JP2014508954A - 合成オブジェクト分割方法およびシステム｛ｃｏｍｐｏｕｎｄｏｂｊｅｃｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎ｝ - Google Patents

Abstract

撮影装置によって生成された画像内のオブジェクト１１０の表現が１個以上の潜在的な合成オブジェクト５００を含むことができ、このような合成オブジェクトは２個以上の下位オブジェクトを有する。合成オブジェクトは、オブジェクトの画像の品質に悪影響を与えて危険物を確認することを難しくする。したがって、潜在的な合成オブジェクト５００の表現を下位オブジェクトに分割するための検査を行う。このために、潜在的な合成オブジェクト５００の３次元画像を投影して１個以上のアイゲン投影表現５０４を作り、２次元アイゲン投影表現を分割して下位オブジェクトを識別する。下位オブジェクトが識別されれば、分割されたアイゲン投影表現９００を３次元空間１１０４に逆投影した後に後処理を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線撮影分野に関し、具体的には、合成オブジェクトの下位オブジェクトを識別することが有用な分野であるセキュリティや産業用は勿論、医療分野などのＣＴ撮影分野に関する。

空港やその他の旅行関連分野のセキュリティは今日の複雑な環境においては非常に重要な問題である。安全性を確保するために手荷物を検査するが、この時、Ｘ線撮影装置を多く用いる。例えば、セキュリティ要員にオブジェクトの２次元や３次元の画像を提供するのにＣＴスキャナーを用いることができる。セキュリティ要員は、この画像を見て該手荷物を通過させても良いか、または（手で）さらに検査を行うべきかを判断することができる。

現在の技術では、手荷物中の潜在的な危険物をスクリーニングする時、撮影装置から得られた画像を自動で認識する。このようなシステムは、画像からオブジェクトを抽出した後、抽出されたオブジェクトの性質を計算する。検査されたオブジェクトの性質（例；密度、形状など）を公知の危険物の性質と比較してオブジェクトを区分することができる。抽出されたオブジェクトが幾つかのオブジェクト（下位オブジェクト）からなる、いわゆる合成オブジェクトである場合には、潜在的な危険物を区分する性能が落ちる。

合成オブジェクトは、通常、２個以上の下位オブジェクトからなる。例えば、２個の下位オブジェクトが互いに接して並んで置かれていれば、保安装置は２個のオブジェクトを１個の合成オブジェクトとして認識する。この合成オブジェクトが実際には２個の別のオブジェクトからなっており、合成オブジェクトの性質を公知の危険物と効果的に比較することができない。このため、合成オブジェクトが入っている手荷物は危険物を把握することができないため、別の（手作業）の検査のために標識をつけたりする。このような作業のため、セキュリティチェックポイントにおける処理能力が落ちる。一方、検査を受ける合成オブジェクトは、内部の潜在的な危険物の性質が他の下位オブジェクトの性質と結合して汚染（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅ）されたために識別することができないか、このような汚染された性質は危険物でないオブジェクトの性質と似ていることが一般的である。

危険物の検知能力を改善してセキュリティチェックポイントにおける効率と処理能力を高めるために合成オブジェクト分割法を適用することができる。合成オブジェクト分割とは、基本的に潜在的な合成オブジェクトを識別し、これらを下位オブジェクトに分割するものである。密度やその他の性質が異なる成分に関する合成オブジェクトの分割は、ヒストグラムに基づいた合成オブジェクト分割アルゴリズムを用いて実行される。他の技術としては表面体積削除法（ｓｕｒｆａｃｅ ｖｏｌｕｍｅ ｅｒｏｓｉｏｎ）がある。しかし、合成オブジェクトを分割する技法として削除法を利用すると問題が生じる。例えば、削除（ｅｒｏｓｉｏｎ）をすれば、オブジェクトの質量が減って、合成でないオブジェクトを区分できないように分割するか、合成オブジェクトの分割に失敗し得る。また、この技法では、オブジェクトが合成オブジェクトである可能性があるか否かに関係なく削除と分割が包括的に行われることもある。

本発明は、以上の問題点を克服するためのものである。本発明は、合成オブジェクトの３次元表現を下位オブジェクトに分割する方法を提供する。この方法によれば、Ｘ線検査によって生成された合成オブジェクトの３次元表現から生成された合成オブジェクトのアイゲン（Ｅｉｇｅｎ）投影表現を利用して、合成オブジェクトの１個以上の下位オブジェクトを示す３次元表現を生成する。

また、本発明は、画像データの合成オブジェクト分割システムを提供する。このシステムは、合成オブジェクトの３次元表現からアイゲン投影表現を生成するアイゲンプロジェクター、合成オブジェクトの下位オブジェクトを示すアイゲン投影表現の画素と、合成オブジェクトに２番目の下位オブジェクトがあれば、２番目の下位オブジェクトのアイゲン投影表現の画素を分割して、合成オブジェクトの分割されたアイゲン投影表現を生成する分割器、および合成オブジェクトの下位オブジェクトを示す３次元表現を生成するために分割されたアイゲン投影表現内の画素に割り当てられた表示に合わせて合成オブジェクトの３次元表現のボクセルに表示を行うバックプロジェクターを含む。

また、本発明は、マイクロプロセッサーを介してある方法を実行するコンピュータ命令語を含むコンピュータ読み取り可能な格納装置も提供する。この方法は、合成オブジェクトを示す３次元画像データの主軸に垂直な平面に３次元画像データを投影して３次元画像データのアイゲン投影表現を生成するステップ、適応削除法（ａｄａｐｔｉｖｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を利用してアイゲン投影表現を削除し、削除されたアイゲン投影表現を生成するステップ、削除されたアイゲン投影表現を分割して、合成オブジェクトの下位オブジェクトを示す分割されたアイゲン投影表現を生成するステップ、および分割されたアイゲン投影表現を下位オブジェクトを示す３次元画像データに投影するステップを含む。

