JP2024071997A - X-ray device and material classification method using X-rays - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線装置の構成とそれを用いた材質分類方法に係り、特に、手荷物や宅配物などの荷物検査に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to the configuration of an X-ray device and a material classification method using the same, and in particular to technology that is effective when applied to the inspection of luggage such as hand luggage and parcels.
飛行場などの手荷物検査場において、収納容器に収納された対象物をチェックするためにX線装置が活用されている。通常、X線を収納容器に照射し、その透過X線を取得して対象物の外形を確認する。 X-ray devices are used to check objects stored in containers at baggage inspection areas at airports and other locations. Typically, X-rays are irradiated onto the container, and the transmitted X-rays are obtained to confirm the outer shape of the object.
このような検査においては、対象物の外形が分かるだけであり、対象物の質量は確認できず、危険物なのか否かの判断が難しい。 In this type of inspection, only the external shape of the object can be determined, and the mass of the object cannot be confirmed, making it difficult to determine whether it is a dangerous object or not.
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献1のような技術がある。特許文献1には、「X線照射部から検査対象物にX線を照射して、検査対象物を透過した透過X線をX線検出部により取得し、取得した透過X線のX線量に基づいて検査対象物の質量を推定し、推定した検査対象物の質量が予め設定した所定範囲内の何れかの質量階級に属しているかを判定するX線検査装置」が開示されている。
As background technology in this technical field, for example, there is technology such as that in
上記特許文献1の技術によれば、検査対象物が単一で存在する場合には、当該検査対象物の質量を推定することが可能である。
According to the technology of
しかしながら、検査対象物の材質が不明な場合や、同じ収納容器に複数の対象物が混在している場合には、それぞれの対象物の質量を推定することはできない。 However, if the material of the object being inspected is unknown or if multiple objects are mixed in the same storage container, it is not possible to estimate the mass of each object.
そこで、本発明の目的は、X線を用いて検査を行うX線装置において、検査対象物の外形を確認しつつ、当該検査対象物を構成する材質を分類可能なX線装置及びそれを用いた材質分類方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an X-ray device that performs inspections using X-rays and is capable of classifying the material that constitutes an object to be inspected while checking the external shape of the object, and a material classification method using the same.
上記課題を解決するために、本発明は、所定の出力値でX線を出力するX線出力部と、所定数の検出素子を一次元に配列し、1つの前記検出素子を1画素として、それぞれの前記画素で前記X線を検出して、前記X線の全体のエネルギーの大きさを示す総エネルギー量と、所定の値以上のエネルギーの大きさを示す高エネルギー量と、に関する画素情報を取得するX線検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記X線出力部に指示して、搬送用コンベア上を移動してくる収納容器に前記X線を照射するとともに、前記収納容器を透過した透過X線を検出して前記透過X線に対する前記画素情報を前記X線検出部から取得し、前記画素情報に基づいて前記収納容器に収納された対象物の減弱係数の変化率を求め、前記対象物を所定の材質の何れかに分類することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes an X-ray output unit that outputs X-rays at a predetermined output value, an X-ray detection unit that linearly arranges a predetermined number of detection elements, with each detection element being one pixel, detects the X-rays at each pixel, and obtains pixel information related to the total energy amount indicating the magnitude of the overall energy of the X-rays and the high energy amount indicating the magnitude of energy equal to or greater than a predetermined value, and a control unit, and the control unit instructs the X-ray output unit to irradiate the X-rays onto a storage container moving on a transport conveyor, detects the transmitted X-rays that have passed through the storage container, obtains the pixel information for the transmitted X-rays from the X-ray detection unit, and calculates the rate of change in the attenuation coefficient of an object stored in the storage container based on the pixel information, and classifies the object into one of the predetermined materials.
また、本発明は、X線を用いた材質分類方法であって、(a)搬送用コンベア上を移動してくる収納容器にX線を照射するとともに、前記収納容器を透過した透過X線を検出して前記透過X線に対する画素情報を取得するステップと、(b)前記(a)ステップで取得した前記画素情報に基づいて、前記収納容器に収納された対象物の減弱係数の変化率を求めるステップと、(c)前記(b)ステップで求めた前記減弱係数の変化率に基づいて、前記対象物を所定の材質の何れかに分類するステップと、を有することを特徴とする。 The present invention also provides a material classification method using X-rays, which includes the steps of: (a) irradiating a storage container moving on a transport conveyor with X-rays and detecting the transmitted X-rays that have passed through the storage container to obtain pixel information for the transmitted X-rays; (b) determining the rate of change in the attenuation coefficient of an object stored in the storage container based on the pixel information obtained in step (a); and (c) classifying the object into one of the predetermined materials based on the rate of change in the attenuation coefficient determined in step (b).
本発明によれば、X線を用いて検査を行うX線装置において、検査対象物の外形を確認しつつ、当該検査対象物を構成する材質を分類可能なX線装置及びそれを用いた材質分類方法を実現することができる。 The present invention provides an X-ray device that performs inspections using X-rays, and is capable of classifying the material that constitutes an object to be inspected while checking the outer shape of the object, and a material classification method using the same.
これにより、検査対象物の外形を確認するだけでなく、検査対象物の材質を分類して材質毎の質量を推定することで、検査対象物が危険なものか判断する支援をし、犯罪等を未然に防ぐことに貢献できる。 This allows not only checking the external shape of the object being inspected, but also classifying the material of the object and estimating the mass of each material, helping to determine whether the object is dangerous and contributing to preventing crimes, etc.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components in each drawing will be given the same reference numerals, and detailed descriptions of overlapping parts will be omitted.
図1から図13を参照して、本発明の実施例1に係るX線装置及びそれを用いた材質分類方法について説明する。 The X-ray device according to the first embodiment of the present invention and the material classification method using the same will be described with reference to Figures 1 to 13.
先ず、図12及び図13を用いて、本発明の基本的なコンセプトを説明する。 First, the basic concept of the present invention will be explained using Figures 12 and 13.
本発明は、収納容器にX線を照射して透過X線を取得し、単位時間内の透過X線の総エネルギー量と高エネルギー量とを取得して、総エネルギー量に対する減弱係数と高エネルギー量に対する減弱係数を算出し、高エネルギー量の減弱係数を総エネルギー量の減弱係数で除算して減弱係数の変化率を算出し、当該変化率に基づいて対象物の材質を推定するものである。 The present invention irradiates a storage container with X-rays to obtain transmitted X-rays, obtains the total energy amount and high-energy amount of transmitted X-rays within a unit time, calculates the attenuation coefficient for the total energy amount and the attenuation coefficient for the high-energy amount, divides the attenuation coefficient for the high-energy amount by the attenuation coefficient for the total energy amount to calculate the rate of change of the attenuation coefficient, and estimates the material of the target object based on the rate of change.
電磁波の一種であるX線は、通常の光と同様に、波の働きと粒子の働きの二面性を有している。本発明は、粒子の働きを利用するものである。粒子線としてのX線は、粒子、つまりX線フォトンを有する。それぞれのX線フォトンはエネルギーを有している。なお、本発明では、複数のX線フォトンが集合して構成するエネルギーの集合体をエネルギー量とする。 X-rays, a type of electromagnetic wave, have the dual nature of wave and particle behavior, just like normal light. The present invention utilizes the particle behavior. X-rays, as a particle beam, have particles, that is, X-ray photons. Each X-ray photon has energy. In the present invention, the amount of energy is defined as the aggregate of energy formed by the aggregation of multiple X-ray photons.
単位時間内に対象物に照射するX線のエネルギー量I0と、X線を対象物に照射して得られる対象物を透過した透過X線のエネルギー量Iとの間には、次の関係式が成り立つ。 The following relationship holds between the amount of energy I0 of X-rays irradiated to an object within a unit time and the amount of energy I of transmitted X-rays that penetrate the object and are obtained by irradiating the object with X-rays.
I = I0exp(-μx)
ここで、μ : 減弱係数、x : 対象物の厚み、を示す。
I = I0exp(-μx)
Here, μ is the attenuation coefficient, and x is the thickness of the object.
従って、μ =- ln(I/I0)/x の式で減弱係数を算出できる。 Therefore, the attenuation coefficient can be calculated using the formula μ =- ln(I/I0)/x.
