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物質識別方法および物質識別機器

国内特許コード P150011611
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2008-292178
公開番号 特開2009-122108
登録番号 特許第4806441号
出願日 平成20年11月14日(2008.11.14)
公開日 平成21年6月4日(2009.6.4)
登録日 平成23年8月19日(2011.8.19)
優先権データ
  • 200710177405.2 (2007.11.15) CN
発明者
  • 陳 志強
  • 張 麗
  • 康 克軍
  • 王 學武
  • 黄 清萍
  • 李 元景
  • 劉 以農
  • 趙 自然
  • 肖 永順
出願人
  • 同方威視技術股▲分▼有限公司
  • 清華大学
発明の名称 物質識別方法および物質識別機器
発明の概要 【課題】本発明は、リアルタイムに材料を識別することを解決し、二重階調融合とカラー化などのアルゴリズムを利用して材料区分及び階調情報可視化することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る物質識別方法は、高エネルギー放射線と低エネルギー放射線とで被検体を透過させて、各画素の値が高エネルギー放射線の被検体の該当部分に対する高エネルギー透明度を示す被検体の高エネルギー透過画像と、各画素の値が低エネルギー放射線が被検体の該当部分に対する低エネルギー透明度を示す被検体の低エネルギー透過画像とを取得するステップと、各画素ごとに、高エネルギー透明度の第1の関数の値と高エネルギー透明度及び低エネルギー透明度の第2の関数の値を算出するステップと、第1の関数の値及び第2の関数の値によって特定される位置を、予め作成した分類曲線で分類し、各画素に対応する被検体の該当部分の物質のタイプを識別するステップとを含む。
【選択図】図4B
従来技術、競合技術の概要



コンテナ化輸送は近代化、先進的な輸送方式であって、国際貨物輸送のトレンドになる。それとともに、コンテナを利用して密輸し、銃砲、武器、麻薬、爆発物、さらに大量破壊兵器(Weapons of Mass Destruction, WMD)及び放射性分散装置(Radiological Dispersal Devices, RDD)を密輸送することは、世界各国を当惑し、国際貨物輸送の秩序を乱す国際公害になっている。





米国の911事件後、貨物輸送の潜在リスクが米国政府に重視されている。WMDとRDDがコンテナにて米国に輸送されたというリスクを防犯するために、2001年1月17日、米国税関は「コンテナ安全意にイニシアチブ」(Container Security Initiative,CSI)を発布して、米国港口と直接に通航する業務を有する外国港口全体に対して非侵入型X(γ)線走査結像装置を配置し米国向けコンテナを放射線走査で調べることを要求する。CSIが公布された1年間内、18箇所の世界中の大港口がCSI港湾になり、実行を開始している。国際輸送に安全要求が高められつつある環境において、世界税関組織は決議を全員一致で可決され、CSIモードにしたがってコンテナ安全検査に関する計画を進めることを、161箇所の加盟国全体に要求した。





現在、コンテナ用のX(γ)線安全検査装置は主に透過結像手段を利用し、X線を貨物に透過させることによってX線の経路中の全ての物の透過画像を取得する。標準の透過結像技術はコンテナの可視化を図るので、広く応用された。しかし、このような装置は、以下の欠点があり、すなわち(1)二次元の構成情報が放射線経路中の重なる物品に影響されやすい、(2)密度情報が含められない、(3)材料情報が含められない。





「密輸検査」要求に対して、税関申告書とコンテナの高エネルギーX線走査画像とを照合して一致するかどうかを確認するのは、主に採用される方式である。税関申告書は先験知識であり、標準のX線透過結像技術を利用することで、この要求が満たされた。しかし、CSIの提出により、コンテナ検査要求は密輸品の検査(単に「密輸検査」に記す)から危険品・禁止品の検査(単に「危禁検査」に記す)に発展した。危険品・禁止品は種類が多く、固定の形状もないので、被検コンテナ中の物品に対する先験知識はなくなった。したがって、標準のX線透過結像技術しか利用しないと、コンテナの安全検査の要求を満たしにくい。





WMD、RDD及び他の危険品・禁止品の特徴に基づいて豊富の被検体の特徴情報を獲得するだけで、正確、有効な安全検査が可能になる。ダブルエネルギー技術は、スペクトルが異なる二つのX線を被検体を透過させ、出力情報の差異を処理して被検体材料の原子番号を取得する。したがって、この技術を利用することで、安全検査のレベルがある程度に向上された。高エネルギーX線結像コンテナ検査システムに対して材料区分能力を希望する。





