СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ БИНОКУЛЯРНОЙ СТЕРЕОСКОПИИ, ПОЛУЧАЕМЫХ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H05G1/61 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области получения рентгенографических изображений и более конкретно к способу получения радиографических изображений, используемому в радиографической установке досмотра объектов больших размеров.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Благодаря проникающей способности рентгеновских лучей высокой энергии технология получения радиографических изображений позволяет разглядеть внутреннюю структуру объекта, используя бесконтактный способ просвечивания объекта излучением. Принцип работы известных досмотровых радиографических установок, предназначенных для проверки объектов больших размеров, заключается в том, что источник излучения испускает рентгеновские лучи, которые проходят сквозь досматриваемый объект, принимаются детектором и затем преобразуются в электрические сигналы, вводимые в систему получения изображений, которая выводит полученные изображения на экран монитора для анализа оператором. Как правило, радиографические изображения, получаемые при просвечивании объектов пучком рентгеновского излучения, представляют собой проекции объектов, сквозь которые проходит излучение, и не содержат информации о пространственной глубине. Поэтому изображение, полученное в результате сканирования, представляет собой наложение проекций многих объектов, которые могут находиться точно на пути проходящих лучей рентгеновского излучения. Таким образом, один объект может быть закрыт другими объектами. Для преодоления указанной проблемы в технике получения радиографических изображений была предложена уже достаточно отработанная технология реконструкции изображения объекта, в которой используется способ компьютерной томографии. К сожалению, такая технология имеет ряд недостатков, к которым можно отнести сложную конструкцию, высокую стоимость аппаратуры, невозможность выполнения быстрого досмотра объектов больших размеров и малую пропускную способность установок. Кроме того, такие установки не обеспечивают идентификацию материала, из которого состоит досматриваемый объект.

Что же касается технологии получения радиографических изображений бинокулярной стереоскопии, то в этом случае можно разделить изображения объектов, находящихся на разной глубине просматриваемого пространства, для исключения из изображений мешающих объектов. Такая технология может использоваться для "отслаивания" перекрывающих объектов, так чтобы находящиеся под ними объекты становились более различимыми. Однако в этом случае не обеспечивается идентификация материала, из которого состоит объект. С другой стороны, использование технологии получения радиографических изображений при просвечивании объекта рентгеновскими лучами с различными уровнями энергии излучения позволяет идентифицировать материалы объекта, такие как органические материалы, их смеси, металлы и т.п., за счет использования того обстоятельства, что объект по-разному ослабляет рентгеновские лучи, имеющие различные уровни энергии. К сожалению, в случае наложения частей объекта такая технология может обеспечивать идентификацию только материала объекта, который в наибольшей степени ослабляет проходящие рентгеновские лучи. Такая технология не может обеспечить идентификацию материала объекта, если он вносит лишь небольшой вклад в общее ослабление проходящего излучения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается способ получения радиографических изображений с идентификацией материалов для сканирующей радиографической установки, предназначенной для досмотра объектов больших размеров, которая имеет простую конструкцию и позволяет преодолеть вышеуказанные недостатки известных технических решений. Способ объединяет технологию получения изображений бинокулярной стереоскопии с технологией получения изображений для просвечивающих рентгеновских лучей с разными уровнями энергии для обеспечения идентификации материала. Сначала создаются планы матриц объектов вдоль направления глубины в просматриваемом пространстве с использованием техники бинокулярной стереоскопии. Затем из радиографического изображения получают изображения планов по глубине с воспроизведением оттенков серого цвета. Наконец, применяется техника использования различных уровней излучения для идентификации материалов объектов, для которых получены изображения планов по глубине с воспроизведением оттенков серого цвета.

В соответствии с настоящим изобретением способ идентификации материалов с использованием радиографических изображений бинокулярной стереоскопии, полученных для различных уровней энергии излучения, содержит следующие стадии:

- пропускание двух пучков рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, для получения радиографических изображений левого и правого видов, сегментирование радиографических изображений левого и правого видов и совмещение результатов такой сегментации;

- создание из радиографических изображений плана по глубине по направлению глубины;

- воспроизведение оттенков серого цвета изображения плана по глубине из радиографических изображений;

- повторение вышеуказанного процесса обработки радиографических изображений для различных уровней энергии излучения для получения плана по глубине матриц каждого плана по глубине для различных уровней энергии излучения;

- объединение планов матриц для различных уровней энергии излучения в одном и том же положении для получения плана по глубине матриц для каждого плана по глубине и уровня энергии из заданной группы уровней энергии излучения;

- идентификация материалов объектов для каждого из объектов, для которых выполнено воспроизведение оттенков серого цвета в плане по глубине.

В предлагаемом в настоящем изобретении способе идентификации материалов, в котором используются радиографические изображения бинокулярной стереоскопии, полученные для различных уровней энергии излучения, любой мешающий объект, который поглощает большую часть пропускаемого излучения, может быть отслоен от объектов, которые он закрывает в направлении распространения пучка излучения. Объект, который плохо виден из-за сравнительно малого поглощения излучения, в результате выступит на первый план, и могут быть определены характеристики его материала, такого как органика, смеси разных материалов, металлы т.п.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ обеспечивает возможность идентификации материалов объектов, которые поглощают лишь малую часть излучения вдоль пути прохождения пучка излучения. Предлагаемый способ закладывает основу автоматической идентификации опасных и вредных объектов, таких как взрывчатка, наркотики и др., скрытых в грузовом контейнере.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - схема планов (срезов) по глубине просматриваемого пространства при использовании технологии получения изображений бинокулярной стереоскопии в соответствии с настоящим изобретением,

Фигура 2 - подробная блок-схема сегментации изображений в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 3 - пример совмещенных планов матриц в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 4 - блок-схема получения изображения матрицы для каждого плана и уровня энергии излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 5 - пример изображения левого вида и его воспроизведения в оттенках серого цвета, полученные с использованием способа, предлагаемого в настоящем изобретении.