当業者であれば、下記の説明を通じて本発明の他の特徴についても理解することができるであろう。

スキャナーの一例のブロック図である。 合成オブジェクトの分割を実現する環境のブロック図である。 合成オブジェクトの分割を実現する他の環境のブロック図である。 合成オブジェクト分割方法の一例のフローチャートである。 合成オブジェクトの３次元画像データを２次元アイゲン投影表現に変換することを示すグラフィックである。 ２次元アイゲン投影表現の一部分である。 投影表現が一部削除された後の２次元アイゲン投影表現の一部分である。 削除が終わった２次元アイゲン投影表現のグラフィックである。 ２次元分割されたアイゲン投影表現のグラフィックである。 整理された状態の２次元分割されたアイゲン投影表現のグラフィックである。 ２次元分割されたアイゲン投影表現を３次元画像空間に逆投影することを示すグラフィックである。 本発明を実現するコンピュータ実行命令語を含むコンピュータ読み取り可能な媒体の一例を示すブロック図である。

以下の説明は例示したものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、あくまでも特許請求の範囲によって定められなければならず、当業者であれば知ることができる様々な変形や変更はいずれも本発明の範囲に属するとみなすべきである。

空港のセキュリティ検査台における手荷物検査のためのＣＴスキャナーのような撮影装置を用いてオブジェクトを撮影して生成された画像データにおいて合成オブジェクトを下位オブジェクトに分割するシステムや技術を提供する。具体的には、オブジェクトの３次元画像データを投影し分割してアイゲン投影表現を作り、これより一部の画素を削除して、１番目の下位オブジェクトと関連した画素を２番目の下位オブジェクトと関連した画素から分割した後、アイゲン投影表現を下位オブジェクトを示す３次元画像データに逆投影するシステムや技術が提供される。すなわち、合成オブジェクトを示す画像データを各々の下位オブジェクトを示すデータに分割する技術とシステムが提供される。

図１は、ＣＴスキャナーのようなＸ線検査装置１０２を用いて撮影されたコンテナーの内部にあるオブジェクトから潜在的な危険物が含まれたオブジェクトを識別する一例１００を示す。Ｘ線検査によるデータによって生成された検査オブジェクト１１０の画像はモニター１３０に表示され、これを（放射線技術者、セキュリティ要員のような）人が見ることができる。このようなシステムは、病院での患者や動物病院での動物の医学的状態（例；骨折）を診断するには勿論、セキュリティ検査台での手荷物のようなオブジェクト１１０と関連した関心オブジェクト（例；潜在的な危険物、禁止品目など）を確認するのにも用いられる。一方、何の画像も生成されないが、場合に応じては、各々のオブジェクトの密度や物理化学的性質を確認し、所定品目（例；禁止品目）と関連した密度リストと比較して、検査中のオブジェクト１１０が所定品目を含む可能性があるかどうかを判断したりもする。

ここでは、シングルエネルギーＣＴスキャナーを例に挙げて説明するが、本発明は、これに限定されず、あくまでも特許請求の範囲によって限定され、マルチエネルギーＣＴスキャナーのような他のシステムは勿論、３次元画像を作るシステムにも適用することができる。以下の説明は例示したものに過ぎず、装置の一部分の方向や位置も説明された通りに決まったものでもない。例えば、図１のデータ取得器１１８を検査装置１０２の回転支持台１１４と検出器アレイ１０６のいずれにも設置することができる。

検査装置１０２は、（患者、空港のスーツケース、製材所の木材などの）オブジェクト１１０を検査し、回転支持台１１４と固定支持台１１６とを有する。検査中のオブジェクト１１０はベッドやコンベヤーベルトのように（回転支持台内の中空空間である）検査区域１０９に配置された支持台１０８上に置かれ、回転支持台１１４が（モーター、駆動軸、チェーンのような）回転器１１２によってオブジェクト１１０の周りを回転する。

回転支持台１１４は検査区域１０９の一部分を囲み、（イオンや非イオン型放射線を出す）輻射源１０４と検出器アレイ１０６とを含み、検出器アレイは輻射源１０４に対して回転支持台１１４の正反対側に位置する。

オブジェクト１１０を検査する間、輻射源１０４は検査中のオブジェクト１１０に向かって放射線を放出し、その間、回転支持台１１４は輻射源１０４や検出器アレイ１０６と共にオブジェクト１１０の周りを回転する。一般的にＣＴスキャナーにおいては、検査期間中に連続的に放射線が放出される。しかし、あるＣＴスキャナーや他のＸ線撮影装置においては、検査期間中に放射線が断続的やパルス式で放出されることもできる。

オブジェクト１１０を透過した放射線はオブジェクトの部分ごとに違うように減衰する。部分ごとに放射線が違うように減衰するため、このような減衰に基づいて、または検出器アレイ１０６によって検知された光子数の変化に基づいて画像を作ることができる。例えば、骨や金属板のような高密度部分は、検出器アレイ１０６にぶつかる光子数によって皮膚や服のような低密度部分より放射線をより多く減衰させる。

ある場合は、検査中のオブジェクト１１０を回転支持台１１４がｘ−ｙ平面で回転している図面に直角なｚ−軸方向に移動することもできる。この場合、オブジェクト１１０を透過する放射線のｚ−寸法より大きいｚ−寸法を有するオブジェクトをより迅速に検査することができる。検査期間中に回転支持台１１４が回転し、オブジェクト１１０がｚ方向に動きながら行われる検査を螺旋スキャンという。

検出器アレイ１０６に影響を及ぼす放射線から生じる電荷は直／間接的に検出器アレイ１０６の電子装置によって検知される。このような電子装置は検知された電荷量に比例する信号を生成し、このような信号は検査装置１０２や検出器アレイ１０６に一体であっても一体でなくてもよいデータ取得器１１８に送られる。検出器アレイ１０６が検知する電荷量は光子数と直接に関わるため、その出力はオブジェクト１１０を透過する放射線の減衰量を示す。