また、X線を出力するX線出力部から、一定の出力値でX線を照射しても、それぞれのX線フォトンが有するエネルギーは同一ではなく、大きなエネルギー(高エネルギー)を有するX線フォトンと、小さなエネルギー(低エネルギー)を有するX線フォトンとに分類される。 In addition, even if X-rays are emitted at a constant output value from the X-ray output unit that outputs X-rays, the energy of each X-ray photon is not the same, and they are classified into X-ray photons with large energy (high energy) and X-ray photons with small energy (low energy).
本発明では、対象物を透過した透過X線を、全体のエネルギー量を示す総エネルギー量と、高エネルギーを有するX線フォトンの総量を示す高エネルギー量とを区別して取得し、それぞれの減弱係数を算出して、その変化率を算出する。 In the present invention, the X-rays transmitted through the object are acquired separately as a total energy amount, which indicates the total amount of energy, and a high energy amount, which indicates the total amount of high-energy X-ray photons, and the attenuation coefficients of each are calculated, and the rate of change is calculated.
さらに、予め減弱係数の変化率に応じて対象物を分類するクラスタを準備しておき、実際に算出した変化率がどのクラスタに属するかによって対象物の材質を分類する。 In addition, clusters are prepared in advance to classify objects according to the rate of change of the attenuation coefficient, and the material of the object is classified according to which cluster the actually calculated rate of change belongs to.
総エネルギー量の減弱係数をμ1、高エネルギー量の減弱係数をμ2とすると、その変化率は、次の演算式により算出することができる。当該変化率をクラスタリングすることにより、属する材質を決定する。 If the attenuation coefficient for total energy is μ1 and the attenuation coefficient for high energy is μ2, the rate of change can be calculated using the following formula. The rate of change is clustered to determine the material to which it belongs.
変化率=ln(I2/I0)/ln(I1/I0)
ここで、I1:透過X線に含まれる総フォトン数、I2:透過X線に含まれる高エネルギーのフォトン数、ln:自然対数、を示す。
Rate of change = ln(I2/I0)/ln(I1/I0)
Here, I1 is the total number of photons contained in the transmitted X-ray, I2 is the number of high-energy photons contained in the transmitted X-ray, and ln is the natural logarithm.
対象物を透過した透過X線から、総エネルギー量と高エネルギー量を取得する方法について説明する。 This article explains how to obtain total energy and high energy from transmitted X-rays that have passed through an object.
この方法には、フォトンカウント法とシンチレータ法の2つの方法がある。 There are two methods for this: photon counting and scintillator.
先ず、フォトンカウント法について説明する。図12に、フォトンカウント法によるX線エネルギー量検出方法を示す。図12には、図1を用いて後述する本実施例のX線装置1のX線検出部6により、透過X線のX線フォトン14を検出する例を示している。
First, the photon counting method will be described. FIG. 12 shows a method for detecting the amount of X-ray energy using the photon counting method. FIG. 12 shows an example in which
この方法では、単位時間内にX線検出部6に入力されたX線フォトン14を、所定の閾値を基準に高エネルギーのものと低エネルギーのものに分類し、全体のX線フォトンをカウントして総エネルギー量を算出し、高エネルギーを有するX線フォトンをカウントして高エネルギー量を算出し、総エネルギー量と高エネルギー量を出力することを特徴とするX線検出部6を使用する。
In this method, an X-ray detection unit 6 is used that classifies
次に、シンチレータ法について説明する。図13に、シンチレータ法によるX線エネルギー量検出方法を示す。図13には、図1を用いて後述する本実施例のX線装置1のX線検出部6により、透過X線のX線フォトン14を検出する例を示している。
Next, the scintillator method will be described. Figure 13 shows a method for detecting the amount of X-ray energy using the scintillator method. Figure 13 shows an example in which
この方法では、X線検出部6を、X線検出部6aとX線検出部6bの二つのX線検出部で構成し、その中間位置に銅板15を配置する。高エネルギーを有するX線フォトンは銅板15を透過するが、低エネルギーのX線フォトンは銅板15を透過しない。従って、X線検出部6aは、総エネルギー量を出力し、X線検出部6bは、銅板15を透過したX線、すなわちエネルギーの大きなX線フォトンを検出して高エネルギー量を出力する。
In this method, the X-ray detection unit 6 is composed of two X-ray detection units,
次に、図1から図11を用いて、本実施例のX線装置の具体的な装置構成と、それを用いた材質分類方法について説明する。 Next, the specific configuration of the X-ray device of this embodiment and the material classification method using it will be explained using Figures 1 to 11.
図1に、本実施例のX線装置1の全体構成図を示す。図1では、X線装置1を横方向から見た図(横断面図)を示しており、Z方向はX線装置1が設置されている床面に対して垂直な方向であり、X方向は検査物10の搬送方向を示している。
Figure 1 shows the overall configuration of the
本実施例のX線装置1は、図1に示すように、主要な構成として、装置本体2と、検査物10の質量を計測する計測部3と、装置本体2及び計測部3を制御する制御部4とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
装置本体2は内部に、X線を出力するX線出力部5と、X線を検出するX線検出部6と、対象物の有無を検出する対象物検出部7とを有している。
The
装置本体2は、内部を搬送用コンベア9が貫通するように配置されており、搬送用コンベア9により装置本体2内部に搬入された検査物10に対し、X線出力部5から出力されたX線11を照射し、検査物10を透過した透過X線をX線検出部6により検出する。
The device
装置本体2の搬送用コンベア9の貫通部には、X線出力部5から出力されたX線11が装置本体2の外部に漏れるのを防ぐため、遮蔽カーテン8が設置されている。
A shielding curtain 8 is installed at the penetration point of the
本発明は、所定の出力値でX線を出力するX線出力部5と、所定数の検出素子を一次元に配列し、1つの検出素子を1画素として、X線11を検査物10に照射し透過した透過X線をそれぞれの画素で検出して、画素情報として透過X線の総エネルギー量と高エネルギー量を出力するX線検出部6と、物体の質量を計測する計測部3と、検査物10の存在を検出する対象物検出部7と、全体の動きを制御する制御部4とを含んで構成する。
The present invention comprises an
搬送用コンベア9上を、対象物(検査物10)を収納した収納容器が移動してくると、先ず、計測部3により収納容器の質量を計測し、その計測値を制御部4に送信する。さらに収納容器が移動して対象物検出部7の検出範囲に入ると、対象物検出部7は収納容器が移動してきたことを検知し、収納容器有の信号を制御部4に送信する。制御部4は、収納容器有の信号を取得すると、X線出力部5にX線11を出力する指令信号を送信し、さらに、単位時間当たりの透過X線の総エネルギー量と高エネルギー量をX線検出部6から取得するとともに、収納容器に収納された対象物(検査物10)の材質分類に必要な処理を開始する。
When a storage container containing an object (inspection object 10) moves on the
制御部4における対象物(検査物10)の材質分類の処理について詳述する。 The process of classifying the material of the object (inspection object 10) in the control unit 4 will be described in detail.
図2に、収納容器12にX線11を照射してライン状に透過X線を検出する図を、図3に、透過X線の総エネルギー量と高エネルギー量を取得する図をそれぞれ示す。
Figure 2 shows how
X線出力部5は、搬送用コンベア9上を移動する収納容器12の始端部Aから終端部BまでX線11を連続的に照射する。X線検出部6は、搬送用コンベア9を挟んで、X線出力部5に対向する位置に配置され、対象物(検査物10)を透過した透過X線を検出する。
The
X線検出部6は、1回の動作でライン上に透過X線を検出するが、収納容器12が搬送用コンベア9上を移動している間、連続的に透過X線を検出することで、収納容器12全体を二次元にスキャンすることが可能となる。その結果、X線検出部6を構成するそれぞれの1検出素子を1画素として、それぞれの画素が出力する画素情報(総エネルギー量と高エネルギー量で構成)を制御部4に出力し、制御部4は、これらの画素情報に基づき、収納容器12全体を二次元的に画素化する画素情報群を構成することができる。
The X-ray detection unit 6 detects transmitted X-rays on a line in one operation, but by continuously detecting transmitted X-rays while the
図4に、透過X線の総エネルギー量と高エネルギー量を記憶部に記憶する方法を示す。記憶部は、制御部4に含まれて構成されているものとする。 Figure 4 shows a method for storing the total energy amount and high energy amount of transmitted X-rays in the memory unit. The memory unit is configured to be included in the control unit 4.
