JP2005043357A - Computed tomograph and computed tomography for classifying object - Google Patents
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Abstract
Description
[関連出願]
本出願は本出願と同じ譲渡人の以下の共願米国出願に関し、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
[Related applications]
This application is related to the following co-pending US application of the same assignee as the present application, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
Gregory L.Larsonその他の発明による「Nutating Slice CT Image Reconstruction Apparatus and Method」、1997年4月9日出願の米国特許出願第08/831,558号(弁理士整理番号第ANA−118号)。 Gregory L. "Nutting Slice CT Image Reconstruction Apparatus and Method" by Larson et al., US patent application Ser. No. 08 / 831,558 filed Apr. 9, 1997 (Attorney Docket No. ANA-118).
Andrew P.Tybinkowskiその他の発明による「Computed Tomography Scanner Drive System and Bearing」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,930号(弁理士整理番号第ANA−128号)。 Andrew P.M. “Computed Tomography Scanner System and Bearing” by Tybinkowski et al., US patent application Ser. No. 08 / 948,930, filed Oct. 10, 1997 (Attorney Docket No. ANA-128).
David A.Schaferその他の発明による「Air Calibration Scan for Computed Tomography Scanner with Obstructing Objects」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,937号(弁理士整理番号第ANA−129号)。 David A. No. 08 / 948,937 (patent attorney docket number NA) filed Oct. 10, 1997, “Air Calibration Scan for Computed Tomography With Obstructing Objects” by Schaffer et al.
Christopher C.Ruthその他の発明による「Computed Tomography Scanning Apparatus and Method With Temperature Compensation for Dark Current Offsets」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,928号(弁理士整理番号第ANA−131号)。 Christopher C.I. "Computed Tomography Scanning Apparatus and Method With Temperature Comparison for Dark Current Offset" filed Oct. 10, 1997, US Patent No. 08/9489, filed by Ruth et al. .
Christopher C.Ruthその他の発明による「Computed Tomography Scanning Target Detection Using Non−Parallel Slices」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,491号(弁理士整理番号ANA−132号)。 Christopher C.I. "Computed Tomography Scanning Target Detection Non-Parallel Slices" by Ruth et al., US patent application Ser.
Christopher C.Ruthその他の発明による「Computed Tomography Scanning Target Detection Using Target Surface Normals」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,929号(弁理士整理番号第ANA−133号)。 Christopher C.I. "Computed Tomography Scanning Target Detection Using Target Surface Normals" by Ruth et al., US patent application Ser.
Christopher C.Ruthその他の発明による「Parallel Processing Architecture for Computed Tomography Scanning System Using Non−Parallel Slices」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,697号(弁理士整理番号第ANA−134号)。 Christopher C.I. “Parallel Processing Architecture for Computed Tomography Scanning System Using Non-Parallel Slices” by Ruth et al., US patent application Ser. No. 08 / 948,697, filed Oct. 10, 1997 .
Christopher C.Ruthその他の発明による「Computed Tomography Scanning Apparatus and Method For Generating Parallel Projections Using Non−Parallel Slice Data」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,492号(弁理士整理番号第ANA−135号)。 Christopher C.I. US Patent Application No. 8 / National Patent Application No. 8 / National Patent Application No. 8 / November No. 8 of Oct. 10, 1997 135).
Bernard M.Gordonその他の発明による「Computed Tomography Scanning Apparatus and Method Using Adaptive Reconstruction Window」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/949,127号(弁理士整理番号第ANA−136号)。 Bernard M.M. "Computed Tomography Scanning Apparatus and Method Using Adaptive Construction Window" by Gordon et al., US patent application Ser.
David A.Schaferその他の発明による「Area Detector Array for Computed Tomography Scanning System」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,450号(弁理士整理番号第ANA−137号)。 David A. “Area Detector Array for Computed Tomography Scanning System” by Schaffer et al., US patent application Ser. No. 08 / 948,450 filed Oct. 10, 1997 (Attorney Docket No. ANA-137).
Eric Baileyその他の発明による「Closed Loop Air Conditioning System for a Computed Tomography Scanner」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,692号(弁理士整理番号第ANA−138号)。 “Closed Loop Air Conditioning System for a Computed Tomography Scanner”, US patent application Ser. No. 08 / 948,692 filed Oct. 10, 1997 (patent attorney docket number NA-1) according to the invention of Eric Bailey et al.
Geoffrey A.Leggその他の発明による「Measurement and Control System for Controlling System Functions as a Function of Rotational Parameters of a Rotating Device」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08,948,493号(弁理士整理番号第ANA−139号)。 Geoffrey A. Legal et al., “Measurement and Control System for Controlling System Functions as a Function of Rotational Parameters, Patent No. 9th, Patent No. 9th, 1997, No. 10” ANA-139).
Andrew P.Tybinkowskiその他の発明による「Rotary Energy Shield for Computed Tomography Scanner」、1997年10月10日出願の米国特許出願第08/948,698号(弁理士整理番号第ANA−144号)。 Andrew P.M. “Rotary Energy Shield for Computed Tomography Scanner” by Tybinkowski et al., US patent application Ser. No. 08 / 948,698 filed Oct. 10, 1997 (Attorney Docket No. ANA-144).
本出願は以下の係属中の米国特許出願にも関し、これはすべて本出願と同日に出願され、本出願と同じ譲渡人に譲渡され、参照により全体として本明細書に組み込まれる。 This application also relates to the following pending US patent applications, all filed on the same day as this application, assigned to the same assignee as the present application, and incorporated herein by reference in its entirety:
Sergey Simanovskyその他の発明による「Apparatus and Method for Eroding Objects in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−150号)。 “Apparatus and Methods for Eroding Objects in Computed Tomography Data” (Attorney Docket No. ANA-150) according to Sergey Simonovsky et al.
Ibrahim M.Bechwatiその他の発明による「Apparatus and Method for Combining Related Objects in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−153号)。 Ibrahim M.M. “Apparatus and Methods for Combining Related Objects in Computed Tomography Data” (patent attorney docket number ANA-153) according to the invention of Bechwati et al.
Sergey Simanovskyその他の発明による「Apparatus and Method for Detecting Sheet Objects in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−151号)。 “Apparatus and Methods for Detecting Sheet Objects in Computed Tomography Data” (Act No. ANA-151) according to Sergey Simonovsky et al.
Ibrahim M.Bechwatiその他の発明による「Apparatus and Method for Classifying Objects in Computed Tomography Data Using Density Dependent Mass Thresholds」(弁理士整理番号第ANA−154号)。 Ibrahim M.M. “Apparatus and Methods for Classifying Objects in Computed Tomography Data Dependent Dependency Mass Threshold” No. 54, Patent Attorney No. 54 (Area No. 1).
Ibrahim M.Bechwatiその他の発明による「Apparatus and Method for Correcting Object Density in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−152号)。 Ibrahim M.M. “Apparatus and Method for Correcting Object Density in Computed Tomography Data” (No. ANA-152, patent attorney number) according to the invention of Bechati et al.
Sergey Simanovskyその他の発明による「Apparatus and Method for Density Discrimination of Objects in Computed Tomography Data Using Multiple Density Ranges」(弁理士整理番号第ANA−149号)。 “Apparatus and Method for Density of Discrimination of Objects in Computed Tomography Data-Amplifying Density NA” by Sergey Simonovsky et al.
Muzaffer Hiraogluその他の発明による「Apparatus and Method for Detection of Liquids in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−148号)。 “Apparatus and Methods for Detection of Computed Tomography Data” (patent attorney docket number ANA-148) according to the invention of Muzaffer Hiraoglu et al.
Muzaffer Hiraogluその他の発明による「Apparatus and Method for Optimizing Detection of Objects in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−147号)。 "Apparatus and Methods for Optimizing Detection of Objects in Computed Tomography Data" (patent attorney docket number ANA-147) according to the invention of Muffer Hiraoglu et al.
Muzaffer Hiraogluその他の発明による「Multiple−Stage Apparatus and Method for Detecting Objects in Computed Tomography Data」(弁理士整理番号第ANA−146号)。 "Multiple-Stage Apparatus and Method for Detection Objects in Computed Tomography Data" (patent attorney docket number ANA-146) according to the invention of Muzaffer Hiraoglu et al.
Sergey Simanovskyその他の発明による「Computed Tomography Apparatus and Method for Classifying Objects」(弁理士整理番号第ANA−155号)。 “Computed Tomography Apparatus and Method for Classifying Objects” by Sergey Simonovsky et al. (Patent attorney docket number ANA-155).
Sergey Simanovskyその他の発明による「Apparatus and Method for Detecting Objects in Computed Tomography Data Using Erosion and Dilation of Objects」(弁理士整理番号第ANA−160号)。 “Appratus and Methods for Detecting Objects in Computed Tomography Data Using Erosion and Dilation of Objects” according to Sergey Simonovsky et al.
[発明の分野]
本発明は概ねコンピュータ断層撮影(CT)スキャナ、特にCT技術を使用する手荷物走査システムの標的検出装置および方法に関する。
[Field of the Invention]
The present invention relates generally to computed tomography (CT) scanners, and more particularly to a target detection apparatus and method for a baggage scanning system using CT technology.
[発明の背景]
手荷物を商用飛行機に搭載する前に荷物または旅行用携行品内に爆発物および他の禁止品目が存在するか検出するため、種々のX線手荷物走査システムが知られている。多くの爆発性物質は、手荷物に通常見られる他の品目とは識別可能な密度範囲によって特徴づけることができ、爆発物は概してX線機器によって検出しやすい。物質の密度を測定する一般的技術は、物質をX線に曝し、物質が吸収した放射線量を測定すると、吸収量が密度を示す。
[Background of the invention]
Various x-ray baggage scanning systems are known for detecting the presence of explosives and other prohibited items in a baggage or travel baggage prior to loading the baggage on a commercial airplane. Many explosive materials can be characterized by a density range that is distinguishable from other items normally found in baggage, and explosives are generally easy to detect by X-ray equipment. A general technique for measuring the density of a substance is that when the substance is exposed to X-rays and the amount of radiation absorbed by the substance is measured, the absorbed amount indicates the density.
今日使用されているX線手荷物走査システムの大部分は、「ラインスキャナ」タイプであり、静止X線源、静止リニア検出器アレイ、および手荷物がスキャナを通過するにつれ、源と検出器アレイとの間で手荷物を移送するコンベヤベルトを含む。X線源は、手荷物を通過して、手荷物によって部分的に減衰し、次に検出器アレイによって受けらるX線ビームを生成する。各測定間隔中、検出器アレイは、X線ビームが通過する手荷物の平面区画の密度の積分を表すデータを生成し、これらのデータは、2次元画像の1本または複数のラスター線を形成するのに使用される。コンベヤベルトが静止源および検出アレイを過ぎて手荷物を移送するにつれ、スキャナは、静止検出器アレイから見た手荷物の密度を表す2次元画像を生成する。密度画像は、通常は、人間のオペレータが分析するために表示されるか、コンピュータにより分析することができる。したがって、怪しい手荷物の検出には非常に注意深いオペレータが必要となることがある。このように注意深さが必要なため、オペレータの疲労が増大し、疲労と注意散漫との結果、怪しいバッグが検出されずにシステムを通過することがある。 Most of the X-ray baggage scanning systems in use today are of the “line scanner” type, where the source and detector array are stationary as the stationary X-ray source, stationary linear detector array, and baggage pass through the scanner. Includes a conveyor belt for transferring baggage between them. The x-ray source generates an x-ray beam that passes through the baggage and is partially attenuated by the baggage and then received by the detector array. During each measurement interval, the detector array generates data representing the integral of the density of the plane section of the baggage through which the X-ray beam passes, and these data form one or more raster lines of the two-dimensional image. Used to. As the conveyor belt transports the baggage past the stationary source and detection array, the scanner generates a two-dimensional image representing the density of the baggage viewed from the stationary detector array. The density image is usually displayed for analysis by a human operator or can be analyzed by a computer. Therefore, a very careful operator may be required to detect suspicious baggage. This careful attention increases operator fatigue, and as a result of fatigue and distraction, suspicious bags may pass through the system without being detected.
密度測定だけではなく、物質の化学的特徴に関する追加的情報を提供するため、二重エネルギーX線源を使用する技術が知られている。二重エネルギーX線源を使用する技術は、X線の2つの異なるエネルギーレベルについて物質のX線吸収特徴を測定する。これらの測定は、物質の密度の表示に加えて、物質の原子番号の表示も提供する。X線CT画像のエネルギー選択的再構成の二重エネルギーX線技術は、たとえばAlvarezその他の「Energy−selective Reconstructions in X−ray Computerized Tomography」(Phys.Med.Biol.1976,Vol.21,No.5,733−744)および米国特許第5,132,998号に記載されている。 Techniques using dual energy x-ray sources are known to provide additional information regarding the chemical characteristics of materials as well as density measurements. Techniques that use dual energy x-ray sources measure the x-ray absorption characteristics of a material for two different energy levels of x-rays. These measurements provide an indication of the atomic number of the material in addition to an indication of the density of the material. Dual energy X-ray techniques for energy selective reconstruction of X-ray CT images are described, for example, by Alvarez et al., “Energy-selective Reconstructions in X-ray Computerized Tomography” (Phys. Med. Biol. 1976, Vol. 5,733-744) and US Pat. No. 5,132,998.
このような二重エネルギー技術に提案されている使用法の一つは、手荷物中の爆発物の存在を検出する手荷物スキャナとの関連である。爆発性物質は、概して、既知の原子番号範囲を特徴とし、したがってこのような二重エネルギーX線源で検出しやすい。このような二重エネルギー源の一つが、「Improved Dual Energy Power Supply」と題した共願米国特許出願第08/671,202号(弁理士整理番号第ANA−094号)に記載され、これは本発明と同じ譲渡人に譲渡され、参照により全体として本明細書に組み込まれる。 One proposed use for such dual energy technology is in connection with a baggage scanner that detects the presence of explosives in the baggage. Explosive materials are generally characterized by a known atomic number range and are therefore easy to detect with such dual energy x-ray sources. One such dual energy source is described in co-pending US patent application Ser. No. 08 / 671,202 (Attorney Docket No. ANA-094) entitled “Improved Dual Energy Power Supply”. Assigned to the same assignee as the present invention and incorporated herein by reference in its entirety.
特定のタイプの爆発物は、手荷物走査システムにとって特に難問となる。というのは、成形可能な性質のため、検出が困難な幾何学的形状に形成できるからである。飛行機に多大な損傷を与えることができる多くの爆発物は、手荷物中の爆発物の方向に関係なく、X線スキャナシステムが容易に検出できるよう、長さ、幅および高さが十分に大きい。ある種の爆発物に伴う別の問題は、ラップトップコンピュータなど、電子機器の部片などの対象内に隠せることである。これは、従来の線走査技術では検出が困難なことがある。また、飛行機に損傷を与えるのに十分なほど強力な爆発物は、1次元できわめて小さく、他の2次元が比較的大きい、比較的薄いシートに形成することができる。画像で、特にシートがシステムを通過する時に薄いシートがX線ビームに対して垂直であるよう物質が配置されている場合、爆発性物質を見るのが困難なため、爆発部の検出が困難なことがある。 Certain types of explosives are particularly challenging for baggage scanning systems. This is because it can be formed into a geometric shape that is difficult to detect because of its moldable nature. Many explosives that can cause significant damage to an airplane are sufficiently large in length, width and height so that the X-ray scanner system can easily detect them regardless of the direction of the explosives in the baggage. Another problem with certain explosives is that they can be hidden in objects such as pieces of electronic equipment such as laptop computers. This may be difficult to detect with conventional line scanning techniques. Also, explosives that are powerful enough to damage an airplane can be formed into relatively thin sheets that are very small in one dimension and relatively large in the other two dimensions. In the image, especially when the material is arranged so that the thin sheet is perpendicular to the X-ray beam when the sheet passes through the system, it is difficult to see the explosive material, so it is difficult to detect the explosive part Sometimes.
CT技術を使用するシステムは、通常、第3世代のタイプのCTスキャナを含み、これは通常、環状形状の台またはディスクの対角線上反対側に固定されたX線源およびX線検出器システムを含む。ディスクは、ガントリサポート内に回転可能な状態で装着され、したがって操作時には、X線が源からディスクの開口に配置された対象を通過して検出器システムに至る間、ディスクは回転軸を中心に回転し続ける。 Systems that use CT technology typically include a third generation type of CT scanner, which typically includes an X-ray source and X-ray detector system fixed diagonally opposite an annular shaped platform or disk. Including. The disc is mounted in a rotatable manner in the gantry support, so that in operation, the disc is centered about the axis of rotation while X-rays pass from the source through the object located at the disc opening to the detector system Continue to rotate.
検出器システムは、曲率中心がX線源の焦点、つまりX線を放射するX線源内の点にある円形アークの形状の1本の列として配置された検出器の線形アレイを含むことができる。X線源は、焦点から放射し、平面投影場を通過し、検出器が受けるX線の扇の形状のビーム、つまり扇形ビームを生成する。CTスキャナは、X、YおよびZ軸で画定された座標系を含み、軸は、ディスクが回転軸を中心に回転するにつれ、ディスクの回転中心で交差し、全て相互に垂直である。この回転中心は、通常、「等角点(isocenter)」と呼ばれる。Z軸は回転軸で画定され、XおよびY軸は平面投影場で画定され、その中にある。したがって、扇形ビームは、点源、つまり焦点と、X線ビームに曝される検出器アレイの検出器の受光表面との間に画定された空間の体積として規定される。検出器の線形アレイの受光表面の寸法は、Z軸方向で比較的小さいので、扇形ビームは、その方向で比較的薄い。各検出器は、その検出器に入射するX線の密度を表す出力信号を生成する。X線は、その通路にある全質量によって部分的に減衰されるので、各検出器が生成する出力信号は、X線源とその検出器との間にある投影場に配置された全質量の密度を表す。 The detector system can include a linear array of detectors arranged as a single row in the form of a circular arc whose center of curvature is at the focal point of the x-ray source, ie, a point within the x-ray source that emits x-rays. . The x-ray source emits from a focal point, passes through a planar projection field, and produces an x-ray fan-shaped beam that is received by the detector, ie, a fan beam. A CT scanner includes a coordinate system defined by X, Y, and Z axes that intersect at the center of rotation of the disk and are all perpendicular to each other as the disk rotates about the axis of rotation. This center of rotation is usually referred to as the “isocenter”. The Z axis is defined by the axis of rotation and the X and Y axes are defined by and within the planar projection field. Thus, a fan beam is defined as the volume of space defined between the point source, i.e. the focal point, and the light receiving surface of the detector of the detector array exposed to the x-ray beam. Since the dimension of the light receiving surface of the linear array of detectors is relatively small in the Z-axis direction, the fan beam is relatively thin in that direction. Each detector generates an output signal representative of the density of x-rays incident on that detector. Since the x-rays are partially attenuated by the total mass in the path, the output signal produced by each detector is the total mass located in the projection field located between the x-ray source and the detector. Represents density.
ディスクが回転するにつれ、検出器アレイは定期的にサンプリングされ、測定間隔ごとに検出器アレイの各検出器が、間隔の間に走査された対象の部分の密度を表す出力信号を生成する。任意の測定間隔で1列の検出器アレイにある全検出器が生成した出力信号を全て収集したものを、「投影」と呼び、投影像生成中のディスクの角度方向(および対応するX線源および検出器アレイの角度方向)を「投影角度」と呼ぶ。各投影角度で、「線」と呼ばれる焦点から各検出器へのX線の路は、点源から検出器の受光表面区域まで断面が増加し、したがって検出器区域の受光表面積が、線が通過する対象の任意の断面積より大きいので、密度測定値を拡大すると考えられる。 As the disk rotates, the detector array is periodically sampled and each detector of the detector array produces an output signal representing the density of the portion of interest scanned during the interval. A collection of all output signals generated by all detectors in a detector array in a row at an arbitrary measurement interval is called “projection” and is the angular direction of the disk (and the corresponding X-ray source) And the angular direction of the detector array) is called the “projection angle”. At each projection angle, the X-ray path from the focal point, called a “line”, to each detector increases in cross section from the point source to the light receiving surface area of the detector, so the light receiving surface area of the detector area passes through the line. Because it is larger than the arbitrary cross-sectional area of the object to be measured, it is considered that the density measurement value is expanded.
走査される対象の周囲でディスクが回転するにつれ、スキャナは複数の投影像を対応する複数の投影角度で生成する。周知のアルゴリズムを使用し、各投影角度で収集した全投影データから対象のCT画像を生成することができる。CT画像は、ディスクが種々の投影角度を通して回転する間に扇形ビームが通過した対象の2次元「スライス」の密度を表す。CT画像の解像度は、部分的に、扇形ビームの面にある各検出器の受光表面積の幅によって決定され、検出器の幅は、本明細書では、扇形ビームの幅と同じ方向で測定した寸法と規定され、検出器の長さは、本明細書では、扇形ビームに垂直で、スキャナの回転またはZ軸に平行な方向で測定した寸法と規定される。 As the disc rotates about the object being scanned, the scanner produces multiple projected images at corresponding multiple projection angles. A well-known algorithm can be used to generate a CT image of interest from all projection data collected at each projection angle. A CT image represents the density of a two-dimensional “slice” of an object through which the fan beam has passed while the disk is rotated through various projection angles. The resolution of the CT image is determined, in part, by the width of the light receiving surface area of each detector in the plane of the fan beam, the width of the detector being the dimension measured herein in the same direction as the width of the fan beam. The length of the detector is defined herein as the dimension measured in a direction perpendicular to the fan beam and parallel to the rotation of the scanner or the Z axis.
CT技術を使用する手荷物スキャナが提案されている。米国特許第5,182,764号(Peschmannその他)および第5,367,552号(Peschmannその他)(以下、第’764号および第’552号特許とする)に記載された1つのアプローチは、商業的に開発され、以下では「インビジョンマシン」と呼ぶ。インビジョンマシンは、第3世代タイプのCTスキャナを含み、これは環状形状の台またはディスクのそれぞれ対角線上反対側に固定されたX線源およびX線検出器システムを含む。ディスクは、ガントリサポート内に回転可能な状態で装着され、したがって操作時には、X線が源からディスクの開口内に配置された対象を通過して検出器システムに至る間、ディスクが回転軸を中心に回転し続ける Baggage scanners using CT technology have been proposed. One approach described in US Pat. Nos. 5,182,764 (Peschmann et al.) And 5,367,552 (Peschmann et al.) (Hereinafter referred to as the '764 and' 552 patents) is: Developed commercially, hereinafter referred to as “invision machine”. The invision machine includes a third generation type CT scanner, which includes an X-ray source and an X-ray detector system fixed diagonally opposite each of an annular shaped platform or disk. The disc is mounted in a rotatable manner in the gantry support, so that during operation, the disc is centered on the axis of rotation while X-rays pass from the source through the object located in the disc opening to the detector system. Continue to rotate
手荷物スキャナの1つの重要な設計基準は、スキャナが手荷物の品目を走査できる速度である。任意の主要な空港で実際に使用するには、手荷物スキャナは非常に高速で多数のバッグを走査できねばならない。インビジョンマシンの1つの問題は、第’764号および第’552号特許に記載されたタイプのCTスキャナが、ディスクを1回転させて1つのスライス状CT画像のデータを生成するのに、たとえば約0.6から約2.0秒など、比較的長い時間かかることである。さらに、各画像のバッグを通過するビームのスライスが薄いほど、画像の解像度が良好になる。CTスキャナは、厚さわずか数ミリメートルのオーダーのプラスチック製爆発物を検出するのに十分な解像度の画像を提供しなければならない。したがって、十分な解像度を提供するには、多くの回転が必要である。手荷物の高いスループット率を満たすため、インビジョンマシンなどの従来のCT手荷物スキャナは、バッグ毎に数枚のCT画像しか生成することができない。かなり速いスループットの場合に割り当てられた時間内では、バッグ全体を走査できないのは明らかである。手荷物品目毎に数枚のCT画像しか生成しないと、品目の大部分が走査されずに残り、したがってシート状の爆発物など、バッグ内の潜在的危険物全部を識別するのに十分な走査が提供されない。 One important design criterion for baggage scanners is the speed with which the scanner can scan items in the baggage. For practical use at any major airport, the baggage scanner must be able to scan a large number of bags at very high speeds. One problem with invision machines is that a CT scanner of the type described in the '764 and' 552 patents can generate data for one sliced CT image by rotating the disk one revolution, for example. It takes a relatively long time, such as about 0.6 to about 2.0 seconds. Further, the thinner the slice of the beam that passes through each image bag, the better the resolution of the image. CT scanners must provide images with sufficient resolution to detect plastic explosives on the order of only a few millimeters thick. Therefore, many rotations are required to provide sufficient resolution. In order to meet the high throughput rate of baggage, conventional CT baggage scanners such as invision machines can only generate a few CT images per bag. Clearly, the entire bag cannot be scanned within the allotted time for fairly fast throughput. If only a few CT images are generated for each baggage item, the majority of the item will remain unscanned, so there will be sufficient scan to identify all potential dangerous goods in the bag, such as sheet-like explosives. Not provided.