一例として、Ｘ線チューブのような輻射源１０４を有するＣＴスキャナーのような検査装置１０２はＸ線を扇形状、円錐状、くさび状などの形態で放出し、この光は検査区域１０９のスーツケースのようなオブジェクト１１０を透過する。この時、輻射源１０４から放出されたＸ線は、検査するオブジェクト１１０が入っている検査区域１０９を透過し、正反対側の検出器アレイ１０６によって検知される。また、スキャナーに取り付けられたモーター駆動器のような回転器１１２を用いて、輻射源１０４と検出器アレイ１０６をオブジェクト１１０の周りに回転させることもできる。この場合、Ｘ線が様々な角度からオブジェクトを透過し、ｘ線投射セットが生成される。一方、輻射源１０４と検出器アレイ１０６は固定され、オブジェクト１１０が回転するか、あるいは輻射源と検出器アレイのうちの１つだけが回転し、オブジェクトは回転しても回転しなくてもよい。

データ取得器１１８は検査装置１０２に連結され、検出器アレイ１０６から情報やデータを収集し、このように収集されたデータをオブジェクト１１０の投影空間データ１５０にコンパイルする。

一例として、オブジェクト１１０に対する色々な角度位置の各々からＸ線投影データを得ることができる。また、検査装置１０２の上流から下流側に回転軸に平行にオブジェクト１１０が移動し、オブジェクトの回転軸に沿って複数の地点からＸ線投影データを得ることもできる。回転軸がスキャン中のオブジェクト１１０に対してＺ軸をなす時、複数の角度位置の各々からオブジェクトに対してＸ軸とＹ軸が生じる。この場合、オブジェクトの３次元画像空間に変換できる体積データを得ることができる。

データ取得器１１８に連結された画像抽出器１２０はデータ取得器のデータ１５０を受けて３次元画像データ１５２を作るが、この画像データは適宜な分析、繰り返しまたは合成技術を利用して、検査されたオブジェクトを表現する。

例えば、スーツケースの３次元画像データ１５２はデスクトップやラップトップコンピュータのようなワークステーション１３１のモニター１３０に表示されて人が見ることができる。この場合、操作者は、色々な角度とズームと位置からスーツケースを回転させながら画像を分離し操作することができる。

ここでは、画像抽出器１２０を用いて３次元画像データを抽出することとして説明したが、これに限定されず、例えば、システムに連結されていない撮影装置で３次元画像データ１５２を作ることもできる。この場合、３次元画像データを格納装置（例；ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュメモリ）に格納してからシステムに移す。

本実施形態においては、検査されたオブジェクト１１０に含まれた１個以上のアイテムからオブジェクト−特徴１５４を抽出するためにデータ取得器１１８からオブジェクト−特徴抽出器１２２がデータ１５０を受ける。一方、このような抽出器１２２が画像抽出器１２０の一部分であり、３次元画像データ１５２とオブジェクト特徴１５４がいずれも画像抽出器１２０に送られることもできる。または、オブジェクト特徴抽出器１２２を画像抽出器１２０の後ろに配置し、３次元画像データ１５２からオブジェクト特徴１５４を抽出することもできる。当業者であれば、３次元画像データとオブジェクト特徴をシステムに送る他の方案も容易に考えることができるであろう。

オブジェクト１１０の３次元画像データとオブジェクト特徴は入力制御器１２４に受信される。入力制御器１２４は、オブジェクト特徴に基づいて３次元画像データ１５２内の合成オブジェクトを識別する。一例として、合成オブジェクト分割器１２６において処理する合成オブジェクト１５６を選択するのに入力制御器１２４を用いる。例えば、画像内のオブジェクトの比率のようなオブジェクト特徴１５４を入力制御器１２４より前に計算した後、（既存の合成オブジェクトから抽出した特徴のような）合成オブジェクトの特徴と比較して、このオブジェクトが合成オブジェクトであるか否かを判断する。一方、入力制御器１２４が潜在的な合成オブジェクトの密度と密度の標準偏差を計算することもできる。標準偏差が一定範囲から外れると、入力制御器１２４は、このオブジェクトを潜在的な合成オブジェクトとして識別する。一例として、入力制御器１２４によって潜在的な合成オブジェクトでないと決定されたオブジェクトを示す画像データ１５８は、合成画像分割器１２６に送られずに直ちに危険決定器１２８に送られて後程分析される。

合成オブジェクト分割器１２６は、潜在的な合成オブジェクトを示す３次元画像データ１５６を入力制御器１２０から受け、この画像データを投射して潜在的な合成オブジェクトから下位オブジェクトを確認して、２次元投影データを生成し、３次元画像データ（例；ボクセル（ｖｏｘｅｌ）データ）と２次元アイゲン投影データ（例；画素データ）との間の一致点を記録する。一旦投影されると、２次元アイゲン投影データ内の合成オブジェクトを表示する画素が削除される。削除されない画素は、潜在的な合成オブジェクト１５６の下位オブジェクトを示す２次元の部分アイゲン投影データを生成するように区分される。潜在的な合成オブジェクト１５６が実際には複数のオブジェクトでない１個のオブジェクトであれば、２次元の部分投影データが潜在的な合成オブジェクトとほぼ似た下位オブジェクトを示す。次に、２次元の部分アイゲン投影データが２次元空間で下位オブジェクト１６０を示す３次元画像空間に投影されるが、この時、３次元画像データと２次元アイゲンデータとの間の一致点を利用する。

危険決定器１２８はオブジェクトの画像データを受けるが、この画像データは、下位オブジェクト１６０を示す画像データや、入力制御器１２４によって単一品目を示すと決定された画像データ１５８を含むことができる。危険決定器１２８はこの画像データを所定の閾値と比較するが、このような閾値は潜在的な危険物に対応する値である。以上の説明は危険決定器１２８を用いることなく合成オブジェクトを分離するのに適用されることもできる。例えば、検査中のオブジェクト１１０を人が見るように表示される間、このオブジェクトの画像データをワークステーション１３１に送ることもできる。