図4の左図は、X線検出部6により取得した画素情報群を可視化したものであり、それぞれのマス目がX線検出部6の1検出素子13(すなわち1画素)に相当する。図中のCは、X線出力部5が1回で出力し、X線検出部6で透過X線を検出可能な範囲を示している。
The left diagram in Figure 4 visualizes the pixel information group acquired by the X-ray detection unit 6, with each square corresponding to one detection element 13 (i.e., one pixel) of the X-ray detection unit 6. C in the diagram indicates the range in which the
図4の右図は、左図の画素情報群に基づいて、記憶部に第1の記憶領域T1と第2の記憶領域T2を設定する様子を可視化したものであり、それぞれのマス目がX線検出部6の各検出素子に対応する記憶領域に相当する。具体的には、透過X線の正規化総エネルギー量と正規化高エネルギー量を記憶領域に配列して、右図のような画像情報を生成する。 The right diagram in Figure 4 visualizes how a first memory area T1 and a second memory area T2 are set in the memory unit based on the pixel information group in the left diagram, with each square corresponding to a memory area that corresponds to each detection element of the X-ray detection unit 6. Specifically, the normalized total energy amount and normalized high energy amount of the transmitted X-rays are arranged in the memory areas to generate image information as shown in the right diagram.
図4に示すように、全ての画素情報をある範囲内で単純化して取り扱うために、収納容器12において対象物(検査物10)の存在しない部位、すなわち空気の部位のエネルギー量を示す空気部エネルギーを最大値1として、対象物(検査物10)を透過した透過X線を構成する画素の画素情報をスケーリングして、それぞれの画素情報に対して正規化総エネルギー量と正規化高エネルギー量を算出し、記憶部に第1の記憶領域T1と第2の記憶領域T2を設定し、正規化総エネルギー量をT1に二次元的に配列して記憶し、正規化高エネルギー量をT2に二次元的に配列して記憶する。
As shown in FIG. 4, in order to handle all pixel information in a simplified manner within a certain range, the air energy, which indicates the amount of energy in the parts of the
記憶領域T1及びT2の1つの(X,Y)座標が1画素に相当し、左図の原点と記したマス目がライン状のX線検出部6の始点であり、対向する最後のマス目がX線検出部6の最後であり、始点から最後に向かってX軸方向でありX座標は増えていく。また、左図のY軸方向と記載している方向、つまり搬送用コンベア9上を収納容器12が移動していく方向と反対方向にY座標は増えていく。
One (X, Y) coordinate in memory areas T1 and T2 corresponds to one pixel, the square marked as the origin in the left diagram is the start point of the linear X-ray detection unit 6, the last opposing square is the end of the X-ray detection unit 6, and the X coordinate increases from the start point to the end in the X-axis direction. Also, the Y coordinate increases in the direction marked as the Y-axis in the left diagram, that is, in the opposite direction to the direction in which the
図5に、各画素情報の減弱係数の変化率を配列する方法を示す。 Figure 5 shows how to arrange the rate of change of the attenuation coefficient for each pixel information.
次に、制御部4は、それぞれの画素情報から減弱係数の変化率を算出する。既に述べたように、それぞれの画素情報の正規化高エネルギー量の減弱係数を正規化総エネルギー量の減弱係数で除算することにより、それぞれの画素情報における減弱係数の変化率を算出することができる。つまり、X軸方向にk番目、Y軸方向にk番目の座標(xk,yk)における画素情報の減弱係数の変化率は、正規化高エネルギー量の減弱係数をμ2(xk,yk)とし、正規化総エネルギー量の減弱係数をμ1(xk,yk)とすると、次の演算式により減弱係数の変化率を算出することができる。 Next, the control unit 4 calculates the rate of change of the attenuation coefficient from each pixel information. As already mentioned, the rate of change of the attenuation coefficient for each pixel information can be calculated by dividing the attenuation coefficient for the normalized high energy amount for each pixel information by the attenuation coefficient for the normalized total energy amount. In other words, the rate of change of the attenuation coefficient for pixel information at coordinates (xk, yk) that are k-th in the X-axis direction and k-th in the Y-axis direction can be calculated by the following formula, where μ2(xk, yk) is the attenuation coefficient for the normalized high energy amount and μ1(xk, yk) is the attenuation coefficient for the normalized total energy amount.
減弱係数の変化率=μ2(xk,yk)/μ1(xk,yk)
図5に示すように、これらの減弱係数の変化率を、記憶部に設定した第3の記憶領域T3における対応する(X,Y)座標に配列する。この状態において、記憶領域T1及びT2に属するそれぞれの画素に対して、記憶領域T3の対応する(X,Y)座標を参照することにより、材質の区別ができることになる。
Rate of change of attenuation coefficient = μ2(xk,yk)/μ1(xk,yk)
As shown in Fig. 5, the change rates of these attenuation coefficients are arranged in the corresponding (X, Y) coordinates in a third memory area T3 set in the memory unit. In this state, by referring to the corresponding (X, Y) coordinates in the memory area T3 for each pixel belonging to the memory areas T1 and T2, it becomes possible to distinguish the material.
記憶領域T1内のそれぞれの正規化総エネルギー量に対する減弱係数をμ1、記憶領域T2内のそれぞれの正規化高エネルギー量に対する減弱係数をμ2としてその変化率を算出し、第3の記憶領域T3に記憶する。いわゆるデュアルエナジー法により、それぞれの減弱係数の変化率を算出することで、物質を区別する。 The attenuation coefficient for each normalized total energy amount in memory area T1 is μ1, and the attenuation coefficient for each normalized high energy amount in memory area T2 is μ2, and the rate of change is calculated and stored in a third memory area T3. The so-called dual energy method is used to calculate the rate of change of each attenuation coefficient, thereby distinguishing between materials.
次に、区別したそれぞれの材質が、つまり、記憶領域T1の属するそれぞれの画素が重金属の材質群を示す第一の材質に属するのか、軽金属の材質群を示す第二の材質に属するのか、又は樹脂の材質群を示す第三の材質に属するのかを決定する。 Next, it is determined whether each of the distinguished materials, that is, each pixel to which memory area T1 belongs, belongs to a first material group indicating a material group of heavy metals, a second material group indicating a material group of light metals, or a third material group indicating a material group of resins.
図6に、材質分類クラスタにより材質分類する方法を示す。 Figure 6 shows how to classify materials using material classification clusters.
図6の右図は、X軸をT1に属する画素情報の正規化総エネルギー量として、Y軸をそれぞれの画素情報に対応する減弱係数の変化率として、二次元XY平面にプロットしたものである。 The right diagram in Figure 6 is a two-dimensional XY plane plot of the normalized total energy of the pixel information belonging to T1 on the X axis and the rate of change of the attenuation coefficient corresponding to each pixel information on the Y axis.
記憶領域T1に記憶している正規化総エネルギー量T1(xk,yk)を横軸に、記憶領域T3に記憶している減弱係数の変化率T3(xk,yk)を縦軸にしてプロットし、それぞれの画素をクラスタリングする。 The normalized total energy T1(xk,yk) stored in memory area T1 is plotted on the horizontal axis, and the rate of change of the attenuation coefficient T3(xk,yk) stored in memory area T3 is plotted on the vertical axis, and each pixel is clustered.
なお、図6の右図に折れ線で示すように、材質分類クラスタでは、予め、第一の材質と第二の材質と第三の材質を分類するための境界を記しておく。この処理により、記憶領域T1に属するそれぞれの画素が、第一の材質又は第二の材質又は第三の材質の何れに属するかを決定することができる。 As shown by the broken lines in the right diagram of Figure 6, in the material classification cluster, boundaries for classifying the first material, second material, and third material are noted in advance. This process makes it possible to determine whether each pixel belonging to memory area T1 belongs to the first material, the second material, or the third material.
図7に、記憶領域T1のそれぞれの画素に対する材質分類情報を配列する方法を示す。 Figure 7 shows how material classification information for each pixel in memory area T1 is arranged.
図7に示すように、記憶領域T1のそれぞれの画素に対する材質の分類情報を記憶部に設定した第四の記憶領域T4に配列する。 As shown in FIG. 7, material classification information for each pixel in memory area T1 is arranged in a fourth memory area T4 set in the memory unit.