X線のエネルギーは200keVより低い場合、二重エネルギー技術は非常に有効であり、荷物検査に広く応用されている。しかし、コンテナを透過できるX線のエネルギーは数MVになり、同じ質量と異なる厚さを有する異なる材料、例えば、C、Al、Feにたいして、このエネルギー範囲においての減衰が放射線の減衰に対する影響は低い。したがって、低エネルギーX線技術に比べて、高エネルギーX線による材料区分能力ははるかに低い。X線のエネルギーが200keVより高い場合、二重結像技術はほとんど効果を有しなく、コンテナ検査システムに適用できないという考えも、一部のコンテナ検査システムの専門家に存在している。

産業上の利用分野



本発明は、放射結像技術に関し、特に、被検体の透過画像だけでなく、被検体中の材料情報も取得でき、高エネルギーX線二重エネルギー結像検査システムに適用される物質識別方法および物質識別機器に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
高エネルギー放射線と低エネルギー放射線とで被検体を透過させて、各画素の値が高エネルギー放射線の被検体の該当部分に対する高エネルギー透明度(TH)を示す被検体の高エネルギー透過画像と、各画素の値が低エネルギー放射線の被検体の該当部分に対する低エネルギー透明度(TL)を示す被検体の低エネルギー透過画像とを取得するステップと、
各画素ごとに、前記高エネルギー透明度(TH)の次式で表される第1の関数の値(alpha H)と、前記高エネルギー透明度及び前記低エネルギー透明度(TL)の次式で表される第2の関数の値(alpha L)とを算出するステップと、
前記第1の関数の値及び前記第2の関数の値によって特定される位置を、予め作成した分類曲線で分類し、各画素に対応する被検体の該当部分の物質のタイプを識別するステップと、
所定のサイズを有する隣接領域を設定するステップと、
各画素の隣接領域ごとに、前記高エネルギー画像と前記低エネルギー画像とに対して雑音低減を行うステップとを有し、
前記の各画素の隣接領域ごとに前記高エネルギー画像と前記低エネルギー画像とに対して雑音低減を行うステップは、
隣接領域において類似画素として中心画素と似る画素を捜すステップと、
隣接領域中の類似画素を加重平均するステップと、を含む物質識別方法。
alpha H=(1-log(TH))×k
alpha L=(1-log(TL))×k (kは所定の定数)