スループットを改良するため、インビジョンマシンは、予備スクリーニングプロセスを使用し、これは1つの角度からバッグ全体の2次元投影画像を生成する。これで、危険物を含む可能性があると特定された投影領域を、完全に走査するか、手作業で検査することができる。この予備スクリーニングおよび選択的領域走査のアプローチでは、バッグ全体を走査するのではなく、したがって潜在的危険物が検出されずに通過できる。これは、予備スクリーニングの投影を形成するのに使用する放射線の伝搬方向を横断するよう配向されたシート品目で、シートがバッグの面積の比較的大きい部分を覆う場合は特に当てはまる。 In order to improve throughput, the invision machine uses a preliminary screening process, which produces a two-dimensional projection image of the entire bag from one angle. The projection area identified as potentially containing dangerous objects can now be completely scanned or manually inspected. This pre-screening and selective area scanning approach does not scan the entire bag and therefore allows potential dangerous goods to pass through undetected. This is especially true when the sheet item is oriented to traverse the direction of propagation of the radiation used to form the preliminary screening projection and the sheet covers a relatively large portion of the bag area.
別の手荷物走査システムが、Eberhardその他の発明により「X−Ray Computed Tomography (CT) System for Detecting Thin Objects」と題された1996年5月2日発行の特許協力条約の国際特許出願、文書番号第WO 96/13017号に記載されている(以下、「Eberhardその他のシステム」と呼ぶ)。Eberhardその他のシステムでは、バッグ全体をCT走査にかけ、バッグのボクセル密度データを生成する。次に、連結コンポーネントラベリ貼付(CCL)プロセスをバッグ全体に適用して、物理的に相互に近く、所定の密度範囲内の密度を有するボクセルをグループ化することによって、対象を識別する。次に、各対象のボクセルをカウントして、各対象の体積を決定する。対象の体積が閾値を超える場合は、各対象ボクセルの体積にその密度をかけ、次に個々のボクセル質量を合計することにより、対象の質量を計算する。対象の質量が質量閾値を超える場合、対象は脅威と結論される。 Another baggage scanning system is an international patent application issued May 2, 1996 entitled "X-Ray Computed Tomography (CT) System for Detecting Thin Objects" by Eberhard et al. WO 96/13017 (hereinafter referred to as “Eberhard et al. System”). In the Eberhard et al. System, the entire bag is subjected to a CT scan to generate voxel density data for the bag. A connected component labeling (CCL) process is then applied to the entire bag to identify objects by grouping voxels physically close to each other and having a density within a predetermined density range. Next, the volume of each object is determined by counting the voxels of each object. If the volume of the object exceeds the threshold, the object mass is calculated by multiplying the volume of each object voxel by its density and then summing the individual voxel masses. If the subject's mass exceeds the mass threshold, the subject is concluded to be a threat.
Eberhardその他の発行物は、そのシステムが薄い対象を識別できると教示している。システムは、そのラベル貼付密度を低レベルに設定し、したがってボクセルを部分的に満たす縁から見た薄い物体を検出することができる。 Eberhard et al. Publications teach that the system can identify thin objects. The system can set its labeling density to a low level and thus detect thin objects seen from the edge that partially fills the voxel.
Eberhardその他のシステムの重大な欠点は、縁から見ず、バッグの大きい面積を覆うシート状爆発物などの薄い対象を見失うかもしれないことである。このように横方向に配向されたシート対象は、バッグで測定した密度をわずかしか上げず、背景と小さい密度コントラストしかない。CCL中に使用する密度閾値を、これらのシートを検出するのに十分なほど低く設定すると、シートと背景との間のコントラストが小さいので、バッグ全体が相互に接続されてラベルが貼り付けられ、認識可能な対象が識別されない。閾値をこれより高く設定すると、シート対象を見失う。 A significant drawback of the Eberhard et al. System is that it may lose sight of thin objects such as sheet explosives that do not see from the edges and cover a large area of the bag. Such laterally oriented sheet objects only slightly increase the density measured with the bag and have only a small density contrast with the background. If the density threshold used during CCL is set low enough to detect these sheets, the contrast between the sheets and the background is small, so the entire bag is connected to each other and labeled, Recognizable objects are not identified. If the threshold value is set higher than this, the sheet object is lost.
手荷物走査機器が取得した密度データを自動的に分析し、データが爆発物など何らかの輸出入禁止品の存在を示すか否かを決定すると有利である。この自動爆発物検出プロセスは、バッグ中の爆発物を見失う可能性が小さいよう、比較的高い検出率を有さなければならない。それと同時に、システムの誤アラーム率は、無害の品目での誤アラームを大幅に減少させるか、なくすため、比較的低くなければならない。大規模民間空港での手荷物スループットに関する実際的な考察により、高い誤アラーム率はシステムの性能速度を法外に低い率まで低下させることがある。また、例えば粉末、塊状、シート状など、異なる爆発物のタイプを識別でき、したがって検出された脅威をより正確に特徴づけることができるシステムを実現すると都合がよい。 It would be advantageous to automatically analyze the density data acquired by the baggage scanning device to determine whether the data indicates the presence of any import / export prohibited items such as explosives. This automatic explosive detection process must have a relatively high detection rate so that the likelihood of losing explosives in the bag is small. At the same time, the false alarm rate of the system must be relatively low to greatly reduce or eliminate false alarms on harmless items. Due to practical considerations on baggage throughput at large private airports, a high false alarm rate can reduce the performance speed of the system to a prohibitively low rate. It would also be advantageous to implement a system that can distinguish between different explosive types, such as powders, lumps, sheets, and so more accurately characterize detected threats.
[発明の概要]
本発明は、対象識別装置および方法、および本発明の対象識別装置および方法を使用するコンピュータ連動断層撮影(CT)手荷物走査システムおよび方法を指向する。本発明の対象識別装置および方法は、データの対象を検出する領域について、取得したCT密度データを分析する。領域は、手荷物または旅行用携行品の部片など、容器の内側の少なくとも一部を含むことができる。これで、検出された対象を、その物理的形状に従ってラベル貼付することができる。例えば、1つの実施形態では、対象に塊状物質またはシート状物質としてラベルを貼り付けることができる。1つの実施形態では対象を検出し、ラベルを貼り付けた後、識別する、つまり脅威的対象か非脅威的対象か分類する。
[Summary of Invention]
The present invention is directed to an object identification apparatus and method, and a computer linked tomography (CT) baggage scanning system and method using the object identification apparatus and method of the present invention. The object identification apparatus and method of the present invention analyzes acquired CT density data for a region where a data object is detected. The region can include at least a portion of the inside of the container, such as a piece of baggage or travel luggage. The detected object can now be labeled according to its physical shape. For example, in one embodiment, a label can be affixed to the object as a bulk material or sheet material. In one embodiment, the objects are detected and labeled and then identified, that is, classified as a threat or non-threat object.
1つの実施形態では、本発明は、薄いシート形対象を識別するシート検出プロセスを使用する。シート検出の一形態は、静止アプローチを適用して、密度データの各体積要素または「ボクセル」がシート対象に関連しているか決定する。この静止アプローチでは、各ボクセルは、その密度を隣接するボクセルの密度と比較することによって分析する。1つの実施形態では、隣接するボクセルの密度の平均および標準偏差を計算する。分析したボクセルの密度と隣接するボクセルの平均密度との差を、所定の閾値差と比較し、これを隣接するボクセルの密度の標準偏差と関連づけることができる。問題のボクセルの密度と平均密度との差が所定の閾値差を超える場合、問題のボクセルはシートなどの薄い対象に関連すると結論される。 In one embodiment, the present invention uses a sheet detection process that identifies thin sheet shaped objects. One form of sheet detection applies a static approach to determine whether each volume element or “voxel” of density data is associated with a sheet object. In this static approach, each voxel is analyzed by comparing its density with the density of neighboring voxels. In one embodiment, the average and standard deviation of the density of adjacent voxels is calculated. The difference between the density of the analyzed voxels and the average density of adjacent voxels can be compared with a predetermined threshold difference and correlated with the standard deviation of the density of adjacent voxels. If the difference between the density of the voxel in question and the average density exceeds a predetermined threshold difference, it is concluded that the voxel in question is associated with a thin object such as a sheet.
ボクセルは1回に1つ分析し、シート対象と関連するか否かに応じて個々にラベリングすることができる。次に、ラベリングしたボクセルのセットを分析し、関連するボクセルを対象にグループ化することができる。1つの実施形態では、標準の接続コンポーネントラベル貼付(CCL)アプローチを使用し、同様の密度の隣接するボクセルをグループ化し、シートにする。この標準CCLアプローチでは、シートボクセルとしてラベル貼付された各ボクセルを、隣接するシートのボクセルと比較し、その密度の差を決定する。密度の差が所定の密度差閾値を下回る場合は、2つの隣接するボクセルが同じ対象、つまりシートに属すると推定される。シートボクセルとしてラベル貼付された全ボクセルを組み合わせてシート対象とするまで、このプロセスを継続する。その結果、1つの領域またはバッグのデータ内で、1つまたは複数の対象が識別されることもある。 Voxels can be analyzed one at a time and individually labeled depending on whether they are associated with a sheet object. Next, the set of labeled voxels can be analyzed and related voxels can be grouped into subjects. In one embodiment, a standard connected component labeling (CCL) approach is used to group adjacent voxels of similar density into a sheet. In this standard CCL approach, each voxel labeled as a sheet voxel is compared to the voxel of an adjacent sheet to determine the density difference. If the density difference is below a predetermined density difference threshold, it is estimated that two adjacent voxels belong to the same object, i.e. a sheet. This process is continued until all voxels labeled as sheet voxels are combined into a sheet object. As a result, one or more objects may be identified within one region or bag data.
本発明の装置および方法は、検出されたシート対象などの対象を、脅威的対象または非脅威的対象であると分類することもできる。1つの実施形態では、これは、対象の質量を所定の閾値質量と比較して実行する。対象の質量が所定の質量閾値を上回る場合、対象は脅威的対象と結論される。バッグが脅威的対象を含むと識別された場合、さらに分析するためマークをつけることができる。バッグは、オペレータがさらに検査するために識別するか、バッグの内部全体の画像を密度データから生成することができる。 The apparatus and method of the present invention can also classify objects such as detected sheet objects as threat or non-threat objects. In one embodiment, this is done by comparing the mass of interest with a predetermined threshold mass. If the mass of the object exceeds a predetermined mass threshold, the object is concluded as a threat object. If the bag is identified as containing a threat object, it can be marked for further analysis. The bag can be identified for further inspection by the operator, or an image of the entire interior of the bag can be generated from the density data.
本発明は、旅行用携行品または手荷物などの部片の内部などの領域に関して取得したCT密度データにおいて、塊状爆発物など、塊状の対象の識別および分類も提供する。本発明の塊検出プロセスは、修正接続コンポーネントラベル貼付(CCL)プロセスを使用して、塊状対象を識別する。標準のCCLでは、差が所定の閾値未満の密度を有する隣接ボクセルは、同じ対象の部分としてラベルが貼り付けられる。各ボクセルを分析し、その隣と比較して、ボクセルを組み合わせ、対象にする。この一般的なCCLアプローチは、互いに近い、または互いに接触し、同様の密度を有する対象は、1つの対象へと組み合わされることがあるという欠点を有する。本発明の修正CCLアプローチは、これらの対象を個々のラベルを貼り付けた対象に分離する。 The present invention also provides identification and classification of massive objects, such as massive explosives, in CT density data acquired for areas such as the interior of a piece of travel luggage or baggage. The mass detection process of the present invention uses a modified connected component labeling (CCL) process to identify mass objects. In standard CCL, adjacent voxels whose density is less than a predetermined threshold are labeled as part of the same object. Each voxel is analyzed and compared to its neighbors, voxels are combined and targeted. This general CCL approach has the disadvantage that objects that are close to or in contact with each other and that have similar densities may be combined into one object. The modified CCL approach of the present invention separates these objects into individual labeled objects.
本発明のアプローチは、「形態学的」CCL法を適用する。各対象は最初に、その表面ボクセルを全て除去して「侵食」させる。これは、接続された対象を複数の個々の対象へと分離する傾向がある。次に、分離した対象に別個にラベルをつける。次に、識別し、ラベルを貼り付けた対象に表面のボクセルを加えて戻す「膨張」ステップを適用する。したがって、CCLに対するこの形態学的アプローチにより、互いに近接した対象を別個に識別し、ラベルを貼り付けることができる。これで、対象を別個に認識し、脅威的か非脅威的か分類することができる。 The approach of the present invention applies a “morphological” CCL method. Each subject first “erodes” by removing all of its surface voxels. This tends to separate the connected objects into a plurality of individual objects. Next, the separated objects are labeled separately. Next, an “expansion” step is applied that adds and returns surface voxels to the identified and labeled object. Thus, with this morphological approach to CCL, objects in close proximity to each other can be separately identified and labeled. Now we can recognize the objects separately and classify them as threatening or non-threatening.
他の画像データ処理状況で使用する標準的な侵食アプローチは、望ましくない結果をもたらすことがある。例えば、1つの標準的侵食プロセスは、表面のボクセルを、密度が所定の閾値を下回る少なくとも1つの隣接ボクセルを有するボクセルと識別する。これは、閾値を下回る隣接ボクセルの近傍にあると分類されたボクセルは全て、表面ボクセルであると推定してしまう。識別されたこれらの表面ボクセルは、次に対象から除去される。このアプローチの欠点は、対象の表面にはないボクセルが除去されてしまう状況があることである。例えば、円筒形、内部に軸方向の細い円筒形の穴がある棒形の対象など、内部に空隙領域がある対象は、空隙領域の外側の周囲にあるボクセルが除去される。望ましくない結果は、内部の空隙領域が侵食プロセスによって拡大されることである。 Standard erosion approaches used in other image data processing situations may produce undesirable results. For example, one standard erosion process identifies surface voxels as voxels having at least one adjacent voxel whose density is below a predetermined threshold. This assumes that all voxels classified as being in the vicinity of adjacent voxels below the threshold are surface voxels. These identified surface voxels are then removed from the object. The disadvantage of this approach is that there are situations where voxels that are not on the surface of the object are removed. For example, in the case of an object having a void area inside, such as a cylindrical object or a rod-shaped object having a thin cylindrical hole in the axial direction, voxels around the outside of the void area are removed. The undesirable result is that the internal void area is enlarged by the erosion process.
本発明の1つの態様では、侵食が、非表面ボクセルを除去する可能性が低下するような方法で実行される。本発明のこの態様では、ボクセルごとに複数の隣接ボクセルを識別する。1つの実施形態では、隣接ボクセルは問題のボクセルを囲む3次元補助区域または近隣を画定する。補助区域は、立方体形状でもよい。補助区域の各ボクセルを分析し、その密度が密度の1つまたは複数の所定範囲内にあるか決定する。問題のボクセルごとに、密度が所定の密度範囲に入る関連の補助区域のボクセル数を閾値と比較する。数が閾値より低い場合、問題のボクセルは対象の表面ボクセルであると結論され、ボクセルが対象から除去される。 In one aspect of the invention, erosion is performed in such a way that the likelihood of removing non-surface voxels is reduced. In this aspect of the invention, a plurality of adjacent voxels are identified for each voxel. In one embodiment, adjacent voxels define a three-dimensional auxiliary area or neighborhood surrounding the voxel in question. The auxiliary area may have a cubic shape. Each voxel in the auxiliary area is analyzed to determine if its density is within one or more predetermined ranges of density. For each voxel in question, the number of voxels in the associated auxiliary area whose density falls within a predetermined density range is compared to a threshold value. If the number is below the threshold, it is concluded that the voxel in question is the surface voxel of interest and the voxel is removed from the subject.
本発明の侵食プロセスの1つの実施形態では、所定の密度範囲は、問題のボクセルの密度に基づいて決定される。範囲は、問題のボクセルの密度を含む範囲になるよう選択される。この場合、次に分析で、同じ密度範囲にある補助区域内のボクセル数を決定する。その数が閾値を超えない場合、問題のボクセルは対象の表面にあると結論され、ボクセルが対象から除去される。 In one embodiment of the erosion process of the present invention, the predetermined density range is determined based on the density of the voxels in question. The range is selected to be a range that includes the density of the voxels in question. In this case, the analysis then determines the number of voxels in the auxiliary area that are in the same density range. If the number does not exceed the threshold, it is concluded that the voxel in question is on the surface of the object and the voxel is removed from the object.
本発明の侵食プロセスの1つの実施形態では、所定の密度範囲は、複数の範囲から選択され、各範囲は識別すべき脅威に基づいて画定される。この実施形態では、問題のボクセルの密度が、潜在的脅威物質を決定し、したがって選択される密度範囲を決定する。例えば、問題のボクセルの密度が、塊状爆発物の密度であることを示す場合、問題のボクセルを囲む補助領域の分析のために、塊状爆発物の密度範囲を選択する。範囲内にあり、したがって同じ塊状の爆発性対象の一部である補助領域のボクセル数が閾値を超えない場合、問題のボクセルは表面ボクセルと結論され、対象から除去される。本発明によるこの侵食アプローチは、対象の内部空隙が拡大される可能性を低下させ、外部の表面ボクセルのみを除去する可能性を高める。 In one embodiment of the erosion process of the present invention, the predetermined density range is selected from a plurality of ranges, each range being defined based on the threat to be identified. In this embodiment, the density of the voxels in question determines the potential threat material and thus the selected density range. For example, if the density of the voxel in question indicates that it is that of a massive explosive, the bulk explosive density range is selected for analysis of the auxiliary region surrounding the voxel in question. If the number of voxels in the auxiliary region that are within range and are therefore part of the same massive explosive object does not exceed the threshold, the voxel in question is concluded as a surface voxel and is removed from the object. This erosion approach according to the present invention reduces the possibility of the subject's internal voids being enlarged and increases the possibility of removing only external surface voxels.
本発明の別の態様では、形態学的CCLアプローチの膨張ステップを適用し、対象のサイズ、したがってその質量をより正確に測定する。このアプローチでは、ボクセルを侵食した対象の表面に加えて戻す時に、追加ボクセルと指定された密度は、塊状対象の平均侵食密度である。つまり、侵食した対象の全ボクセルの平均密度が計算される。その後の膨張の間、侵食した対象の表面に追加された各ボクセルは、平均侵食密度の密度を有すると想定される。このアプローチは、1つの表面ボクセル内に含まれる対象と背景の密度を平均化した表面ボクセルによって生じる部分的体積効果によって生じる対象の質量と密度の不正確さを大幅に減少させるか、解消する。 In another aspect of the invention, the expansion step of the morphological CCL approach is applied to more accurately measure the size of the object and hence its mass. In this approach, when the voxel is added back to the surface of the eroded object, the density designated as an additional voxel is the average erosion density of the bulk object. That is, the average density of all voxels of the eroded object is calculated. During subsequent expansion, each voxel added to the surface of the eroded object is assumed to have a density of average erosion density. This approach greatly reduces or eliminates object mass and density inaccuracies caused by partial volume effects caused by surface voxels that average the density of the object and background contained within one surface voxel.
本発明の別の態様では、塊状対象の検出に適用された形態学的CCLに似た形態学的アプローチを使用して、密度データでシート状対象を検出することができる。この形態学的シート検出アプローチでは、シート形の薄い対象をデータから削除するよう、データ中の全ての対象を所定の回数侵食させる。実行する侵食の回数は、データからシート状材料を削除するのに必要な侵食数に基づき、これはシートの厚さに関連する。各侵食は、表面ボクセルの1つの層を除去することができる。したがって、侵食数は、予想されるシートの厚さおよびボクセルのサイズに関連する。全侵食ステップを実行した後、データに残っているボクセルは、塊状の対象に関連すると想定される。次に、塊状対象を元のサイズに回復するため、膨張を実行することができる。これで、これらの対象に関連するデータを、さらなる処理から削除することができる。元のデータから塊状対象を除去し、次に分析してシート状対象にラベルをつける。残りのボクセルは、CCLプロセスと同様に1回に1つずつ分析し、ボクセルを組み合わせてシート対象にしてから、シート対象にラベルをつける。次に、シート対象を区別し、対象の質量を所定の質量閾値と比較するなどにより、脅威的か非脅威的か分類する。質量が閾値を上回るシートは、脅威と分類することができる。 In another aspect of the invention, sheet-like objects can be detected with density data using a morphological approach similar to the morphological CCL applied to the detection of massive objects. In this morphological sheet detection approach, all objects in the data are eroded a predetermined number of times so that thin sheet objects are removed from the data. The number of erosion performed is based on the number of erosion required to remove the sheet material from the data, which is related to the thickness of the sheet. Each erosion can remove one layer of surface voxels. Thus, the number of erosion is related to the expected sheet thickness and voxel size. After performing the full erosion step, the voxels remaining in the data are assumed to be associated with the massive object. Next, expansion can be performed to restore the massive object to its original size. The data associated with these objects can now be deleted from further processing. Remove the bulk object from the original data, then analyze and label the sheet object. The remaining voxels are analyzed one at a time, similar to the CCL process, and the voxels are combined into a sheet object, and then the sheet object is labeled. Next, the sheet object is distinguished and classified as threatening or non-threatening, for example, by comparing the mass of the object with a predetermined mass threshold. A sheet with a mass above a threshold can be classified as a threat.
侵食ステップと膨張ステップとの間に任意選択のCCLステップを実行し、侵食したデータで対象を識別することができる。次に、その後の膨張および減法ステップを、所定のサイズまたは質量を上回る対象でのみ実行してもよい。 An optional CCL step can be performed between the erosion step and the expansion step to identify objects with the eroded data. The subsequent expansion and subtraction steps may then be performed only on objects that exceed a predetermined size or mass.
