專利名稱：一種x射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種x射線雙能量透射與康普頓背散射
相結(jié)合的雙技術(shù)探測裝置中的檢測方法，即雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合的 方法。
背景技術(shù)：
近年來，在世界范圍內(nèi)各種形式的恐怖事件頻發(fā)，公共安全成為國際社會關(guān)注的 焦點。隨著國際反恐形勢的不斷發(fā)展，用戶對新型、新手段的安全檢查設(shè)備的需求不斷增 加，而X射線雙能量透射與康普頓背散射相結(jié)合的探測方法也越來越受到關(guān)注。X射線雙能 量透射圖像能較好體現(xiàn)高原子序數(shù)(如金屬)等不易被穿透的物質(zhì)，但是對檢查低原子序 數(shù)的材料分辨能力較差，特別是少量、輕薄的有機物，如毒品、薄型炸藥等不能很好的體現(xiàn)； 而康普頓散射技術(shù)雖然穿透能力不如透射，但其對低原子序數(shù)的有機物很靈敏，能對薄片 炸藥、塑料手槍、有機溶劑等有機物突出顯示，適宜對炸藥、毒品等危險品的探測。因此，康 普頓散射圖像成為雙能量透射圖像的重要補充，提高了設(shè)備對有機違禁品的探測率。
但是，目前無論國外還是國內(nèi)的X射線雙能量與康普頓背散射相結(jié)合的探測設(shè)備
中，其透射圖像與背散射圖像都是單獨顯示的，透射圖像與背散射圖像沒有進行信息的融 合，且這兩幅圖像之間也沒有建立起相應(yīng)的關(guān)聯(lián)，檢查人員只能通過分別觀測兩臺顯示器 上的圖像進行判讀。因此，這種設(shè)備存在兩點不足一是散射圖像與透射圖像的互補性并沒 有最直觀的體現(xiàn)出來，往往依靠檢查人員的經(jīng)驗來對比觀測，人工去綜合判斷所得到的信 息，其準確性容易受到人員主觀性的影響；二是當(dāng)安檢現(xiàn)場較忙、連續(xù)過包時，檢查人員可 能會因為疲于在透射、背散射兩臺顯示器之間切換觀測而降低檢查效率，更主要的是一些 重要信息將可能被忽視，造成漏判或誤判。因此，目前亟需一種既具備雙能量透射與康普頓 背散射技術(shù)特點，還能將兩幅圖像信息智能融合，并有效提示用戶的檢測與顯示設(shè)備，輸出 的融合圖像使被檢行李物品特征信息更加豐富、空間位置關(guān)系更加明顯，更有利于安檢員 的觀察和分析識別。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明所述一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像的智能 融合方法就是以圖像配準技術(shù)為基礎(chǔ)，利用信息融合技術(shù)，將X射線雙能量透射圖像與康 普頓背散射圖像結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，在一幅融合圖像上同時表示出來自被檢行 李的多方面信息，從而組成一個更加簡單實用的融合圖像顯示與分析平臺。
考慮到安檢設(shè)備對實時性的要求，本發(fā)明在圖像處理的部分軟件算法上采用了非 線性動力學(xué)系統(tǒng)——細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cellular neural networks, CNN)對X射線圖像進行 濾波、分割、形態(tài)學(xué)無意義小塊濾除等處理。CNN對輸入圖像進行并行處理并以連續(xù)方式轉(zhuǎn) 換為輸出圖像，因此可以實時地處理圖像，同時CNN的最近鄰細胞相互作用的特性使它有 利于超大規(guī)模集成電路(VLSI)的硬件實現(xiàn)，可以提高安檢設(shè)備中圖像數(shù)據(jù)的實時處理能力。 