【請求項2】
前記類似画素の高エネルギー透明度及び低エネルギー透明度と、前記中心画素の高エネルギー透明度及び低エネルギー透明度との差は所定値を下回ることを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項3】
前記被検体を有機物、軽金属、無機物、または重金属に識別することを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項4】
識別結果をカラー化して表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項5】
前記のカラー化して表示するステップは、
各画素ごとに高エネルギー透明度と低エネルギー透明度とを加重平均して、該画素の融合階調値とするステップと、
被検体の該画素に対応する部分の材料のタイプに応じて、カラーの色調を特定するステップと、
該画素の融合階調値に応じて前記画素の輝度レベルを確定するステップと、
前記色調と前記輝度レベルとをインデックスとして、該画素のR値、G値、B値を予め作成した捜索テーブルから取得するステップと、を含むことを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項6】
前記被検体の該画素に対応する部分の材料のタイプに応じてカラーの色調を特定するステップは、橙色を有機物に、緑色を軽金属に、青色を無機物に、紫色を重金属に、それぞれ付与することを含むことを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項7】
放射線源からの放射線をエネルギースペクトル整形することで、高エネルギー放射線と低エネルギー放射線との間のエネルギースペクトル差を大きくするステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項8】
各種の較正材料ごとに、
高エネルギー放射線と低エネルギー放射線とで異なる厚さを有する較正材料を照射することで、該当する高エネルギー透明度と低エネルギー透明度とを獲得するステップと、
高エネルギー透明度の第1の関数を横座標とし、低エネルギー透明度及び高エネルギー透明度の第2の関数を縦座標とすることで、異なる厚さを有する較正材料のスポットを形成するステップと、
前記スポットに基づいて前記分類曲線を形成するステップとを、
実行することで、前記分類曲線を作成することを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項9】
前記スポットに基づいて前記分類曲線を形成するステップは、
最小二乗曲線フィッテイング法で前記スポットに対して曲線フィッテイングを実行することを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項10】
前記スポットに基づいて前記分類曲線を形成するステップは、
チェビシェフの最適のフィッテイング多項式を利用して前記スポットに対して曲線フィッテイングを実行することを含むことを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項11】
前記分類曲線を離散化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項12】
高エネルギー放射線と低エネルギー放射線とで被検体を透過させて、各画素の値が高エネルギー放射線の被検体の該当部分に対する高エネルギー透明度(TH)を示す被検体の高エネルギー透過画像と、各画素の値が低エネルギー放射線の被検体の該当部分に対する低エネルギー透明度(TL)を示す被検体の低エネルギー透過画像とを取得する画像形成手段と、
各画素ごとに、前記高エネルギー透明度(TH)の次式で表される第1の関数の値(alpha H)と前記高エネルギー透明度及び前記低エネルギー透明度(TL)の次式で表される第2の関数の値(alpha L)を算出する算出手段と、
前記第1の関数の値及び前記第2の関数の値によって特定される位置を、予め作成した分類曲線で分類し、各画素に対応する被検体の該当部分の物質のタイプを識別する分類手段と、
所定のサイズを有する隣接領域を設定する手段と、
各画素の隣接領域ごとに、前記高エネルギー画像と前記低エネルギー画像とに対して雑音低減を行う手段とを有し、
前記の各画素の隣接領域ごとに前記高エネルギー画像と前記低エネルギー画像とに対して雑音低減を行う手段は、
隣接領域において類似画素として中心画素と似る画素を捜す手段と、
隣接領域中の類似画素を加重平均する手段と、を含むことを特徴とする物質識別機器。
alpha H=(1-log(TH))×k
alpha L=(1-log(TL))×k (kは所定の定数)

【請求項13】
前記類似画素の高エネルギー透明度及び低エネルギー透明度と、前記中心画素の高エネルギー透明度及び低エネルギー透明度との差は所定値を下回ることを特徴とする請求項12に記載の機器。

【請求項14】
前記被検体を有機物、軽金属、無機物、または重金属に識別することを特徴とする請求項12に記載の機器。

【請求項15】
識別結果をカラー化して表示する手段をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の機器。

【請求項16】
前記の識別結果をカラー化して表示する手段は、
各画素ごとに高エネルギー透明度と低エネルギー透明度とを加重平均して、該画素の融合階調値とする手段と、
被検体の該画素に対応する部分の材料のタイプに応じて、カラーの色調を特定する手段と、
該画素の融合階調値に応じて前記画素の輝度レベルを確定する手段と、
前記色調と前記輝度レベルとをインデックスとして、該画素のR値、G値、B値を予め作成した捜索テーブルから取得する手段と、を含むことを特徴とする請求項15に記載の機器。

【請求項17】
橙色を有機物に、緑色を軽金属に、青色を無機物に、紫色を重金属に、それぞれ付与することを特徴とする請求項16に記載の機器。

【請求項18】
放射線源からの放射線をエネルギースペクトル整形することで、高エネルギー放射線と低エネルギー放射線との間のエネルギースペクトル差を大きくすることを特徴とする請求項12に記載の機器。

【請求項19】
各種の較正材料ごとに、
高エネルギー放射線と低エネルギー放射線とで異なる厚さを有する較正材料を照射することで、該当する高エネルギー透明度と低エネルギー透明度とを獲得するステップと、
高エネルギー透明度の第1の関数を横座標とし、低エネルギー透明度及び高エネルギー透明度の第2の関数を縦座標とすることで、異なる厚さを有する較正材料のスポットを形成するステップと、
前記スポットに基づいて前記分類曲線を形成するステップとを、
実行することで、前記分類曲線を作成することを特徴とする請求項12に記載の機器。

【請求項20】
最小二乗曲線フィッテイング法で前記スポットに対して曲線フィッテイングを実行することを特徴とする請求項19に記載の機器。

【請求項21】
チェビシェフの最適のフィッテイング多項式を利用して前記スポットに対して曲線フィッテイングを実行することを特徴とする請求項19に記載の機器。

【請求項22】
前記分類曲線を離散化することを特徴とする請求項19に記載の機器。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
分野
  • 物理学
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