検査を受けたオブジェクトが危険物を含んでいるか否かに関する情報や下位オブジェクト１６２に関する情報をワークステーション１３１に送ることができ、荷物検査台においてセキュリティ要員がワークステーションのディスプレイ１３０を見ることができる。このようにして、検査装置１０２によって検査中のオブジェクトに関する情報をリアルタイムで追跡することができる。

ワークステーション１３１に連結された制御器１３２は、ワークステーション１３１から命令語を受けて実行する動作を表示する指示語を生成する。例えば、ユーザが放射線量を違うようにしてオブジェクト１１０を再検査することを望み、制御器１３２は所望する放射線量を放出しろという命令を輻射源１０４にすることができる。

今までＣＴスキャナーを例に挙げて説明したが、検査中のオブジェクトを示す３次元画像や体積データを作ることができる他のＸ線システムも用いることができる。また、他の構成も可能である。例えば、危険決定器を用いることなく、入力制御器１２４や合成オブジェクト分割器１２６から生成された画像データをワークステーション１３１にだけ送ることもできる。または、データ取得器１１８が検査装置１０２の検出器アレイ１０６の一部分であってもよい。すなわち、本発明の範囲内で一部の要素は省略されてもよく、他の要素を追加してもよい。

図２は、オブジェクトの特徴に基づいて潜在的な合成オブジェクトを識別することができる入力制御器１２４の一例２００のブロック図である。この入力制御器１２４は特徴値比較器２０２を含み、この比較器は特徴値１５４を（データベースに格納された）該当特徴閾値と比較する。

オブジェクトの画像データ１５２は該当特徴値１５４と共に入力制御器１２４に送られる。このような特徴値１５４はオブジェクトのＥＢＦＲ（Ｅｉｇｅｎ−ｂｏｘ ｆｉｌｌ ｒａｔｉｏ）のような形状値を含むが、これに限定されない。一例として、ＥＢＦＲが大きいオブジェクトは形状が均一であるが、ＥＢＦＲが小さいオブジェクトは不規則な形状を示すのが普通である。特徴値比較器２０２は、オブジェクトの特徴値をこの特徴に対する閾値と比較して、どのような特徴がこのオブジェクトに対する合成オブジェクトを示すかを決定する。一方、特徴値１５４が、例えば、オブジェクト内部の密度の標準偏差や平均密度に関するものであってもよい。この場合、特徴値比較器２０２は、密度の標準偏差を閾値と比較して、合成オブジェクトがあるか否かを判断する。

入力制御器１２４の入力決定器２０４は、特徴値比較器２０２の結果に基づいて潜在的な合成オブジェクトを確認する。一例として、入力決定器２０４が各々のオブジェクト特徴値に対する所望の数のポジティブ結果値に基づいて潜在的な合成オブジェクトを確認し、このようなポジティブ結果値は潜在的な合成オブジェクトを示す値を含む。例えば、本実施形態において、所望の数のポジティブ結果値が１００％であれば、オブジェクト特徴値のうちの１つでも非合成オブジェクトを示せば、このオブジェクトを示す画像データが分離して送られないことを意味する（１５８）。しかし、問題のオブジェクトが所望の数のポジティブ結果値（例；全体がポジティブ）を有すれば、潜在的な合成オブジェクトの画像データが分離して送られることができる（１５６）。一方、標準偏差が比較器２０２の所定の閾値を超過する時、決定器２０４が潜在的な合成オブジェクトを識別することもできる。

図３は、合成オブジェクト分割器１２６の例３００のブロック図であり、この分割器は、潜在的な合成オブジェクトを示す３次元画像データ１５６から下位オブジェクトを示す３次元画像データ１６０を生成する。

合成オブジェクト分割器１２６のアイゲンプロジェクター（Ｅｉｇｅｎ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）３０２は、潜在的な合成オブジェクトを示す３次元画像データ１５６を受信する。アイゲンプロジェクター３０２は、このような３次元画像データ１５６を潜在的な下位オブジェクトを示す１個以上の２次元アイゲン投影データ３５０に変換し、３次元画像データと２次元アイゲン投影データ３５０との間の一致点３５１を記録したりもする。すなわち、３次元画像データのボクセル（ｖｏｘｅｌ）が潜在的な合成オブジェクトを示す２次元アイゲン投影データ３５０の画素で表わされたり関連したものとして記録される。このような記録は２次元投影空間から３次元画像空間への逆投影に有利であり、このため、（ボクセルの密度や該ボクセルで識別される原子数のような）ボクセルの性質を投影と逆投影の間に（全体や一部を）失われない。アイゲンプロジェクター３０２が一致点３５１を記録することとして説明したが、一方では、合成オブジェクト分割器１２６の他の要素や以前の実施形態１００の他の要素が一致点３５１を記録することもできる。

アイゲン投影法が３次元オブジェクトの２次元表現であることはよく知られており、このような投影と関連した２次元平面がオブジェクトの各々の主軸に直角である。アイゲン投影、固有ベクトル、固有値などはよく知られたものであるが、固有ベクトル（例；主軸）を表面積に対して簡単に説明する。一般的に、（例えば、ある平面の２次元画像がオブジェクトの３次元表現から生成されれば）あるオブジェクトの最大表面積を示す該平面に第１主軸が置かれる。固有ベクトルが直交座標系（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）を形成するため、他の２主軸は第１主軸に基づいて決定される。主軸の方向は合成オブジェクトの方向に基づいて、オブジェクトに対して変化しない。例えば、検査面（例；図１の１０８）に対してある本が４５度に傾こうが５０度に傾こうが、主軸であるｘ軸はオブジェクトに対して同じ方向を有し、検査面に対しては異なる方向を有することができる。すなわち、ｘ軸が、第１シナリオにおいては検査面に対して４５度に傾き、第２シナリオにおいては検査面に対して５０度に傾くが、オブジェクトに対しては両シナリオにおいて同じ位置にある。このようにして、オブジェクトの少なくとも１個のアイゲン投影において、この投影のために失われた空間量（例；崩れた３次元での空間量）が軽減されるか最小化される。（他の２個の固有ベクトルに直角に投影された）他のアイゲン投影においては、該投影のために失われた空間量がより大きいことがある。