本發(fā)明一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法，首先將檢測獲 得的X射線高能透射圖像與X射線低能透射圖像進行偽彩色融合，獲得X射線雙能量透射 偽彩圖像，再將X射線雙能量透射偽彩圖像與檢測獲得的康普頓背散射圖像采用智能融合 的方法融合在一幅圖像中顯示，智能融合方法步驟如下 步驟一，搜索X射線雙能量透射偽彩圖像和康普頓背散射圖像中被檢測物的外邊 緣，基于兩幅圖像中被檢測物外邊緣的相似性，以X射線雙能透射偽彩圖像為參考基準，進 行圖像間邊緣的配準，得到兩幅圖像配準的空間映射變換參數(shù)； 步驟二，對康普頓背散射圖像進行基于細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像去噪與分割處理，并 濾除無意義小塊，獲得背散射分割圖像； 步驟三，依據(jù)兩幅圖像配準的空間映射變換參數(shù)對背散射分割圖像進行空間變換 和重采樣，得到配準后的背散射分割圖像； 步驟四，對配準后的背散射分割圖像做區(qū)域連通標記，并標注分割出被檢測物中 每個物體的質(zhì)心位置，將每個質(zhì)心位置映射標注到X射線雙能量透射偽彩圖像中作為種子 點，分別對每個種子點在X射線雙能量透射偽彩圖像中進行區(qū)域分割，得到透射分割圖像；
步驟五，對透射分割圖像與配準后的背散射分割圖像，在相同質(zhì)心處的分割區(qū)域 進行相似性測度，相對透射分割圖像，將背散射分割圖像中的區(qū)域劃分為信息互補區(qū)域和 信息冗余區(qū)域； 步驟六，將X射線雙能量透射偽彩圖像與配準后的背散射分割圖像按照融合規(guī)則 在一幅圖像中融合顯示。定義融合規(guī)則為若背散射圖像中分割出來的區(qū)域相對透射圖像 屬于互補性區(qū)域，則將背散射圖像中的相應(yīng)區(qū)域彩色增強后以加權(quán)平均的方式融合到所述 X射線雙能量透射偽彩色圖像中；若屬于信息冗余區(qū)域，則輸出一幅雙能量透射偽彩圖，并 色彩強化透射中的相應(yīng)冗余區(qū)域；若背散射圖像中沒有分割出有意義的區(qū)域，則輸出一幅 雙能量透射偽彩色圖像。 本發(fā)明的有益效果是首次將X射線雙能量透射和康普頓背散射探測器獲得的
雙源雙視角信息有效融合在一起，并在一臺顯示器的一幅融合圖像上顯示出來，解決了雙
顯示器分別單獨顯示透射和散射圖像的"偽多感"系統(tǒng)的弊端。雙源信息智能融合圖像在
一個顯示器上顯示，對安檢員來說也是非常人性化的考慮，不僅減輕了安檢員的視覺疲勞，
同時也減少了安檢設(shè)備在實用中對安檢員主觀性觀察的過度依賴，提高了違禁品的判讀精
度；另外，融合圖像中來自于背散射圖像中的高密度低原子序數(shù)的物質(zhì)被賦予特殊的顏色，
醒目地在融合圖像中顯示出來，這在視頻顯示分辨炸藥以及自動炸藥探測上都是比較理想
的，特別適合于被檢測物(如行李等)表面隱藏的薄片炸藥等違禁品的自動探測。單幅融合
圖像的顯示以及這種強散射體的色彩強化，不僅改善了X射線安檢設(shè)備的圖像處理性能，
提高了安檢的準確性。


圖1為本發(fā)明一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法的結(jié)構(gòu)框 圖； 圖2為本發(fā)明一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法具體實施的設(shè)
備是一臺具有雙能量透射和康普頓背散射功能的雙技術(shù)探測安檢設(shè)備，該設(shè)備安裝透射和
背散射兩套探測系統(tǒng)透射射線源、透射探測器、背散射射線源、兩個背散射探測箱、斬波輪
準直系統(tǒng)、一臺計算機主機及一臺顯示器。檢測行李時，將行李放在安檢設(shè)備的傳送帶上，
先透射探測隨后背散射探測。透射探測采用線掃描，銅夾心透射探測器分別接收高能信號
和低能信號，輸出高、低能透射圖像凍普頓背散射探測采用由斬波輪準直系統(tǒng)帶來的點掃
描成像方式，由兩個背散射探測箱接收背散射信號，輸出康普頓背散射圖像。
圖1為本發(fā)明實施的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，主要包括X射線檢測被測行李，獲得高、低能
透射圖像和康普頓背散射圖像，高、低能透射圖像進行融合獲得雙能透射偽彩圖像，透射圖
像和背散射圖像中行李邊緣的確定和邊緣配準，背散射圖像的去噪分割濾及除雜散點處