したがって、本発明によると、少なくとも2つのシート検出プロセスを領域のデータに適用し、シート形対象に関連するボクセルを識別することができる。この2つのアプローチは、CFAR法および上述した形態学的侵食膨張法を含む。いずれのアプローチも、ボクセルに関連する2進データのセットを生成することができ、この2進データは各ボクセルをシートの一部かシートの一部ではないか規定することができる。シートのボクセルを識別した後、本発明の形態学的CCL、標準的CCL、または他の接続性法など、ボクセル接続アプローチを実行し、ボクセルを接続して対象にする。このアプローチでは、ボクセルを組み合わせて対象にする前に、データ中でシートを識別するので、対象接続プロセスはデータからシートを削除せず、検出を不可能にしない。接続アプローチを、シート検出法で生成した2進データに適用するか、2進データと密度データ、つまりシートのボクセルとして識別されたボクセルの密度データとの積に適用できることに留意されたい。 Thus, according to the present invention, at least two sheet detection processes can be applied to region data to identify voxels associated with sheet-shaped objects. The two approaches include the CFAR method and the morphological erosion expansion method described above. Either approach can generate a set of binary data associated with the voxels, which can define each voxel as part of a sheet or part of a sheet. After identifying the voxels of the sheet, a voxel connection approach, such as morphological CCL, standard CCL, or other connectivity method of the present invention, is performed to connect and target the voxels. This approach identifies the sheet in the data before combining the voxels into the object, so the target connection process does not remove the sheet from the data and does not make detection impossible. Note that the connection approach can be applied to binary data generated by the sheet detection method, or to the product of binary data and density data, i.e., density data of voxels identified as sheet voxels.
本発明の別の態様では、単独の脅威と見なすべき別個の対象を組み合わせるか、合併する。特定の脅威は、例えば束にするか、他の方法で相互に結合した複数の棒形の対象など、複数の対象を含む。これらの対象は、形態学的CCLプロセスの侵食ステップの間、互いから分離することができ、その結果、別個の対象と見なされ、それぞれが単独では質量閾値での方法で脅威と分類されない。しかし、これらの対象を組み合わせると脅威となり、そのように分類しなければならない。本発明の合併プロセスは、このような別個の対象を識別し、脅威と識別できるよう組み合わせる。 In another aspect of the invention, separate objects that should be considered as a single threat are combined or merged. A particular threat includes a plurality of targets, such as a plurality of rod-shaped targets that are bundled or otherwise coupled together. These objects can be separated from each other during the erosion step of the morphological CCL process, so that they are considered as separate objects, and each is not categorized as a threat alone in a mass threshold manner. However, combining these targets is a threat and must be classified as such. The merge process of the present invention combines such distinct objects to identify and identify them as threats.
1つの実施形態では、本発明の合併プロセスは、相互に近接し、同様の、または等しい密度を有する対象を識別し、これを組み合わせて1つの対象にする。1つの実施形態では、対象ごとに境界形成ボックスを計算する。対象を、同様の密度か比較する。対象密度の差が所定の閾値を下回り、一方または両方の対象の絶対密度が、複数の対象の脅威を規定する所定の密度範囲内である場合、境界形成ボックス間の距離を求める。境界形成ボックス間の距離が所定の閾値を下回り、対象が1つの対象と見なされるほど十分近傍にあると見なされる場合、対象を組み合わせて1つの対象にすべきであると結論される。個々の対象全部の総質量を計算し、脅威の質量閾値と比較する。総質量が閾値を上回る場合は、組み合わせた対象が脅威と結論される。 In one embodiment, the merge process of the present invention identifies objects that are close to each other and have similar or equal density and combine them into one object. In one embodiment, a bounding box is calculated for each object. Compare subjects for similar density. If the difference in object density is below a predetermined threshold and the absolute density of one or both objects is within a predetermined density range that defines the threats of multiple objects, the distance between the bounding boxes is determined. If the distance between bounding boxes is below a predetermined threshold and the object is considered sufficiently close to be considered a single object, it is concluded that the objects should be combined into a single object. Calculate the total mass of all individual objects and compare to the threat mass threshold. If the total mass is above the threshold, it is concluded that the combined target is a threat.
別の態様では、本発明は複数の小さいシート状対象を合併し、1つのシート状対象とすることができる。本発明によると、従来技術の部分的または2次元分析とは異なり、実際のバッグの3次元CT画像の分析は、金属の棒などの高密度の対象が大きいシートの画像を曖昧にしたり、妨害したりして、別個の個々のシートの複数の画像として表すことがあるという効果を識別している。その結果、1枚の大きいシート状対象を複数のこれより小さい対象と識別する可能性がある。複数の小さい対象は、十分に小さい、つまり質量が十分に小さいことがあり、したがって全て非脅威的品目と分類される。これは、対象を脅威と分類すべき場合に特に問題であり、システムが複数の別個の対象ではなく、1つの対象と認識すると、そのように分類してしまう。この問題を解決するため、本発明の1つの態様では、各シート状対象が面に関連づけられる。データ中で複数のシートが検出される場合、各シートの面を3次元空間で検査する。面が交差し、その交差箇所がシートに近い場合、個々のシートが実際にはこれより大きいシートの一部であると結論する。個々のシートの質量を組み合わせて1つの値にし、識別中に質量閾値と比較する。組み合わせたシートの質量が質量閾値を上回ると、シートが脅威であると結論する。 In another aspect, the present invention can merge multiple small sheet objects into a single sheet object. According to the present invention, unlike the prior art partial or two-dimensional analysis, the analysis of a three-dimensional CT image of an actual bag can obscure or obstruct the image of a large dense object such as a metal bar. In other words, the effect of being represented as multiple images of separate individual sheets is identified. As a result, one large sheet-like object may be identified as a plurality of smaller objects. Multiple small objects may be small enough, i.e., sufficiently small in mass, and therefore all classified as non-threat items. This is particularly a problem when an object should be classified as a threat, and will be classified as such if the system recognizes it as one object rather than multiple separate objects. In order to solve this problem, in one aspect of the present invention, each sheet-like object is associated with a surface. When multiple sheets are detected in the data, the surface of each sheet is inspected in a three-dimensional space. If the planes intersect and the intersection is close to the sheet, it is concluded that the individual sheet is actually part of a larger sheet. The masses of the individual sheets are combined into a single value and compared to the mass threshold during identification. When the combined sheet mass exceeds the mass threshold, it is concluded that the sheet is a threat.
上述したように、密度データで対象を識別した後、これを脅威と見なすべきか分類する。概して、質量識別を使用して対象を分類する。1つの実施形態では、各ボクセルの密度にその体積を掛け、次に個々のボクセル質量全体を合計することによって、識別した各対象の質量を計算する。次に、対象の総質量を質量閾値と比較する。対象の質量が閾値を上回る場合、これは脅威的対象と結論される。 As described above, after identifying an object with density data, it is classified whether it should be regarded as a threat. Generally, mass discrimination is used to classify objects. In one embodiment, the mass of each identified object is calculated by multiplying the density of each voxel by its volume and then summing the entire individual voxel mass. Next, the total mass of the object is compared to a mass threshold. If the mass of the object is above the threshold, it is concluded that it is a threat object.
本発明では、対象に使用する質量閾値は、対象のタイプに基づいて決定することができる。つまり、対象のタイプによって異なる質量閾値を使用する。例えば、シート状対象は1つの閾値と比較し、粉末状爆発物は異なる質量閾値と比較することができる。これは、異なる爆発物は、その質量に応じて異なる脅威を与えるからである。あるタイプの爆発物が大量にあっても、異なるタイプのこれより少ない量の爆発物ほど深刻な脅威とならないことがある。したがって、本発明では、質量閾値は、爆発物のタイプに基づいて選択することができる。1つの実施形態では、質量閾値の選択は、識別された対象の密度によって決定される。というのは、識別される対象のタイプに密接に関連するのは、密度だからである。つまり、あるタイプの爆発物の密度は、別のタイプの爆発物の密度と概して異なる。これらの個々の密度を使用して爆発物のタイプを識別し、したがって対象を脅威と分類する際に使用する質量閾値を決定する。本発明の密度に依存するこの質量閾値設定は、全ての対象に1つの質量閾値を使用する以前のシステムより、はるかに正確な脅威の分類を提供する。 In the present invention, the mass threshold used for an object can be determined based on the type of object. That is, different mass thresholds are used depending on the type of object. For example, a sheet-like object can be compared to one threshold and a powdered explosive can be compared to a different mass threshold. This is because different explosives pose different threats depending on their mass. A large amount of one type of explosive may not pose a more serious threat than a different type of less explosive. Thus, in the present invention, the mass threshold can be selected based on the type of explosive. In one embodiment, the selection of the mass threshold is determined by the density of the identified object. This is because density is closely related to the type of object being identified. That is, the density of one type of explosive is generally different from the density of another type of explosive. These individual densities are used to identify the type of explosive and thus determine the mass threshold to be used in classifying the subject as a threat. This mass threshold setting, which depends on the density of the present invention, provides a much more accurate threat classification than previous systems that used one mass threshold for all subjects.
本発明の別の態様では、対象の総質量の計算を強化し、システムの脅威分類精度を改良する。上述したように、本明細書で述べた本発明の修正CCLを使用し、対象の表面ボクセルを対象から侵食することができる。本発明によると、侵食ステップを実行し、対象の表面に位置する部分的体積ボクセルの効果を解消することができる。これらのボクセルは不正確さを招く。というのは、その密度値が、対象の境界で対象と背景との両方からの密度成分を含むからである。本発明のこの態様では、侵食を実行して表面のボクセルを除去する。次に、残りの対象ボクセルの平均侵食密度を計算する。平均侵食密度は、侵食ステップ後に対象に残っているボクセルの密度の平均である。次に、侵食した表面のボクセルを、平均侵食密度と等しい密度値を有するボクセルと置換する。次に、平均侵食密度値を有する表面のボクセルを使用して、対象の総質量を計算する。この補正対象総質量は、その後の質量識別中に対象のより正確な分類を提供する。 In another aspect of the invention, the calculation of the total mass of the object is enhanced and the threat classification accuracy of the system is improved. As described above, the modified CCL of the present invention described herein can be used to erode surface voxels of an object from the object. According to the present invention, an erosion step can be performed to eliminate the effect of partial volume voxels located on the surface of the object. These voxels introduce inaccuracies. This is because the density value includes density components from both the object and the background at the object boundary. In this aspect of the invention, erosion is performed to remove surface voxels. Next, the average erosion density of the remaining target voxels is calculated. The average erosion density is the average density of voxels remaining in the subject after the erosion step. The eroded surface voxels are then replaced with voxels having a density value equal to the average erosion density. Next, the total mass of the object is calculated using surface voxels with average erosion density values. This corrected total object mass provides a more accurate classification of the object during subsequent mass identification.
本発明の別の態様では、対象ボクセルの許容可能な密度範囲を慎重に調整することにより、CCLプロセス中に、相互に近接した複数の対象間の分離が改良される。1つの実施形態では、許容される密度は、複数の密度範囲内に規定され、その密度範囲は、問題の対象とボクセルを関連づけるために許容されない密度間におけるギャップを有する。つまり、ギャップにある密度を有するボクセルは拒絶され、密度範囲の1つにあるボクセルは、問題の対象に属するものとして許容される。許容される密度範囲は、既知の脅威的対象の密度に従って選択することができる。例えば、いくつかの異なるタイプの知られている爆発物それぞれについて、密度範囲を選択することができる。1つの実施形態では、密度範囲間のギャップは、典型的な表面のボクセルで予想される密度と一致するよう選択される。これらの表面のボクセルを拒絶することにより、これ以外では組み合わせられ、1つの対象としてラベル付けされるような隣接する複数の対象を分離し、個々の対象としてラベル付けすることができる。これは、別個の対象として、独立して分析し、それが呈する脅威レベルに従って分類することができる。したがって、複数の密度範囲を使用すると、より正確に分類することができる。 In another aspect of the invention, the separation between multiple objects in close proximity to each other is improved during the CCL process by carefully adjusting the acceptable density range of the object voxels. In one embodiment, the allowed density is defined within a plurality of density ranges, with the density range having gaps between densities that are not allowed to associate the subject matter with the voxel. That is, voxels with a density in the gap are rejected, and voxels in one of the density ranges are allowed as belonging to the subject in question. The allowed density range can be selected according to the density of known threat objects. For example, a density range can be selected for each of several different types of known explosives. In one embodiment, the gap between density ranges is selected to match the density expected for a typical surface voxel. By rejecting these surface voxels, adjacent objects that would otherwise be combined and labeled as one object can be separated and labeled as individual objects. This can be analyzed independently as a separate subject and classified according to the threat level it presents. Thus, more accurate classification can be achieved using multiple density ranges.
本発明のさらに別の態様では、液体物質が脅威を呈さず、非脅威的対象と分類されるような場合があるかもしれない。したがって、本発明の対象識別および分類システムは、脅威として削除できるよう、容器中の液体を認識し、識別することができる。これは、上述した本発明の質量および密度区別アプローチを越えて、検出した対象を区別する方法を提供する。 In yet another aspect of the invention, the liquid material may not pose a threat and may be classified as a non-threat object. Thus, the subject identification and classification system of the present invention can recognize and identify liquids in containers so that they can be deleted as a threat. This provides a way to distinguish detected objects beyond the mass and density discrimination approach of the present invention described above.
1つの実施形態では、本発明は、対象を囲む境界形成ボックスを最初に生成することにより、対象が包含された液体であるかどうか決定する。境界形成ボックスの表面それぞれに近いボクセルの数を計算する。次に、境界形成ボックスの水平表面を識別することにより、液体の上面を識別する。これで、表面ボクセルの総数に対する上面に近いボクセルの比率を計算することができる。上面ボクセルの分数が所定の閾値比率を超える場合、および上面より上のボクセルの密度が、上面より上に空気があることを示す場合、対象は包含された液体と結論される。1つの実施形態では、これで、対象が脅威ではないこと結論することができる。 In one embodiment, the present invention determines whether the object is a contained liquid by first generating a bounding box that surrounds the object. Calculate the number of voxels near each surface of the bounding box. Next, the top surface of the liquid is identified by identifying the horizontal surface of the bounding box. The ratio of voxels near the top surface to the total number of surface voxels can now be calculated. If the top voxel fraction exceeds a predetermined threshold ratio, and if the density of voxels above the top surface indicates that there is air above the top surface, the subject is concluded to be contained liquid. In one embodiment, this can conclude that the subject is not a threat.
別の実施形態では、本発明は統計学的アプローチを適用して、境界形成ボックス内の対象が包含された液体であるかどうか決定する。境界形成ボックスの頂部と底部との間の線に沿って、上面ボクセルのヒストグラムと底面ボクセルのヒストグラムを計算する。上面ヒストグラムのピークは、上面ボクセルの垂直位置を示し、底面ヒストグラムのピークは、底面ボクセルの垂直位置を示す。境界形成ボックス内の上面区域に対する上面ボクセルの数の比率が、閾値を上回り、底面ボクセルに対する上面ボクセルの数の比率が別の閾値を上回る場合、対象は包含された液体であると結論することができる。 In another embodiment, the present invention applies a statistical approach to determine if the object in the bounding box is an contained liquid. A histogram for the top and bottom voxels is calculated along the line between the top and bottom of the bounding box. The peak of the top histogram indicates the vertical position of the top surface voxel, and the peak of the bottom surface histogram indicates the vertical position of the bottom surface voxel. If the ratio of the number of top voxels to the top surface area in the bounding box exceeds a threshold and the ratio of the number of top voxels to the bottom voxel exceeds another threshold, then conclude that the subject is an contained liquid it can.
本発明のさらに別の態様では、全体的な検出プロセスがより効率的になるよう、複数の路または段階で検出を実行する。本発明の方法で識別できる各品目は、概して、検出ステップの一意のセットに関連する。典型的な検出アプローチでは、取得したCT密度データを全て、各検出アプローチに連続してかける。これは、非常に時間がかかることが理解される。また、1つの特定のアプローチにより対象を分析し、それが呈する脅威またはその対象タイプに応じて分類する場合は、他の残りの検出プロセスでデータのセットを再分析すると、非能率的になる。本発明では、多重路または多重段階検出アプローチを使用して、これらの非能率性を解消する。特定の品目の識別に使用する特定の検出ステップを別個に適用し、1つの実施形態では平行して適用する。1つの特定の検出路をデータのセットに適用し、データの一部を分類している、本発明のこの多重路方法の1つの特定の実施形態では、データの分類した部分を、さらなる処理から除去する。これで、既に分類したデータの不必要な再分析によって招かれる非能率性が解消される。 In yet another aspect of the invention, detection is performed in multiple paths or stages so that the overall detection process is more efficient. Each item that can be identified by the method of the present invention is generally associated with a unique set of detection steps. In a typical detection approach, all acquired CT density data is applied sequentially to each detection approach. This is understood to be very time consuming. Also, if an object is analyzed by one particular approach and classified according to the threat it presents or its object type, reanalyzing the set of data with the other remaining detection processes becomes inefficient. In the present invention, a multipath or multi-stage detection approach is used to eliminate these inefficiencies. The specific detection steps used to identify specific items are applied separately and in one embodiment are applied in parallel. In one particular embodiment of this multipath method of the present invention, where one particular detection path is applied to a set of data and a portion of the data is classified, the classified portion of the data is removed from further processing. Remove. This eliminates the inefficiency caused by unnecessary reanalysis of already classified data.
本発明は、全体的なシステムの検出率(検出の確率)および誤アラーム率を最適化することもできる。本発明のシステムで検出することができる各品目を、個々の検出率および誤アラーム率と関連づける。例えば、シート状爆発物の検出は、一意の検出確率および誤アラーム率を有する。また、個々の爆発物のタイプはそれぞれ、その一意の検出確率および誤アラーム率を有する。全体的なシステムの検出確率は、個々の検出率それぞれの累積であり、1つの実施形態では、個々の検出率の平均である。また、システムの全体的な誤アラーム率は、個々の誤アラーム率全部の累積であり、1つの実施形態では、これは個々の誤アラーム率の合計である。本発明では、全体的な検出率は、個々の検出率の1つまたは複数を調節することによって最適化することができる。また、全体的な誤アラーム率は、個々の誤アラーム率の1つまたは複数を調節することによって最適化することができる。したがって、全体的なシステム性能は、必要に応じて調節し、個々の検出率および/または誤アラーム率を調節することにより、所望の全体的な検出率および/または誤アラーム率を達成することができる。 The present invention can also optimize the overall system detection rate (detection probability) and false alarm rate. Each item that can be detected by the system of the present invention is associated with an individual detection rate and false alarm rate. For example, detection of sheet explosives has a unique detection probability and false alarm rate. Also, each individual explosive type has its own detection probability and false alarm rate. The overall system detection probability is the accumulation of each individual detection rate, and in one embodiment is the average of the individual detection rates. Also, the overall false alarm rate of the system is the accumulation of all individual false alarm rates, and in one embodiment this is the sum of the individual false alarm rates. In the present invention, the overall detection rate can be optimized by adjusting one or more of the individual detection rates. Also, the overall false alarm rate can be optimized by adjusting one or more of the individual false alarm rates. Thus, overall system performance can be adjusted as needed, and individual detection rates and / or false alarm rates can be adjusted to achieve a desired overall detection rate and / or false alarm rate. it can.
1つまたは複数の個々の検出率を、指定された全体的検出率より下げられることが可能である。システムは、全体的な率を指定された限界内に維持しながら、1つまたは複数の個々の検出率をさらに低いレベルに調節するという、融通性を提供することができる。1つの検出率を低下させると、関連する誤アラーム率も低下させることができる。したがって、全体的なシステムの検出率を指定の制限内に維持しながら、全体的なシステムの誤アラーム率を下げることができる。また、個々のおよび/または全体的なシステムの誤アラーム率を所望のレベルに調節しながら、全体的な検出率を特定の値に維持することができる。 One or more individual detection rates can be lowered below a specified overall detection rate. The system can provide the flexibility to adjust one or more individual detection rates to lower levels while maintaining the overall rate within specified limits. Decreasing one detection rate can also reduce the associated false alarm rate. Thus, the overall system false alarm rate can be reduced while maintaining the overall system detection rate within specified limits. Also, the overall detection rate can be maintained at a particular value while adjusting the individual and / or overall system false alarm rate to a desired level.
本発明は、前述した利点に加え、前述した先行するシステムに対して実質上の利点を提供する。例えば、本発明のシステムは、バッグの完全なCT走査を提供し、したがってバッグの完全な3次元画像データを分析することができる。その結果、システムは、方向およびサイズに関係なく、バッグ中の薄いシートなどの対象を検出することができる。インビジョンマシンでは、2次元の予備スクリーニングで疑わしいと識別された領域のみ、3次元走査にかける。また、本発明の1つの実施形態では、薄いシート状対象に属するボクセルを最初に識別するまで、ボクセルが接続されず、複数の対象として識別される。これによって、Eberhardその他のシステムなどのシステムで見られるシートの識別の問題が解消する。 In addition to the advantages described above, the present invention provides substantial advantages over the preceding systems described above. For example, the system of the present invention provides a complete CT scan of the bag and can therefore analyze the complete 3D image data of the bag. As a result, the system can detect objects such as thin sheets in a bag, regardless of direction and size. In the invision machine, only a region identified as suspicious in the two-dimensional preliminary screening is subjected to a three-dimensional scan. Also, in one embodiment of the present invention, voxels are not connected and are identified as multiple objects until a voxel belonging to a thin sheet object is first identified. This eliminates sheet identification problems found in systems such as Eberhard et al.
本発明の上記およびその他の目的、特徴および利点は、添付図面で図示される、本発明の好ましい実施形態に関する以下のさらに詳細な記述から明白になる。図面では、同様の参照文字は様々な図を通じて同じ部品を指す。図面は同じ縮尺であるとは限らず、本発明の原理の図示が強調されている。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description of the preferred embodiments of the present invention, illustrated in the accompanying drawings. In the drawings, like reference characters refer to the same parts throughout the different views. The drawings are not necessarily to scale, emphasizing the principles of the invention.
〔本発明の好ましい実施形態の詳細な説明〕
本発明は、ある領域のCTデータで対象を検出、識別および/または分類する装置および方法を提供する。領域は、民間航空機へ搬送されるか、検査される手荷物または旅行用携行品の部片の内部を含むことができる。したがって、本発明は、CT手荷物走査システムで実現することができる。本発明により識別される対象は、空港または機内で人に脅威を与えることが知られている対象である。この対象は、爆発性の対象および物質を含むことができる。
Detailed Description of Preferred Embodiments of the Invention
The present invention provides an apparatus and method for detecting, identifying and / or classifying objects in a region of CT data. The region can include the interior of a piece of baggage or travel baggage that is transported to or inspected to a commercial aircraft. Thus, the present invention can be implemented with a CT baggage scanning system. Objects identified by the present invention are those that are known to pose a threat to people at the airport or on board. This object can include explosive objects and materials.
本発明により検出できる爆発性対象物および物質は、種々の形状および材料であり得ることに留意されたい。爆発物は、商業的に製造されたか、軍事品、または即席で製造、つまり自家製であることもある。例えば、爆発性対象物は、シート状、1本の円筒形容器または他のこのような形状、複数の円筒形または他の棒形、および他の塊状の形状など、種々の形状であるが、これらに限定されない。このような形状で形成された、またはその形状に含まれる種々のタイプの爆発物質を、本発明により検出することができる。 Note that the explosive objects and materials that can be detected by the present invention can be of various shapes and materials. Explosives may be commercially produced, military, or improvised, ie homemade. For example, explosive objects may be in various shapes, such as sheets, single cylindrical containers or other such shapes, multiple cylindrical or other rod shapes, and other massive shapes, It is not limited to these. Various types of explosive substances formed in or included in such a shape can be detected by the present invention.