なお、材質分類クラスタは、次のようにして設定する。 The material classification cluster is set as follows:
この処理は、実際に対象物(検査物10)を材質分類する前段階において行い、準備しておく必要がある。図11を用いて後述するように、重金属(例えば鉄)、軽金属(例えばアルミニウム)、及び樹脂を、それぞれ複数個(例えばそれぞれ9個)、サンプルとして準備する。それぞれの形状は、四角柱または円柱などが良い。全てのサンプルの上面と底面の面積は同一として、高さを変える。 This process must be carried out and prepared prior to the actual material classification of the target object (inspection object 10). As will be described later with reference to Figure 11, multiple samples of heavy metal (e.g. iron), light metal (e.g. aluminum), and resin (e.g. nine of each) are prepared. Each shape should preferably be a square prism or cylinder. The areas of the top and bottom of all samples are the same, but the heights are different.
これらのサンプルに対して、X線出力部5からX線を照射して、X線検出部6を介してそれぞれの画素情報を取得する。これらの画素情報に対して、正規化総エネルギー量と正規化高エネルギー量の減弱係数の変化率を算出する。そして、上記で説明した記憶領域T1及びT3を記憶部に作成する。さらに、図6の右図のように、記憶領域T1の値をX軸に、記憶領域T3の値をY軸として二次元空間にプロットする。
X-rays are irradiated onto these samples from the
これにより、重金属、軽金属、樹脂のクラスタが形成できる。なお、それぞれのクラスタエリアをより明確にするために、重金属と軽金属のプロット点の中間点を線で結び、軽金属と樹脂とのプロット点の中間点を線で結ぶ。また、サンプル数を多くすれば、より精度良いクラスタを形成することができる。 This allows clusters of heavy metals, light metals, and resins to be formed. To clarify each cluster area, a line is drawn to connect the midpoints of the plot points for heavy metals and light metals, and a line is drawn to connect the midpoints of the plot points for light metals and resins. Also, by increasing the number of samples, more accurate clusters can be formed.
次に、3種類の材質に分類したそれぞれの対象物(検査物10)の質量を推定する。なお、簡易的に質量を推定するものであり、収納容器12の質量は無視する。
Next, the mass of each object (test object 10) classified into the three types of material is estimated. Note that this is a simplified mass estimation, and the mass of the
ここでは、直接的にそれぞれの対象物(検査物10)の質量を推定することができないため、全体に共通の単位質量係数(M)を、つまり、それぞれの対象物(検査物10)に共通する1画素当たりの質量係数を設定する。 Here, since it is not possible to directly estimate the mass of each object (inspection object 10), a common unit mass coefficient (M) is set for the whole, that is, a mass coefficient per pixel common to each object (inspection object 10).
単位質量係数(M)は、対象物の質量(第一の材質の質量と第二の材質の質量と第三の材質の質量の和)を対象物全体の総画素数(Σ第一の材質の画素数(Gh(k))とΣ第二の材質の画素数(Gl(k))とΣ第三の材質の画素数(Ga(k))の和)で除算して算出する。kは正規化総エネルギー量を示す。 The unit mass coefficient (M) is calculated by dividing the mass of the object (the sum of the mass of the first material, the mass of the second material, and the mass of the third material) by the total number of pixels in the entire object (the sum of Σ the number of pixels of the first material (Gh(k)), Σ the number of pixels of the second material (Gl(k)), and Σ the number of pixels of the third material (Ga(k))). k indicates the normalized total energy.
図8を用いて、具体的に説明する。図8に、正規化総エネルギーを材質毎に再配列する方法を示す。 A more detailed explanation will be given using Figure 8. Figure 8 shows how to rearrange the normalized total energy for each material.
先ず、図8に示すように、記憶領域T4に配列した材質分類情報に基づき、記憶領域T1に配列した(X,Y)座標を第一の材質、第二の材質、及び第三の材質に分類して、記憶領域T1の第一の材質に属するそれぞれの(X,Y)座標に配列している正規化総エネルギー量を記憶部の中に設定した第5の記憶領域T5に配列し、記憶領域T1の第二の材質に属するそれぞれの(X,Y)座標に配列している正規化総エネルギー量を記憶部の中に設定した第6の記憶領域T6に配列し、記憶領域T1の第三の材質に属するそれぞれの(X,Y)座標に配列している正規化総エネルギー量を記憶部の中に設定した第7の記憶領域T7に配列する。 First, as shown in FIG. 8, based on the material classification information arranged in memory area T4, the (X, Y) coordinates arranged in memory area T1 are classified into a first material, a second material, and a third material, and the normalized total energy amounts arranged at the (X, Y) coordinates belonging to the first material in memory area T1 are arranged in a fifth memory area T5 set in the memory unit, the normalized total energy amounts arranged at the (X, Y) coordinates belonging to the second material in memory area T1 are arranged in a sixth memory area T6 set in the memory unit, and the normalized total energy amounts arranged at the (X, Y) coordinates belonging to the third material in memory area T1 are arranged in a seventh memory area T7 set in the memory unit.
つまり、記憶領域T1の情報に記憶領域T4の材質情報を適用し、材質毎に分類して別々の記憶領域に記憶する。対象物を、分類した材質毎に別々の記憶領域に記憶することで、物質を材質毎に単独で操作できるようにするためである。 In other words, the material information in memory area T4 is applied to the information in memory area T1, and the objects are classified by material and stored in separate memory areas. By storing the objects in separate memory areas for each classified material, it is possible to manipulate the objects individually for each material.
X線検出部6の1画素は、画素情報を配列している記憶エリアの1つの(X,Y)座標に相当する。従って、画素数は、記憶エリア内の対象とする(X,Y)座標をカウントすることで算出することができる。従って、第一の材質に分類される画素数は記憶領域T5に属する座標数をカウントし、第二の材質に分類される画素数は記憶領域T6に属する座標数をカウントし、第三の材質に分類される画素数は記憶領域T7に属する座標数をカウントすることで算出することができる。 One pixel of the X-ray detection unit 6 corresponds to one (X, Y) coordinate in the memory area in which pixel information is arranged. Therefore, the number of pixels can be calculated by counting the target (X, Y) coordinates in the memory area. Therefore, the number of pixels classified as the first material can be calculated by counting the number of coordinates belonging to memory area T5, the number of pixels classified as the second material can be calculated by counting the number of coordinates belonging to memory area T6, and the number of pixels classified as the third material can be calculated by counting the number of coordinates belonging to memory area T7.
図9に、単位質量係数を算出する方法を示す。 Figure 9 shows how to calculate the unit mass coefficient.
これらの情報から、単位質量係数(M)は、図9に示すように、次の演算式により算出することができる。 From this information, the unit mass coefficient (M) can be calculated using the following formula, as shown in Figure 9.
単位質量係数(M)=(対象物の質量)/(第一の材質の専有面積+第二の材質の専有面積+第三の材質の専有面積)
ここで、第一の材質の専有面積:記憶領域T5に属する(X,Y)座標数、第二の材質の専有面積:記憶領域T6に属する(X,Y)座標数、第三の材質の専有面積:記憶領域T7に属する(X,Y)座標数、とする。
Unit mass coefficient (M) = (mass of object) / (area of first material + area of second material + area of third material)
Here, the area occupied by the first material is the number of (X, Y) coordinates belonging to memory area T5, the area occupied by the second material is the number of (X, Y) coordinates belonging to memory area T6, and the area occupied by the third material is the number of (X, Y) coordinates belonging to memory area T7.
次に、それぞれの材質の質量に関する相関係数(質量相関係数)を示す、第一の材質の質量相関係数(mh(k))、第二の材質の質量相関係数(ml(k))、及び第三の材質の質量相関係数(ma(k))を用いて、第一の材質の質量、第二の材質の質量、第三の材質の質量を推定する方法について詳述する。なお、kは単位質量係数(M)と同様に正規化総エネルギー量を示す。 Next, we will explain in detail how to estimate the mass of the first material, the second material, and the third material using the mass correlation coefficient of the first material (mh(k)), the mass correlation coefficient of the second material (ml(k)), and the mass correlation coefficient of the third material (ma(k)), which indicate the correlation coefficients (mass correlation coefficients) related to the mass of each material. Note that k indicates the normalized total energy amount, just like the unit mass coefficient (M).
図10に、材質毎の質量相関係数設定カーブを示す。 Figure 10 shows the mass correlation coefficient setting curve for each material.