２次元アイゲン投影データ３５０の画素は３次元画像データ１５６のボクセルを示す。与えられたボクセルで表されるボクセル数は２次元アイゲン投影データ３５０に含まれない３次元画像データ１５６の次元に「積層」されたオブジェクトのボクセル数によって左右されるか、むしろ投影面に直角な固有ベクトル（例；主軸）に沿って非空のボクセル数（例；オブジェクトを示すボクセル数）によって左右される。例えば、ｘ−ｚ座標において（主軸が決定された後）３次元画像データ１５６のｙ−次元に３個のボクセルが積層されていれば、与えられたｘ−ｚ座標に該当する画素は２次元アイゲン投影データ３５０内の３個のボクセルを示すことができる。同様に、２番目のｘ−ｚ座標においてｙ次元に５個のボクセルが積層されていれば、この画素に隣接した画素が５個のボクセルを示す。画素で表されるボクセルの数を「画素数」という。

合成オブジェクト分割器１２６の投影削除器３０４が２次元アイゲン投影データ３５０を受けて削除して、潜在的な合成オブジェクトの下位オブジェクトを露呈するようにする。一例として、投影削除器３０４は、適応型削除法を利用して２次元投影データの画素を削除し、合成オブジェクト内の空間や間隙に基づいて下位オブジェクトを露呈する。「適応型削除法」とは、１個以上の（隣り合う）画素の特性の関数でどのような画素を削除するかを決定するために削除閾値を調節する技術である。すなわち、削除閾値は、決まったものではなく、画素の性質や特性に応じて変わる。

適応型削除法の一例として、投影削除器３０４は、１番目の画素の削除閾値を決定するために１番目の画素付近の画素の画素値を比較して、１番目の画素を削除するか否かを決定する。１番目の画素の削除閾値が決定されれば、この閾値を付近の画素の各々の画素値と比較する。各々の画素値が閾値より低ければ、１番目の画素は削除され、例えば、この画素値が０に設定されるか、オブジェクトを表示しないようにする。投影削除器３０４は、類似する適応型削除法を複数の画素に対して繰り返し行い、合成オブジェクトの内部空間を確認／分割する。このようにして、合成オブジェクトを幾つかの部分に分割して下位オブジェクトを露呈するが、この時、画素グループの１つが下位オブジェクトの１つを表わすことができる。当業者に知られた他の適応法や静的（ｓｔａｔｉｃ）技法も考慮することができる。

合成オブジェクト分割器１２６の２次元分割器３０６は、投影削除器３０４から削除されたアイゲン投影データ３５２を受け、分割されたアイゲン投影データ３５４に分割する。一例として、下位オブジェクトの各々に対応するように画素を別々に表わすことも一種の分割に含まれる。例えば、削除前に「１」で表示された画素は（合成）オブジェクト「１」を示す。しかし、削除後には（合成）オブジェクト「１」の下位オブジェクトが確認され、１番目の画素グループは１番目の下位オブジェクトに割り当てられた値（例；「１」）で表示し、２番目の画素グループは２番目の下位オブジェクトに割り当てられた値（例；「２」）で示す。このようにして、各々の下位オブジェクトを１つの合成オブジェクトでない画像内において別個のオブジェクトとして確認することができる。

合成オブジェクト分割器１２６の整理器３０８は、分割されたアイゲン投影データ３５４を受け、一定基準を満たさない画素を整理する。例えば、少なすぎる画素で表示された下位オブジェクトは危険物とみなすことができる。一例として、一定基準を満たさない下位オブジェクトを示す画素を背景にみなして「０」で示したり廃棄したりすることも一種の整理である。例えば、３個の画素で表現された下位オブジェクトが、検査目的上、主要オブジェクト（例；危険物）でなければ、整理器３０８は、画素を変えて、この下位オブジェクトを廃棄する。

合成オブジェクト分割器１２６のバックプロジェクター（ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）３１０は、整理分割されたアイゲン投影データ３５６を受け、下位オブジェクト１６０を示す３次元画像データに逆投影する。すなわち、バックプロジェクター３１０は、３次元画像データと２次元アイゲン投影データ３５６との間の一致点３５１を利用して、２次元アイゲン空間のデータを３次元画像空間に逆マッピングする。このようにして、潜在的な合成オブジェクト１５６を示す３次元データのボクセルを２次元アイゲン投影データ３５６の該当画素に合うように表示して下位オブジェクト１６０を示す３次元画像データを生成する。例えば、本来合成オブジェクト「１」を示すものとして表示されたボクセルの一部分は下位オブジェクト「１」を示すように表示し、一部分は下位オブジェクト「２」を示すように表示する。潜在的な合成オブジェクト１５６を示す３次元データのボクセルに表示をして、ボクセルの性質とオブジェクトの性質を維持することができる。換言すれば、このような技法を利用して、オブジェクトの性質のうち少なくとも一部は、投影空間への投影と３次元画像空間への逆投影との間に失われない。また、削除されるか整理された画素と関連したボクセルは廃棄するか無視することができる。

以上で説明した合成オブジェクト分割器１２６はオブジェクトを分割する１つの技法であるだけであって、３次元画像データを２次元アイゲン投影データに投影してオブジェクトを確認し、３次元画像データに逆投影する他の技法も考慮することができる。例えば、図３の実施形態において、整理器３０８を無くして、検査目的上、重要でない下位オブジェクトの画素は廃棄することができる。

下位オブジェクト１６０を示す３次元画像データは、端末のモニターに表示されるか危険決定器１２８に転送され、オブジェクトの性質に応じた危険物を確認するのに用いられることができる。合成オブジェクトを下位オブジェクトに分割したため、危険決定器がオブジェクトの特徴をよりよく判断して危険物を正確に捜し出すことができる。