Фигура 6 - блок-схема воспроизведения в оттенках серого цвета изображений, полученных для различных уровней энергии излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 7 - подробная блок-схема для воспроизведения изображений в оттенках серого цвета для одного уровня энергии излучения в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 8 - блок-схема идентификации материала объекта на любом плане в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 9 - диаграмма, иллюстрирующая принцип идентификации материалов для неперекрывающихся объектов с использованием различных уровней энергии излучения.

Фигура 10 - диаграмма, иллюстрирующая принцип идентификации материала без обработки, использующей "отслаивание".

Фигура 11 - диаграмма, иллюстрирующая принцип идентификации материала с обработкой мешающих объектов, в которой используется "отслаивание" на изображениях бинокулярной стереоскопии, полученных для различных уровней энергии излучения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

В соответствии с настоящим изобретением способ идентификации материалов, в котором используется получение изображений бинокулярной стереоскопии для различных уровней энергии излучения, содержит три части, которые описаны ниже.

1. Получение плана по глубине матриц для изображения бинокулярной стереоскопии для каждого уровня энергии с использованием обработки изображений бинокулярной стереоскопии и объединение матриц планов по глубине для различных уровней энергии в матрицу для группы планов по глубине.

На фигуре 1 приведен схематический вид планов по глубине просматриваемого пространства при использовании технологии бинокулярной стереоскопии в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фигуре 1, просматриваемое пространство является трехмерным пространством области, которая сканируется в секторе, определенном точкой нахождения источника излучения (начало О) и детекторами (вертикальные ряды в положениях L и R). В этом пространстве точка О является началом системы координат, S обозначает положение источника излучения, L и R обозначают левый и правый ряд детекторов, OL и OR обозначают левый и правый пучки излучения, и θ обозначает угол между левым и правым пучками излучения.

На фигуре 1 направление сканирования (вертикально вверх) указано положительным направлением оси х координат, причем значение координаты является номером сканирования. Направление расположения детекторов (вертикально к плоскости чертежа) указывается положительным направлением оси у, причем значение координаты является номером детектора. Направление по горизонтали направо является положительным направлением оси z, причем значение координаты является номером плана по глубине. Пространство, в котором располагается ортогональная система координат, в которой положение О источника излучения S является ее началом, называется просматриваемым пространством. Планы по глубине являются последовательностью плоскостей, распределенных в пространстве и параллельных плоскости х-O-у. Пунктирные линии на фигуре 1 обозначают проекции планов по глубине на плоскость x-O-z, и глубина каждого плана по глубине - это расстояние между ним и плоскостью х-O-у. L и R обозначают проекции левого и правого пучков излучения на плоскость x-O-z, соответственно, обозначают угол между проекциями левого и правого пучков излучения на плоскость x-O-z.

Для получения изображений матрицы объекта в просматриваемом пространстве может использоваться техника выделения границ (краев) на изображении, то есть сначала получают несколько границ путем определения локальных нарушений непрерывности, и затем полученные фрагменты границ соединяют друг с другом. Такая методика выделения границ является надежной для сегментации радиографических изображений, полученных при просвечивании рентгеновским излучением, благодаря характеристикам, присущим таким изображениям для перекрывающихся объектов. В настоящем изобретении для выделения границ одновременно используются операторы Собеля и Канни обнаружения границ, и затем полученные границы объединяются в конечном изображении границ. И после этого на полученном изображении границ осуществляется их соединение для формирования замкнутых областей. Такая сегментация может быть выполнена для изображений левого и правого видов.

На фигуре 2 приведена блок-схема сегментации изображений в соответствии с настоящим изобретением, и конкретное описание сегментации изображений в настоящем изобретении приводится со ссылками на эту блок-схему.

Стадия 01 блок-схемы содержит выделение границ. В настоящем изобретении для выделения границ одновременно используются операторы Собеля и Канни обнаружения границ. Рассмотрим цифровое изображение {f(i, j)}, где f(i, j) представляет уровень оттенка серого цвета пикселя в i-ом ряду и j-ом столбце, a {f(i, j)} представляет совокупность всех пикселей изображения. Для каждого пикселя цифрового изображения {f(i, j)} с помощью оператора Собеля обнаружения границ вычисляется взвешенная разность уровней оттенков серого цвета между этим пикселем и соседними с ним пикселями (верхним, нижним, левым и правым), причем наиболее близкие соседние пиксели имеют большие веса, а удаленные пиксели имеют меньшие веса, как это определяется следующим уравнением:

В вышеприведенном уравнении |Δ_xf| и |Δ_yf| являются суммами сверток операторов свертки Δ_xf и Δ_yf в i-ом ряду и в j-ом столбце, соответственно. Операторы свертки определяются в матричной форме как

, .

Затем выбирается пороговое значение Th, и любой пиксель (i, j) будет определяться как граничная точка перепада типа ступенька, если выполняется условие S(i,j)>Th, где S(i,j) представляет конечное изображение границ.

С другой стороны, алгоритм Канни определения границ содержит следующие стадии: сглаживание изображения с помощью фильтра Гаусса; вычисление величины и направления градиента с использованием конечной разности частной производной первого порядка; применение изображения с подавлением в точках отсутствия максимума к величине градиента; определение и соединение границ с помощью алгоритма двойного порогового значения. Оператор Канни может обеспечивать уменьшение количества ложных границ с помощью алгоритма двойного порогового значения. В частности, изображение с подавлением в точках отсутствия максимума преобразуется в бинарный вид с использованием двух пороговых значений Th₁ и Th₂,

где 2Th₁≈Th₂ для получения изображений N₁(i, j) и N₂(i, j) границ с использованием двух пороговых значений. N₂(i, j) выделяется с большим пороговым значением Th₂ и поэтому имеет мало ложных границ, однако в полученных границах имеются разрывы. Поэтому необходимо соединить каждую прерывистую границу для получения непрерывной линии в изображении N₂(i, j). Алгоритм начинает обработку с пикселя, относящегося к конечной точке в изображении N₂(i, j), затем обрабатывает 8 точек, прилегающих к пикселю в изображении N₁(i, j), соответствующему конечной точке. Таким образом, алгоритм в итеративном цикле непрерывно собирает точки границ в изображении N₁(i, j), пока прерывистая граница не будет преобразована в непрерывный контур.