質量相関係数は、図10に示すように、同じ正規化総エネルギー量において、それぞれの材質の質量分布を示すものであって、同一の正規化総エネルギー量のときに、第一の材質、第二の材質、第三の材質が全体の質量の中でどれだけの分布容量を有するかを示すものである。 As shown in Figure 10, the mass correlation coefficient indicates the mass distribution of each material at the same normalized total energy amount, and indicates how much of the total mass the first material, second material, and third material have when the normalized total energy amount is the same.
これらのパラメータを使用すると次の演算式により、それぞれの材質の質量を推定することが可能となる。 Using these parameters, it is possible to estimate the mass of each material using the following formula:
[質量推定式(1)]
第一の材質の推定質量=M×Σ(Gh(k)×mh(k))・・・(1)
Σ(Gh(k)×mh(k))は、次の演算式に相当し、それぞれの正規化総フォトン数に対応する画素数Gh(k)と質量相関係数mh(k)の積を合計したものである。
[Mass estimation formula (1)]
Estimated mass of first material = M × Σ(Gh(k) × mh(k)) ... (1)
Σ(Gh(k) × mh(k)) corresponds to the following formula and is the sum of the products of the number of pixels Gh(k) corresponding to each normalized total photon number and the mass correlation coefficient mh(k).
Gh(0.1)×mh(0.2)+Gh(0.2)×mh(0.2)+・・・+Gh(k)×mh(k)
[質量推定式(2)]
第二の材質の推定質量=M×Σ(Gl(k)×ml(k))・・・(2)
Σ(Gl(k)×ml(k))は、次の演算式に相当し、それぞれの正規化総フォトン数に対応する画素数Gl(k)と質量相関係数ml(k)の積を合計したものである。
Gh(0.1)×mh(0.2)+Gh(0.2)×mh(0.2)+・・・+Gh(k)×mh(k)
[Mass estimation formula (2)]
Estimated mass of the second material = M × Σ(Gl(k) × ml(k)) ... (2)
Σ(Gl(k) × ml(k)) corresponds to the following formula and is the sum of the products of the number of pixels Gl(k) corresponding to each normalized total photon number and the mass correlation coefficient ml(k).
Gl(0.1)×ml(0.2)+Gl(0.2)×ml(0.2)+・・・+Gl(k)×ml(k)
[質量推定式(3)]
第三の材質の推定質量=M×Σ(Ga(k)×ma(k))・・・(3)
Σ(Ga(k)×ma(k))は、次の演算式に相当し、それぞれの正規化総フォトン数に対応する画素数Ga(k)と質量相関係数ma(k)の積を合計したものである。
Gl(0.1) × ml(0.2) + Gl(0.2) × ml(0.2) + ... + Gl(k) × ml(k)
[Mass estimation formula (3)]
Estimated mass of the third material = M × Σ(Ga(k) × ma(k)) ... (3)
Σ(Ga(k) × ma(k)) corresponds to the following formula and is the sum of the products of the number of pixels Ga(k) corresponding to each normalized total photon number and the mass correlation coefficient ma(k).
Ga(0.1)×ma(0.2)+Ga(0.2)×ma(0.2)+・・・+Ga(k)×ma(k)
ここで、M:単位質量係数、Gh(k),Gl(k),Ga(k):正規化総エネルギー量に対応する第一の材質の画素数,第二の材質の画素数,及び第三の材質の画素数、mh(k),ml(k),ma(k):正規化総エネルギー量に対応する第一の材質の質量相関係数,第二の材質の質量相関係数,及び第三の材質の質量相関係数、を示す。
Ga(0.1)×ma(0.2)+Ga(0.2)×ma(0.2)+・・・+Ga(k)×ma(k)
Here, M is the unit mass coefficient, Gh(k), Gl(k), Ga(k) are the number of pixels of the first material, the number of pixels of the second material, and the number of pixels of the third material corresponding to the normalized total energy amount, and mh(k), ml(k), ma(k) are the mass correlation coefficient of the first material, the mass correlation coefficient of the second material, and the mass correlation coefficient of the third material corresponding to the normalized total energy amount.
単位質量係数(M)と、正規化総エネルギー量(k)に対応するそれぞれの材質の質量相関係数(第一の材質の質量相関係数mh(k),第二の材質の質量相関係数ml(k),第三の材質の質量相関係数ma(k))を設定する処理を説明する。以下のステップ1からステップ10までの処理を順に実施する。これらの処理も、実際に対象物の材質を分類する前段階において行い、準備しておく必要がある。
The process of setting the unit mass coefficient (M) and the mass correlation coefficients of each material corresponding to the normalized total energy (k) (mass correlation coefficient mh(k) of the first material, mass correlation coefficient ml(k) of the second material, mass correlation coefficient ma(k) of the third material) is explained below. The following
[ステップ1]
図11に、材質分類クラスタの例を示す。図11に示すように、第一の材質のサンプルと第二の材質のサンプルと第三の材質のサンプルを複数個(図11ではそれぞれ9個)準備する。材質分類クラスタを準備した際に使用したサンプルで良い。
[Step 1]
An example of a material classification cluster is shown in Fig. 11. As shown in Fig. 11, a plurality of samples of a first material, a second material, and a third material (nine samples each in Fig. 11) are prepared. The samples used when preparing the material classification cluster may be used.
また、X軸を正規化総エネルギー量(k)、Y軸を当該正規化総エネルギー量(k)に対応する質量相関係数m(k)とする二次元XY平面を準備し、当該二次元XY平面に第一の材質に関する質量相関係数mh(k)、第二の材質に関する質量相関係数ml(k)、及び第三の材質に関する質量相関係数ma(k)に関する仮の質量相関係数カーブを設定する。なお、この仮の質量相関係数カーブは初期値として設定するもので、直線状でよい。以降のステップから調整して実際のカーブとなるように修正する。 A two-dimensional XY plane is prepared with the X-axis representing the normalized total energy amount (k) and the Y-axis representing the mass correlation coefficient m(k) corresponding to the normalized total energy amount (k), and a provisional mass correlation coefficient curve is set on the two-dimensional XY plane for the mass correlation coefficient mh(k) for the first material, the mass correlation coefficient ml(k) for the second material, and the mass correlation coefficient ma(k) for the third material. Note that this provisional mass correlation coefficient curve is set as an initial value and may be linear. It is adjusted in the following steps to be corrected so that it becomes an actual curve.
[ステップ2]
ステップ1の処理で準備したサンプルの中から、同じ高さを有する第一の材質のサンプル、第二の材質のサンプル、及び第三の材質のサンプルをそれぞれ1個ずつ選び、3個のサンプルの組み合わせでグルーピングし、それぞれのグループの全体の質量を計測部3により計測し、制御部4で取得する。
[Step 2]
From the samples prepared in the processing of
[ステップ3]
ステップ2の処理でグルーピングしたグループの中から、高さの大きい順で1つのグループを選択する。
[Step 3]
From the groups formed in
[ステップ4]
ステップ3の処理で選択したグループに、制御部4からX線出力部5に指令信号を送信してX線出力部5からX線を出力しながら当該グループ全体をスキャンする。(当該グループに属する第一の材質のサンプル、第二の材質のサンプル、及び第三の材質のサンプルに同時にX線を照射する。)
[ステップ5]
ステップ4の処理におけるスキャン時に、当該グループ内のそれぞれのサンプルを透過した透過X線をX線検出部6により検出し、X線検出部6から出力されるそれぞれの画素の画素情報を制御部4で取得する。
[Step 4]
A command signal is sent from the control unit 4 to the
[Step 5]
During the scan in the processing of step 4, the transmitted X-rays that pass through each sample in the group are detected by the X-ray detection unit 6, and the pixel information of each pixel output from the X-ray detection unit 6 is obtained by the control unit 4.