Ｘ線検査装置のような撮影装置から生成された画像において合成オブジェクトを下位オブジェクトに分割する方法の一例として、乗客の手荷物を検査するセキュリティチェックポイントにおいて危険物を決定することができる。この場合、合成オブジェクトが検査台に進入すれば、その性質が１つの物理的オブジェクトに特定されないため、潜在的な危険物を検知する危険物決定システムの性能が低下する。したがって、合成オブジェクトを各々の下位オブジェクトに分割することが好ましい。

図４は、潜在的な３次元合成オブジェクトを分割するのに利用される方法４００のフローチャートである。この方法は４０２ステップから始まり、４０４ステップにおいては、検査中の潜在的な合成オブジェクトを示す３次元画像データを投影して、潜在的な合成オブジェクトを示す２次元アイゲン投影データを生成する。すなわち、オブジェクトの主軸や３次元表現が識別され、当業界で知られた分析法や繰り返し法を利用して、オブジェクトの主軸に直角な平面に３次元表現が投影される。オブジェクトの固有ベクトルや３次元表現や固有ベクトルに応じた投影データについてはよく知られているので詳しい説明は省略する。また、固有ベクトルに沿って投影すれば、オブジェクトの縮小（最小）投影を達成することができる。

また、３次元画像データを投影する間、２次元アイゲン投影データとの一致点が記録される。すなわち、３次元画像空間から２次元アイゲン投影空間に画像データがマッピングされ、３次元画像空間のボクセルは２次元アイゲン投影空間の画素と関連したものとして記録される。

３次元画像データを２次元アイゲン投影空間に投影する前に、このオブジェクトが合成オブジェクトである可能性があるか否かを先に確認したことが好ましい。すなわち、確認されたオブジェクトが合成オブジェクトである可能性がなければ、以上で説明したステップは実行しなくてもよい。合成オブジェクトである可能性は、平均密度、（検査装置がマルチエネルギーシステムである場合）原子数、標準偏差を計算すれば決定される。標準偏差が閾値より大きければ、潜在的な合成オブジェクトとみなし、今まで説明したステップを行って該オブジェクトを下位オブジェクトに分割する。

図５は、合成オブジェクト５００の３次元画像データを２次元アイゲン投影空間５０４に投影する状態の斜視図である。図示したように、投影空間５０４とオブジェクト５００の方向が必ずしも一致する必要はない。すなわち、アイゲン投影空間５０４は、検査されたオブジェクト５００の方向とは独立しているため、例えば、オブジェクト５００が回転しようが直進しようがアイゲン投影空間は変わらない。かえって、オブジェクト５００や合成オブジェクトの３次元表現の主軸５０２が決定され、画像データが主軸のうちの１つに垂直に投影され、かえって複数のアイゲン投影空間が各々の主軸に垂直に生じる。例えば、本実施形態においては、ｙ軸に垂直に画像データが投影され、アイゲン投影面がｘ軸とｚ軸が置かれた平面に平行するようになる。これは、オブジェクトがｘ線検査装置の検査面に対して回転して投影空間が変わるユークリッド空間から生じた投影空間とは異なると言える。

３次元空間を２次元空間に投影する時に１次元を失うため、２次元アイゲン投影データの画素に該画素で表現されるボクセル数に基づいた値を割当することができ、この値を以下では「画素値」という。例えば、投影する間、画像データのｙ−次元を失えば、この画素が示すｙ−次元内のボクセル数や、ｙ−次元に沿っている０でないボクセル数に該当する値をこの画素に割り当てる。

図６は、図５の２次元アイゲン投影空間５０６の一部分の拡大図６００である。各々の四角形６０２は２次元アイゲン投影空間内の画素を示す。対角線６０４上の画素（例；図５のオブジェクト５００の四角形部分５０８のエッジ）は四角形部分５０８を示し、曲線６０６下の画素（例；図５のオブジェクトの楕円部分５１０のエッジ）は図５の楕円部分５１０を示す。画素で表現されたボクセル数に対応する画素値６０８が画素ごとに割り当てられる。例えば、四角形部分５０８を示す画素値は９であり、これは、四角形部分５０８がｙ−次元５１２の９個のボクセルで表現されたためである。同様に、楕円部分５１０の画素値は、楕円部分がｙ−次元５１４の３個のボクセルで表現されるために３である。楕円部分５１０と四角形部分５０８の両方を示す画素（例；対角線６０４と曲線６０６との間にある画素）には、より大きいボクセル数で表現される部分に該当する画素値が割り当てられる。

図４に戻り、４０６ステップにおいて、２次元アイゲン投影空間５０４が削除されるか、アイゲン投影空間内の画素が削除される。すなわち、２個以上のオブジェクト（例；四角形部分５０８と楕円部分５１０）の間の連結部が削除され、これらのオブジェクトが１個の合成オブジェクト５００でない複数のオブジェクトと定義される。一般的に、背景を示すか何のオブジェクトもないことを示す値（例；０）に画素値を決めることを削除と言える。

一例として、２次元アイゲン投影データを適応型削除法によって削除する。すなわち、画素を削除するか否かの決定が動的であり（例えば、削除特性が一定ではない）、削除を考慮する画素に隣接した画素の特徴による。すなわち、画素を削除するか否かを決定する閾値が隣接画素の特徴によって決定され、同一の削除閾値が削除する各画素には使われない。適応削除法は、オブジェクトの内部にあるオブジェクトの一部分である下位オブジェクトを保存するのに他の技法より優れる。しかし、（削除閾値が定められている）静的削除法のような他の技法も利用することができる。

１番目の画素を削除するかを決定するのに利用された適応削除法においては、この画素の隣接画素の画素値（例；図６の６０８）を比較して１番目の画素の削除閾値を決定し、このように決定された閾値を隣接画素の閾値と比較する。所定数の隣接画素の画素値が閾値より低ければ、１番目の画素を削除する。２番目の画素の削除閾値を決定する時にも同じ過程を繰り返し行って２番目の画素を削除するか否かを決定する。

