两种基材料的线衰减系数，h和ID2称为基材料系数。
按照公式(5)，定义原子序数的2倍与质量数的比值与密度的乘积为特征密度。
权利要求
1.一种用双能CT对液态物品进行检查的方法，包括步骤对被检液态物品进行DR成像，以便判断被检液态物品中液体部分的有无及位置； 对被检液态物品的液体部分进行双能CT扫描，得到双能CT投影数据； 根据所述投影数据进行CT重建，得到表示被检液态物品的物理属性值的CT图像； 根据所述CT图像提取被检液态物品的物理属性值；以及基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述物理属性值包括被检液态物品的密度和原子序数。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述双能CT扫描采用平面断层CT扫描的方式。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述双能CT扫描采用常规螺旋CT扫描的方式。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述双能CT扫描采用大螺距螺旋CT扫描的方式。
6.如权利要求3所述的方法，在进行平面断层CT扫描之前，预先设定一组扫描位置。
7.如权利要求3所述的方法，在进行平面断层CT扫描之前，先进行DR扫描得到被检液态物品的透射图像，然后根据透射图像确定CT扫描位置。
8.如权利要求7所述的方法，得到透射图像后，操作员通过输入装置指定透射图像中的至少一行，作为CT扫描位置。
9.如权利要求7所述的方法，得到透射图像后，通过图像处理技术自动确定透射图像中的至少一行，作为CT扫描位置。
10.如权利要求7所述的方法，其中形成透射图像的步骤包括从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像；融合高能透射图像和低能透射图像，形成所述透射图像。
11.如权利要求7所述的方法，其中形成透射图像的步骤包括从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像；选择高能透射图像和低能透射图像之一，作为所述透射图像。
12.如权利要求1所述的方法，其中从双能投影数据重建表示被检液态物品的物理属性值的CT图像的步骤包括根据高低能投影数据，生成关于两种基材料系数的投影数据； 根据所述两种基材料系数的投影数据进行重建，得到表示被检液态物品所对应的两种基材料系数的CT图像；以及根据所述表示被检液态物品所对应的两种基材料系数的CT图像，生成所述表示被检液态物品物理属性值的CT图像。
13.如权利要求1所述的方法，其中根据表示被检液态物品的物理属性值的CT图像，得到被检液态物品物理属性值的步骤包括从所述CT图像中提取与液体部分相对应的像素；对液体部分的像素计算密度均值和原子序数均值，作为所述被检液态物品的密度和原子序数。
14.如权利要求2所述的方法，其中基于所述物理属性值和该液态物品的参物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的步骤包括计算所述密度和原子序数和所述参考密度和原子序数之间的差值； 在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述被检液态物品中隐藏了毒品。
15.如权利要求3所述的方法，其中在针对每个位置进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品的CT图像，使其与第一次双能CT扫描所形成的图像对齐。
16.如权利要求15所述的方法，其中在针对各行进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品，使其与扫描之前的位置相同。
17.如权利要求3所述的方法，其中所述被检液态物品放置在被分成了多个空间的桶内。
18.如权利要求17所述的方法，包括步骤 利用预定的模板来自动检测桶的存在；在存在桶的情况下，检测CT图像中的特定标记； 基于所述特定标记，将桶旋转到预定的位置。
19.如权利要求16或18所述的方法，还包括步骤 将被检液态物品的判断结果显示在显示屏上。
20.如权利要求16或18所述的方法，还包括步骤 将各个被检液态物品的判断结果打印出来。
21.如权利要求16或18所述的方法，还包括步骤 将各个被检液态物品的CT图像彩色化。