理，雙能透射與背散射圖像的智能融合獲得彩色融合圖像。 圖2為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的流程圖，其操作步驟如下 步驟1 :獲取X射線高能、低能透射圖像，獲取康普頓背散射圖像。首先將一個行 李放在X射線雙能量透射與康普頓背散射的雙技術(shù)探測安檢設(shè)備中的傳送帶上，由發(fā)射連 續(xù)能譜的X射線源照射被檢行李，先進行雙能透射探測，再進行康普頓背散射探測，獲得高 能透射圖像、低能透射圖像、康普頓背散射圖像； 步驟2 :X射線高能與低能透射圖像的偽彩色融合。根據(jù)高、低能透射圖像的灰度
值獲知被檢物的與有效原子序數(shù)(Zrff)相關(guān)的材料信息，根據(jù)物質(zhì)分類識別曲線對被檢物
質(zhì)做屬性判別，并進行高低能透射圖像的融合，計算機根據(jù)物質(zhì)的不同屬性在高低能透射
融合圖像中以不同的顏色表示，其中將顯示顏色定義為有機物為橙色，混合物為綠色，無
機物為藍色，得到雙能量透射偽彩圖像，從而將有機物從無機物中分離出來； 步驟3 :尋找透射與背散射圖像配準的空間映射變換參數(shù)。首先對背散射圖像的
邊緣進行增 強處理，然后分別搜索透射圖像和康普頓背散射圖像中行李的外邊緣，并基于兩 幅圖像中行李外邊緣的相似性，以透射圖像為參考基準，實施圖像中行李外邊緣的匹配，獲 得兩幅圖像配準的空間映射變換參數(shù)； 步驟4 :背散射圖像的去噪及分割處理。對康普頓背散射圖像，進行基于細胞神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的圖像去噪及圖像分割處理； 步驟5 :背散射分割圖像中無意義小塊及散雜點的濾除處理。對步驟4得到的圖 像進行基于細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)學(xué)濾除無意義小塊處理，得到背散射分割圖像。如果圖像 中沒有分割出物體，則融合處理結(jié)束，輸出一幅雙能量透射偽彩圖像，否則進行步驟6 ;
步驟6 :背散射分割圖像的配準處理。依據(jù)透射與背散射圖像配準的空間映射變 換參數(shù)對背散射分割圖像進行空間變換和重采樣，得到配準后的背散射分割圖像；
步驟7 :對配準后的背散射分割圖像做區(qū)域連通標記，并標注分割出每個物體的 質(zhì)心位置(X， y); 步驟8 :以位置(x， y)為種子點對透射圖像進行分割。將背散射分割物體的質(zhì)心點(x， y)映射標注到透射圖像中作為種子點，分別對每個種子點在透射圖像中進行區(qū)域生 長分割處理。如果沒有分割出物體，則輸出一幅將背散射此質(zhì)心所在區(qū)域(質(zhì)心互補性區(qū) 域)彩色增強后以加權(quán)平均的方式融合到雙能量透射偽彩圖中的融合圖像，否則進行步驟 9 ; 步驟9 :區(qū)域相似性測度。對透射圖像與配準后背散射分割圖像，在相同質(zhì)心處的 分割區(qū)域進行相似性測度，相對透射圖像，將背散射圖像中分割出的區(qū)域劃分為信息互補 性區(qū)域和信息冗余性區(qū)域； 步驟10 :將雙能量透射偽彩圖像與配準之后的康普頓背散射分割圖像進行智能 融合。以雙能量透射偽彩色圖像為融合基礎(chǔ)，融合規(guī)則定義為如果背散射圖像中分割出來 的區(qū)域相對透射圖像屬于互補性區(qū)域，則將背散射圖像中的相應(yīng)區(qū)域彩色增強后以加權(quán)平 均的方式融合到雙能量透射偽彩色圖像中；如果屬于冗余性區(qū)域，則輸出一幅雙能量透射 偽彩圖，并色彩強化透射中的響應(yīng)冗余區(qū)域，以示該區(qū)域為低原子序數(shù)高密度的強散射體 的信息特征；如果背散射圖像中沒有分割出有意義的區(qū)域，則輸出一幅雙能量透射偽彩色 圖像。 通過完成上述本發(fā)明的操作步驟，在雙能量透射與康普頓背散射智能融合系統(tǒng)中 最終得到的結(jié)果是一幅綜合X射線雙能量透射與康普頓背散射雙重信息的彩色融合圖 像，并對背散射圖像中強散射體_低原子序數(shù)高密度物質(zhì)的圖像信息，依據(jù)冗余性和互補 性區(qū)域判斷，采取不同的融合規(guī)則，進行相應(yīng)的色彩強化突出顯示，起到警示作用。