以下の記述を通して、密度閾値、質量閾値、密度依存の質量閾値、および差の閾値などの多くの閾値、さらにプロセスのパラメータを使用して、本発明の種々の方法を実行することが分かる。これらの閾値およびパラメータは、多くの実際の脅威的および非脅威的対象について、実際の3次元CT密度データなど、CTデータの包括的分析に基づいて決定される。この分析は、模擬焼鈍しや一般的アルゴリズムなど、統計学的方法を使用したデータの統計学的分析を含む。本発明によると、この分析により、例えば以下で述べるように、誤アラームおよび/または検出率の設定/最適化、爆発物のタイプの区別など、満たすべき特定の目的に基づき、閾値および/またはパラメータを選択することができる。 Throughout the following description, it can be seen that the various methods of the present invention are implemented using many threshold values, such as density threshold, mass threshold, density dependent mass threshold, and difference threshold, as well as process parameters. These thresholds and parameters are determined based on a comprehensive analysis of CT data, such as actual 3D CT density data, for many actual threatening and non-threatening objects. This analysis includes statistical analysis of the data using statistical methods such as simulated annealing and general algorithms. In accordance with the present invention, this analysis allows thresholds and / or parameters based on the specific purpose to be met, eg, false alarm and / or detection rate setting / optimization, distinction of explosive types, as described below. Can be selected.
図1、図2および図3は、本発明により構築される手荷物走査システム100のそれぞれ斜視図、端断面図および半径方向断面図を含み、これは本発明による対象の検出、識別および分類を提供する。手荷物走査システム100は、手荷物の部片を含むことができる領域のCTデータを生成する。システムは、CTデータを使用して、領域の画像体積エレメント、つまり「ボクセル」を生成することができる。手荷物走査システムは、上述し、参照により組み込まれる共願の米国特許出願第08/831,558号、第08/948,930号、第08/948,937号、第08/948,928号、第08/948,491号、第08/948,929号、第08/948,697号、第08/948,492号、第08/949,127号、第08/948,450号、第08/948,692号、第08/948,493号、第08/948,698号に記載されたタイプでよい。
1, 2 and 3 include a perspective view, an end cross-sectional view and a radial cross-sectional view, respectively, of a
システム100は、CT走査システム120の中心口を通って矢印114で示す方向に手荷物または旅行用携行品112を連続的に搬送するコンベヤシステム110を含む。コンベヤシステムは、手荷物を支持するモータ被動ベルトを含む。コンベヤシステム110は、複数の個々のコンベヤ区間122を含むよう図示されているが、他の形態のコンベヤシステムを使用してもよい。
CT走査システム120は、好ましくは手荷物112の移動方向114に平行である回転軸127(図3に図示)を中心に回転するため、ガントリサポート125内に配置された環状形状の回転台またはディスク124を含む。ディスク124は、ベルト116とモータ駆動システム118などの任意の適切な駆動機構、または1995年12月5日にGilbert McKennaに対して発行され、本出願の譲渡人に譲渡されて、参照により全体として本明細書に組み込まれる「X−ray Tomographic Scanning System」と題した米国特許第5,473,657号(弁理士整理番号第ANA−30CON号)に記載されているような他の適切な駆動機構によって、回転軸127を中心に駆動される。回転台124は、コンベヤシステム110が手荷物112を移送するのに通る中心口126を画定する。
The
システム120は、台124の対角線上反対側に配置されたX線管128と検出器アレイ130とを含む。検出器アレイ130は、1997年10月10日に出願され「Area Detector Array for Computed Tomography Scanning System」と題した共願の米国特許出願第08/948,450号(弁理士整理番号第ANA−137号)に記載されたアレイなど、2次元アレイでよい。システム120は、さらに、検出器アレイ130が生成したCTデータ信号を受信し、処理するデータ収集システム(DAS)134、およびX線管128に電力を供給し、その動作を制御するX線制御システム136を含む。システム120には、データ収集システム134の出力を処理し、システム120の操作および制御のために必要な信号を生成するコンピュータ処理システムも設けることが好ましい。コンピュータシステムは、生成された画像などの情報を表示するモニタを含むこともできる。X線管制御システム136は、本特許出願と同じ譲渡人に譲渡され、参照により全体として本明細書に組み込まれる「Improved Dual Energy Power Supply」と題した共願の米国特許出願第08/671,202号(弁理士整理番号第ANA−094号)で記載されている二重エネルギーX線管制御システムなどの、二重エネルギーX線管制御システムでよい。X線CT画像をエネルギー選択的に再構築する二重エネルギーX線技術は、物質の密度を示すのに加えて物質の原子番号を示すのに特に有用であるが、本発明はこのタイプの制御システムに制限されないものとする。対象識別および分類システム、および本発明の方法に関する本明細書の詳細な説明は、単一エネルギーのデータに関連して詳細を説明していることが分かる。記述は多重エネルギー技術に適用可能であることが理解される。システム120は、遮蔽材138も含み、これは、例えば放射線がガントリ125より先まで伝搬するのを防止するため、鉛から製造してもよい。
The
1つの実施形態では、X線管128はX線のピラミッド形のビーム132を生成し、これは往々にして「錐状ビーム」と呼ばれて、手荷物112が運搬システム110によって移送される3次元撮像場を通過する。錐状ビーム132は、撮像場に配置された手荷物を通過した後、検出器アレイ130に受光され、これは手荷物112の露光部分の密度を表す信号を生成する。したがって、ビームは空間の走査体積を画定する。台124はその回転軸127の周囲で回転し、これにより、手荷物が運搬システム110によって中心口126を通って連続的に移送されるにつれ、複数の投影を対応する複数の投影角度で生成するよう、X線源128および検出器アレイ130を手荷物112の周囲の円形軌道で移送する。
In one embodiment, the
よく知られた方法では、検出器アレイ130からの信号は、最初にデータ収集システム134で収集し、その後、CT走査信号処理技術を使用して、コンピュータ化された処理システムで処理することができる。処理されたデータは、モニタ上に表示したり、以下で詳細に述べるような処理システムでさらに分析して、疑わしい物質の存在を決定したりすることができる。例えば、CTデータを分析し、データが爆発物の密度(および二重エネルギーシステムを使用している場合は分子重量)を有する物質の存在を示唆するか、決定することができる。このようなデータが存在する場合、例えば可聴アラームを鳴らすか視覚的アラームでモニタの画面に表示を提供したり、さらに検査するため、コンベヤから疑わしいバックを除去する自動排出装置(図示せず)を設けたり、あるいは疑わしいバッグを検査および/または除去できるようコンベヤを停止したりして、このような物質の検出をオペレータまたはシステムのモニタに示すため、適切な手段を設けることができる。
In a well-known manner, signals from
上述したように、検出器アレイ130は、XおよびY軸の両方向、さらにZ軸方向で走査データを提供することができる2次元検出器アレイでよい。各測定間隔で、複数の検出器アレイ130の列が、対応する複数の投影からデータを生成し、同時に手荷物112の容積測定領域を走査する。検出器列の寸法および数は、スキャナの所望の解像度およびスループットの関数として選択することが好ましく、これは回転台124の回転速度および運搬システム110の速度の関数である。これらのパラメータは、台124が完全に1回転するのに必要な時間で、台が1回転する間に検出器アレイ130が走査する容積測定領域が、台の次の回転中に検出器アレイ130が走査する容積測定領域と隣接し、重複しない(または部分的に重複する)よう、運搬システム110が手荷物112を十分前進させるよう選択することが好ましい。
As described above, the
運搬システム110は、台124が通過する手荷物品目の周囲で連続的に一定の回転速度で回転する間、好ましくは一定速度で、CT走査システム120を通して手荷物品目112を連続的に移送する。この方法で、システム120は手荷物品目全体の螺旋形の容積測定CT走査を実行する。手荷物走査アセンブリ100は、手荷物がシステムを通過するにつれ、アレイ130が提供するデータの少なくとも一部および螺旋状再構築アルゴリズムを使用して、手荷物品目全体の容積測定CT表示を生成することが好ましい。1つの実施形態では、システム100は、1997年4月10日に出願され「Nutating Slice CT Image Reconstruction Apparatus and Method」と題し、共通の譲渡人で参照により本明細書に組み込まれる共願の米国特許出願第08/831,558号(弁理士整理番号第ANA−118号)に記載されているように、データで章動スライス再構築(NSR)を実行する。したがって、システム100は、予備スクリーニング装置を必要とせずに、手荷物品目の選択された部分のCT走査のみ提供するのではなく、各バッグの完全なCT走査を提供する。システム100は、2次元検出器アレイ130によってシステム100が、台124の回転ごとに各手荷物品目の比較的大きい部分を同時に走査できるので、迅速な走査も提供する。
The transport system 110 continuously transports the
図4は、本発明の手荷物走査システム100の1つの実施形態の機械的/電気的ブロック図を含む。スキャナ100の機械的ガントリは、2つの主要構成要素、つまりディスク124および枠(図示せず)を含む。ディスク24は回転要素で、X線アセンブリ、検出器アセンブリ130、データ収集システム(DAS)134、高圧電源およびモニタ/制御アセンブリの一部、電源アセンブリおよびデータリンクアセンブリを担持する。枠は、手荷物取扱いコンベヤシステム110を含むシステム100全体を支持する。ディスク124は、二重角度接点玉軸受カートリッジを介して枠に機械的に接続される。ディスク124は、DCサーボモータ505で駆動できるベルトによって一定速度で回転することができる。ガントリは、ディスクおよび枠アセンブリ上にX線遮蔽材も含む。
FIG. 4 includes a mechanical / electrical block diagram of one embodiment of the
1つの実施形態では、手荷物コンベヤシステム110は、指定のスループット要件を満たすため、一定速度で駆動される1本のベルトを含む。ベルトは、高トルク、低速のアセンブリで駆動し、変化する負荷状態で一定速度を提供することができる。コンベヤベッドのX線中の部分には、低減衰カーボングラファイトエポキシ材料を使用することができる。コンベヤの全長は、平均的長さのバッグ3個に対応するよう設計する。キャビネット型X線システムの適切な安全要件を満たすため、コンベヤの周囲にトンネルを使用する。 In one embodiment, the baggage conveyor system 110 includes a single belt driven at a constant speed to meet specified throughput requirements. The belt can be driven by a high torque, low speed assembly to provide a constant speed under varying load conditions. Low attenuation carbon graphite epoxy material can be used in the X-ray part of the conveyor bed. The overall length of the conveyor is designed to accommodate three bags of average length. Use tunnels around the conveyor to meet the appropriate safety requirements of the cabinet-type X-ray system.
1つの実施形態では、208ボルト、3相、30アンペアの入力電力が、システム全体に電力を供給できる主電源として働く。この入力電力は、システムが設置された空港によって提供することができる。電力は、枠から、ディスク124に装着された金属リングと連続的に接触する一連の枠ブラシを通して伝達される。ディスク124上の低圧電源501は、DAS134、X線冷却システムおよび種々のモニタ/制御コンピュータおよび電子機器に電力を提供する。枠上の低圧電源は、再構築コンピュータおよび種々のモニタ/制御電子機器に電力を提供する。コンベヤモータ503、ガントリモータ505、高圧電源およびX線冷却剤ポンプは全て、主電源から直接電力を供給することができる。
In one embodiment, 208 volt, three phase, 30 amp input power serves as the main power source capable of supplying power to the entire system. This input power can be provided by the airport where the system is installed. Power is transferred from the frame through a series of frame brushes that are in continuous contact with a metal ring attached to the
高圧電源は、X線管128に電力を提供する。電源は陰極/陽極間に二重電圧を提供することができる。駆動波形は任意の望ましい形状でよく、好ましくは正弦波の形状である。この電源は、X線フィラメント電力も提供することができる。電源電流は、両方の電圧でほぼ一定に維持することができる。
The high voltage power supply provides power to the
二重エネルギーのX線が手荷物に衝突し、X線の一部が通過して検出器アセンブリ130に衝突する。検出器アセンブリ130は、X線から可視光子へ、さらに電流へとアナログ変換を実行する。DAS134は検出器電流をサンプリングし、増幅した電圧を16ビットのアナログディジタル変換器のセットへと多重送信し、ディジタル出力をコンピュータ化した処理システム515に多重通信することができ、処理システムは、以下で述べるように本発明にしたがってCTデータを生成して、データを処理し、手荷物112の部片内の対象を検出、識別および分類する。1つの実施形態では、DAS134からのディジタルデータは、非接触シリアルデータリンク511を介して処理システム515に転送される。DAS134は、ディスク124の角度位置によってトリガすることができる。
Dual energy x-rays strike the baggage and some of the x-rays pass through and strike the
非接触リンク511および513は、高速ディジタルDASデータを処理システム515へ、低速モニタ/制御信号をディスクと枠の制御コンピュータ間で転送することができる。データリンク511は、RF送信器および受信器をベースにしてよい。
1つの実施形態では、処理システム515の画像再構築部分は、DAS134からのディジタル線積分を、高エネルギーと低エネルギーとの両方で、バッグスライスの2次元画像のセットに変換する。CT再構築は、上記の参照により組み込まれる共願の米国特許出願第08/831,558号に記載されている章動スライス再構築方法などの螺旋錐形ビーム分解を介して実行することができる。再構築器は、組み込んだソフトウェア、高速DASポート、アレイプロセッサ、DSPベースのコンボルバ、ASICベースの背面映写機、画像メモリ、UART制御ポート、および画像データのSCSI出力ポートを含むことができる。アレイプロセッサは、データ補正および補間を実行することができる。再構築器は、自己ホスト化し、フレームコンピュータとのUARTインタフェースで受信した手荷物情報に基づき、画像にタグをつけることができる。
In one embodiment, the image reconstruction portion of processing system 515 converts the digital line integral from
処理システム515は、PC系の組込み式制御システムを含むことができる。サブシステムは全て、重要な健全性および状況の情報を監視することができる。このシステムは、両方の動作システムを制御し、手荷物情報を感知して、温度や湿度などの環境を制御し、ディスク124の角度位置を感知して、DASおよびHVPSをトリガすることもできる。このシステムは、工学的診断および制御のためにビデオおよびキーボードのインタフェースを有することもできる。また、現場サービスのために制御盤を含むことができる。
The processing system 515 can include a PC-based embedded control system. All subsystems can monitor important health and status information. The system can also control both operating systems, sense baggage information, control environments such as temperature and humidity, sense the angular position of the
大部分のタイプの爆発物は、その形状および/または成分材料に基づき、幾つかのカテゴリーにグループ化することができる。例えば、カテゴリーは、形状に基づき、シート状、棒状、塊状および他のカテゴリーを含むことができる。材料の特定のタイプは、下位タイプにさらに分割することができ、これも円筒形などの容器に基づく。これらのカテゴリーは、形状、サイズ、質量または密度など、様々な典型的特徴を有する。概して、上述した以前のアプローチなど、1つの検出アプローチではこれらの爆発物のタイプ全部を効率的に検出することができない。1つの実施形態では、本発明は複数の別個の検出路を含み、これはタイプごとに別個の路を含むことができる。例えば、方法は、シート状爆発物路、および本明細書で「塊状」と呼ぶ残りの爆発物の路を含むことができる。 Most types of explosives can be grouped into several categories based on their shape and / or constituent materials. For example, categories can be based on shape, including sheet, bar, chunk, and other categories. Certain types of materials can be further divided into subtypes, which are also based on containers such as cylinders. These categories have a variety of typical characteristics such as shape, size, mass or density. In general, one detection approach, such as the previous approach described above, cannot efficiently detect all of these explosive types. In one embodiment, the present invention includes multiple separate detection paths, which can include separate paths for each type. For example, the method can include a sheet explosive path, and a remaining explosive path, referred to herein as a “bulk”.
本発明の対象検出方法および装置の1つの実施形態では、プロセスは最初に、データの部分的な区別を実行し、シート形の対象を識別する。次に、あるCCL形式など接続ステップを実行して対象を接続する。それからさらに区別を実行し、潜在的脅威に従って識別された対象を分類する。これは、最初に接続を、次に区別を実行して、その結果、薄いシート形対象を見失うEberhardその他のシステムなど、先行のシステムとは対照的である。 In one embodiment of the object detection method and apparatus of the present invention, the process first performs partial differentiation of the data to identify sheet-shaped objects. Next, a connection step such as a CCL format is executed to connect the objects. Then further differentiation is performed to classify the identified objects according to the potential threat. This is in contrast to previous systems, such as Eberhard et al., Which first performs a connection and then performs a distinction, thereby losing a thin sheet object.
本発明の1つの態様による方法の基本的ステップは、シート状爆発物の検出、塊状爆発物の検出、および区別を含む。1つの実施形態では、シートの検出と塊の検出は、2本の平行な路に沿って別個に実行することができる。1つの実施形態では、シート状爆発物の検出は、一定誤アラーム率法(CFAR)として知られるプロセスに基づき、本発明により修正され、体積要素またはボクセルがシート状爆発物に属するか統計学的に決定する。シート状ボクセルは、以下で詳細に説明する本発明による形態学的シート検出アプローチで識別することもできる。1つの実施形態では、次に、CFARまたは本発明の形態学的シート検出でシートボクセルと識別されたボクセルを接続し、標準的な接続コンポーネントラベル貼付(CCL)プロセスを使用してラベルを貼り付ける。別の実施形態では、本明細書で述べる本発明の形態学的CCLを使用して、ボクセルを接続し、ラベルを貼り付ける。ラベルを貼り付けた対象は、次にその質量によって区別できる。対象の質量が所定の閾値より大きい場合、対象はシート状爆発物と宣言される。 The basic steps of the method according to one aspect of the invention include sheet explosive detection, bulk explosive detection, and differentiation. In one embodiment, sheet detection and mass detection can be performed separately along two parallel paths. In one embodiment, the detection of sheet explosives is based on a process known as constant false alarm rate method (CFAR) and is modified by the present invention to statistically determine whether a volume element or voxel belongs to a sheet explosive. To decide. Sheet voxels can also be identified with the morphological sheet detection approach according to the present invention described in detail below. In one embodiment, the voxels identified as sheet voxels in CFAR or morphological sheet detection of the present invention are then connected and labeled using a standard connected component labeling (CCL) process. . In another embodiment, the morphological CCL of the invention described herein is used to connect and label the voxels. The labeled object can then be distinguished by its mass. If the mass of the object is greater than a predetermined threshold, the object is declared a sheet explosive.
本発明の1つの実施形態では、塊状爆発物の検出は、形態学的走査(侵食および膨張)を含んで対象が互いに成長するのを防止する修正接続コンポーネントラベル貼付(CCL)プロセスを使用する。1つの実施形態では、複数のシートが別個の分析路で検出されるので、侵食および膨張ステップに保持する必要がない。塊の検出は、例えば1つの対象と見なすべき個々の棒形対象など、間隔のつまった脅威的対象の制御下の対象合併も伴うことができる。区別は、検出された対象の密度および質量に基づく。1つの実施形態では、区別の質量閾値は密度に依存する。幾つかの理由から、密度が比較的低い対象は、高めの質量閾値に割り当てることができる。例えば、データは、特定の量の損傷を生じるのに必要な低密度爆発物の量は、高密度爆発物の量より多いことを示す。したがって、密度が低いと、アラーム状態をトリガするには、より大量の、つまり大きい質量の物質が必要である。また、低密度では誤アラーム率が高くなることがある。したがって、質量閾値を高くすると、低密度での誤アラームの数を減少させることができる。 In one embodiment of the invention, the detection of massive explosives uses a modified connected component labeling (CCL) process that includes morphological scanning (erosion and expansion) to prevent objects from growing together. In one embodiment, multiple sheets are detected in separate analysis paths and therefore do not need to be held in erosion and expansion steps. Mass detection can also involve object merging under the control of spaced and threatening objects, for example, individual bar objects to be considered as one object. The distinction is based on the density and mass of the detected object. In one embodiment, the mass threshold for discrimination depends on density. For several reasons, relatively low density objects can be assigned a higher mass threshold. For example, the data indicates that the amount of low density explosives required to produce a particular amount of damage is greater than the amount of high density explosives. Thus, at lower densities, a greater amount of material is required to trigger an alarm condition. In addition, the false alarm rate may be high at low density. Therefore, increasing the mass threshold can reduce the number of false alarms at low density.
図5は、本発明の対象識別方法の1つの実施形態の論理フローを示す最高レベルの流れ図を含む。1つの実施形態では、第1ステップ301で、再構築したCT画像データを受信し、分析して、問題の領域(ROI)または領域の境界形成ボックスを画定する。このプロセスは、バッグの外側のボクセルを削除し、したがってデータセットのサイズを大幅に減少させる。次に、方法は、シート状対象検出路および塊状対象検出路を含む平行な路に沿って進行することができる。
FIG. 5 includes a top level flow diagram illustrating the logic flow of one embodiment of the subject identification method of the present invention. In one embodiment, in a
シート検出路に沿って、シート形の対象がシート検出ステップ302で検出される。区別ステップ306では、検出した対象を分析し、脅威か否か判別する。1つの実施形態では、これは対象の質量を質量閾値と比較して実行する。区別ステップ306は、バッグのラベル画像データを生成し、これは各シート状対象に属するボクセルにマークを付け、各シート状対象の物理的特性(好ましくは密度および質量)とバッグ内のその位置を識別する。各ボクセルのラベル画像データは、識別した対象に従ってボクセルを識別するか、ボクセルを背景と識別する数字も含む。
A sheet-shaped object is detected in the
塊検出路に沿って、塊タイプの対象を塊検出ステップ304で検出する。次に、区別ステップ308で、検出した塊状対象を分析し、脅威か否か判別する。区別ステップ308は、バッグのラベル画像データを生成し、これは各塊状対象に属するボクセルにマークを付け、各塊状対象の物理的特性(好ましくは密度および質量)とバッグ内のその位置を識別する。
In the
方法の決定データ融合ステップ310は、シートおよび塊検出ステップで生成されたラベル画像データを取得し、検出された爆発物に対応する1つのラベル画像を計算する。図5に関連して説明する方法は、識別すべき対象のタイプの数に従って、3つ以上の別個の検出路を含むことができることが理解される。
The decision
本明細書を通して、「3次元画像」という用途およびC(i,j,k)という記号は、1組のCTスライス画像を表すのに使用される。各CTスライスのサイズは、I列×J行である。C(i,j,k)の記号Iは、列の指標を表し、0からI−1まで及ぶ。同様に、記号jは行の指標を表し、0からJ−1まで及ぶ。セットにはこれらのスライスがK個ある。記号kは、これらのスライスの1つを表し、0からK−1まで及ぶ。関数C(i,j,k)は、このセット中の特定のCT密度を指す、または表すのに使用し、k番目のスライスのi番目の列およびj番目の行にあるCT密度値であることを意味する。CT密度は、空気の密度に対応する0(ハウンズフィールド単位)および水の密度に対応する1000(ハウンズフィールド単位)を有するプラスの整数で表すが、所望に応じて他の整数値を使用することができる。 Throughout this specification, the term “three-dimensional image” and the symbol C (i, j, k) are used to represent a set of CT slice images. The size of each CT slice is I columns × J rows. The symbol I in C (i, j, k) represents a column index and ranges from 0 to I-1. Similarly, the symbol j represents the row index and ranges from 0 to J-1. There are K of these slices in the set. The symbol k represents one of these slices and ranges from 0 to K-1. The function C (i, j, k) is used to refer to or represent a particular CT density in this set and is the CT density value in the i th column and j th row of the k th slice. Means that. CT density is expressed as a positive integer having 0 (Hounsfield units) corresponding to the density of air and 1000 (Hounsfield units) corresponding to the density of water, but other integer values may be used as desired. Can do.
関数C(i,j,k)は、幅がI個の画素、高さがJ個の画素、深さがK個の画素の3次元画像と見なすことができる。3次元画像の各エレメントがボクセルである。(i,j,k)三重項で示される特定のボクセルの値C(i,j,k)は、そのボクセルを占有する物質のCT密度である。 The function C (i, j, k) can be regarded as a three-dimensional image having a width of I pixels, a height of J pixels, and a depth of K pixels. Each element of the three-dimensional image is a voxel. The value C (i, j, k) of a specific voxel indicated by the (i, j, k) triplet is the CT density of the material occupying that voxel.