22.—种用双能CT对液态物品进行检查的设备，包括 射线源，用于发出射线；探测和采集装置，用于探测并采集穿透至少一件被检液态物品的射线信号； 控制器，控制所述射线源和探测和采集装置先对被检液态物品进行DR成像，以便判断被检液态物品中的液体部分的有无及位置，然后对被检液态物品的液体部分进行双能CT 扫描，得到投影数据；从投影数据重建表示被检液态物品的物理属性值的CT图像的装置；以及基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的装置。
23.如权利要求22所述的设备，所述双能CT扫描是基于预定的位置进行的。
24.如权利要求22所述的设备，其中所述探测和采集装置探测并采集穿透至少一件被检液态物品的射线信号以形成透射图像；其中所述设备还包括指定透射图像中的至少一行的装置； 所述双能CT扫描是基于所指定的行而进行的。
25.如权利要求22所述的设备，其中所述物理属性值至少包括被检液态物品的密度和原子序数。
26.如权利要求M所述的设备，其中从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像，所述设备还包括融合高能透射图像和低能透射图像形成所述透射图像的装置。
27.如权利要求M所述的设备，其中从射线源发出高能射线和低能射线，穿透被检液态物品，形成高能透射图像和低能透射图像，所述设备还包括选择高能透射图像和低能透射图像之一，作为所述透射图像的装置。
28.如权利要求M所述的设备，所述指定透射图像中的至少一行的装置包括 操作员利用输入装置从透射图像中选择至少一行的装置。
29.如权利要求M所述的设备，其中所述指定透射图像中的至少一行的装置包括 分析所述透射图像的像素值，以将所述透射图像分层的装置；将各层中的中间行指定为要进行双能CT扫描的行的装置。
30.如权利要求M所述的设备，其中从投影数据重建表示被检液态物品的物理属性值的CT图像的装置包括融合由被检液态物品的密度所标识的密度图像和由被检液态物品的原子序数所标识的原子序数图像作为所述CT图像的装置；从所述CT图像中提取与液体部分相对应的像素；对液体部分的像素计算密度均值和原子序数均值作为所述被检液态物品的密度和原子序数的装置。
31.如权利要求25所述的设备，其中基于所述物理属性值和该液态物品的参考物理属性值来判断所述被检液态物品是否是可疑的装置包括计算所述密度和原子序数和所述参考密度和原子序数之间的差值的装置；在所述差值大于预定的阈值的情况下，认为所述被检液态物品中隐藏了毒品。
32.如权利要求M所述的设备，还包括在针对每行进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品的CT图像，使其与第一次双能CT扫描所形成的图像对齐的装置。
33.如权利要求M所述的设备，还包括在针对各行进行双能CT扫描之后，旋转被检液态物品，使其与扫描之前的位置相同的装置。
34.如权利要求M所述的设备，还包括桶，被分成了多个空间，分别用于放置所述被检液态物品。
35.如权利要求34所述的设备，包括利用预定的模板来自动检测桶的存在的装置； 在存在桶的情况下，检测CT图像中的特定标记的装置； 基于所述特定标记，将桶旋转到预定的位置的装置。
36.如权利要求33或35所述的设备，还包括 显示装置，显示被检液态物品的判断结果。
37.如权利要求33或35所述的设备，还包括将各个被检液态物品的判断结果打印出来的装置。
38.如权利要求33或35所述的设备，还包括 将各个被检液态物品的CT图像彩色化的装置。
39.如权利要求M所述的设备，还包括承载所述被检液态物品的承载机构，所述承载机构承载所述被检液态物品的表面上被划分成操作人员可识别的多个区域。
全文摘要
本发明公开了一种通过双能CT成像来对液态物品进行快速安全检查的方法及设备。首先借助CT扫描和双能重建方法，获得包含被检液体物理属性的一层或多层CT图像；然后通过图像处理和分析方法，从CT图像中获取每一件被检液体的物理属性值；最后将所获得的物理属性值和该液态物品的参考物理属性值进行比较，判断被检液态物品是否藏有毒品。其中，CT扫描方法既包括常规的断层CT扫描技术，也可用螺旋CT扫描技术实现；在使用常规断层CT扫描技术时，既可设置一系列特定的位置进行扫描，也可借助DR图像由操作员指定扫描位置，还可以通过对DR图像的自动分析来确定液体部分的位置，引导CT扫描。
文档编号G01N23/04GK102539455SQ20111039217
公开日2012年7月4日 申请日期2007年10月5日 优先权日2007年10月5日
发明者刘以农, 吴宏新, 唐虎, 张丽, 张金宇, 易裕民, 李元景, 王学武, 胡海峰, 赵自然, 邢宇翔, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司, 清华大学
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