[ステップ6]
ステップ5の処理により取得した第一の材質のサンプル、第二の材質のサンプル、及び第三の材質のサンプルのそれぞれの画素数と、それぞれの画素の画素情報とに基づき、正規化総フォトン数を算出し、それぞれの質量相関係数の仮の値を設定する。
[STEP 6]
Based on the number of pixels for each of the first material sample, the second material sample, and the third material sample obtained by the processing in
ここで、
第一の材質の正規化総エネルギー量:kh
第二の材質の正規化総エネルギー量:kl
第三の材質の正規化総エネルギー量:ka
khに対応する第一の材質の画素数Gh(kh)
klに対応する第二の材質の画素数Gl(kl)
kaに対応する第三の材質の画素数Ga(ka)
khに対応する第一の材質の質量相関係数mh(kh)
klに対応する第二の材質の質量相関係数ml(kl)
kaに対応する第三の材質の質量相関係数ma(ka)
とする。
here,
Normalized total energy of the first material: kh
Normalized total energy of the second material: kl
Normalized total energy of the third material: ka
Number of pixels of the first material corresponding to kh Gh(kh)
Number of pixels of the second material corresponding to kl Gl(kl)
The number of pixels of the third material corresponding to ka, Ga(ka)
Mass correlation coefficient mh(kh) of the first material corresponding to kh
Mass correlation coefficient ml(kl) of the second material corresponding to kl
Mass correlation coefficient ma(ka) of the third material corresponding to ka
Let us assume that.
[ステップ7]
単位質量係数(M)を算出する。ステップ2の処理で計測した対象グループ全体の質量を、ステップ6の処理で算出した第一の材質のサンプルの画素数と第二の材質のサンプルの画素数と第三の材質のサンプルの画素数の和(対象グループ全体の画素数)で除算して算出する。
[STEP 7]
Calculate the unit mass coefficient (M) by dividing the mass of the entire target group measured in
単位質量係数(M)=対象グループ全体の質量÷対象グループ全体の画素数
[ステップ8]
ステップ7の処理で求めた単位質量係数(M)と、ステップ6の処理で求めた第一の材質の正規化エネルギー量(kh)における第一の材質の画素数Gh(kh)と質量相関係数mh(kh)と、第二の材質の正規化総エネルギー量(kl)における第二の材質の画素数Gl(kl)と質量相関係数ml(kl)と、第三の材質の正規化総エネルギー量(ka)における第三の材質の画素数Ga(ka)と質量相関係数ma(ka)とを次の式に代入して対象グループ全体の計算上の質量である仮質量を算出する。
Unit mass coefficient (M) = total mass of the target group ÷ total number of pixels in the target group [Step 8]
The unit mass coefficient (M) obtained in the processing of
仮質量=M×(Gh(kh)×mh(kh)+Gl(kl)×ml(kl)+Ga(ka)×ma(ka))
対象グループ全体の実際の質量は、ステップ2の処理で計測しているので、
仮質量=対象グループ全体の実際の質量
となるように、mh、ml及びmaを調整し、それぞれの正規化総フォトン数kh、kl、kaにおける質量相関係数設定カーブ上のプロット位置を決定する。
Pseudo mass = M × (Gh(kh) × mh(kh) + Gl(kl) × ml(kl) + Ga(ka) × ma(ka))
The actual mass of the entire target group is measured in
Adjust mh, ml, and ma so that the provisional mass = the actual mass of the entire target group, and determine the plot positions on the mass correlation coefficient setting curve for each normalized total photon number kh, kl, and ka.
[ステップ9]
他のサンプルに対しても順番に、ステップ3からステップ7の処理を施して、それぞれの正規化総フォトン数における質量相関係数設定カーブ上のプロット位置を決定する。これにより、準備したサンプルに対する質量相関係数を設定することができる。
[STEP 9]
The processes from
[ステップ10]
全てのサンプルに対して、それぞれの正規化総フォトン数における質量相関係数設定カーブ上のプロット位置を決定したら、各ポイント間は数値補間してなだらかな曲線となるようにする。
[STEP 10]
After determining the plot positions on the mass correlation coefficient setting curve for each normalized total photon number for all samples, numerical interpolation is performed between each point to make a smooth curve.
以上説明した本実施例のX線装置及びそれを用いた材質分類方法により、検査対象物の外形を確認しつつ、当該検査対象物を構成する材質を分類することができる。 The X-ray device of this embodiment and the material classification method using the same described above make it possible to classify the material that constitutes the object to be inspected while checking the external shape of the object.
図14を参照して、本発明の実施例2に係るX線装置及びそれを用いた材質分類方法について説明する。図14は、本実施例の材質分類方法を示す図である。本実施例では、飛行場などの手荷物検査場において、スーツケースなどに収納された危険物を検知する例を説明する。 With reference to FIG. 14, an X-ray device according to a second embodiment of the present invention and a material classification method using the same will be described. FIG. 14 is a diagram showing the material classification method of this embodiment. In this embodiment, an example of detecting dangerous objects stored in suitcases, etc. at a baggage inspection area at an airport, etc. will be described.
一般に保安検査の一つである手荷物検査においては、検査装置を通過する手荷物にX線を照射し、画像処理により鮮明化された画像をもとに保安検査員が目視で危険物を検知している。 In baggage inspection, which is a common type of security check, X-rays are irradiated onto baggage passing through the inspection device, and security inspectors visually detect dangerous objects based on the images that have been sharpened using image processing.
保安検査員は、このようなX線画像を見て、迅速かつ正確な検査を連続で行う必要がある一方、入念な検査によって混雑が生じると顧客の満足度が低下するという相反する環境から、保安検査員の肉体的・精神的負荷が高くなる。 Security inspectors must look at these X-ray images and perform rapid and accurate inspections one after the other. However, thorough inspections can cause congestion and lead to lower customer satisfaction. This conflicting environment places a heavy physical and mental strain on security inspectors.
そこで、本実施例では、X線装置1に、収納容器(スーツケース16)に収納された複数の対象物から特定の検査物10を選択する機能を設ける。この特定の検査物10を選択する機能は、例えば、保安検査員がモニタ上のX線画像を見ながら、パソコンのマウスなどの入力装置を使用して、安全性が懸念される対象物を枠線で囲むことで実現する。
In this embodiment, therefore, the
選択された特定の検査物10に対し、X線装置1の制御部4は、実施例1で説明した材質分類方法及び重量推定方法を適用して、選択された検査物10の画素情報に基づいて当該選択された検査物10の減弱係数の変化率を求め、選択された検査物10を構成する複数の材質を、それぞれ所定の材質(例えば、第一の材質と第二の材質と第三の材質)の何れかに分類する。
For the specific selected
そして、その分類に基づいて各材質の質量を推定し、推定した各材質の質量に基づいて選択された検査物10が危険物であるか否かを判断する。
Then, the mass of each material is estimated based on the classification, and it is determined whether the selected
これにより、検査対象物が危険なものか判断する支援をし、犯罪等を未然に防ぐことに貢献できる。 This will help determine whether the object being inspected is dangerous, and contribute to preventing crimes, etc.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
1…X線装置、2…装置本体、3…計測部、4…制御部、5…X線出力部、6,6a,6b…X線検出部、7…対象物検出部、8…遮蔽カーテン、9…搬送用コンベア、10…検査物、11…X線、12…収納容器、13…(X線検出部6の)X線検出素子、14…X線フォトン、15…銅板、16…スーツケース、A…収納容器始端部、B…収納容器終端部、C…透過X線検出範囲、T,T1~T7…記憶領域。 1...X-ray device, 2...device body, 3...measuring section, 4...control section, 5...X-ray output section, 6, 6a, 6b...X-ray detection section, 7...object detection section, 8...shielding curtain, 9...transport conveyor, 10...inspection object, 11...X-ray, 12...storage container, 13...X-ray detection element (of X-ray detection section 6), 14...X-ray photon, 15...copper plate, 16...suitcase, A...starting end of storage container, B...ending end of storage container, C...transmitted X-ray detection range, T, T1 to T7...storage area.