図７は、図５の２次元アイゲン投影空間５０６の一部分を削除した後の状態７００の拡大図である。図示したように、少なくとも４個の隣接画素が削除する画素の削除閾値（例；５）を超過しなければ、この画素を削除する。削除された画素７０２は画素値を０で示す。削除されない画素の画素値は、２次元アイゲン投影空間が削除される前の画素値を維持する。

図８は、画素を削除した後の２次元アイゲン投影空間８００を示す。合成オブジェクト５００の下位オブジェクトは、間隔８０２を置いて、これ以上互いに接しない。このため、２次元分割器（例；図２の３０６）が合成オブジェクトをより容易に下位オブジェクトに分割することができる。

図４に戻り、４０８ステップにおいては、削除されたアイゲン投影空間（例；図８の８００）を分割して、下位オブジェクトを示す２次元分割されたアイゲン投影空間を生成する。このような分割は、下位オブジェクトを示す画素を特定オブジェクト別にひとまとめにして表示するものである。例えば、１つのスーツケースが３次元画像データ内でオブジェクトごとに違うように表示された複数のオブジェクトを有する場合、「５」で表示されたオブジェクトは潜在的な合成オブジェクトとみなされ、このような合成オブジェクトの画像データはアイゲン投影空間に変換され、各々の画素が「５」で表示される。このアイゲン投影空間が削除された後、３個の下位オブジェクトが識別され、その画素に表示を付けることができる。例えば、１番目の下位オブジェクトは「５」で、２番目の下位オブジェクトは「６」で、３番目の下位オブジェクトは「７」で表示されることができる。このようにして、本来「５」で表示された１個の合成オブジェクトと３個の下位オブジェクトを区分することができる。

図９は、図５の初期アイゲン投影空間５０４と類似するように３個のオブジェクトを示す２次元の分割されたアイゲン投影空間９００を示す。四角形の下位オブジェクト９０２を示す画素に１番目のラベルを付け、楕円形の下位オブジェクト９０４を示す画素に２番目のラベルを付け、円形の下位オブジェクト９０６を示す画素に３番目のラベルを付ける。すなわち、１個の潜在的な合成オブジェクト５００を表示した２次元アイゲン投影空間５００の画素は、３個の下位オブジェクトを表示する。図９の陰影は下位オブジェクトを区分するためのものに過ぎない。

４１０ステップにおいて、一定基準を満たさない２次元分割された投影空間の下位オブジェクトを表示する画素を削除して背景値や０に設定する。この基準は、下位オブジェクトを示す画素数、下位オブジェクトの質量、その他の下位オブジェクトが検査する価値があって削除してはならないか否かを補助する他の基準を含む。例えば、大きさのために危険でないような下位オブジェクトを示す画素を削除すれば、この画素を３次元空間に逆投影するリソースの消耗を減らすことができる。図１０においては、図９の円形の下位オブジェクト９０６を示す画素数が危険物であると表示するには小さすぎて１００２のように削除する。

４１２ステップにおいて、２次元分割されたアイゲン投影空間を下位オブジェクトを示す３次元画像データ（表現）に投影する。このような投影は、３次元画像データと２次元アイゲン投影空間との間の一致点（例；図３の３５１）を利用する。一例として、分割されたアイゲン投影空間（例；図１０の９００）の該当画素の表示に合わせて潜在的な合成オブジェクトを示す３次元画像データ（例；図１の１５６）のボクセルに表示する。例えば、潜在的な合成オブジェクトのボクセルにスーツケースの「５」で表示すれば、このボクセルのうちの一部は四角形オブジェクトである「５」で表示され、他の一部は楕円オブジェクトである「６」で表示されることができる。このようにして、合成オブジェクトを示すものであると決定されたデータを複数の下位オブジェクトに分割する。

図１１は、２次元分割されたアイゲン投影空間１１００を固有ベクトル１１０６に沿って下位オブジェクト１１０４を示す３次元画像データに逆投影することを示す斜視図である。陰影表示されたように、四角形オブジェクト１１０８は１番目のオブジェクトとして、楕円オブジェクト１１１０は２番目のオブジェクトとして認識され、これらのオブジェクトはこれ以上合成オブジェクト５００の一部分として認識されない。図５において潜在的な合成オブジェクト５００で表示された小さい円形オブジェクトは下位オブジェクト１１０４を表示する３次元画像データで表わされず、これは、小さい円形オブジェクトを示す画素が削除されたためである。

一例として、下位オブジェクトを示す３次元画像データを下位オブジェクトにさらに分割するか、３次下位オブジェクトを識別するようにさらに分割することもできる。すなわち、初めての分割後に、下位オブジェクトを示す画像データを下位オブジェクトの下位オブジェクトを識別するようにさらに分割することができる。例えば、下位オブジェクトを示す画像データを初めての投影空間でない他の主軸に直角に投影することができる。このようにすれば、初めての投影時に崩れた次元に重なる下位オブジェクトを識別することができ、この下位オブジェクトもさらに分割することができる。例えば、初めてのアイゲン投影空間に２個のオブジェクトの間の隙間が崩れた次元にあるために２個のオブジェクトの間の境界線を区分できない場合、このような方法を利用することができる。

図４の方法４００は４１４ステップで終了する。

本発明は、以上で説明した技術を実現するプロセッサ−実行命令語を含むコンピュータ読み取り可能な媒体も提供する。図１２は、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ハードディスクドライブ、フラッシュドライブのようなコンピュータ読み取り可能な格納装置１２０２においてコンピュータ読み取り可能なデータ１２０４を求める方法１０００のフローチャートである。コンピュータ読み取り可能なデータ１２０４は、以上で説明した原理に従って演算するコンピュータ命令語１２０６を含む。プロセッサ−実行コンピュータ命令語１２０６は、図４の方法９００のような方法１２０８を実行するか、図１の検査装置のようなシステムを実現することができる。当業者が予想できる多くのコンピュータ読み取り可能な媒体が本発明に従って動作することができる。