Наконец, на стадии 02 получают изображение с замкнутыми контурами. Как будет объяснено позже, для обеспечения соединения точек границ с целью получения удовлетворительного изображения с замкнутыми контурами должны быть обработаны все границы, обнаруженные операторами Собеля и Канни.

В настоящем изобретении исходное контурное изображение получают применением логической операции ИЛИ к бинарным изображениям с границами, полученными с использованием вышеуказанных операторов. Каждая из границ, полученных с помощью вышеописанного способа, обычно содержит прерывистые части или даже отдельные граничные пиксели, что является результатом шума и аналогичных факторов, и поэтому необходимо соединять эти части или граничные пиксели. В настоящем изобретении два граничных пикселя соединяются на основе их сходства в части величины и/или направления градиента. Например, пиксель (s, t) может быть соединен с пикселем (х, у), если первый находится поблизости от второго, величины и направления их градиентов удовлетворяют следующим критериям в отношении заданных пороговых значений:

где , φ(x,y)=arctan(G_x/G_y), T является пороговым значением для величины, и А - для угла. Таким образом, повторяя вышеуказанное определение и соединение всех соответствующих граничных пикселей, может быть получен непрерывный и замкнутый контур.

На стадии 03 каждое изображение, полученное для вида слева и справа, сегментируется в соответствии с полученным изображением с замкнутыми контурами. В результате, изображение делится замкнутым контуром на два вида областей: внутреннюю и внешнюю, причем для определения принадлежности пикселя к одной из внутренних областей может использоваться морфологическое утолщение/утончение контуров. Затем, начиная с этого пикселя и используя способ наращивания областей, пиксели, принадлежащие к внутренней области, заполняют значениями "1", а пиксели, принадлежащие к внешней области, заполняют значениями "0". В результате, получают двоичную матрицу для каждой внутренней области. Размер матрицы равен размеру проекции просматриваемого пространства на плоскость х-O-у, то есть числу операций сканирования (ширина) х число детекторов (высота). Таким образом, сегментация изображения завершается, и матрицы для объекта получены.

В соответствии с настоящим изобретением объекты на двух изображениях матриц совмещаются по определенному правилу с использованием техники бинокулярной стереоскопии. В частности, непрерывная область объекта, заполненная значением "1" на левом изображении матриц сравнивается с каждой матрицей на изображении матриц правого вида для выявления соответствующей матрицы на изображении правого вида. Таким образом, каждый совмещенный объект имеет соответствующую матрицу на изображении правого и левого видов, и разница положений между двумя матрицами в горизонтальном направлении называется параллаксом pr.

В соответствии с теорией бинокулярной стереоскопии соотношение между каждой глубиной z прохождения пучка излучения и параллаксом pr определяется как

tan(θ/2)=pr/z

Каждый из совмещенных объектов изображается матрицей плана по глубине на соответствующей глубине, которая равна

где µ_x,i µ_x,j - горизонтальные координаты центров тяжести на изображениях левого и правого видов для каждого совмещенного объекта на матрице плана по глубине. Параллакс прямо пропорционален глубине каждого плана.

На фигуре 3 показан пример совмещенных планов матриц в соответствии с настоящим изобретением. Как можно видеть, на фигуре 3 показаны результаты сегментации на изображениях правого и левого видов. На фигуре 3(а) приведена матрица объекта на изображении левого вида, а на фигуре 3(b) приведена матрица того же объекта на изображении левого вида. В данном случае обе матрицы объекта имеют прямоугольную форму.

Для матрицы плана по глубине, полученного из радиографического изображения с помощью техники бинокулярной стереоскопии, номер плана отражает положение объекта в просматриваемом пространстве по направлению глубины, и геометрическая форма матрицы отражает контур объекта.

Вышеуказанный процесс повторяется для каждого радиографического изображения, полученного для различных уровней энергии излучения, и может быть получен план по глубине матриц для каждого плана и каждого уровня энергии. Таким образом, план по глубине матриц каждого плана для всех уровней энергии излучения может быть получен объединением планов матриц для различных уровней энергии в одном и том же положении с помощью логического оператора ИЛИ.

На фигуре 4 приведена схема алгоритма получения планов матриц для соответствующих планов и уровней энергии излучения в соответствии с настоящим изобретением. Как можно видеть на фигуре 4, сначала создается набор радиографических изображений, полученных для соответствующих уровней энергии излучения. Затем выполняются два цикла, один из которых вложен во второй. Внутренний цикл предназначен для получения планов матриц. В этом цикле сначала получают набор совмещенных объектов. Затем операции по созданию матриц, их совмещению и вычислению параллакса применяются к объектам на радиографических изображениях бинокулярной стереоскопии для определенного уровня энергии (стадии 01-03), причем переменной цикла являются порядковые номера совмещенных объектов. Матрицы с приближенным параллаксом объединяются в один план по глубине с использованием логического оператора ИЛИ, чтобы получить набор планов матриц совмещенных объектов на соответствующих планах по глубине для определенного уровня энергии излучения. Внешний цикл относится к обработке для различных уровней энергии излучения. Этот цикл включается после выполнения внутреннего цикла, обеспечивая получение плана по глубине, содержащего матрицы совмещенных объектов на соответствующих глубинах прохождения лучей излучения, для текущего уровня энергии, выбор радиографических изображений, полученных для следующего уровня энергии, и повторение предыдущих операций над изображениями, пока не будут обработаны все радиографические изображения для всех уровней энергии излучения. После завершения внешнего цикла наборы планов матриц для различных уровней энергии объединяются с использованием логической операции ИЛИ в набор планов матриц, содержащих несколько матриц объектов и использующих их глубины в качестве отличительного признака.