上記課題を解決するために、本発明は、所定の出力値でX線を出力するX線出力部と、所定数の検出素子を一次元に配列し、1つの前記検出素子を1画素として、それぞれの前記画素で前記X線を検出して、前記X線の全体のエネルギーの大きさを示す総エネルギー量と、所定の値以上のエネルギーの大きさを示す高エネルギー量と、に関する画素情報を取得するX線検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記X線出力部に指示して、搬送用コンベア上を移動してくる収納容器に前記X線を照射するとともに、前記収納容器を透過した透過X線を検出して前記透過X線に対する前記画素情報を前記X線検出部から取得し、前記画素情報に基づいて前記収納容器に収納された対象物に対する高エネルギー量の減弱係数を総エネルギー量の減弱係数で除して算出する減弱係数の変化率を求め、システムを運用する前段階において、分類対象の材質サンプルに関して同じ大きさの組合せを複数個準備し、それぞれの減弱係数の変化率を求めてクラスタリングし、さらにクラスタ間に線を引いて各クラスタ間の境界を明確化することで予め準備した材料分類クラスタを参照して、前記対象物を所定の材質の何れかに分類することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes an X-ray output unit that outputs X-rays at a predetermined output value, an X-ray detection unit that arranges a predetermined number of detection elements in a one-dimensional manner, with each detection element being one pixel, detects the X-rays at each of the pixels, and obtains pixel information relating to a total energy amount indicating the magnitude of the overall energy of the X-rays and a high energy amount indicating the magnitude of energy equal to or greater than a predetermined value, and a control unit, and the control unit instructs the X-ray output unit to irradiate the X-rays at a storage container moving on a transport conveyor, and detects the transmitted X-rays that have passed through the storage container and obtains pixel information relating to the transmitted X-rays. The pixel information for X-rays is obtained from the X-ray detection unit, and a rate of change in attenuation coefficient is calculated by dividing the attenuation coefficient of a high amount of energy for the object stored in the storage container by the attenuation coefficient of a total amount of energy based on the pixel information. Prior to operating the system, multiple combinations of the same size for material samples to be classified are prepared, the rate of change in the attenuation coefficient for each is calculated and clustered, and lines are drawn between the clusters to clarify the boundaries between the clusters, and the object is classified into one of the specified materials by referring to the material classification clusters prepared in advance .
また、本発明は、X線を用いた材質分類方法であって、(a)搬送用コンベア上を移動してくる収納容器にX線を照射するとともに、前記収納容器を透過した透過X線を検出して前記透過X線に対する画素情報を取得するステップと、(b)前記(a)ステップで取得した前記画素情報に基づいて、前記収納容器に収納された対象物に対する高エネルギー量の減弱係数を総エネルギー量の減弱係数で除して算出する減弱係数の変化率を求めるステップと、(c)前記(b)ステップで求めた前記減弱係数の変化率と、システムを運用する前段階において、分類対象の材質サンプルに関して同じ大きさの組合せを複数個準備し、それぞれの減弱係数の変化率を求めてクラスタリングし、さらにクラスタ間に線を引いて各クラスタ間の境界を明確化することで予め準備した材料分類クラスタとに基づいて、前記対象物を所定の材質の何れかに分類するステップと、を有することを特徴とする。 The present invention also provides a material classification method using X-rays, comprising the steps of: (a) irradiating a storage container moving on a transport conveyor with X-rays, detecting the transmitted X-rays that have passed through the storage container, and acquiring pixel information for the transmitted X-rays; (b) determining a rate of change in attenuation coefficient by dividing the attenuation coefficient of a high amount of energy for an object stored in the storage container by the attenuation coefficient of a total amount of energy based on the pixel information acquired in step (a); and (c) classifying the object into one of predetermined materials based on the rate of change in attenuation coefficient determined in step (b) and material classification clusters that have been prepared in advance prior to operating the system by preparing a plurality of combinations of the same size for material samples to be classified, determining the rate of change in attenuation coefficient for each combination, clustering the combinations, and further drawing lines between the clusters to clarify the boundaries between the clusters.
Claims (13)
所定数の検出素子を一次元に配列し、1つの前記検出素子を1画素として、それぞれの前記画素で前記X線を検出して、前記X線の全体のエネルギーの大きさを示す総エネルギー量と、所定の値以上のエネルギーの大きさを示す高エネルギー量と、に関する画素情報を取得するX線検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記X線出力部に指示して、搬送用コンベア上を移動してくる収納容器に前記X線を照射するとともに、前記収納容器を透過した透過X線を検出して前記透過X線に対する前記画素情報を前記X線検出部から取得し、
前記画素情報に基づいて前記収納容器に収納された対象物の減弱係数の変化率を求め、
前記対象物を所定の材質の何れかに分類することを特徴とするX線装置。 an X-ray output unit that outputs X-rays at a predetermined output value;
an X-ray detection unit which arranges a predetermined number of detection elements in a one-dimensional manner, and detects the X-rays at each of the pixels, with each detection element being one pixel, and obtains pixel information relating to a total energy amount indicating the magnitude of the overall energy of the X-rays and a high energy amount indicating the magnitude of energy equal to or greater than a predetermined value;
A control unit,
The control unit is
instructing the X-ray output unit to irradiate the X-rays onto a storage container moving on a transport conveyor, and detecting the transmitted X-rays that have passed through the storage container, and acquiring the pixel information for the transmitted X-rays from the X-ray detection unit;
determining a rate of change in the attenuation coefficient of the object stored in the storage container based on the pixel information;
An X-ray device which classifies the object into one of a predetermined materials.
前記X線出力部は、前記搬送用コンベア上を移動してくる前記収納容器の始端部から終端部まで前記X線を照射することを特徴とするX線装置。 2. The X-ray device according to claim 1,
The X-ray device is characterized in that the X-ray output unit irradiates the storage container with the X-rays from a starting end to a terminal end thereof as the storage container moves on the transport conveyor.
前記所定の材質は、第一の材質、前記第一の材質とは異なる第二の材質、前記第一の材質および前記第二の材質とは異なる第三の材質の3つの材質であることを特徴とするX線装置。 3. The X-ray device according to claim 2,
An X-ray device characterized in that the specified materials are three materials: a first material, a second material different from the first material, and a third material different from the first material and the second material.
前記制御部は、前記X線検出部が前記始端部から前記終端部までスキャンすることにより前記収納容器全体の前記画素情報を取得し、
前記対象物を透過した前記透過X線に対応するそれぞれの前記画素情報に含まれる前記総エネルギー量と前記高エネルギー量に対して、前記対象物の存在しない空気部分のエネルギー量を示す空気部エネルギー量を最大値1としてスケーリングして、正規化総エネルギー量と正規化高エネルギー量とを算出し、
記憶部に第一の記憶領域T1と第二の記憶領域T2を設定し、
前記正規化総エネルギー量を前記T1に二次元配列して前記対象物の第一の画像情報を生成し、
前記正規化高エネルギー量を前記T2に二次元配列して前記対象物の第二の画像情報を生成することを特徴とするX線装置。 4. The X-ray device according to claim 3,
the control unit acquires the pixel information of the entire container by scanning the X-ray detection unit from the starting end to the ending end,
a normalized total energy amount and a normalized high energy amount are calculated by scaling an air portion energy amount indicating an energy amount of an air portion where the object is not present, with a maximum value of 1, with respect to the total energy amount and the high energy amount included in each of the pixel information corresponding to the transmitted X-rays transmitted through the object;
A first storage area T1 and a second storage area T2 are set in the storage unit;
Two-dimensionally arranging the normalized total energy amount in the T1 to generate a first image information of the object;
The X-ray apparatus further comprises: a first image information unit for generating a second image of the object by two-dimensionally arranging the normalized high energy dose at T2.
前記制御部は、
前記T1のそれぞれの(X,Y)座標に配列した前記正規化総エネルギー量に対応する減弱係数を示す第一の減弱係数を算出し、
前記T2のそれぞれの(X,Y)座標に配列した前記正規化高エネルギー量に対応する減弱係数を示す第二の減弱係数を算出し、
それぞれの前記第二の減弱係数を、対応する(X,Y)座標の前記第一の減弱係数で除算してそれぞれの前記正規化総エネルギー量に対する前記正規化高エネルギー量の前記変化率を算出し、前記記憶部に設定した第三の記憶領域T3に配列することを特徴とするX線装置。 5. The X-ray device according to claim 4,
The control unit is
Calculate a first attenuation coefficient indicating an attenuation coefficient corresponding to the normalized total energy amount arranged at each (X, Y) coordinate of the T1;
Calculate a second attenuation coefficient indicating an attenuation coefficient corresponding to the normalized high energy amount arranged in each (X, Y) coordinate of the T2;
and dividing each of the second attenuation coefficients by the first attenuation coefficient of a corresponding (X, Y) coordinate to calculate the rate of change of the normalized high energy amount relative to each of the normalized total energy amounts, and arranging the rate of change in a third memory area T3 set in the memory unit.