Claims (21)

1. 合成オブジェクトの３次元表現を下位オブジェクトに分割する方法であって、
   Ｘ線検査によって生成された合成オブジェクトの３次元表現から生成された合成オブジェクトのアイゲン投影表現を利用して、合成オブジェクトの１個以上の下位オブジェクトを示す３次元表現を生成することを特徴とする方法。
2. 合成オブジェクトの３次元表現を３次元表現の主軸に垂直な平面に投影して合成オブジェクトのアイゲン投影表現を生成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記アイゲン投影表現において１個以上の画素を削除し、削除されたアイゲン投影表現を生成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記削除されたアイゲン投影表現を分割し、分割されたアイゲン投影表現を生成し、生成されたアイゲン投影表現内の画素グループが合成オブジェクトの下位オブジェクトを表示することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記分割されたアイゲン投影表現内の各々の画素を３次元表現内のボクセルと関連付けることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記削除されたアイゲン投影表現が第１表示を付けた第１画素グループと第２表示を付けた第２画素グループとを含み、前記第１および第２表示によって合成オブジェクトの各々の下位オブジェクトが区分されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 前記分割されたアイゲン投影表現内の関連画素で合成オブジェクトの３次元表現内のボクセルを表示して合成オブジェクトの下位オブジェクトを示す３次元表現を生成することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
8. 前記分割されたアイゲン投影表現を合成オブジェクトの下位オブジェクトを示す３次元表現に逆投影することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
9. 削除閾値を満たすアイゲン投影表現の画素を削除することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
10. 前記削除閾値が隣接画素の画素値の関数であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. アイゲン投影表現の画素を削除する時、
    第１画素に隣接した画素の画素値を第１画素の削除閾値と比較し、
    前記削除閾値を隣接画素の各々の画素値と比較し、および
    所定数の隣接画素の画素値が削除閾値を満たせば第１画素を削除することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
12. 合成オブジェクトの３次元表現からアイゲン投影表現を生成するアイゲンプロジェクター、
    合成オブジェクトの下位オブジェクトを示すアイゲン投影表現の画素と、合成オブジェクトに２番目の下位オブジェクトがあれば、２番目の下位オブジェクトのアイゲン投影表現の画素を分割して、合成オブジェクトの分割されたアイゲン投影表現を生成する分割器、および
    合成オブジェクトの下位オブジェクトを示す３次元表現を生成するために分割されたアイゲン投影表現内の画素に割り当てられた表示に合わせて合成オブジェクトの３次元表現のボクセルに表示を行うバックプロジェクターを含むことを特徴とする画像データの合成オブジェクト分割システム。
13. 前記アイゲンプロジェクターが合成オブジェクトの３次元表現をその主軸に垂直な平面に投影してアイゲン投影表現を生成することを特徴とする、請求項１２に記載の画像データの合成オブジェクト分割システム。
14. 前記アイゲン投影表現内の画素を削除し、削除されたアイゲン投影表現を生成する投影削除器をさらに含み、該投影削除器は、下記の動作を通じて第１画素を削除するか否かを決定することを特徴とする、請求項１２に記載の画像データの合成オブジェクト分割システム。
    −第１画素に隣接した画素の画素値を比較して第１画素の削除閾値を決定し、
    −前記削除閾値を隣接画素の各々の画素値と比較し、
    −所定数の隣接画素の画素値が削除閾値を満たせば第１画素を削除し、
    −前記分割器が削除されたアイゲン投影表現から分割されたアイゲン投影表現を生成する。
15. 前記分割器がアイゲン投影表現の第１画素グループに第１表示をし、第２画素グループがあれば、アイゲン投影表現の第２画素グループに第２表示をし、前記第１表示と第２表示によって合成オブジェクトの下位オブジェクトを区分することを特徴とする、請求項１２に記載の画像データの合成オブジェクト分割システム。
16. 前記バックプロジェクターが分割されたアイゲン投影表現を下位オブジェクトを示す３次元表現に投影することを特徴とする、請求項１２に記載の画像データの合成オブジェクト分割システム。
17. 下記のステップを含む方法をマイクロプロセッサーを介して実行するコンピュータ命令語を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な格納装置。
    −合成オブジェクトを示す３次元画像データの主軸に垂直な平面に３次元画像データを投影して３次元画像データのアイゲン投影表現を生成するステップ、
    適応削除法を利用してアイゲン投影表現を削除し、削除されたアイゲン投影表現を生成するステップ、
    前記削除されたアイゲン投影表現を分割して、合成オブジェクトの下位オブジェクトを示す分割されたアイゲン投影表現を生成するステップ、および
    前記分割されたアイゲン投影表現を下位オブジェクトを示す３次元画像データに投影するステップ。
18. 前記適応削除法が、
    第１画素に隣接した画素の画素値を比較して第１画素の削除閾値を決定するステップ、
    前記削除閾値を隣接画素の各々の画素値と比較するステップ、
    所定数の隣接画素の画素値が削除閾値を満たせば第１画素を削除するステップを含むことを特徴とする、請求項１７に記載のコンピュータ読み取り可能な格納装置。
19. アイゲン投影表現の固有ベクトル方向に沿って非空のボクセルの数を合わせて画素値を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載のコンピュータ読み取り可能な格納装置。
20. 合成オブジェクトを示す３次元画像データが合成オブジェクトのＸ線検査から得られることを特徴とする、請求項１７に記載のコンピュータ読み取り可能な格納装置。
21. 前記分割されたアイゲン投影表現を合成オブジェクトの３次元画像データに投影する時、
    分割されたアイゲン投影表現内の各々の画素を合成オブジェクトを示す３次元画像データ内のボクセルと関連付け、
    分割されたアイゲン投影表現内の関連した画素から合成オブジェクトを示す画像データ内の画素を表示して、下位オブジェクトを示す３次元画像データを生成することを特徴とする、請求項１７に記載のコンピュータ読み取り可能な格納装置。