ボクセルのサイズは、CT機器の解像度によって決定される。1つの実施形態では、スキャナは幅(x)が3.5mm、高さ(y)が3.5mm、深さ(z)が3.33mmの名目ボクセルサイズを有し、これは比較的小さいボクセルであり、したがってEberhardその他のシステムと比較するとより高い解像度を生成するが、名目サイズは幾つかの設計要素に応じて変更することができる。この情報およびCT密度を使用し、3次元画像の各ボクセルの質量を計算することが可能である。 The size of the voxel is determined by the resolution of the CT instrument. In one embodiment, the scanner has a nominal voxel size with a width (x) of 3.5 mm, a height (y) of 3.5 mm, and a depth (z) of 3.33 mm, which is a relatively small voxel. Thus producing a higher resolution compared to Eberhard et al. Systems, but the nominal size can be varied depending on several design factors. Using this information and CT density, it is possible to calculate the mass of each voxel in the three-dimensional image.
CT密度は、物質の物理的密度にほぼ対応する。1000のCT密度は、所与のボクセルの質量をグラム単位で求めるため、水の密度(つまり1g/cc)に対応するようになっているので、そのボクセルのCT密度値を1000で割り、ボクセルの体積(0.35×0.35×0.333cc)を掛ける。本明細書で述べる方法は、(定数co)としてこの換算を使用して、バッグの質量、およびバッグ内で識別された各対象の質量を計算する。 The CT density roughly corresponds to the physical density of the material. A CT density of 1000 corresponds to the density of water (ie 1 g / cc) to determine the mass of a given voxel in grams, so the CT density value for that voxel is divided by 1000 and voxel Multiplied by the volume (0.35 × 0.35 × 0.333 cc). The method described herein uses this conversion as (constant c o ) to calculate the mass of the bag and the mass of each object identified in the bag.
以上で列挙し、図5で示した本発明の方法の主要ステップについて、次に詳細に説明する。図6は、本発明の問題領域計算301の1つの実施形態の論理フローの流れ図を示す。問題計算の領域の目標は、バッグの外側にある画像の部分を削除することであり、したがってプロセスの他の部分が分析するデータが少なくなり、プロセスが高速化して、メモリの要件が少なくなる。1つの実施形態では、問題の範囲にあるCT密度値を有する全ボクセルを含む長方形のサブセットを、元の画像から抽出する。
The main steps of the method of the present invention listed above and shown in FIG. 5 will now be described in detail. FIG. 6 shows a logic flow flow diagram of one embodiment of the
問題領域計算の入力はC(i,j,k)を含み、これはバッグの3次元CT画像である。出力は問題のバッグ領域のCT画像を表すCroi(i,j,k)と、問題のボックスの領域の座標である(xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax)とを含む。計算に使用するパラメータはtoであり、これはバッグに対する空気の閾値である。方法301は、まずバッグの3次元画像を表すデータC(i,j,k)および空気閾値toの値を受信する。次に、ステップ312で、空気を表すデータを含むと識別されたボクセルを識別し、ステップ314で、このボクセルの全部ではないまでも、大部分を除外するよう、問題の領域の座標を計算する。ステップ312および314は、問題の領域を画定するよう、以下のように進行する。
The problem area calculation input includes C (i, j, k), which is a three-dimensional CT image of the bag. The output is C roi (i, j, k) representing the CT image of the bag region in question and the coordinates of the region of the box in question (x min , x max , y min , y max , z min , z max ) Including. The parameter used for the calculation is t o , which is the air threshold for the bag.
xmin=任意のj,kで少なくとも1つのC(i,j,k)≧toとなるようなIの最小値
xmax=任意のj,kで少なくとも1つのC(i,j,k)≧toとなるようなIの最大値
ymin=任意のI,kで少なくとも1つのC(i,j,k)≧toとなるようなjの最小値
ymax=任意のI,kで少なくとも1つのC(i,j,k)≧toとなるようなjの最大値
zmin=任意のI,jで少なくとも1つのC(i,j,k)≧toとなるようなkの最小値
zmax=任意のI,jで少なくとも1つのC(i,j,k)≧toとなるようなkの最大値
次に、バッグを含む問題の領域の画像をCroi(i,j,k)=C(I+xmin,j+Ymin,k+Zmin)で計算し、ここで
0≦I≦xmax−xmin
0≦j≦ymax−ymin
0≦k≦zmax−zmin
x min = minimum value of I such that at least one C (i, j, k) ≧ t o at any j, k x max = at least one C (i, j, k at any j, k ) I maximum value such that ≧ t o y min = minimum value of j such that at least one C (i, j, k) ≧ t o at any I, k y max = any I, at least one C in k (i, j, k) ≧ t maximum value of o become such j z min = any I, at least one C at j (i, j, k) so as to be ≧ t o The minimum value of k z max = the maximum value of k such that at least one C (i, j, k) ≧ t o at any I, j Next, the image of the problem area including the bag is represented by C roi (I, j, k) = C (I + x min , j + Y min , k + Z min ) where 0 ≦ I ≦ x max −x min
0 ≦ j ≦ y max −y min
0 ≦ k ≦ z max −z min
図7は、本発明によるシート検出方法の1つの実施形態の論理フローを示す流れ図である。シート状爆発物は、1次元(高さ、幅または深さ)が他の2次元よりはるかに薄いことを特徴とする。この次元は、シート状爆発物の厚さと呼ばれる。本明細書で述べる1つのシート状爆発物検出法は、シートの厚さに合わせて調整することができ、一定誤アラーム率(CFAR)法を使用する。CFARの2次元的アプローチが、例えばKreitenその他の「Discriminating Targets from Clutter」(Lincoln Lab Journal,Vol.6,No.1,1993)、Novakその他の「Effects of Polarization and Resolution on the Performance of a SAR Automatic Target Recognition System」(Lincoln Lab Journal,Vol.6,No.1,1993)、およびFrosgateその他の「Multiscale Segmentation and Anomaly Enhancement of SAR Imagery」(IEEE Trans.on Imag.Proc.,Vol.6,No.1,1997)に記載され、これは全て参照により本明細書に組み込まれる。本発明の3次元CFARアプローチでは、以下で詳細に述べるように、CFARシートボクセル分析ステップ318を、問題領域のCT画像データで実行し、どのボクセルがシート状対象に関連するか識別する。次に、接続コンポーネントラベル貼付(CCL)法をステップ320でシートボクセルに適用し、これを個々の対象内で接続することができる。ステップ306では、質量の区別などにより対象を分類する。
FIG. 7 is a flow diagram illustrating the logic flow of one embodiment of the sheet detection method according to the present invention. Sheet explosives are characterized by one dimension (height, width or depth) that is much thinner than the other two dimensions. This dimension is called sheet explosive thickness. One sheet explosive detection method described herein can be tailored to sheet thickness and uses a constant false alarm rate (CFAR) method. CFAR's two-dimensional approach is described, for example, by Kreiten et al., "Discriminating Targets from Clutter" (Lincoln Lab Journal, Vol. 6, No. 1, 1993), Novak et al. “Target Recognition System” (Lincoln Lab Journal, Vol. 6, No. 1, 1993), and Frosgate et al. “Multiscale Segmentation and Anomaly Enhancement of SAR Imager”. ans.on Imag.Proc., Vol. 6, No. 1, 1997), all of which are incorporated herein by reference. In the three-dimensional CFAR approach of the present invention, as described in detail below, a CFAR sheet
本発明のCFAR法では、バッグ中の各ボクセルを検査して、シート状爆発物の一部か否か判別する。シート状爆発物の一部であるには、ボクセルは、特定のCT密度値の範囲内にある密度値を有し、背景から統計学的に離れていなければならない。1つの実施形態では、背景は、本発明の好ましいCFAR法の概略図である図8Aおよび図8Bに示すように、試験ボクセルの周囲で中心を合わせたシート厚さに匹敵するサイズの立方体の表面にあるボクセルと定義される。図8Aは、シート状対象317を含むCTデータボクセルに適用される試験ボクセル319を含む背景の立方体321を2次元で示す。試験ボクセルの周囲の背景ボクセルの平均および標準偏差を計算する。試験ボクセルの値を、背景の平均および標準偏差と比較する。背景までの試験ボクセルの統計学的距離が所定の閾値より大きい場合、試験ボクセルはシート状爆発物に属すると言われる。
In the CFAR method of the present invention, each voxel in the bag is inspected to determine whether it is a part of a sheet-like explosive. To be part of a sheet explosive, a voxel must have a density value that is within a certain CT density value range and be statistically away from the background. In one embodiment, the background is a cube surface sized comparable to the sheet thickness centered around the test voxel, as shown in FIGS. 8A and 8B, which are schematic views of the preferred CFAR method of the present invention. Defined as a voxel in FIG. 8A shows in two dimensions a background cube 321 containing
1つの代替実施形態では、平均および標準偏差の計算に、立方体の表面にあるボクセルの全部は使用しない。処理時間を節約するため、表面のボクセルをサンプリングし、サンプリングしたボクセルのみを平均および標準偏差の計算に使用することができる。1つの実施形態では、1つおきのボクセルしかサンプリングせず、その結果、平均および標準偏差の生成に必要な処理時間の反部が節約される。 In one alternative embodiment, not all of the voxels on the surface of the cube are used to calculate the mean and standard deviation. To save processing time, the surface voxels can be sampled and only the sampled voxels can be used in the mean and standard deviation calculations. In one embodiment, only every other voxel is sampled, resulting in the savings in processing time required to generate the mean and standard deviation.
別の代替実施形態では、3つの直交デカルト平面x−y、x−z、y−zで3つの別個の2次元CFAR計算を実行することができる。背景のボクセルの平均および標準偏差を平面ごとに計算し、背景を、個々の平面の正方形の周辺にあるボクセルと定義する。次に、各平面の統計学的距離を計算し、所定の閾値と比較する。座標面によって閾値が異なることがある。閾値を上回る平面の数を使用し、ボクセルがシートのボクセルか否か判別する。例えば、1つまたは複数の閾値を超えた場合、ボクセルはシートのボクセルと結論することができる。別の実施形態では、2つ以上の閾値を超えた場合、ボクセルはシートのボクセルとラベルを付ける。 In another alternative embodiment, three separate two-dimensional CFAR calculations can be performed on three orthogonal Cartesian planes xy, xz, yz. The average and standard deviation of the background voxels is calculated for each plane, and the background is defined as the voxels around the squares of the individual planes. Next, the statistical distance of each plane is calculated and compared to a predetermined threshold. The threshold value may differ depending on the coordinate plane. The number of planes above the threshold is used to determine whether the voxel is a sheet voxel. For example, if one or more thresholds are exceeded, the voxel can be concluded as a voxel of the sheet. In another embodiment, a voxel labels a voxel on a sheet if more than one threshold is exceeded.
本発明のCFAR法の全ての場合に、下限閾値に加えて、またはその代わりに上限閾値を使用することができる。こうすると、背景と非常に大きい対照を示すシート形の対象が削除される。このようなシートの一例は、バッグの外面である。 In all cases of the CFAR method of the present invention, an upper threshold can be used in addition to or instead of the lower threshold. This removes the sheet-shaped object that shows a very large contrast with the background. An example of such a sheet is the outer surface of the bag.
図8Bに示すように、塊状対象325の場合、背景のボクセルは対象自体のより大きい部分を覆う。したがって、背景が、試験対象内として選択された試験ボクセルに統計上近づく。したがって、CFAR距離は、薄いシート状対象では大きく、厚い塊状対象では小さくなる。この特性を使用して、バッグ内のシート状対象に属するボクセル全部を検出し、塊状対象に属するボクセル全部を削除する。 As shown in FIG. 8B, in the case of a massive object 325, the background voxels cover a larger portion of the object itself. Thus, the background is statistically closer to the test voxel selected as being within the test object. Thus, the CFAR distance is large for thin sheet objects and small for thick block objects. Using this property, all voxels belonging to the sheet-like object in the bag are detected and all voxels belonging to the massive object are deleted.
本発明によると、3次元CFAR法をCTデータに適用し、シート状対象を検出する。本発明の3次元CFARを開発する際に、標的ボクセルと背景ボクセルの間にある空隙領域のサイズの選択を考慮した。上述した文献に記載されたプロセスのように、標準的な従来技術の2次元CFARプロセスは、標的のどの部分も含まない区域から背景サンプルを取得する必要がある。シート状対象を検出する本発明の用途では、シートの場合、標的対象の1次元しか分からず、次元の方向は分からない。したがって、従来技術のCFARアプローチを適用すると、従来技術のCFARプロセスで必要なように、背景のサンプリングが困難になる。本発明の実現には、標的対象の一部を背景としてもサンプリングする。本発明では、背景サンプルに標的サンプルの一部を含めると、背景サンプルの平均および標準偏差が変化する。しかし、この変化は、CFARサンプリング領域の標的適用範囲が異なると異なる。これは、本発明がシート状対象と塊状対象とを識別するのに役立つ。シートの適用範囲と塊の適用範囲とのこの違いを、図8Aおよび図8Bに示す。 According to the present invention, a three-dimensional CFAR method is applied to CT data to detect a sheet-like object. In developing the three-dimensional CFAR of the present invention, the selection of the size of the void area between the target and background voxels was considered. Like the processes described in the above-mentioned literature, standard prior art two-dimensional CFAR processes need to obtain background samples from areas that do not contain any part of the target. In the use of the present invention for detecting a sheet-like object, in the case of a sheet, only one dimension of the target object is known, and the direction of the dimension is unknown. Therefore, applying the prior art CFAR approach makes it difficult to sample the background, as is necessary with prior art CFAR processes. In order to realize the present invention, a part of the target object is also sampled as a background. In the present invention, the inclusion of a portion of the target sample in the background sample changes the mean and standard deviation of the background sample. However, this change is different for different target coverages of the CFAR sampling area. This is useful for the present invention to distinguish between sheet-like objects and massive objects. This difference between sheet coverage and lump coverage is shown in FIGS. 8A and 8B.
どのボクセルをシートと見なすか決定した後、CCL分析320をシート状ボクセルで実行し、ボクセルを組み合わせてシート状対象にする。このようにして獲得した各接続コンポーネントの質量を、所定の質量閾値と比較して、シート状爆発物の存在を決定する。
After determining which voxels to consider as sheets,
したがって、本発明は、3次元に拡張されたCFARアプローチを使用し、文献に記載された2次元技術を大幅に修正し、改良している。本発明では、修正CFARをプロセスの1ステップとして使用し、脅威を識別する。本発明の修正CFARは、最初に、シート状対象の一部か否かにしたがって、個々のボクセルを分類する。次に、本発明のプロセスは、ボクセルを組み合わせて対象にするCCLなどの追加のステップと、対象が脅威を与えるか否か判別する区別ステップとを継続する。これに対して、先行の2次元CFARアプローチは、独立した検出アルゴリズムとして使用され、その出力は、対象の画素の2次元CFAR分析に基づく対象の最終的分類で構成された。 Thus, the present invention uses the CFAR approach extended to three dimensions and significantly modifies and improves the two-dimensional techniques described in the literature. In the present invention, the modified CFAR is used as a step in the process to identify threats. The modified CFAR of the present invention first classifies individual voxels according to whether they are part of a sheet-like object. The process of the present invention then continues with an additional step, such as CCL, that combines voxels to target and a distinction step to determine whether the target poses a threat. In contrast, the previous two-dimensional CFAR approach was used as an independent detection algorithm, and its output consisted of the final classification of the object based on a two-dimensional CFAR analysis of the pixel of interest.
上述したように、シート状爆発物検出法の目的は、シート状対象を検出することである。別個のシート状爆発物検出ステップを使用して、塊検出プロセス中に実行する侵食のような形態学的ステップの間に、データからシートが不注意で除去されるという問題を解決する。シート検出法の入力は、問題の領域(サイズIroi×Jroi×Kroi)の3次元画像であるCroi(i,j,k)を含む。シート状爆発物検出の出力は、以下を含む。
Ls(i,j,k) シート状爆発物のラベル画像(Croiと同サイズ)
Nx’ 検出されたシート状爆発物の数
ρn’ 各検出対象の密度
Mn’ 各検出対象の質量
(xn min,xn max,yn min,yn max,zn min,zn max) 各検出対象の境界形成ボックス
As described above, the purpose of the sheet-like explosive detection method is to detect a sheet-like object. A separate sheet explosive detection step is used to solve the problem of inadvertent removal of sheets from the data during morphological steps such as erosion performed during the mass detection process. The input of the sheet detection method includes C roi (i, j, k), which is a three-dimensional image of the region in question (size I roi × J roi × K roi ). The output of sheet explosive detection includes:
L s (i, j, k) Sheet explosive label image (same size as Croi )
N x ′ Number of detected sheet explosives ρ n ′ Density of each detection target M n ′ Mass of each detection target (x n min , x n max , y n min , y n max , z n min , z n max ) Boundary formation box for each detection target
本発明のこの態様および他の態様に関連して使用する境界形成ボックスは、境界となる対象を含む最小の長方形領域と定義される。シート検出のパラメータは、以下の通りである。
(ρN min,ρN max) シートの問題のCT密度範囲
g ボクセル中の試験画素の周囲にあるCFAR立方体のサイズ
tl CFAR決定閾値
Δs CCL閾値
cs CCLの接続性のタイプ(「面」、「縁」または「頂点」の任意の組合せ)
ms シート状爆発物検出の質量閾値
co CT密度から質量への変換係数
1つの実施形態では、シート状爆発物検出法のステップは、以下を含む。
The bounding box used in connection with this and other aspects of the invention is defined as the smallest rectangular area that contains the object to be bounded. The parameters for sheet detection are as follows.
(Ρ N min , ρ N max ) CT density range of the sheet problem g Size of the CFAR cube around the test pixel in the voxel t l CFAR decision threshold Δ s CCL threshold c s CCL connectivity type (“plane ”,“ Edge ”or“ vertex ”)
Mass Threshold for Detection of M s Sheet Explosives c o CT Density to Mass Conversion Factor In one embodiment, the steps of the sheet explosive detection method include:
1.ROIの3次元画像Croi(i,j,k)から開始する。 1. Start with a ROI 3D image C roi (i, j, k).
2.各側で、ゼロなど、何らかの予め設定した背景値を有するg層のボクセル値で埋めて、以下の埋込み画像を生成する。
P(i,j,k) サイズ(Iroi+2g)×(Jroi+2g)×(Kroi+2g)
P (i, j, k) Size (I roi +2 g) × (J roi +2 g) × (K roi +2 g)
3.埋込み画像をラスタ走査し、ρN minとρN maxの間のCT密度で、ボクセル{vo=(io,jo,ko),vl=(il,jl,kl),...vn...}を求める。速記表記のvnは、ボクセル0≦n<(Iroi+2g)(Jroi+2g)(Kroi+2g)を指すのに使用する。
3. Raster scan the embedded image, with a CT density between ρ N min and ρ N max , voxels { vo = ( io , jo , ko ), vl = ( il , jl , kl ) ,. . . v n . . . }. The shorthand notation v n is used to indicate
4.各ボクセルvn=(i,j,k)で、CFAR立方体Snの表面は、vnを中心とする(2g+1)×(2g+1)×(2g+1)の表面ボクセルvnl=(I’,j’,k’)と定義される。
5.各vnを中心とするCFAR立方体の表面Snで、平均μnを計算する。
6.同じ表面で標準偏差σnを計算する。
7.μnおよびσnで与えられた背景までのボクセルvnの距離dを計算する。
8.入力画像Croi(i,j,k)と同じサイズ(ゼロが埋め込まれていない)で、距離dnが閾値tlを上回るボクセルのみで構成されたCFAR画像CFAR(i,j,k)を生成する。
9.CCLパラメータ、Δsおよびcsを使用し、CFAR画像CFAR(i,j,k)で接続コンポーネントラベル貼付(CCL)を実行し、ラベル画像Ls(i,j,k)および境界形成ボックス(xn min,xn max,yn min,yn max,zn min,zn max)を生成する。
10.各対象l=1,...Nsについて、CCLの間に質量Mlを計算する。
11.質量Mlが所与の質量閾値msを下回る対象を全て削除する。
12.連続的なプラスの整数ラベルを使用して残りの対象の番号を付け替え、ラベル画像を更新する。残りの対象の数と等しいNsを設定する。 12 Renumber the remaining objects using consecutive positive integer labels and update the label image. Set Ns equal to the number of remaining objects.
シート検出方法に関して、ステップ5では標準偏差σnの代わりに平方偏差σ2 nを使用できることに留意されたい。これにより、実施の実行速度を上げることができる。また、立方体以外の形状を使用して、CFAR表面を画定することができる。また、本発明の方法の塊路によって、厚いシート状爆発物を検出することができる。したがって、1つの実施形態では、検出されるシートの厚さを、塊検出で検出できる最も厚いシートよりわずかに厚く設定することができる。 Regarding the sheet detection method, it should be noted that square deviation σ 2 n can be used in step 5 instead of standard deviation σ n . As a result, the execution speed can be increased. Also, shapes other than cubes can be used to define the CFAR surface. Moreover, a thick sheet-like explosive can be detected by the lump of the method of the present invention. Thus, in one embodiment, the thickness of the detected sheet can be set slightly thicker than the thickest sheet that can be detected by mass detection.
本発明の別の態様では、塊対象検出に適用される形態学的CCLと同様の形態学的アプローチを使用して、密度データでシート状対象を検出することができる。この形態学的シート検出アプローチでは、データ中の全対象を所定の回数だけ侵食し、したがって薄いシート形状の対象が全てデータから削除される。実行する侵食の数は、データからシート状対象を削除するのに必要な侵食数に基づき、これはシートの厚さに関連する。各侵食で、1層の表面ボクセルを除去することができる。したがって、侵食数は、予想されるシートの厚さおよびボクセルのサイズに関連する。全ての侵食ステップを実行した後、データに残っている対象は塊状対象と推定される。次に、これらの対象に関連したデータを、さらなる処理から削除する。元のデータから塊状対象を削除したものを分析し、シート状対象とラベルを貼る。残りのボクセルを、CCLプロセスなどで1回に1つずつ分析し、ボクセルを組み合わせてシート状対象にし、次にシート状対象とラベルを貼る。次に、シート状対象で区別を実行し、対象の質量を所定の質量閾値と比較するなどして、これを脅威または非脅威と分類する。閾値を上回る質量のシートは、脅威と分類することができる。 In another aspect of the invention, sheet-like objects can be detected with density data using a morphological approach similar to morphological CCL applied to mass object detection. In this morphological sheet detection approach, all objects in the data are eroded a predetermined number of times, so all thin sheet-shaped objects are deleted from the data. The number of erosion performed is based on the number of erosion required to remove the sheet-like object from the data, which is related to the thickness of the sheet. With each erosion, a layer of surface voxels can be removed. Thus, the number of erosion is related to the expected sheet thickness and voxel size. After performing all the erosion steps, the object remaining in the data is estimated as a massive object. The data associated with these objects is then deleted from further processing. Analyze the original data with the bulk object removed and label the sheet object. The remaining voxels are analyzed one at a time, such as with a CCL process, and the voxels are combined into a sheet-like object, and then a sheet-like object and a label are attached. Next, a distinction is performed on the sheet-like object, which is classified as a threat or non-threat, such as by comparing the object's mass with a predetermined mass threshold. A sheet with a mass above the threshold can be classified as a threat.