2. Воспроизведение оттенков серого цвета для различных уровней энергии излучения в соответствии с планами по глубине.

Планы матриц, получение которых описано выше, отражают только геометрическую форму объектов и их расположение, например, в грузовом контейнере. Для обеспечения идентификации материала необходимо воспроизведение оттенков серого цвета для различных уровней энергии излучения. С помощью этой операции можно для каждого из сегментированных объектов получить оттенки серого цвета для различных уровней энергии излучения. Затем для этих объектов может быть осуществлена идентификация материала.

При воспроизведении оттенков серого цвета объектов они воспроизводятся на каждом плане по глубине для каждого уровня энергии излучения с помощью способа воспроизведения оттенков серого цвета для бинокулярной стереоскопии, в котором оттенки серого цвета отслаиваются последовательно план за планом, начиная от крайнего внешнего и заканчивая крайним внутренним. Иными словами, воспроизведение оттенков серого цвета сначала выполняется для совмещенного объекта на крайнем внешнем плане (непосредственно прилегающем к области фона) в плоскости х-O-у. В результате, обеспечивается воспроизведение оттенков серого цвета для изображения объекта. На изображении с воспроизведенными оттенками серого цвета область фона имеет оттенок серого, совпадающий с реальным оттенком этой области, в то время как оттенок серого цвета внутри контура объекта становится оттенком, равным полученному при независимом сканировании по объекту. Затем этот объект отслаивается от первоначального изображения с использованием воспроизведенного оттенка серого цвета. Аналогичная обработка выполняется в отношении объекта на следующем плане. Указанный процесс повторяется, пока операция воспроизведения оттенков серого цвета не будет выполнена для всех совмещенных объектов.

Воспроизведение оттенков серого цвета описывается ниже в отношении изображений матриц, полученных в соответствии с алгоритмом, схема которого показана на фигуре 4, причем в качестве примера используется левый вид, приведенный на фигуре 5(а).

На фигуре 5(а) показаны три объекта, перекрывающие друг друга: большой прямоугольник, малый прямоугольник и малый эллипс (перечисление в порядке перемещения от крайнего внешнего плана к крайнему внутреннему). На фигурах 5(b), 5(с) и 5(d) приведены результаты воспроизведения оттенков серого цвета, причем фигура 5(b) соответствует крайнему внешнему плану, фигура 5(с) соответствует среднему плану и фигура 5(d) соответствует крайнему внутреннему плану.

На фигуре 5(b) показан результат воспроизведения оттенков серого цвета для самого внешнего объекта, причем светлый оттенок равен оттенку области фона на исходном изображении, а оттенок темной области получен вычитанием величины полученного оттенка крайнего внешнего объекта из величины оттенка светлой области. Как можно видеть на фигуре, контур темной области представляет собой большой прямоугольник, форма которого идентична форме объекта на изображении его матрицы. На фигуре 5(с) показан результат воспроизведения оттенков серого цвета для среднего объекта, причем светлый оттенок равен оттенку области фона на исходном изображении, а оттенок темной области получен вычитанием величины полученного оттенка среднего объекта из величины оттенка светлой области. Как можно видеть на фигуре, контур темной области представляет собой малый прямоугольник, форма которого идентична форме объекта на изображении его матрицы. На фигуре 5(d) показан результат воспроизведения оттенков серого цвета для самого внутреннего объекта, причем светлый оттенок равен оттенку фона на исходном изображении, а оттенок темной области получен вычитанием величины полученного оттенка внутреннего объекта из величины оттенка светлой области. Как можно видеть на фигуре, контур темной области представляет собой малый эллипс, форма которого идентична форме объекта на изображении его матрицы.

На фигуре 6 представлена блок-схема алгоритма воспроизведения изображений в оттенках серого цвета для различных уровней энергии излучения.

Как показано на фигуре 6, блок, обозначенный пунктирной линий, является циклом для различных уровней энергии излучения. Сначала создается набор, содержащий радиографические изображения и набор планов по глубине матриц, создаваемый в первой части алгоритма. Как отмечалось выше, радиографические изображения получают для различных уровней излучения, и планы по глубине матриц содержат несколько матриц объектов для каждой глубины, причем глубина прохождения излучения является отличительным указателем для этих планов матриц. Воспроизведение оттенков серого цвета для каждого уровня энергии выполняется в одном цикле, в котором для этого уровня излучения осуществляется воспроизведение оттенков серого цвета для радиографического изображения бинокулярной стереоскопии, выделение объекта из исходного изображения и генерация изображения объекта с воспроизведением оттенков серого цвета на основании результатов сегментации изображения в первой части алгоритма, то есть набора планов матриц, полученных в первой части, и процесс воспроизведения оттенков серого цвета описываются ниже более подробно со ссылками на фигуру 7. После этого выбирается радиографическое изображение, соответствующее другому уровню энергии излучения, и осуществляется обработка этого изображения в соответствии с вышеописанным алгоритмом также на основании результатов сегментации изображения в первой части алгоритма. Эта операция непрерывно повторяется, пока не будут обработаны все уровни энергии излучения. Наконец, изображения объектов с воспроизведением оттенков серого цвета для всех уровней энергии излучения организуются в набор с целью использования для идентификации материалов. Этот набор может быть трехкомпонентным, содержащим три группы. Первая группа содержит все планы матриц, которые отличаются друг от друга глубиной прохождения излучения. Вторая группа - это объекты, в том числе совмещенные объекты на определенной глубине прохождения излучения, причем объекты различаются друг от друга их порядковыми номерами. Третья группа - это изображения одного совмещенного объекта с воспроизведенными оттенками серого цвета для всех уровней энергии излучения, причем эти изображения различаются друг от друга различными уровнями энергии излучения.