前記制御部は、
前記T1のそれぞれの(X,Y)座標に配列している数値をX座標とし、前記T3のそれぞれの(X,Y)座標に配列している数値をY座標とする情報を、前記正規化総エネルギー量と前記減弱係数の変化率の相関を示す材質分類クラスタによりクラスタリングして、それぞれの(X,Y)座標を前記第一の材質または前記第二の材質または前記第三の材質の何れに属するか分類し、
前記記憶部に設定した第四の記憶領域を示すT4の対応する(X,Y)座標に前記第一の材質、前記第二の材質、前記第三の材質として材質分類情報を配列することを特徴とするX線装置。 6. The X-ray device according to claim 5,
The control unit is
clustering information in which the numerical values arranged at each (X, Y) coordinate of T1 are set as X coordinates and the numerical values arranged at each (X, Y) coordinate of T3 are set as Y coordinates using a material classification cluster indicating a correlation between the normalized total energy amount and the rate of change of the attenuation coefficient, thereby classifying each (X, Y) coordinate as belonging to the first material, the second material, or the third material;
and arranging material classification information as the first material, the second material, and the third material at the (X, Y) coordinates corresponding to T4 indicating a fourth memory area set in the memory unit.
前記制御部は、
前記T4に配列した材質分類情報に基づき、前記T1に配列したそれぞれの(X,Y)座標を前記第一の材質、前記第二の材質および前記第三の材質に分類し、
前記第一の材質に属するそれぞれの(X,Y)座標に配列している前記正規化総エネルギー量を前記記憶部に設定した第五の記憶領域を示すT5に配列し、
前記第二の材質に属するそれぞれの(X,Y)座標に配列している前記正規化総エネルギー量を前記記憶部に設定した第六の記憶領域を示すT6に配列し、
前記第三の材質に属するそれぞれの(X,Y)座標に配列している前記正規化総エネルギー量を前記記憶部に設定した第七の記憶領域を示すT7に配列することを特徴とするX線装置。 7. The X-ray device according to claim 6,
The control unit is
Based on the material classification information arranged in the T4, each of the (X, Y) coordinates arranged in the T1 is classified into the first material, the second material, and the third material;
The normalized total energy amounts arranged at the (X, Y) coordinates belonging to the first material are arranged in a fifth memory area T5 set in the memory unit;
The normalized total energy amounts arranged at the (X, Y) coordinates belonging to the second material are arranged in a sixth memory area T6 set in the memory unit;
the normalized total energy amounts arranged at the (X, Y) coordinates belonging to the third material are arranged in T7 indicating a seventh memory area set in the memory unit.
前記制御部は、
前記T5において、同じ値の前記正規化総エネルギー量(k)を有する(X,Y)座標の数をそれぞれカウントして第一の画素数Gh(k)を算出し、
前記T6において、同じ値の前記正規化総エネルギー量(k)を有する(X,Y)座標の数をそれぞれカウントして第二の画素数Gl(k)を算出し、
前記T7において、同じ値の前記正規化総エネルギー量(k)を有する(X,Y)座標の数をそれぞれカウントして第三の画素数Ga(k)を算出し、
前記対象物の質量を前記第一の画素数群と前記第二の画素数群と前記第三の画素数群の合計で除算して、前記第一の材質と前記第二の材質と前記第三の材質とに共通する単位質量係数(M)を算出することを特徴とするX線装置。 8. The X-ray device according to claim 7,
The control unit is
In the T5, the number of (X, Y) coordinates having the same value of the normalized total energy amount (k) is counted to calculate a first pixel number Gh(k);
In the T6, the number of (X, Y) coordinates having the same value of the normalized total energy amount (k) is counted to calculate a second pixel number Gl(k);
In the T7, the number of (X, Y) coordinates having the same value of the normalized total energy amount (k) is counted to calculate a third pixel number Ga(k);
An X-ray apparatus comprising: a mass of the object divided by the sum of the first pixel count group, the second pixel count group, and the third pixel count group to calculate a unit mass coefficient (M) common to the first material, the second material, and the third material.
前記制御部は、質量相関係数設定カーブを用いて、前記第一の材質、前記第二の材質、前記第三の材質のそれぞれの正規化総エネルギー量に対応する質量相関係数mh(k)、ml(k)、ma(k)(k:正規化フォトン数)を設定することを特徴とするX線装置。 9. The X-ray device according to claim 8,
the control unit sets mass correlation coefficients mh(k), ml(k), ma(k) (k: normalized photon number) corresponding to the normalized total energies of the first material, the second material, and the third material, respectively, by using a mass correlation coefficient setting curve.
前記制御部は、次の演算式(1)から(3)により、
第一の材質の質量 = M(Gh(0.1)mh(0.1)+Gh(0.2)mh(0.2)+・・・+Gh(k)mh(k))・・・(1)
第二の材質の質量 = M(Gl(0.1)ml(0.1)+Gl(0.2)ml(0.2)+・・・+Gl(k)ml(k))・・・(2)
第三の材質の質量 = M(Ga(0.1)ma(0.1)+Ga(0.2)ma(0.2)+・・・+Ga(k)ma(k))・・・(3)
前記対象物の前記第一の材質の質量と前記第二の材質の質量と前記第三の材質の質量とを推定することを特徴とするX線装置。 10. The X-ray device according to claim 9,
The control unit calculates the following equations (1) to (3):
Mass of the first material = M(Gh(0.1)mh(0.1)+Gh(0.2)mh(0.2)+...+Gh(k)mh(k))...(1)
Mass of the second material = M(Gl(0.1)ml(0.1)+Gl(0.2)ml(0.2)+...+Gl(k)ml(k))...(2)
Mass of the third material = M(Ga(0.1)ma(0.1)+Ga(0.2)ma(0.2)+...+Ga(k)ma(k))...(3)
An X-ray apparatus comprising: an X-ray detector configured to estimate a mass of the first material, a mass of the second material, and a mass of the third material of the object.
前記X線装置は、計測部と、
前記計測部より前記搬送用コンベアの後部位置に配置された収納容器センサと、を備え、
前記計測部により前記収納容器の質量を計測し、
前記計測部により前記収納容器の質量を計測した後に前記収納容器センサにより前記収納容器を検知した場合、前記制御部が前記X線出力部に指令信号を送信して前記X線の照射を開始することを特徴とするX線装置。 2. The X-ray device according to claim 1,
The X-ray device includes a measurement unit and
a storage container sensor disposed at a rear position of the transport conveyor from the measurement unit,
The mass of the storage container is measured by the measuring unit;
An X-ray device characterized in that when the storage container is detected by the storage container sensor after the measurement unit measures the mass of the storage container, the control unit sends a command signal to the X-ray output unit to start irradiating the X-rays.
前記X線装置は、前記収納容器に収納された複数の対象物から特定の対象物を選択する機能を備え、
前記制御部は、前記選択された対象物の前記画素情報に基づいて当該選択された対象物の減弱係数の変化率を求め、
前記選択された対象物を構成する複数の材質を、それぞれ前記所定の材質の何れかに分類することを特徴とするX線装置。 2. The X-ray device according to claim 1,
the X-ray device has a function of selecting a specific object from the plurality of objects stored in the storage container;
The control unit calculates a rate of change in the attenuation coefficient of the selected object based on the pixel information of the selected object,
An X-ray apparatus comprising: a detector for detecting a plurality of materials that constitute the selected object; and a detector for detecting a plurality of materials that constitute the selected object.
(a)搬送用コンベア上を移動してくる収納容器にX線を照射するとともに、前記収納容器を透過した透過X線を検出して前記透過X線に対する画素情報を取得するステップと、
(b)前記(a)ステップで取得した前記画素情報に基づいて、前記収納容器に収納された対象物の減弱係数の変化率を求めるステップと、
(c)前記(b)ステップで求めた前記減弱係数の変化率に基づいて、前記対象物を所定の材質の何れかに分類するステップと、
を有することを特徴とする材質分類方法。 A material classification method using X-rays, comprising:
(a) irradiating an X-ray onto a storage container moving on a transport conveyor, and detecting the transmitted X-ray that has passed through the storage container to obtain pixel information for the transmitted X-ray;
(b) calculating a rate of change in the attenuation coefficient of the object stored in the storage container based on the pixel information acquired in the (a) step;
(c) classifying the object into one of predetermined materials based on the rate of change of the attenuation coefficient obtained in the step (b);
A material classification method comprising the steps of:
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