高域フィルタリングなどの他のシート検出アプローチを本発明の種々の態様で使用し、シートを検出できることに留意されたい。また、例えばCCLなどの接続プロセスを、シート検出で生成された2進データまたは2進データと関連するボクセル密度データとの積に適用することができる。 Note that other sheet detection approaches, such as high pass filtering, can be used in various aspects of the invention to detect sheets. Also, for example, a connection process such as CCL can be applied to the binary data generated by sheet detection or the product of binary data and associated voxel density data.
本発明の塊状対象検出プロセスは、問題の密度範囲にあるボクセルのクラスタでバッグの画像を探索し、これを塊状対象とラベルを貼ることができ、質量に依存する密度閾値を使用して、対象が脅威か判別することができる。 The bulk object detection process of the present invention can search for a bag image in a cluster of voxels in the density range of interest, label it as a bulk object, and use a mass-dependent density threshold to target Can be identified as a threat.
1つの実施形態では、塊検出プロセスはCCL法を使用して、3次元バッグ画像で対象を識別する。CCL使用の際の主な問題の1つは、複合物の対象、つまりシステムの有限の解像度のためにバッグ画像で1つの対象へと成長する近接した2つ以上の物理的対象であり、部分的体積効果を生じる。この問題を解決するため、本発明の1つの実施形態では、CCLを適用する前に画像を前処理し、複合物の対象を分割する。この前処理は、以下で詳細に述べるように、侵食オペレータを使用して実行することができ、これは対象からボクセルの表面層を効果的に除去し、CCLが複数の対象をともに成長させるのを防止する。対象のサイズに与える侵食の効果のバランスをとるため、侵食した画像をCCLで複数の対象に区分化した後、以下で詳細に述べるような膨張操作を適用する。この操作は、対象が別個の複数の対象であると決定された後、表面のボクセルを加えて対象に戻す。 In one embodiment, the mass detection process uses the CCL method to identify objects in a three-dimensional bag image. One of the main problems when using CCL is a composite object, ie two or more physical objects in close proximity that grow into one object in a bag image due to the finite resolution of the system. Creates a volume effect. To solve this problem, in one embodiment of the present invention, the image is preprocessed before applying the CCL to segment the composite object. This pre-treatment can be performed using an erosion operator, as will be described in detail below, which effectively removes the voxel surface layer from the object and allows the CCL to grow multiple objects together. To prevent. In order to balance the effect of erosion on the size of the object, the eroded image is segmented into multiple objects by CCL, and then an expansion operation as described in detail below is applied. This operation adds the surface voxels back to the object after it is determined that the object is a separate object.
本発明の1つの態様によると、塊検出法は範囲に入る密度値を有する問題の塊状物質のタイプごとに1つずつ、1つまたは複数の別個の密度範囲を使用する。1つの実施形態では、塊検出に使用する2つの別個の密度範囲がある。密度範囲は、識別しようとする対象にしたがい選択する。1つの特定の実施形態では、範囲のうち一方が第1の特定タイプの爆発物(本明細書では「タイプA」と呼ぶ)を扱い、他方の1つが、タイプAを除く全ての固体塊状爆発物を含む。この2つの密度範囲の爆発物タイプおよび典型的な誤アラームは異なるので、侵食および膨張が異なる別個の検出路を使用して、各密度範囲の性能を最適化することができる。 According to one aspect of the invention, the mass detection method uses one or more separate density ranges, one for each type of mass material in question having density values that fall within the range. In one embodiment, there are two distinct density ranges used for mass detection. The density range is selected according to the object to be identified. In one particular embodiment, one of the ranges deals with the first particular type of explosive (referred to herein as “Type A”) and the other one is all solid mass explosions except Type A. Including things. Because the two density range explosive types and typical false alarms are different, separate detection paths with different erosion and expansion can be used to optimize the performance of each density range.
1つの実施形態では、所与の密度範囲の検出プロセスは、以下のステップを有する。
1.少なくとも1回侵食を実行して、表面のボクセルを除去する。
2.CCLを使用して、画像を別個の対象に区分化する。
3.膨張オペレータを使用して、表面のボクセルを対象に回復する。
4.対象の特性を計算する。
5.質量閾値を使用して、爆発物と非脅威的対象とを区別する。
In one embodiment, a given density range detection process comprises the following steps.
1. Perform at least one erosion to remove surface voxels.
2. CCL is used to segment the image into separate objects.
3. An inflation operator is used to recover the surface voxels.
4). Calculate the characteristics of the object.
5. A mass threshold is used to distinguish explosives from non-threat objects.
バッグの画像を複数の対象に区分化したら、質量、平均密度、侵食質量、および侵食平均密度などの特性を、各対象について計算する。密度に依存する質量閾値を使用し、脅威的対象と非脅威的対象とを区別する。潜在的な爆発性対象の数、その特性およびバッグ画像におけるその座標を、塊検出プロセスで戻す。 Once the bag image is segmented into multiple objects, characteristics such as mass, average density, erosion mass, and erosion average density are calculated for each object. A density-dependent mass threshold is used to distinguish between threat and non-threat objects. The number of potential explosive objects, their characteristics and their coordinates in the bag image are returned by the mass detection process.
塊検出プロセスへの入力はC(i,j,k)、つまりバッグの3次元CT画像を含む。出力は以下を含む。
Nb 検出された塊状対象の数
Lb(i,j,k) C(i,j,k)と同じサイズのラベル画像
(xmin n,ymin n,zmin n),(xmax n,ymax n,zmax n) 各対象の境界形成ボックスの座標
Vn 各対象にあるボクセルの数
Mn 各対象の質量
Vu n 各対象のボクセルの侵食回数
Mu n 各対象の侵食質量
プロセスで使用するパラメータは以下を含む。
(ρn min,ρn max,) タイプA爆発物の密度範囲
(ρpe min,ρpe max) タイプA爆発物の侵食密度範囲
(ρb min,ρb max) 塊状爆発物の密度範囲
(ρbe min,ρbe max) 塊状爆発物の侵食密度
(ρbd min,ρbd max) 塊状爆発物の膨張密度範囲
(ρbm min,ρbm max) 塊状爆発物対象合併の密度範囲
Δm 塊状爆発物合併のための対象間の最大侵食密度差
ep タイプA密度範囲の侵食回数
eb 塊密度範囲の侵食回数
np タイプAボクセルを維持するのに必要なタイプA侵食密度範囲の隣接するボクセルの最少数
nb 塊ボクセルを維持するのに必要な塊侵食密度範囲の隣接するボクセルの最少数
Δb CCLのボクセルを接続する最大密度差
cb CCLの接続性タイプ
ρl 低密度と高密度塊状爆発物の間の密度閾値
ml タイプA爆発物を含む円筒形対象の質量閾値
ml 低密度塊状爆発物の質量閾値
mh 高密度塊状爆発物の質量閾値
Vmin 画像区分化ステップ後に対象を維持するのに必要な最少ボクセル数
cv ボクセルの体積
The input to the lump detection process includes C (i, j, k), a 3D CT image of the bag. The output includes:
N b Number of detected block objects L b (i, j, k) Label images (x min n , y min n , z min n ), (x max n ) having the same size as C (i, j, k) , Y max n , z max n ) Coordinates of the bounding box of each object V n Number of voxels in each object M n Mass of each object V u n Number of erosion of voxel of each object M u n Erosion mass of each object Parameters used in the process include:
(Ρ n min , ρ n max ) Type A explosive density range (ρ pe min , ρ pe max ) Type A explosive erosion density range (ρ b min , ρ b max ) Mass explosive density range ( ρ be min , ρ be max ) Erosion density of massive explosives (ρ bd min , ρ bd max ) Expansion density range of massive explosives (ρ bm min , ρ bm max ) Density range of massive explosives combined Δ m massive adjacent type a eroded density range needed to maintain the erosion number n p type a voxel erosion number e b mass density range of maximum erosion density difference e p type a density range between target for explosives merger maximum density difference c b CCL connectivity type [rho l low density and high connecting voxels minimum number delta b CCL adjacent voxels mass erosion density range needed to maintain the minimum number n b lump voxels of the voxel cylindrical pair comprising a density threshold m l type a explosives between density bulk explosives The volume of the mass threshold m l low-density mass threshold m h minimum number of voxels c v voxels required to maintain the subject after mass threshold V min image segmentation step of a high density bulk explosives bulk explosives
図9は、本発明の塊状対象検出法の1つの実施形態の論理フローを示す概略的流れ図である。前処理ステップ330および332で、バッグの画像ボクセルを受信する。図9に示す実施形態では、対象の侵食を含む前処理ステップは、別個に平行に実行する。特に、タイプA物質の前処理はステップ330で実行し、塊の前処理はステップ332で実行する。これらの前処理ステップは、別個の平行ステップで実行する必要がないことが理解される。
FIG. 9 is a schematic flow diagram illustrating the logic flow of one embodiment of the massive object detection method of the present invention. In
ステップ330で、侵食オペレータを元のCT画像に、タイプA侵食密度範囲(ρpe min,ρpe max)についてep回、画像ごとに反復的に適用するか、ステップ332で、塊侵食密度範囲(ρbe min,ρbe max)についてeb回適用する、あるいはその両方を適用する。第1反復は元のCT画像、つまりCo(i,j,k)=C(i,j,k)である。侵食オペレータを各ボクセルに適用することにより、さらなる反復が生成される。各ボクセル(i,j,k)で、侵食オペレータが以下のステップを実行する。
In
1.ボクセルが問題の侵食密度範囲の1つに属するか検査し、そのCT値をゼロに設定して、属さない場合は次のボクセルに進む。
2.現ボクセル(i,j,k)の3×3×3近傍を検査する。同じ密度範囲のCT値Cn(il,jl,kl)を有するボクセル(il,jl,kl)の数Nを、現ボクセル(タイプAまたは塊)として数える。 2. Examine the 3 × 3 × 3 neighborhood of the current voxel (i, j, k). The number N of voxels (i 1 , j 1 , k 1 ) having CT values C n (i 1 , j 1 , k 1 ) in the same density range is counted as the current voxel (type A or chunk).
3.カウントが閾値npまたはnbを下回る場合、Cn-l(i,j,k)をゼロと等しく設定し、それ以外は現ボクセルを維持する。閾値は塊では異なる。
上式以外はタイプAの物質である。
標準的な形態学的侵食は、ボクセルの近傍が特定のパターンのマスクに適合する場合のみ、ボクセルを維持する。通常、問題の範囲に27の近傍が全てあるボクセルのみが維持される。標準的侵食が、例えばSerra,J.のImage Analysis and Mathematical Morphology (Academic Press,London,1982)に記載されている。本発明の形態学的CCLで使用する侵食オペレータは、上記の投票または計数オペレータでよいことに留意されたい。Serraに記載されたような他の侵食オペレータを使用することもできる。
Other than the above formulas are type A substances.
Standard morphological erosion maintains a voxel only if the neighborhood of the voxel matches a particular pattern of mask. Normally, only voxels with all 27 neighbors in the problem range are maintained. Standard erosion is described, for example, in Serra, J. et al. In Image Analysis and Mathematical Morphology (Academic Press, London, 1982). Note that the erosion operator used in the morphological CCL of the present invention may be the voting or counting operator described above. Other erosion operators such as those described in Serra can also be used.
本発明のプロセスでは、侵食操作の目的は、相互に近接した複数の対象を分離することであり、その結果、標準的CCLによって相互に合併することができる。本発明では、対象の外面を侵食する。これに対して、画像のノイズまたはアーティファクトによって問題の密度範囲外になる内部の穴(円筒形の棒状対象にある薄い円筒形の軸方向空隙など)またはボクセルを有する対象もある。これらの内面の侵食は、対象を幾つかの部分に分離することができるか、軸方向の空隙がある薄い対象の場合、対象を完全に削除することができる。 In the process of the present invention, the purpose of the erosion operation is to separate multiple objects in close proximity to each other so that they can be merged together by standard CCL. In the present invention, the outer surface of the object is eroded. In contrast, some objects have internal holes (such as a thin cylindrical axial gap in a cylindrical bar object) or voxels that are outside the density range of interest due to image noise or artifacts. These erosion of the inner surface can divide the object into several parts or, in the case of thin objects with axial voids, can completely eliminate the object.
対象の外面は通常、凸状であり、内部空隙の表面は通常、凹状である。したがって、外面のボクセルは、内面のボクセルより、3×3×3の近傍にある対象のボクセルが少ない。計数閾値を使用して、対象の内部を残しながら、対象の外面のみ選択的に侵食することができる。 The outer surface of the object is usually convex and the surface of the internal void is usually concave. Accordingly, the outer surface voxels have fewer target voxels in the vicinity of 3 × 3 × 3 than the inner surface voxels. Using the counting threshold, only the outer surface of the object can be selectively eroded while leaving the interior of the object.
2つの前処理ステップ330および332の結果を、任意選択の組合せステップ334で組み合わせる。前処理に別個の路を使用する図示の実施形態では、各前処理ステップ330および332が、元のバッグ画像データから一意のセットの前処理データを生成する。組合せステップ334では、これらの個々のデータセットを組み合わせて、1セットの前処理データにする。
The results of the two preprocessing
区分化ステップ335では、CCLを使用して、侵食したCT画像データの対象を識別し、ラベルを貼る。塊(ρb min,ρb max)でもタイプA(ρb min,ρb max)でも、同じ密度範囲にある近傍ボクセルを接続し、対象のラベルを割り当てる。近傍ボクセルは、CCL接続性パラメータcbによって決定される「面」、「縁」または「頂点」の組合せと定義される。
In
CCLプロセスを1回実行すると、対象間の距離がCCLでボクセルを接続するための最大密度差より大きい、つまりρb min−ρb max>Δbである限り、両方の密度範囲にある対象を発見することができる。CCLを1回だけ実行してボクセルを複数の密度範囲と比較すると、範囲ごとに別個のCCLを実行するよりはるかに効率的で、時間の消費が少ない。というのは、概してCCLは大量の処理資源を使用するからである。閾値差Δbが、密度範囲間のギャップより小さくなるよう選択されると、範囲の1つにある物質のボクセルに別の範囲に属すると誤ったラベルを貼る可能性がなくなり、したがって複数の範囲で同時にプロセスを実行することができる。このアプローチは、少なくとも閾値Δbの大きさがあるギャップによって分離された任意の数の範囲に拡張できることが理解される。 Once the CCL process is executed, objects in both density ranges are selected as long as the distance between the objects is greater than the maximum density difference for connecting voxels with CCL, that is, ρ b min −ρ b max > Δ b. Can be found. Running a CCL only once and comparing voxels to multiple density ranges is much more efficient and less time consuming than running a separate CCL for each range. This is because CCL generally uses a large amount of processing resources. If the threshold difference Δ b is chosen to be smaller than the gap between the density ranges, there is no possibility of labeling a voxel of a substance in one of the ranges wrongly as belonging to another range, and thus multiple ranges Can run processes simultaneously. This approach, it will be understood that can be extended to any number of ranges that are separated by a gap with a size of at least a threshold delta b.
ラベル画像を生成し、ここで各ボクセル(i,j,k)を以下の値に割り当てる。
0 ボクセルがどの密度範囲にも入らない
1≦n≦Nb ボクセルはn番目の対象に属する
ここでNbはバッグ画像に見られる対象の総数である。CCLの再ラベル貼付パスで、各対象nについてボクセルの侵食数Ve n、侵食した質量Mc nを計算する。
0 Voxel does not fall in any
枝刈りステップ336では、少数のボクセル(Ve n<Vmin)のみで構成された対象が廃棄され、ラベル画像中の対応するボクセルLb(i,j,k)をゼロに設定する。対象の総数Nbを減少させ、残りの対象は連続するラベルで番号を付け直し、ラベル画像を新しい対象ラベルで更新する。
In
これで、タイプAの膨張ステップ338および/または塊の膨張ステップ340を実行することができる。前処理の侵食ステップ330および332の場合と同様、膨張ステップ338および340は別個の平行路で実行することができる。膨張では、侵食で失われた質量および体積を回復するため、残りの対象にボクセルの層を追加する。ラベルを貼り付けた各ボクセル(l=Lb(i,j,k)>0)について、現ボクセルを含むラベル貼付対象の侵食密度lが、下式によって与えられる。
ここでMe lおよびVe lはCCLの間に計算される。この密度を使用し、ボクセルが塊状爆発性対象の一部かタイプAの対象の一部か決定する。現ボクセル(i,j,k)の3×3×3の近傍にある全ラベル非貼付ボクセル(Lb(il,jl,kl)=0)のCT密度C(il,jl,kl)を検査する。密度が、現対象の爆発物クラス(塊またはタイプA)に対応する膨張密度範囲内にある場合は、下式となる。
次に、ボクセル(il,jl,kl)にボクセル(i,j,k)と同じラベルを割り当てる。
ボクセルの総数Vlと総質量Mlをインクリメントする。膨張は、タイプAの密度範囲ではep回、塊の密度範囲ではeb回、連続的に実行することができる。 The total number of voxels V l and the total mass M l are incremented. Expansion, e p times in the density range of types A, e b times the density range of the mass, can be performed continuously.
次に、膨張したデータで第2組合せステップ342を実行することができる。タイプAと塊の膨張に別個の路を使用する図示の実施形態では、各膨張ステップ338および340が、侵食し、区分化して枝刈りしたバッグ画像データから、膨張データの一意のセットを生成する。組合せステップ342では、これらの個々のデータセットを組み合わせて1セットの膨張データにする。
Next, a
これで、部分的体積訂正ステップ334を実行することができる。各対象の質量は、膨張によって追加したボクセルの測定CT密度を対象の平均密度で置換することによって強化される。
部分的体積訂正344について、以下で詳細に説明する。
これで、対象合併ステップ346を実行することができる。対象nとmの境界形成ボックスが重複し、その侵食密度が近い場合、つまり
The
次に、区別308を実行することができる。1≦n≦Nbの各対象nについて、体操の質量および侵食密度に基づき、この対象が潜在的脅威か否かを決定する。
この密度依存の質量閾値について、以下で詳細に説明する。
Next, a
本発明で使用する接続コンポーネントラベル貼付(CCL)アプローチを使用し、3次元画像で問題の所定範囲に密度値がある対象を検出する。CCLは、ボクセルが特定の対象に属するか決定するプロセスである。対象は、位相的に接続され(パラメータcによって決定された「面」、「縁」および「頂点」の接続性の組合せ)、ボクセルのCT密度値がρlからρbの問題の範囲内にあり、近傍ボクセル間のボクセル値の差がデルタ値Δ以内であるボクセルのセットと定義される。 The connected component labeling (CCL) approach used in the present invention is used to detect objects with density values in a predetermined range of interest in a three-dimensional image. CCL is the process of determining whether a voxel belongs to a specific object. The objects are connected topologically (combination of “face”, “edge” and “vertex” connectivity determined by parameter c), and the voxel CT density value is within the problem range of ρ l to ρ b Yes, defined as a set of voxels in which the difference in voxel values between neighboring voxels is within a delta value Δ.
3次元画像はC(i,j,k)アレイによって表される。指数0≦k<Kはスライス数(Z軸に沿った指数)であり、Kの値はバッグの長さによって決定される。指数0≦j<Jは行数(Y軸に沿った指数)であり、1つの実施形態では、バッグの形状(長方形または正方形)に応じてJ=117または158である。指数0≦I<Iは列数(X軸に沿った指数)であり、1つの実施形態では、バッグの形状(長方形または正方形)に応じてI=214または158である。
A three-dimensional image is represented by a C (i, j, k) array. The
C(i,j,k)と同じサイズのアレイL(i,j,k)を使用し、ボクセルにラベルを貼る。背景(L(i,j,k)=0とラベル貼付)か、対象数n>0に属する(L(i,j,k)=nとラベル貼付)かである。CCLアルゴリズムでラベル等価アレイl(I)を使用し、一意のラベルを各対象に割り当てる。このアレイはl(I)=I,0≦I≦Lmaxと初期化しなければならず、ここで定数Lmaxはバッグ中に見ることができる別個の対象の最大数によって決定される。 Using an array L (i, j, k) of the same size as C (i, j, k), label the voxels. Either the background (labeled with L (i, j, k) = 0) or the number of objects n> 0 (labeled with L (i, j, k) = n). A label equivalent array l (I) is used in the CCL algorithm and a unique label is assigned to each target. This array must be initialized with l (I) = I, 0 ≦ I ≦ L max , where the constant L max is determined by the maximum number of distinct objects that can be seen in the bag.
現ボクセル(i,j,k)に接続される近傍ボクセル(in,jn,kn)(|I−in|≦1,|j−jn|≦1,|k−kn|≦1)の3つの異なる位相学的定義を、3次元CCLプロセスに使用することができる。
1.ボクセル(i,j,k)および(in,jn,kn)は、共通の面|I−in|+|j−jn|+|k−kn|=1を共有する。
2.ボクセル(i,j,k)および(in,jn,kn)は、共通の縁|I−in|+|j−jn|+|k−kn|=2を共有する。
3.ボクセル(i,j,k)および(in,jn,kn)は、共通の頂点|I−in|+|j−jn|+|k−kn|=3を共有する。
Neighboring voxels (i n , j n , k n ) (| I− n | ≦ 1, | j−j n | ≦ 1, | k−k n | connected to the current voxel (i, j, k) Three different topological definitions of ≦ 1) can be used for the three-dimensional CCL process.
1. Voxels (i, j, k) and (i n , j n , k n ) share a common plane | I−i n | + | j−j n | + | k−k n | = 1.
2. Voxel (i, j, k) and (i n, j n, k n) , the common edge | I-i n | + | j-j n | + | share = 2 | k-k n.
3. Voxel (i, j, k) and (i n, j n, k n) , the common vertex | I-i n | + | j-j n | + | share = 3 | k-k n.
これらの接続性タイプの組合せは、CCLプロセスの入力パラメータと指定することができる。現ボクセル(i,j,k)がバッグ画像の表面にある(I、jまたはkが0またはその個々の最大値に等しい)場合、可能な近傍ボクセルが全て存在するわけではないことに留意されたい。 These connectivity type combinations can be designated as input parameters for the CCL process. Note that if the current voxel (i, j, k) is on the surface of the bag image (I, j or k is equal to 0 or its respective maximum), not all possible neighboring voxels exist. I want.
図10A及び10Bは、本発明のCCL法の1つの実施形態を述べる擬似コードを含む。CCL法の第1ステップは、画像データのラスタ走査である。これは、予備ラベルをボクセルに割り当てる。現ボクセルが問題の密度範囲内にある場合は、その近傍ボクセルとつき合わせて試験する。近傍ボクセルの値が現ボクセルの値のΔ範囲内にある場合、これら2つのボクセルは同じ対象の一部である。第1パスを順次実行するので、同じ対象の異なる部分に異なるラベル番号を割り当てることが可能である。合併ポイントに遭遇すると、ラベルの等価がl(I)アレイに記入される。使用可能な最低等価ラベルを使用し、循環参照を回避する。 FIGS. 10A and 10B contain pseudo code describing one embodiment of the CCL method of the present invention. The first step of the CCL method is raster scanning of image data. This assigns a spare label to the voxel. If the current voxel is within the density range of interest, test against its neighboring voxels. If the value of the neighboring voxel is within the Δ range of the value of the current voxel, these two voxels are part of the same object. Since the first pass is executed sequentially, it is possible to assign different label numbers to different parts of the same object. When a merge point is encountered, the label equivalent is entered into the l (I) array. Use the lowest possible equivalent label and avoid circular references.