Вышеописанный способ создания изображения объекта с воспроизведенными оттенками серого цвета и воспроизведение оттенков серого цвета для каждого уровня энергии излучения осуществляются путем отслаивания каждого плана полутонового изображения, начиная от крайнего внешнего плана и заканчивая крайним внутренним планом. В частности, сначала осуществляется воспроизведение оттенков серого цвета и отслаивание от изображения для совмещенного объекта на крайнем внешнем слое (непосредственно прилегает к области фона). Затем аналогичная обработка осуществляется в отношении объекта на следующем слое. Эта процедура повторяется, пока воспроизведение оттенков серого цвета не будет выполнено по всем совмещенным объектам. Блок-схема алгоритма приведена на фигуре 7.

На фигуре 7 приведена подробная блок-схема алгоритма воспроизведения оттенков серого цвета изображений в соответствии с настоящим изобретением для одного уровня энергии излучения. Дальнейшее описание воспроизведения оттенков серого цвета в настоящем изобретении дается со ссылками на фигуру 7.

В настоящем изобретении оттенки серого цвета воспроизводятся для каждого объекта путем последовательного отслаивания полутоновых планов, начиная от крайнего внешнего плана в направлении к крайнему внутреннему плану. В частности, сначала осуществляется воспроизведение оттенков серого цвета и отслаивание от изображения для совмещенного объекта на крайнем внешнем слое (непосредственно прилегает к области фона). Затем аналогичная обработка осуществляется в отношении объекта на следующем слое. Эта процедура повторяется, пока воспроизведение оттенков серого цвета не будет выполнено по всем совмещенным объектам. Более конкретно, обработка осуществляется следующим образом:

- стадия 01: определение набора объектов, кандидатов для воспроизведения оттенков серого цвета, из объектов, полученных в процессе сегментации изображения;

- стадия 02: выборка характеристик одного из объектов;

- стадия 03: определение того, имеется или нет у обрабатываемого объекта граница, прилегающая к области фона;

- стадия 04: воспроизведение оттенков серого цвета для объекта в том случае, когда объект имеет границу, прилегающую к области фона, и если на этот объект накладывается другой объект, то воспроизведение оттенков серого цвета для этого другого накладывающегося объекта;

- стадия 05: исключение объекта из изображения.

Для каждого объекта в наборе объектов стадии 02-05 повторяются, пока оттенки серого цвета не будут воспроизведены для всех совмещенных объектов.

При осуществлении процесса воспроизведения оттенков серого цвета каждый из объектов содержит только два типа частей: части, прилегающие к области фона, и части, на которые накладывается другой объект. Для объекта, который сначала полностью закрыт накладывающимися объектами и, таким образом, не имеет краев, прилегающих к области фона, некоторая область, закрытая накладывающимся объектом, должна быть преобразована в часть области фона и, таким образом, может рассматриваться как новая область фона после выполнения достаточного числа операций отслаивания, и поэтому закрываемый объект будет иметь край, прилегающий к области фона. Воспроизведенный оттенок серого цвета для объекта равен разности между оттенками области, внешней по отношению к краю, и внутренней области, то есть:

S_obj=(S_out-S_in).

3. Идентификация материала по планам матриц с воспроизведенными оттенками серого цвета для любого объекта на планах.

Для любого из объектов, представленных каждой матрицей на каждом плане, после вышеописанного воспроизведения оттенков серого цвета могут быть получены оттенки серого цвета для различных уровней энергии излучения. Оттенки серого цвета изменяются при изменении уровня энергии излучения, и материалы объектов, имеющихся на каких-либо планах, могут быть идентифицированы путем анализа такого изменения.

На фигуре 8 представлена блок-схема алгоритма идентификации материала. На вход алгоритма идентификации материала поступает трехкомпонентный набор "планы-объекты-энергия" из второй части алгоритма обработки. Затем выполняется двойной цикл "планы-объекты", в котором внешний блок, обозначенный пунктирными линиями, является циклом, относящимся к каждой глубине прохождения излучения. В этом внешнем цикле создается двухкомпонентный набор для каждой глубины прохождения излучения, который содержит совмещенные объекты в плане и изображения каждого объекта с воспроизведенными оттенками серого цвета для каждого уровня энергии излучения. После этого обработка осуществляется по объектам во внутреннем цикле, обозначенном пунктирными линиями. Внутренний цикл выполняется для всех совмещенных объектов для плана определенной глубины, и при этом порядковый номер объекта является переменной цикла. Затем для каждого из объектов, находящихся на плане определенной глубины, которые были совмещены на левом и правом видах и для которых были воспроизведены оттенки серого цвета для всех уровней энергии излучения, последовательно осуществляется анализ разности оттенков серого цвета, идентификация материала и создание цветного изображения (этот процесс обработки подробно описан в разделе "Предшествующий уровень" публикации патента CN 1995993 заявителя, и поэтому в настоящем описании подробности обработки не приводятся). После выполнения идентификации характеристик материала всех объектов для плана текущего значения глубины создается цветной план текущего значения глубины в соответствии с планами матриц, полученными в первой части алгоритма, изображениями с воспроизведенными оттенками серого цвета, полученными во второй части способа и результатами идентификации, полученными в настоящей части. На таком цветном плане по глубине контур каждого идентифицированного объекта определяется контуром матрицы, и цвет заполнения контура определяется результатами воспроизведения оттенков серого цвета и идентификации материала. Процедура определения цвета будет описана ниже со ссылками на фигуру 9. Затем также создается новый набор "объекты-энергия" для другого плана по глубине, после чего осуществляется идентификация материала и воспроизведение цветного изображения. Этот процесс повторяется, пока не будут обработаны все планы по глубине. После этого все полученные цветные планы матриц, на которых отображается информация идентификации материалов, объединяются в набор планов по глубине, содержащий все цветные планы с информацией идентификации материалов для соответствующих объектов на различных глубинах прохождения излучения. Этот набор является окончательным результатом, полученным в результате обработки изображений бинокулярной стереоскопической для различных уровней энергии излучения в соответствии с настоящим изобретением. Для неперекрывающихся объектов способ идентификации материалов с использованием излучения с различными уровнями энергии может обеспечить идентификацию материала для любого объекта на основании разницы оттенков серого цвета между радиографическими изображениями для различных уровней энергии излучения. Цвета могут использоваться следующим образом: оранжевый для указания материала, идентифицированного как органический или легкий материал, зеленый - для легкого металла или смесей материалов, голубой -для металла. Более светлый или более темный цвет определяется величиной полученного оттенка серого цвета. Пример результата идентификации показан на фигуре 9.