權(quán)利要求
一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法，其特征在于，先將檢測獲得的X射線高能透射圖像與X射線低能透射圖像進行偽彩色融合，獲得X射線雙能量透射偽彩圖像，再將X射線雙能量透射偽彩圖像與檢測獲得的康普頓背散射圖像采用智能融合的方法融合在一幅圖像中顯示，所述的智能融合方法步驟如下步驟一，搜索所述的X射線雙能量透射偽彩圖像和所述的康普頓背散射圖像中被檢測物的外邊緣，基于兩幅圖像中被檢測物外邊緣的相似性，以X射線雙能透射偽彩圖像為參考基準，進行圖像間邊緣的配準，得到兩幅圖像配準的空間映射變換參數(shù)；步驟二，對所述的康普頓背散射圖像進行基于細胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像去噪與分割處理，并濾除無意義小塊，獲得背散射分割圖像；步驟三，依據(jù)所述的兩幅圖像配準的空間映射變換參數(shù)對所述的背散射分割圖像進行空間變換和重采樣，得到配準后的背散射分割圖像；步驟四，對所述的配準后的背散射分割圖像做區(qū)域連通標記，并標注分割出被檢測物中每個物體的質(zhì)心位置，將每個質(zhì)心位置映射標注到所述的X射線雙能量透射偽彩圖像中作為種子點，分別對每個種子點在所述的X射線雙能量透射偽彩圖像中進行區(qū)域分割，得到透射分割圖像；步驟五，對所述的透射分割圖像與所述的配準后的背散射分割圖像，在相同質(zhì)心處的分割區(qū)域進行相似性測度，相對透射分割圖像，將背散射分割圖像中的區(qū)域劃分為信息互補區(qū)域和信息冗余區(qū)域；步驟六，將所述的X射線雙能量透射偽彩圖像與所述的配準后的背散射分割圖像按照融合規(guī)則在一幅圖像中融合顯示。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法， 其特征在于，所述步驟六中所述的融合規(guī)則為若背散射圖像中分割出來的區(qū)域相對透射 圖像屬于互補性區(qū)域，則將背散射圖像中的相應(yīng)區(qū)域彩色增強后以加權(quán)平均的方式融合到 所述X射線雙能量透射偽彩色圖像中；若屬于信息冗余區(qū)域，則輸出一幅雙能量透射偽彩 圖，并色彩強化透射中的相應(yīng)冗余區(qū)域；若背散射圖像中沒有分割出有意義的區(qū)域，則輸出 一幅雙能量透射偽彩色圖像。
3. 按照權(quán)利要求1或2之一所述的一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融 合方法，其特征在于，所述的互補性區(qū)域包含質(zhì)心互補區(qū)域和信息互補區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明一種X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像智能融合方法涉及輻射檢測技術(shù)領(lǐng)域的X射線雙能量透射與康普頓背散射圖像的智能融合技術(shù)，主要解決目前檢測圖像顯示中缺乏多種信息融合于一幅圖像同時顯示的技術(shù)問題。本發(fā)明主要以圖像配準技術(shù)為基礎(chǔ)，利用信息融合技術(shù)，將X射線雙能量透射圖像與康普頓背散射圖像結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，在一幅融合圖像上同時表示出來自被檢行李的多方面信息，從而組成一個更加簡單實用的融合圖像顯示與分析平臺。本發(fā)明適于需要快速準確獲得被檢測行李信息的安檢檢測顯示設(shè)備中，尤其適于靈敏檢測低原子序數(shù)高密度物質(zhì)的設(shè)備。
文檔編號G01N23/20GK101696947SQ200910235409
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者楊立瑞, 王懷穎, 邢羽, 陳力 申請人:公安部第一研究所;北京中盾安民分析技術(shù)有限公司;