方法の第2ステップは、l(I)アレイの全ラベル等価を解像し、別個の対象の数Nbをカウントして、1からNbの範囲の等価値に各ラベルを割り当てる。第3ステップは、全ての(i,j,k)について、等価ラベル値L(i,j,k)=l(L(i,j,k))でボクセルのラベルを貼り替える。このパスの間、境界形成ボックスの指数および対象の総質量など、各対象に関して必要な情報を累積することができる。 The second step of the method is to resolve all labels equivalent l (I) array, counts the number Nb of distinct target assigns each label to an equivalent value in the range of 1 to N b. In the third step, for all (i, j, k), voxel labels are replaced with the equivalent label value L (i, j, k) = 1 (L (i, j, k)). During this pass, necessary information about each object can be accumulated, such as the bounding box index and the total mass of the object.
対象の部分体積訂正および質量強化は、走査した対象の表面ボクセルの密度劣化の問題に対処する。所与のボクセルのCT値は、そのボクセル内にある対象の平均密度を表す。その結果、対象密度の正確な測定は、ボクセルが対象に完全に含まれている場合のみ達成することができる。これに対して、ボクセルが対象によって部分的に占有されている場合、その密度は、ボクセルに占有された部分に基づいて劣化する。図11は、走査した対象351への部分的体積効果を示す。図11では、斜線のないボクセル(正方形)は部分的体積効果の影響を受ける。本発明の部分的体積訂正は、その平均CT密度またはその侵食CT密度の平均を使用して走査した対象の表面ボクセルのCT値を置換することに基づく。
Partial volume correction and mass enhancement of the object addresses the problem of density degradation of the surface voxels of the scanned object. The CT value for a given voxel represents the average density of objects within that voxel. As a result, accurate measurement of object density can only be achieved if the voxel is completely contained in the object. On the other hand, when a voxel is partially occupied by an object, its density degrades based on the portion occupied by the voxel. FIG. 11 shows the partial volume effect on the scanned
部分的体積効果により、走査された対象の実際の密度および質量は、その測定値より大きい。値の差は、対象の形状に依存し、特に走査した対象の表面対体積の比率に依存する。シートまたは小さい直径の円筒形など、表面対体積の比率が大きい対照は、塊状対象または大きい直径の円筒形など、表面対体積の比率が小さい対象より、影響が大きい。走査対象の測定CT密度は、そのボクセル全部の平均密度と定義される。
ここでρvは対象のv番目のCT密度であり、Oは走査対象、VはCCLで見た走査対象のボクセル数である。これで、対象の質量は下式となる。
対象ボクセルは、表面ボクセルと芯ボクセルに分割することができる。表面ボクセルは、走査対象ボクセルの近傍が26未満のボクセルである。走査対象の芯ボクセルのみを使用して、より正確な密度測定を計算することができる。新しい密度は侵食密度として知られる。
ここでCoは走査対象の芯であり、Neは走査対象の侵食ボクセル数である。表面ボクセル数NsはN−Neで与えられる。Soを表面ボクセルのセットとすると、質量は下式のように書くことができる。
部分的体積効果による質量減少の程度は、式23の右手側の第2項によって決定される。というのはρvは対象の表面で最も影響を受けるからである。それを訂正する1つの方法は、式23の右手側の第2項でρvを置換するため、平均密度または侵食密度を使用することである。訂正した質量は、下式の一方を使用して計算することができる。
侵食密度または平均密度を選択して、表面ボクセルのCT値を置換することができる。しかし、最適の置換は、制御された実験に基づいて決定することができる。両方の密度を使用して、走査対象の訂正質量をその実際の質量と比較し、最小のエラーを生じる密度を選択することができる。対象の形状またはサイズへの依存性が最も少ない質量訂正を生成する侵食密度と平均密度の組合せを計算するため、繰返しアルゴリズムも使用することができる。 The erosion density or average density can be selected to replace the CT value of the surface voxel. However, the optimal substitution can be determined based on controlled experiments. Both densities can be used to compare the corrected mass to be scanned with its actual mass and select the density that produces the least error. An iterative algorithm can also be used to calculate the combination of erosion density and average density that produces a mass correction with the least dependence on the shape or size of the object.
図9に関連して上述した合併プロセス346について、次に詳細に説明する。走査したバッグ内で異なる対象の組合せを回避するため、CCLプロセスの前に侵食ステージを実行することができる。その結果、物理的に別個の対象に異なるラベルを割り当てることができる。しかし、特定の棒形爆発性対象など、特定の爆発装置は、別個の爆発性対象を相互に束ねて構成することができる。侵食を使用すると、各対象を別個に考察することがあり、したがって質量閾値の判断基準が見失われ、全体的な検出率が低下する。これらの対象はそれぞれ、それ自体が密度判定基準を満足するが、その質量は閾値を下回る。本発明では、区分化された対象の侵食密度に基づいて合併プロセスを実施し、対象を回復することができる。
The
データは、これらの対象が、CCLプロセスで見られるのとほぼ同一の侵食密度を有することを示す。また、その境界形成ボックスは同じXYZ領域にある。1つの実施形態では、この情報により、これらの対象が同じ1つの対象のコンポーネントを有するに違いないとの結論に至る。 The data show that these objects have approximately the same erosion density as seen in the CCL process. The bounding box is in the same XYZ region. In one embodiment, this information leads to the conclusion that these objects must have the same one object component.
1つの実施形態では、合併アプローチは、質量閾値の判定基準を満たさない特定の密度範囲内にある対象のみを扱う。その結果、このような対象それぞれで、以下のステップを実行することができる。
1.同様の密度の対象を捜索する。つまり下式となる。
(I.)境界形成ボックスの近接性
(ii.)境界形成ボックスの中心間距離。距離は、XYZ空間、XY面、XZ面またはYZ面で計算することができる。
3.対象が近接性判定基準を満たす、つまり距離が閾値より小さい場合は、2つの対象を合併して1つにする。
4.合併が不可能になるまで繰り返す。
In one embodiment, the merge approach only deals with objects that are within a specific density range that does not meet the mass threshold criteria. As a result, the following steps can be performed for each such object.
1. Search for objects of similar density. In other words, the following formula is obtained.
(I.) Proximity of bounding box (ii.) Center-to-center distance of bounding box. The distance can be calculated in XYZ space, XY plane, XZ plane or YZ plane.
3. If the object satisfies the proximity criterion, that is, if the distance is smaller than the threshold, the two objects are merged into one.
4). Repeat until merger becomes impossible.
対象を相互に合併すべきかの決定に、対象の位置、形状および/またはサイズなど、他の判定基準を使用できることに留意されたい。 It should be noted that other criteria can be used to determine whether objects should be merged with each other, such as the position, shape and / or size of the objects.
概して、本発明の爆発物検出プロセスの第1ステップは、所与の密度範囲内の対象を検出することである。この密度範囲は、旅行用携行品で見られる、または見るかもしれない対象の大部分をカバーする。第2ステップは、質量など、追加の情報に基づき、これらの対象の大部分を削除することである。例えば、質量が特定の質量閾値を上回る場合のみ、爆発物が脅威と見なされる場合もある。 In general, the first step of the explosive detection process of the present invention is to detect objects within a given density range. This density range covers the vast majority of objects that are or may be seen in travel luggage. The second step is to delete most of these objects based on additional information such as mass. For example, an explosive may be considered a threat only if the mass is above a certain mass threshold.
質量閾値を使用して、誤アラーム率を減少させる効果を出すことができる。質量閾値を高くすると、誤アラームが少なくなり、検出率が下がる。これに対して、質量閾値を下げると、検出率も誤アラーム率も増加する。妥協策として、1つの実施形態では、異なる密度の対象を異なる閾値質量に従わせる。これで、質量閾値を下記で述べることができる。
本発明によると、異なる密度範囲は、異なる誤アラーム率に関連づけられることが認識されている。その結果、密度範囲に基づく質量閾値の選択を使用して、特定の密度範囲内で誤アラーム率を調節することができ、その結果、全体的なシステムの誤アラーム率が調節される。例えば、ある密度範囲は、比較的高い誤アラーム率に関連する。その密度範囲に比較的高い質量閾値を選択して、その範囲の誤アラーム率を低下させることができる。その結果、全体的なシステムの誤アラーム率が低下する。 According to the present invention, it is recognized that different density ranges are associated with different false alarm rates. As a result, selection of mass thresholds based on density ranges can be used to adjust the false alarm rate within a specific density range, thereby adjusting the overall system false alarm rate. For example, certain density ranges are associated with relatively high false alarm rates. A relatively high mass threshold can be selected for the density range to reduce the false alarm rate for that range. As a result, the overall system false alarm rate is reduced.
他の密度依存の閾値質量を使用することができる。例えば、密度範囲を3つ以上の重複しない領域に分割することができる。さらに、ステップの関数を、2つの密度領域間で質量が徐々に変化するよう換えることができる。
ここでMT 1およびMT 2は各領域の閾値質量、ρTは2つの領域の境界、λは遷移係数であり、これは2つの閾値質量間の遷移領域の幅を決定する。遷移係数λは、走査した旅行用携行品のセットを使用して自動的に決定することができる。図12は、3つの異なる密度依存の質量閾値を示す、質量閾値対密度の概略的プロットである。 Where M T 1 and M T 2 are the threshold masses of each region, ρ T is the boundary between the two regions, and λ is the transition coefficient, which determines the width of the transition region between the two threshold masses. The transition factor λ can be automatically determined using a set of scanned travel items. FIG. 12 is a schematic plot of mass threshold versus density showing three different density dependent mass thresholds.
1つの実施形態では、シートと塊との2つの検出方法によって下した決定を、全てが一致する決定に到達するために調停する。そのため、プロセスの2つの部分で生成した2つのラベル画像を融合して、1つのラベルファイルを獲得する。決定データ融合法への入力は以下を含む。
Ns 検出されたシート状爆発物の総数
Ls(i,j,k) シート状爆発物のラベル画像
Nb 検出された塊状爆発物の総数
Lb(i,j,k) 塊状爆発物のラベル画像
出力は以下を含む。
N 検出された爆発物の総数
L(i,j,k) 融合したラベル画像
1つの実施形態では、決定データ融合プロセスは以下のステップを含む。
1.検出されたシート状爆発物の数Nsおよび検出された塊状爆発物の数Nbをチェックする。データ融合を実行するため、両方ともゼロであってはならない。そうでない場合は、ゼロでない爆発物のラベル画像を取得する。
N s Total number of sheet explosives detected L s (i, j, k) Label image of sheet explosives N b Total number of detected massive explosives L b (i, j, k) The label image output includes:
N Total number of explosives detected L (i, j, k) Fused label image In one embodiment, the decision data fusion process includes the following steps.
1. Check the number N s of sheet explosives detected and the number N b of massive explosives detected. Both must not be zero in order to perform data fusion. Otherwise, obtain a non-zero explosive label image.
ボクセルが2つの相反するラベルを有して、その一方がそれをシート状対象の一部と指定し、他方がそれを塊状対象とラベルを貼る場合、ボクセルの塊状対象ラベルを使用するため、任意の決定を下すことに留意されたい。また、決定法の出力仕様が変化する場合は、方法のデータ融合部分をオフにして、シート状対象と塊状対象を2つの別個の出力ラベル画像にすることができる。 If a voxel has two conflicting labels, one of which designates it as part of a sheet object and the other labels it as a block object, the voxel block object label is used, so any Note that this decision is made. Also, if the output specification of the decision method changes, the data fusion portion of the method can be turned off to make the sheet-like object and the massive object into two separate output label images.
本発明の決定プロセスには幾つかの変形および追加を組み込むことができる。次に、それについて詳細に説明する。 Several variations and additions can be incorporated into the determination process of the present invention. Next, this will be described in detail.
最初に塊の検出を実行し、画像から検出対象を引くと、処理時間を短縮することができる。塊の検出は、シートの検出ほど時間がかからない。次に、シート状爆発物の検出が、残りのボクセルのみで働き、全体の検出プロセスを高速化する。つまり、1つの実施形態では、全体的な検出プロセスがより効率的になるよう、検出を複数の段階で実行する。本発明の方法により識別できる各品目は、概して、一意のセットの検出ステップに関連する。本発明では、検出アプローチを適用して、複数の検出法でデータを反復的に処理することによって導入される非効率性を解消する。1つの特定の検出手順をセットのデータに適用し、そのデータの分類に使用すると、データはさらなる処理から除去される。 Processing time can be shortened by first detecting a lump and subtracting the detection target from the image. The lump detection takes less time than the sheet detection. Next, the detection of sheet-like explosives works only with the remaining voxels, speeding up the overall detection process. That is, in one embodiment, detection is performed in multiple stages so that the overall detection process is more efficient. Each item that can be identified by the method of the present invention is generally associated with a unique set of detection steps. In the present invention, a detection approach is applied to eliminate inefficiencies introduced by iteratively processing data with multiple detection methods. When one specific detection procedure is applied to a set of data and used to classify that data, the data is removed from further processing.
第1爆発物を検出した後、検出プロセスを終了することも、システムのスループットを増加させる。潜在的に爆発性の対象が見つかるか、オペレータがバッグ画像を検査するからである。 Terminating the detection process after detecting the first explosive also increases system throughput. This is because a potentially explosive object is found or the operator inspects the bag image.
実行時間の制限も、プロセスに適用することができる。検出プロセスの実行時間は、密度の高い対象が占有する総体積が大きいバッグの場合、大幅に増加する。このような旅行用携行品を疑わしいと宣言し、検出プロセスのステップ全部を終了させることなく、オペレータがさらに検査するために転送することができる。 Execution time limits can also be applied to the process. The run time of the detection process is greatly increased for bags with a large total volume occupied by dense objects. Such travel items can be declared suspicious and forwarded for further inspection by the operator without having to complete all the steps of the detection process.
その表面の平面を延長することによって分割したシートを合併させる措置を用いて、シート検出のアプローチを化一領することができる。シート状爆発物は、金属棒などの比較的不透明な対象付近に位置すると、より小さい部片として検出することがある。合併されないと、各部片は質量閾値によって削除される。本発明によりこれらの部片を合併させる1つの方法は、面を各部片に適合させ、2つの面の交差部を判別することである。交差部が両方の部片に近い(所定の限界内にある)場合、両方の部片はより大きいシートの部分と見なされ、質Yろうは部片の合計質量になる。その結果、合併した対象は質量閾値を上回り、脅威的対象と素器別される。 The sheet detection approach can be simplified using measures to merge the divided sheets by extending the surface plane. Sheet explosives may be detected as smaller pieces when located near relatively opaque objects such as metal bars. If not merged, each piece is deleted by the mass threshold. One way to merge these pieces according to the present invention is to fit a face to each piece and determine the intersection of the two faces. If the intersection is close to both pieces (within predetermined limits), both pieces are considered as parts of a larger sheet and the quality Y braze is the total mass of the pieces. As a result, the merged object exceeds the mass threshold and is classified as a threat object.
液体の対象を検出することが望ましい場合がある。液体の対象を非脅威的品目と分類すべきであると判断したら、液体をそのように識別して、生じ得るアラーム数を減少させると都合がよい。 It may be desirable to detect a liquid object. Once it is determined that the liquid object should be classified as a non-threat item, it is advantageous to identify the liquid as such to reduce the number of alarms that can occur.
多くのバッグは、液体の瓶(シャンプー、水、ワインなど)を含む。これらの液体の瓶が誤アラームを引き起こす場合、これは本発明の液体検出法を使用して区別し、したがって誤アラームの数を減少させることができる。液体検出法は、液体の瓶を固定の対象から区別する。この検出は、液体の表面が水平と同一水準にあり、通常は表面の上に空気があることを利用する。これは、液体の瓶が完全には充填されていないと仮定する。検出対象の境界形成ボックスおよびボクセルが与えられたら、境界形成ボックスの各表面に接するボクセルの数を決定し、総カウントにおける上面のカウントのパーセンテージを計算する。ボクセルは、対象、つまり液体の瓶の一部とラベル貼付され、境界形成ボックスの表面に、またはその付近にあると、境界形成ボックスの表面に接触していると結論される。パーセンテージが所定の閾値より大きく、液体表面より上のボクセルの平均値が空気の値に近い場合、対象は液体である。 Many bags contain liquid bottles (shampoo, water, wine, etc.). If these liquid bottles cause false alarms, this can be distinguished using the liquid detection method of the present invention, thus reducing the number of false alarms. Liquid detection methods distinguish liquid bottles from fixed objects. This detection takes advantage of the fact that the surface of the liquid is at the same level as horizontal, and that there is usually air above the surface. This assumes that the liquid bottle is not completely filled. Given the bounding box and voxel to be detected, determine the number of voxels that touch each surface of the bounding box and calculate the percentage of the top count in the total count. It is concluded that a voxel is labeled with a portion of the object, i.e. a liquid bottle, and touches the surface of the bounding box when it is at or near the surface of the bounding box. If the percentage is greater than a predetermined threshold and the average value of voxels above the liquid surface is close to the value of air, the object is liquid.
1つの実施形態では、本発明は、最初に対象を囲む境界形成ボックスを生成することにより、対象が包含された液体か判別する。境界形成ボックスの高さに沿って、上面ボクセルの数のヒストグラムと下面ボクセルの数のヒストグラムを計算する。ここで、上面ボクセルは、境界形成ボックスのボクセルの列を頂部から底部へと横断する間、最初に訪れるボクセルと定義される。下面ボクセルは、境界形成ボックスのボクセルの列を頂部から底部へと横断する間、最後に訪れる対象のボクセルと定義される。上面ボクセルのヒストグラムの最大値の位置は、境界形成ボックスの高さに沿った上面の位置を画定し、ヒストグラムの最大カウントは上面ボクセルの数を画定する。同様に、下面ヒストグラムの場合、最大値の位置は下面の位置を画定し、最大カウントは下面ボクセルの数を画定する。境界形成ボックスの上表面積に対する上面ボクセル数の比率を計算する。この比率が所定の閾値を超えて、下面ボクセル数に対する上面ボクセル数の比率が別の所定の閾値を超え、上面より上にあるボクセルの平均密度が、上面より上に空気が位置することを示す場合、対象は包含された液体であると結論される。1つの実施形態では、これで、対象は脅威を与えないと結論することができる。 In one embodiment, the present invention first determines whether the object is contained liquid by creating a bounding box surrounding the object. A histogram of the number of top voxels and a histogram of the number of bottom voxels are calculated along the height of the bounding box. Here, the top voxel is defined as the first voxel to visit while traversing the row of voxels in the bounding box from top to bottom. The bottom voxel is defined as the last visited voxel while traversing the row of voxels in the bounding box from top to bottom. The position of the maximum value of the histogram of the top voxels defines the position of the top surface along the height of the bounding box, and the maximum count of the histogram defines the number of top surface voxels. Similarly, for a bottom histogram, the position of the maximum value defines the position of the bottom surface, and the maximum count defines the number of bottom surface voxels. Calculate the ratio of the number of top voxels to the top surface area of the bounding box. This ratio exceeds a predetermined threshold, the ratio of the number of upper surface voxels to the number of lower surface voxels exceeds another predetermined threshold, and the average density of voxels above the upper surface indicates that air is located above the upper surface. If so, it is concluded that the subject is a contained liquid. In one embodiment, this can be concluded that the subject does not pose a threat.
システムの全体的性能は、検出率および誤アラーム率を含め、最適化することができる。多くのタイプの爆発物の全体的な検出率は、先験的な可能性および検出の見込みに依存する。検出の見込みは、このような爆発物のタイプそれぞれの個々の検出プロセスに依存する。検出プロセスは、1つのタイプでは非常に上首尾に実行できるが、別のタイプの爆発物ではそれほど上首尾ではない。1つの実施形態では、全体的検出率は、個々の検出率の平均である。システムの全体的な誤アラーム率も、個々の誤アラーム率に依存する。1つの実施形態では、全体的なシステムの誤アラーム率は、個々の誤アラーム率の合計である。例えば、個々の、および全体的なシステムの検出率および誤アラーム率は、例示的目的でタイプ1、タイプ2およびタイプ3とラベルを貼った3つの別個のタイプの物質について、特定のセットの所定の閾値およびパラメータに関して表1で表すことができる。
本発明によると、3つの物質タイプの個々の検出率は相関があることが認識される。つまり、例えばタイプ2物質の検出率は、タイプ1物質の検出率の影響を受ける。また、検出率が変化するにつれ、その対応する誤アラーム率も変化する。
According to the present invention, it is recognized that the individual detection rates of the three substance types are correlated. That is, for example, the detection rate of a type 2 substance is affected by the detection rate of a
例えば、PD≧95%という全体的なシステムの検出率、およびPFA≦10%という全体的なシステムの誤アラーム率が必要なシステム仕様のセットを表1のシステムに適用する場合、これは要件を満たさない。本発明によると、個々の検出率の1つまたは複数を調節して、全体的なシステムを適合させることができる。これは、例えばタイプ2およびタイプ3物質の検出率を下げることによって実行することができる。この調節の結果の一例を図2に示す。表1および表2の値は、例示的目的のみで使用され、実際のシステムのパラメータを反映するものではないことが分かる。
図示のように、2つの個々の検出率を調節した結果、これでシステムはサンプル仕様に適合する。各検出率を調節して下げるにつれ、それに関連する誤アラーム率も低下したことが分かる。したがって、全体的および個々の検出率の所望の範囲が与えられると、個々の検出の見込みおよび誤アラーム率を調節することにより、全体的な検出率および/または誤アラーム率を最適化することができる。1つの実施形態では、システムは、特定の検出率および/または特定の誤アラーム率に合わせて調整することができる。 As shown, as a result of adjusting the two individual detection rates, the system now meets the sample specifications. It can be seen that as each detection rate is adjusted down, the associated false alarm rate also decreases. Thus, given a desired range of overall and individual detection rates, the overall detection rate and / or false alarm rate can be optimized by adjusting the likelihood of individual detection and the false alarm rate. it can. In one embodiment, the system can be tuned for a specific detection rate and / or a specific false alarm rate.
個々の検出率は他の個々の検出率に依存することがあることに留意されたい。その結果、1つの率を調節すると、別の率を不注意により変化させてしまうことがある。この効果を明らかにするため、模擬焼鈍しおよび一般的アルゴリズムなどの統計的データ分析アプローチを使用し、特定の所望の全体的システム性能のために、必要に応じて個々の率を調節するのに必要なパラメータを決定することができる。 Note that individual detection rates may depend on other individual detection rates. As a result, adjusting one rate may inadvertently change another rate. To clarify this effect, statistical data analysis approaches such as simulated annealing and general algorithms are used to adjust individual rates as needed for specific desired overall system performance. The necessary parameters can be determined.
本発明では、検出率は、幾つかのアプローチで1つまたは複数調節することができる。例えば、実際の脅威および非脅威的品目を包括的に分析した結果、対象の密度と脅威の質量閾値との関係が得られた。これによって、閾値を特定の密度に合わせて、したがって特定の脅威的品目に合わせて調整することができる。特定の脅威の検出率を低下させ、したがって誤アラーム率を低下させることが望ましい場合は、特定の脅威の密度範囲について、質量閾値を上げることができる。質量閾値の調節に加えて、またはその代わりに、他のこのような決定論的パラメータの調節アプローチを使用することができる。つまり、本明細書で詳細に述べた他のパラメータを調節して、個々の検出率および/または誤アラーム率を調整し、その結果、全体的なシステムの検出率および/または誤アラーム率を調整することができる。また、これらの決定論的アプローチに加えて、またはその代わりに、実際の脅威および非脅威的対象で取得したデータに適用した模擬焼鈍しおよび一般的アルゴリズムなどの統計学的アプローチを使用して、1つまたは複数のパラメータおよび/または閾値を調節し、検出率および/または誤アラーム率を調節することができる。 In the present invention, the detection rate can be adjusted one or more in several approaches. For example, comprehensive analysis of actual threats and non-threat items resulted in a relationship between target density and threat mass threshold. This allows the threshold to be adjusted for a particular density and thus for a particular threat item. If it is desirable to reduce the detection rate of a particular threat and thus reduce the false alarm rate, the mass threshold can be increased for a specific threat density range. In addition to or instead of adjusting the mass threshold, other such deterministic parameter adjustment approaches can be used. This means that the other parameters detailed in this specification can be adjusted to adjust the individual detection rate and / or false alarm rate, thereby adjusting the overall system detection rate and / or false alarm rate. can do. In addition to or instead of these deterministic approaches, using statistical approaches such as simulated annealing and general algorithms applied to data obtained on real threats and non-threat objects, One or more parameters and / or thresholds can be adjusted to adjust the detection rate and / or false alarm rate.