Результат идентификации с использованием излучения с различными уровнями энергии показан на фигуре 9 в форме прямоугольников для графита, алюминия, железа, свинца и полиэтилена в случае плотности массы 30 г/см².

На фигуре 9 объекты идентификации размещались в следующей последовательности слева направо: графит, алюминий, железо, свинец и полиэтилен, и для них использовались следующие идентификационные цвета: оранжевый, зеленый, голубой, голубой и оранжевый, соответственно. Таким образом, при идентификации материалов ошибок не возникает.

В случае перекрытия объектов идентификация может содержать ошибки, если в отношении перекрывающихся частей не применяется процедура отслаивания. На фигуре 10 представлено изображение, иллюстрирующее результат идентификации без применения процедуры отслаивания.

Результат, представленный на фигуре 10, который получен для ситуации, когда большой прямоугольный лист перекрывает расположенный посередине стальной контейнер, заполненный сжиженным нефтяным газом, расположенную слева картонную коробку, заполненную компакт-дисками, и расположенную справа картонную коробку, заполненную сигаретами. Результаты идентификации в отношении сжиженного нефтяного газа в стальном контейнере и сигарет в картонной коробке справа неверны, а результаты идентификации в отношении компакт-дисков в картонной коробке ошибочны частично.

На фигуре 11 представлен результат идентификации материалов с использованием различных уровней излучения и процедуры отслаивания мешающих объектов на изображениях бинокулярной стереоскопии, причем на фигуре 11 (а) показан закрывающий объект, и на фигуре 11(b) показаны идентифицированные объекты.

Как можно видеть на фигуре 11, применение идентификации материалов с использованием различных уровней излучения и процедуры отслаивания мешающих объектов на изображениях бинокулярной стереоскопии позволило идентифицировать голубым цветом закрывающий стальной лист, показанный на фигуре 11 (а), а компакт-диски в картонном ящике, сжиженный нефтяной газ и сигареты в картонном ящике идентифицированы оранжевым цветом, представляющим органику (см. фигуру 11(b)). В этом случае все результаты идентификации верны.

На фигуре 12 представлена блок-схема предлагаемой в настоящем изобретении установки для получения радиографических изображений бинокулярной стереоскопии с использованием различных уровней излучения. Как показано на фигуре 12, предлагаемая в настоящем изобретении установка для получения радиографических изображений бинокулярной стереоскопии с использование различных уровней излучения содержит:

- источник 1 излучения с различными уровнями энергии, в качестве которого используется рентгеновский аппарат, обеспечивающий рентгеновское излучение с различными уровнями энергии;

- устройство 2 управления пучком излучения, которое преобразует рентгеновское излучение, поступающее из источника 1, в два пучка, которые могут быть симметричными или асимметричными и между которыми имеется некоторый угол;

- левый ряд 4 детекторов, в который поступает пучок рентгеновского излучения с разными уровнями энергии и который преобразует его в электрические сигналы, вводимые в систему 6 получения изображения левого вида;

- правый ряд 5 детекторов, в который поступает пучок рентгеновского излучения с разными уровнями энергии и который преобразует его в электрические сигналы, вводимые в систему 7 получения изображения правого вида;

- система 6 получения изображения левого вида, в которую поступают электрические сигналы из левого ряда 4 детекторов и которая преобразует эти сигналы в информацию изображения левого вида;

- система 7 получения изображения правого вида, в которую поступают электрические сигналы из правого ряда 5 детекторов и которая преобразует эти сигналы в информацию изображения правого вида;

- компьютерная система 8 обработки, в которую поступает информация изображений левого и правого видов из систем 6 и 7 получения изображения левого и правого видов, соответственно, которая обрабатывает информацию изображений левого и правого видов и выводит изображение досматриваемого объекта на дисплей компьютера, а также радиографические изображения планов по глубине на разных глубинах, которые получены из информации изображений.

В настоящем изобретении источник 1 излучения вместе с устройством 2 управления пучком излучения обеспечивает два пучка рентгеновского излучения, которые могут быть симметричными или асимметричными и между которыми имеется некоторый угол. Пучки рентгеновского излучения после прохождения досматриваемого объекта 3 принимаются левым рядом 4 и правым рядом 5 детекторов и затем преобразуются в электрические сигналы, которые поступают в системы 6 и 7 получения изображений левого и правого видов, соответственно. После обработки в компьютерной системе 8 информация изображений, поступающая из систем 6 и 7 получения изображений левого и правого видов, может быть использована для вывода на дисплей компьютера изображения досматриваемого объекта, а также радиографических изображений планов по глубине на разных глубинах, которые получены из информации изображений.

К изображениям бинокулярной стереоскопии для каждого из различных уровней энергии излучения предлагаемая в настоящем изобретении в сканирующей установке получения радиографических изображений бинокулярной стереоскопии с использованием различных уровней излучения может быть применена технология обработки бинокулярной стереоскопии для получения планов по глубине радиографических изображений для этого уровня энергии излучения, и планы по глубине для различных уровней энергии излучения могут быть объединены в набор изображений планов по глубине. Затем на основании изображений планов по глубине в установке выполняется воспроизведение оттенков серого для различных уровней энергии излучения, соответственно, и осуществляется идентификация материалов на каждом плане по глубине для изображений планов по глубине с отображенными оттенками серого цвета. Конкретные операции и обработка аналогичны тем, что были описаны для способа получения радиографических изображений бинокулярной стереоскопии с использованием различных уровней излучения, и подробное описание здесь не повторяется.