インテリジェンスデータが、爆発装置に考えられる形状およびバッグ内でありそうな位置に関する追加の情報を提供することができる。チェックされた旅行用携行品で運ばれる典型的な非脅威的品目の形状および位置に関する統計を、品目の試験で収集することができる。この情報は、方法の決定を下す段階で使用し、脅威と無害の対象とをさらに区別することができる。例えば、新しい区別特徴および/またはプロセスの変更を組み込んで、生鮮品を明らかにしてもよい。 Intelligence data can provide additional information regarding the possible shapes of the explosive device and the likely location within the bag. Statistics on the shape and location of typical non-threat items carried in checked travel items can be collected in item testing. This information can be used in making a method decision to further distinguish between threats and harmless targets. For example, new distinguishing features and / or process changes may be incorporated to reveal perishable products.
本発明を、その好ましい実施形態に関して特に図示し、述べてきたが、請求の範囲で規定する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の形態および詳細の変更ができることが、当業者には理解される。例えば、本発明は、以上で開示した特定の物質以外の爆発物を検出するのに適用することができる。また、本発明は薬物および通貨など、他の対象および物質の検出に適用することができる。本発明は、チェックされ、携帯される旅行用携行品、および輸送および他のタイプの容器にあるこれらの品目の検出に使用することができる。 While the invention has been particularly shown and described with respect to preferred embodiments thereof, those skilled in the art will recognize that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the claims. Is understood. For example, the present invention can be applied to detect explosives other than the specific substances disclosed above. The present invention can also be applied to the detection of other objects and substances such as drugs and currency. The present invention can be used to detect checked and carried travel items and these items in transport and other types of containers.
Claims (24)
対象に関連するCTデータで複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
対象を囲む下位領域を画定することを含み、前記下位領域は複数の下位領域表面を画定し、さらに、
下位領域の表面にある対象の表面体積要素を識別することと、
下位領域の上面を識別することと、
下位領域の上面に近接する表面体積要素の数が、表面体積要素の総数の所定の閾値部分を上回る場合、対象に液体を含むとラベルを貼ることを含む方法。 A method for detecting a liquid represented by computed tomography (CT) data of an area, comprising:
Identifying a plurality of volume elements with CT data associated with the subject, each volume element associated with a density value;
Defining a sub-region surrounding the object, wherein the sub-region defines a plurality of sub-region surfaces;
Identifying the surface volume element of interest on the surface of the subregion;
Identifying the upper surface of the lower region;
A method comprising labeling a subject as containing liquid if the number of surface volume elements proximate to the upper surface of the subregion exceeds a predetermined threshold portion of the total number of surface volume elements.
対象に関連するCTデータにある複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
対象を囲む下位領域を画定する手段を備え、前記下位領域は複数の下位領域表面を画定し、さらに、
下位領域の表面にある対象の表面体積要素を識別する手段と、
下位領域の上面を識別する手段と、
下位領域の上面に近接する表面体積要素の数が表面体積要素の総数の所定の閾値部分を上回る場合、対象に液体を含むとラベルを貼る手段とを備える装置。 An apparatus for detecting liquid with computed tomography (CT) data of an area,
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data associated with the object, each volume element associated with a density value;
Means for defining a subregion surrounding the object, the subregion defining a plurality of subregion surfaces;
Means for identifying a surface volume element of interest on the surface of the subregion;
Means for identifying the upper surface of the lower region;
Means for labeling the object as containing liquid if the number of surface volume elements proximate to the upper surface of the lower region exceeds a predetermined threshold portion of the total number of surface volume elements.
領域のCTデータを収集する手段と、
対象に関連するCTデータで複数の体積要素を識別する手段とを備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
対象を囲む下位領域を画定する手段を備え、前記下位領域は複数の下位領域表面を画定し、さらに、
下位領域の表面にある対象の表面体積要素を識別する手段と、
下位領域の上面を識別する手段と、
下位領域の上面に近接する表面体積要素の数が表面体積要素の総数の所定の閾値部分を上回る場合、対象に液体を含むとラベルを貼る手段とを備えるシステム。 A computed tomography (CT) scanning system for identifying an object in an area, comprising:
Means for collecting CT data of the region;
Means for identifying a plurality of volume elements with CT data associated with the object, each volume element associated with a density value;
Means for defining a subregion surrounding the object, the subregion defining a plurality of subregion surfaces;
Means for identifying a surface volume element of interest on the surface of the subregion;
Means for identifying the upper surface of the lower region;
Means for labeling the subject as containing liquid if the number of surface volume elements proximate to the upper surface of the subregion exceeds a predetermined threshold portion of the total number of surface volume elements.
CTデータで領域の複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
第1密度範囲および第2密度範囲を識別することと、
複数の体積要素のそれぞれについて、体積要素の密度値を密度範囲の少なくとも1つと比較することと、
体積要素の密度値が密度範囲の1つに入る場合、体積要素に問題の対象に関連するとラベルを貼ることを含む方法。 A method for identifying an object represented by a computed tomography (CT) data of an area, comprising:
Identifying a plurality of volume elements of the region in the CT data, each volume element associated with a density value;
Identifying a first density range and a second density range;
For each of the plurality of volume elements, comparing the density value of the volume element to at least one of the density ranges;
If the density value of the volume element falls within one of the density ranges, the method includes labeling the volume element as related to the subject in question.
CTデータで領域の複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値と関連し、さらに、
第1密度範囲および第2密度範囲を識別する手段と、
体積要素の密度範囲を密度範囲の少なくとも1つと比較する手段と、
体積要素の密度値が密度範囲の1つに入る場合、体積要素に問題の対象に関連するとラベルを貼る手段とを備える装置。 An apparatus for identifying an object represented in a computed tomography (CT) data of an area,
Means for identifying a plurality of volume elements of the region in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for identifying the first density range and the second density range;
Means for comparing the density range of the volume element with at least one of the density ranges;
Means for labeling the volume element as related to the object in question if the density value of the volume element falls within one of the density ranges.
領域のCTデータを収集する手段と、
CTデータで領域の複数の体積要素を識別する手段とを備え、各体積要素は密度範囲に関連し、さらに、
第1密度範囲および第2密度範囲を識別する手段と、
体積要素の密度値を密度範囲の少なくとも1つと比較する手段と、
体積要素の密度値が密度範囲の1つに入る場合、体積要素に問題の対象に関連するとラベルを貼る手段とを備えるシステム。 A computed tomography (CT) scanning system for processing CT data of a region,
Means for collecting CT data of the region;
Means for identifying a plurality of volume elements of the region in the CT data, each volume element being associated with a density range,
Means for identifying the first density range and the second density range;
Means for comparing the density value of the volume element with at least one of the density ranges;
And means for labeling the volume element as related to the object of interest if the density value of the volume element falls within one of the density ranges.
対象に関連する複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
問題の各体積要素について、(i)領域の複数の近傍体積要素を識別し、(ii)各近傍体積要素に関連する密度値を、所定の対象密度範囲と比較し、(iii)密度範囲が所定の対象密度範囲内にある近傍体積要素の数をカウントし、(iv)密度範囲が所定の対象密度範囲内にある近傍体積要素の数を、所定の閾値と比較し、(v)密度範囲が所定の対象密度範囲内にある近傍体積要素の数が所定の閾値を超えない場合、対象から体積要素を除去することを含む方法。 A method for processing computed tomography (CT) data of an object in an area, comprising:
Identifying a plurality of volume elements associated with the object, wherein each volume element is associated with a density value;
For each volume element in question, (i) identify multiple neighboring volume elements in the region; (ii) compare the density value associated with each neighboring volume element with a predetermined target density range; and (iii) Count the number of neighboring volume elements within a predetermined target density range; (iv) compare the number of neighboring volume elements whose density range is within a predetermined target density range with a predetermined threshold; and (v) density range Removing the volume element from the object if the number of neighboring volume elements that are within the predetermined object density range does not exceed a predetermined threshold.
CTデータで複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値と関連し、さらに、
問題の各体積要素について、領域の複数の近傍体積要素を識別する手段と、
各近傍体積要素に関連する密度値を所定の対象の密度範囲と比較する手段と、
密度値が所定の対象の密度範囲に入る近傍体積要素の数をカウントする手段と、
密度値が所定の対象の密度範囲に入る近傍体積要素の数を、所定の閾値と比較する手段と、
密度値が所定の対象の密度範囲に入る近傍体積要素の数が所定の閾値を超えない場合、対象から体積要素を除去する手段とを備える。装置。 An apparatus for processing computed tomography (CT) data of an object in an area, comprising:
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for identifying a plurality of neighboring volume elements of the region for each volume element in question;
Means for comparing the density value associated with each neighboring volume element with a density range of a given object;
Means for counting the number of neighboring volume elements whose density values fall within a predetermined target density range;
Means for comparing the number of neighboring volume elements whose density values fall within a predetermined target density range with a predetermined threshold;
Means for removing volume elements from the object if the number of neighboring volume elements whose density values fall within the density range of the predetermined object does not exceed a predetermined threshold. apparatus.
領域にある対象のCTデータを収集する手段と、
CTデータで対象に関連する複数の体積要素を識別する手段とを備え、各画像体積要素は密度値と関連し、さらに、
問題の各体積要素について、領域の複数の近傍体積要素を識別する手段と、
各近傍体積要素に関連する密度値を、所定の対象の密度範囲と比較する手段と、
密度値が所定の対象の密度範囲に入る近傍体積要素の数をカウントする手段と、
密度値が所定の対象の密度範囲に入る近傍体積要素の数を、所定の閾値と比較する手段と、
密度値が所定の対象の密度範囲に入る近傍体積要素の数が、所定の閾値を超えない場合、対象から体積要素を除去する手段とを備えるシステム。 A computed tomography (CT) scanning system for processing CT data of a region,
Means for collecting CT data of subjects in the area;
Means for identifying a plurality of volume elements associated with the object in the CT data, wherein each image volume element is associated with a density value;
Means for identifying a plurality of neighboring volume elements of the region for each volume element in question;
Means for comparing the density value associated with each neighboring volume element with a density range of a given object;
Means for counting the number of neighboring volume elements whose density values fall within a predetermined target density range;
Means for comparing the number of neighboring volume elements whose density values fall within a predetermined target density range with a predetermined threshold;
Means for removing volume elements from an object if the number of neighboring volume elements whose density values fall within the density range of the predetermined object does not exceed a predetermined threshold.
CTデータで複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
領域のCTデータから体積要素を除去する侵食ステップを所定の回数Nだけ実行することを含み、前記侵食ステップは侵食CTデータを生成し、さらに、
侵食CTデータで侵食した対象を識別することと、
CTデータから侵食対象の体積要素を除去することと、
侵食対象を除去した後、CTデータで対象にシート状対象であるとラベルを貼ることを含む方法。 A method for detecting a sheet-like object represented by computed tomography (CT) data of a region, comprising:
Identifying a plurality of volume elements in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Performing an erosion step for removing volume elements from the CT data of the region a predetermined number of times N, wherein the erosion step generates erosion CT data;
Identifying the eroded object in the erosion CT data;
Removing eroded volume elements from the CT data;
A method comprising labeling an object as a sheet-like object with CT data after removing the erosion object.
CTデータで複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
領域のCTデータから体積要素を除去する侵食ステップを所定の回数Nだけ実行する手段を備え、前記侵食ステップは侵食されたCTデータを生成し、さらに、
侵食CTデータで侵食対象を識別する手段と、
CTデータから侵食対象の体積要素を除去する手段と、
侵食対象を除去した後、CTデータの対象にシート状対象であるとラベルを貼る手段とを備える装置。 An apparatus for detecting a sheet-like object represented in a computed tomography (CT) data of an area,
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for performing a predetermined number N of erosion steps to remove volume elements from the CT data of the region, said erosion step generating eroded CT data;
Means for identifying the erosion object in the erosion CT data;
Means for removing volume elements to be eroded from CT data;
An apparatus comprising means for attaching a label to a target of CT data as a sheet-like target after removing the target of erosion.
領域のCTデータを収集する手段と、
CTデータで複数の体積要素を識別する手段とを備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
領域のCTデータから体積要素を除去する侵食ステップを所定の回数Nだけ実行する手段を備え、前記侵食ステップは侵食CTデータを生成し、さらに、
侵食CTデータで侵食対象を識別する手段と、
CTデータから侵食対象の体積要素を除去する手段と、
侵食対象を除去した後、CTデータの対象にシート状対象であるとラベルを貼る手段とを備えたシステム。 A computed tomography (CT) scanning system for processing CT data of a region,
Means for collecting CT data of the region;
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for performing an erosion step for removing volume elements from the CT data of the region a predetermined number of times N, wherein the erosion step generates erosion CT data;
Means for identifying the erosion object in the erosion CT data;
Means for removing volume elements to be eroded from CT data;
A system comprising means for labeling a target of CT data as a sheet-like target after removing the target of erosion.
対象に関連するCTデータで複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
対象の表面体積要素を識別することを含み、対象の前記表面体積要素が対象の表面に配置され、さらに、
対象の平均密度を計算することを含み、前記平均密度は、対象に関連する体積要素の密度値の平均であり、さらに、
表面体積要素の密度値を調節して、調節済みの密度値にすることを含み、前記調節済み密度値は平均密度の関数に基づく方法。 A method of processing computed tomography (CT) data representing an object within a region comprising:
Identifying a plurality of volume elements with CT data associated with the subject, each volume element associated with a density value;
Identifying a surface volume element of the object, wherein the surface volume element of the object is disposed on the surface of the object;
Calculating an average density of the object, wherein the average density is an average of density values of volume elements associated with the object;
Adjusting the density value of the surface volume element to an adjusted density value, wherein the adjusted density value is based on a function of average density.
対象に関連するCTデータで複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値を有し、さらに、
対象の表面体積要素を識別する手段を備え、対象の前記表面体積要素は対象の表面に配置され、さらに、
対象の平均密度を計算する手段を備え、前記平均密度は、対象に関連する体積要素の密度値の平均であり、さらに、
表面体積要素の密度値を調節して、調節済み密度値にする手段を備え、前記調節済み密度値は平均密度の関数である装置。 An apparatus for processing computed tomography (CT) data of an object within an area,
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data associated with the object, each volume element having a density value;
Means for identifying a surface volume element of the object, wherein the surface volume element of the object is disposed on the surface of the object;
Means for calculating an average density of the object, wherein the average density is an average of density values of volume elements associated with the object;
Means for adjusting the density value of the surface volume element to an adjusted density value, said adjusted density value being a function of the average density.
対象のCTデータを収集する手段と、
対象に関連するCTデータで複数の体積要素を識別する手段とを備え、各体積要素は密度値を有し、さらに、
対象の表面体積要素を識別する手段を備え、対象の前記表面体積要素は対象の表面に配置され、さらに、
対象の平均密度を計算する手段を備え、前記平均密度は、対象に関連する体積要素の密度値の平均であり、さらに、
表面体積要素の密度値を調節して、調節済み密度値にする手段を備え、前記調節済み密度値が平均密度の関数であるシステム。 A computed tomography (CT) system for processing CT data representing a region of an object,
Means for collecting the CT data of the subject;
Means for identifying a plurality of volume elements with CT data associated with the object, each volume element having a density value,
Means for identifying a surface volume element of the object, wherein the surface volume element of the object is disposed on the surface of the object;
Means for calculating an average density of the object, wherein the average density is an average of density values of volume elements associated with the object;
A system comprising means for adjusting a density value of a surface volume element to an adjusted density value, wherein the adjusted density value is a function of an average density.
対象の質量および密度を計算することと、
対象の密度を所定の密度範囲と、対象の質量を所定の質量範囲と比較することを含み、前記所定の質量範囲は所定の密度範囲に関連し、さらに、
対象の密度が所定の密度範囲に入り、対象の質量が所定の質量範囲に入る場合、対象を所定の対象のクラスに属すると分類することを含む方法。 A method for classifying an object represented by a computed tomography (CT) data of an area, comprising:
Calculating the mass and density of the object;
Comparing the density of the object with a predetermined density range and the mass of the object with the predetermined mass range, wherein the predetermined mass range is related to the predetermined density range;
A method comprising classifying an object as belonging to a predetermined object class if the object's density falls within a predetermined density range and the object's mass falls within a predetermined mass range.
対象の質量を計算する手段と、
対象の密度を計算する手段と、
所定の密度範囲を生成する手段と、
所定の質量範囲を生成する手段とを備え、前記所定の質量範囲は所定の密度範囲に関連し、さらに、
対象の密度を所定の密度範囲と比較する手段と、
対象の質量を所定の質量範囲と比較する手段と、
対象の密度が所定の密度範囲に入り、対象の質量が所定の質量範囲に入る場合、対象を所定の対象クラスに属すると分類する手段とを備える装置。 An apparatus for classifying objects by computer tomography (CT) data in a certain area,
Means for calculating the mass of the object;
Means for calculating the density of the object;
Means for generating a predetermined density range;
Means for generating a predetermined mass range, wherein the predetermined mass range is associated with a predetermined density range;
Means for comparing the density of the object with a predetermined density range;
Means for comparing the mass of the object with a predetermined mass range;
An apparatus comprising: means for classifying an object as belonging to a predetermined object class when the density of the object falls within a predetermined density range and the mass of the object falls within a predetermined mass range.
領域のCTデータを収集する手段と、
CTデータを使用して、対象の質量を計算する手段と、
CTデータを使用して、対象の密度を計算する手段と、
所定の密度範囲を生成する手段と、
所定の質量範囲を生成する手段とを備え、前記所定の質量範囲が所定の密度範囲に関連し、さらに、
対象の密度を所定の密度範囲と比較する手段と、
対象の質量を所定の質量範囲と比較する手段と、
対象の密度が所定の密度範囲に入り、対象の質量が所定の質量範囲に入る場合、対象を所定の対象クラスに属すると分類する手段とを備えるシステム。 A computed tomography (CT) scanning system for classifying objects in a region,
Means for collecting CT data of the region;
Means for calculating the mass of the object using CT data;
Means for calculating the density of the object using CT data;
Means for generating a predetermined density range;
Means for generating a predetermined mass range, wherein the predetermined mass range is associated with a predetermined density range;
Means for comparing the density of the object with a predetermined density range;
Means for comparing the mass of the object with a predetermined mass range;
A system comprising means for classifying an object as belonging to a predetermined object class when the density of the object falls within a predetermined density range and the mass of the object falls within a predetermined mass range.
領域のCTデータで複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
領域のCTデータでシート状対象検出プロセスを実行し、任意のシート状対象に関連する体積要素を識別することと、
シート状対象の検出プロセスを実行した後、領域のCTデータの体積要素を接続して対象にすることを含む方法。 A method for detecting an object represented by a computed tomography (CT) data of an area, comprising:
Identifying a plurality of volume elements in the CT data of the region, wherein each volume element is associated with a density value;
Performing a sheet-like object detection process on the CT data of the region to identify volume elements associated with any sheet-like object;
A method comprising connecting and targeting volume elements of CT data of a region after performing a sheet-like object detection process.
領域のCTデータで複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
領域のCTデータでシート状対象の検出プロセスを実行して、その領域のCTデータで表される任意のシート状対象に関連する体積要素を識別する手段と、
シート状対象の検出プロセスを実行した後、領域のCTデータの体積要素を接続して対象にする手段とを備える装置。 An apparatus for detecting an object represented by computed tomography (CT) data in a certain area,
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data of the region, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for performing a sheet-like object detection process on the CT data of the region to identify a volume element associated with any sheet-like object represented by the CT data of the region;
An apparatus comprising: a means for connecting a volume element of CT data in a region to be an object after performing a sheet-like object detection process.
領域のCTデータを収集する手段と、
領域のCTデータで複数の体積要素を識別する手段とを備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
領域のCTデータでシート状対象の検出プロセスを実行して、領域のCTデータで表される任意のシート状対象に関連する体積要素を識別する手段と、
シート状対象の検出プロセスを実行した後、領域のCTデータの体積要素を接続して対象にする手段とを備えるシステム。 A computed tomography (CT) scanning system for detecting an object in an area, comprising:
Means for collecting CT data of the region;
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data of the region, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for performing a sheet-like object detection process on region CT data to identify volume elements associated with any sheet-like object represented by region CT data;
And a means for connecting the volume elements of the CT data of the region to be the target after performing the sheet-like target detection process.
CTデータで複数の体積要素を識別することを含み、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
CTデータを分析して、CTデータで表される対象の表面で表面体積要素を識別することと、
相互に非常に近接したCTデータによって表される複数の対象が、互いから分離されるよう、CTデータから表面体積要素を除去することと、
CTデータの体積要素を組み合わせて複数の別個の対象にすることと、
置換表面体積要素を対象に追加して、対象を元のサイズに回復させることを含む方法。 A method for detecting an object represented by a computed tomography (CT) of an area, comprising:
Identifying a plurality of volume elements in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Analyzing the CT data to identify surface volume elements at the surface of the object represented by the CT data;
Removing surface volume elements from CT data such that multiple objects represented by CT data in close proximity to each other are separated from each other;
Combining volumetric elements of CT data into multiple separate objects;
Adding a replacement surface volume element to the object to restore the object to its original size.
CTデータで複数の体積要素を識別する手段を備え、各体積要素は密度値に関連し、さらに、
CTデータを分析して、CTデータに表される対象の表面で表面体積要素を識別する手段と、
相互に非常に近接したCTデータによって表される複数の対象が、互いから分離されるよう、CTデータから表面体積要素を除去する手段と、
CTデータの体積要素を組み合わせて複数の別個の対象にする手段と、
置換表面体積要素を対象に追加して、対象を元のサイズに回復させる手段とを備える装置。 An apparatus for detecting an object represented by a computed tomography (CT) data of an area,
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data, wherein each volume element is associated with a density value;
Means for analyzing the CT data to identify surface volume elements at the surface of interest represented in the CT data;
Means for removing surface volume elements from the CT data such that multiple objects represented by the CT data in close proximity to each other are separated from each other;
Means for combining the volume elements of CT data into a plurality of separate objects;
Means for adding a replacement surface volume element to the object to restore the object to its original size.
領域を表すCTデータを収集する手段と、
CTデータで複数の体積要素を識別する手段とを備え、各体積要素は密度値に関連し、
CTデータを分析して、CTデータに表される対象の表面で表面体積要素を識別する手段と、
相互に非常に近接したCTデータによって表される複数の対象が、互いから分離されるよう、CTデータから表面体積要素を除去する手段と、
CTデータの体積要素を組み合わせて複数の別個の対象にする手段と、
置換表面体積要素を追加して、対象を元のサイズに回復させる手段とを備えるシステム。
A computed tomography (CT) scanning system for identifying an object in an area, comprising:
Means for collecting CT data representing a region;
Means for identifying a plurality of volume elements in the CT data, each volume element associated with a density value;
Means for analyzing the CT data to identify surface volume elements at the surface of interest represented in the CT data;
Means for removing surface volume elements from the CT data such that multiple objects represented by the CT data in close proximity to each other are separated from each other;
Means for combining the volume elements of CT data into a plurality of separate objects;
Means for adding a replacement surface volume element to restore the object to its original size.
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