На фигурах 13 и 14 приведены схематические виды в плане и сбоку для установок, в которых осуществляется настоящее изобретение, причем на фигуре 13А изображена установка для симметричных пучков излучения, а на фигуре 13В изображена установка для асимметричных пучков излучения. Как показано на фигурах 13 и 14, устройство управления пучком излучения снабжено двумя коллимационными щелями для формирования двух пучков рентгеновского излучения, симметричных или асимметричных, причем между ними имеется некоторый угол. Левый ряд 4 и правый ряд 5 детекторов установлены непосредственно на пути распространения пучков излучения, сформированных коллимационными щелями коллиматора, осуществляют симметричное сканирование досматриваемого объекта и передают электрические сигналы в соответствующие системы получения изображений левого и правого видов. Затем компьютерная система 8 обработки информации осуществляет обработку изображений для получения радиографических изображений планов по глубине, содержащих информацию об объекте по глубине.

Как описывалось в вышеприведенном примере, предлагаемый в настоящем изобретении способ обеспечивает возможность идентификации материалов вдоль пути прохождения пучков излучения не только по основным компонентам, но также и по вторичным компонентам радиографических изображений, что достигается "отслаиванием" основных компонентов. В известных способах идентификации материалов с использованием различных уровней энергии излучения обеспечивается возможность идентификации материалов только в отношении основных компонентов вдоль пути прохождения пучков излучения. Например, в том случае, когда небольшой пакет с наркотиками закрывается толстым стальным листом вдоль пути прохождения пучков излучения, известные способы идентификации материалов с использованием различных уровней энергии излучения могут идентифицировать только стальной лист вдоль пути прохождения пучков излучения, а наркотик не будет обнаружен. В способе, предлагаемом в настоящем изобретении, сначала стальной лист и пакет с наркотиком разбиваются на два различных плана по глубине с использованием технологии бинокулярной стереоскопии. Затем к каждому плану применяется воспроизведение оттенков серого цвета с использованием различных уровней энергии излучения, так что идентификация материалов может выполняться обработкой одного за другим планов по глубине. В результате может быть выполнена идентификация как стального листа, вносящего основной вклад в ослабление пучка рентгеновского излучения вдоль пути его распространения, так и пакета с наркотиком, ослабляющего пучок излучения в гораздо меньшей степени. Предлагаемый в настоящем изобретении способ может быть особенно полезен при идентификации материалов для радиографических изображений грузового контейнера. В радиографических изображениях грузового контейнера опасные объекты, такие как взрывчатые вещества или наркотики, обычно не являются основными компонентами на пути распространения пучков излучения из-за размера грузового контейнера и большого пути прохождения пучка рентгеновского излучения. Поэтому предлагаемый способ закладывает основу автоматической идентификации опасных и вредных объектов, таких как взрывчатка, наркотики и др., по радиографическим изображениям, полученным при сканировании грузового контейнера.

Использование: для идентификации материалов с использованием радиографических изображений бинокулярной стереоскопии. Сущность: заключается в том, что осуществляют просвечивание объектов при проверке с использованием двух пучков рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, для получения радиографического изображения левого вида и радиографического изображения правого вида, создают первое множество матриц планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения с использованием первого множества уровней энергии излучения путем: сегментации радиографического изображения левого вида и радиографического изображения правого вида, результатом которой является левая матрица и правая матрица на каждой глубине прохождения излучения, совмещают левую матрицу и правую матрицу и создают матрицу планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения, после чего объединяют первое множество матриц планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения с использованием первого множества уровней энергии излучения в объединенные матрицы планов и идентифицируют материалы объектов через воспроизведение оттенков серого цвета. Технический результат: создание технологии, объединяющей технологию получения изображений бинокулярной стереоскопии с технологией получения изображений, обеспечивающей идентификацию материала, при которой перекрывающиеся объекты становятся более различимыми. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ идентификации материалов и построения изображений с использованием радиографических изображений бинокулярной стереоскопии, полученных для разных уровней энергии излучения, содержащий следующие стадии:
1) просвечивание объектов при проверке с использованием двух пучков рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, для получения радиографического изображения левого вида и радиографического изображения правого вида;
2) создание первого множества матриц планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения с использованием первого множества уровней энергии излучения путем:
сегментации радиографического изображения левого вида и радиографического изображения правого вида, результатом которой является левая матрица и правая матрица на каждой глубине прохождения излучения;
совмещения левой матрицы и правой матрицы и создание матрицы планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения;
3) объединение первого множества матриц планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения с использованием первого множества уровней энергии излучения в объединенные матрицы планов; и
4) идентификация материалов объектов через воспроизведение оттенков серого цвета.

2. Способ по п.1, в котором сегментация осуществляется в соответствии с алгоритмом выделения границ.

3. Способ по п.1 или 2, в котором сегментация радиографических изображений левого и правого видов на стадии 1) содержит дополнительно следующие стадии:
1) выделение границ в каждом из радиографических изображений левого и правого видов;
2) получение замкнутых границ (контуров) на этих изображениях;
3) сегментация этих изображений в соответствии с полученными замкнутыми контурами.

4. Способ по п.1, в котором совмещение результатов сегментации на стадии 1) осуществляется в соответствии с геометрическими характеристиками результатов сегментации для левого и правого видов.

5. Способ по п.1, в котором совмещение результатов сегментации на стадии 1) содержит дополнительно следующие стадии:
1) создание объектов для результатов сегментации;
2) присвоение соответствующих весов набору характеристик объектов.

6. Способ по п.1, в котором создание первого множества матриц планов по глубине дополнительно включает совмещение соответствующего абсолютного параллакса.

7. Способ по п.1, который дополнительно включает отслаивание планов с оттенками серого цвета в направлении от крайнего внешнего плана к крайнему внутреннему плану.

8. Способ по п.1, в котором оттенок серого цвета для совмещенного объекта воспроизводится на крайнем внешнем слое, непосредственно прилегающем к области фона, и отслаивается от изображения, при этом отслаивание повторяется, пока воспроизведение оттенков серого цвета не будет выполнено по всем совмещенным объектам.

9. Способ по п.1, в котором воспроизведение оттенков серого цвета для матриц планов на стадии 3) содержит дополнительно следующие стадии:
1) определение набора объектов, кандидатов для воспроизведения оттенков серого цвета, с использованием указанных объектов;
2) выборку характеристик одного из объектов;
3) определение того, имеется или нет у обрабатываемого объекта край, прилегающий к области фона;
4) воспроизведение оттенков серого цвета для объекта в том случае, когда обрабатываемый объект имеет край, прилегающий к области фона, и, если на объект накладывается другой объект, то воспроизведение также оттенков серого цвета для накладывающегося объекта;
5) исключение объекта из изображения;
и для каждого объекта в наборе объектов стадии 2) - 5) повторяются, пока оттенки серого цвета не будут воспроизведены для всех совмещенных объектов.

10. Способ по п.3, в котором выделение границ на изображении осуществляется с одновременным использованием операторов Собеля и Канни обнаружения границ.

11. Способ по п.10, в котором для каждого пикселя на цифровом изображении {f(i, j)} с помощью оператора Собеля обнаружения границ вычисляют взвешенную разницу серых оттенков между этим пикселем и окружающими его пикселями, причем наиболее близкие окружающие пиксели имеют большие веса, а удаленные окружающие пиксели имеют меньшие веса.

12. Способ по п.10, который дополнительно содержит следующие стадии:
1) сглаживание изображения с помощью фильтра Гаусса;
2) вычисление величины и направления градиента с использованием конечной разности частной производной первого порядка;
3) применение подавления в точках отсутствия максимума изображения до величины градиента; и
4) обнаружение и соединение границ с использованием алгоритма двойного порогового значения.

13. Способ по п.3, в котором получение замкнутых контуров на изображениях выполняется таким образом, чтобы два краевых пикселя соединялись на основе их сходства в части величины или направления градиента.

14. Способ по п.8, в котором оттенки серого цвета воспроизводятся в том случае, когда объект имеет край, прилегающий к области фона, и если объект перекрывается другим объектом, то оттенки серого цвета воспроизводятся также и для перекрывающего объекта, и после этого объект удаляется из набора объектов и из изображения.

15. Способ по п.1, который содержит дополнительно следующие стадии:
повторение воспроизведения оттенков серого цвета для первого уровня энергии излучения первого множества уровней энергии излучения; и
переход ко второму уровню энергии излучения для повторения воспроизведения оттенков серого цвета, и
объединение изображений с воспроизведенными оттенками серого цвета объекта для каждого из первого множества уровней энергии излучения в один набор.

16. Способ по п.1, в котором идентификация содержит дополнительно следующие стадии:
выполнение последовательного анализа разности оттенков серого цвета, идентификацию материала и создание цветного изображения каждого из объектов, для которых было выполнено совмещение на левом и правом видах и воспроизведены оттенки серого цвета для всех уровней энергии излучения; и
объединение результатов обработки всех объектов в порядке планов по глубине в набор изображений с результатом идентификации для объектов на каждом из планов по глубине.

17. Сканирующая установка для получения радиографических изображений бинокулярной стереоскопии с использованием различных уровней излучения, содержащая источник излучения, левый ряд детекторов, правый ряд детекторов, систему получения изображений левого вида, систему получения изображений правого вида и компьютерную систему обработки, причем:
источник излучения вырабатывает два пучка рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, первого множества уровней энергии излучения;
левый ряд детекторов принимает первый пучок из двух пучков рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, и преобразует первый пучок в первый электрический сигнал;
правый ряд детекторов принимает второй пучок из двух пучков рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, и преобразует второй пучок во второй электрический сигнал;
система получения изображений левого вида принимает первый электрический сигнал и получает изображение левого вида;
система получения изображений правого вида принимает второй электрический сигнал и получает изображение правого вида;
компьютерная система обработки создает первое множество матриц планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения с использованием первого множества уровней энергии излучения путем:
сегментирования радиографического изображения левого вида и радиографического изображения правого вида, результатом чего является левая матрица и правая матрица на каждой глубине прохождения излучения;
совмещения левой матрицы и правой матрицы и создания матрицы планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения;
компьютерная система обработки объединяет первое множество матриц планов по глубине на каждой из второго множества глубин прохождения излучения с использованием первого множества уровней энергии излучения в объединенные планы; и
компьютерная система обработки идентифицирует материалы объектов через воспроизведение оттенков серого цвета.

18. Сканирующая установка по п.17, которая содержит дополнительно устройство, принимающее рентгеновское излучение, испускаемое источником излучения, и два пучка рентгеновского излучения, между направлениями которых имеется некоторый угол, которые могут быть симметричными или асимметричными.

19. Сканирующая установка по п.18, в которой устройство (2) управления пучком излучения является двухщелевым коллиматором.

20. Сканирующая установка по п.19, в которой двухщелевой коллиматор снабжен двумя щелями, предназначенными для формирования пучков рентгеновского излучения, испускаемого источником излучения, в секторе, ограниченном двумя пучками.

21. Сканирующая установка по п.17, в которой ряды детекторов содержат детекторы, расположенные по "L''-схеме.

22. Сканирующая установка по п.17, в которой компьютерная система (8) обработки дополнительно отображает изображения досматриваемых объектов на основании информации изображений левого и правого видов.