双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法技术方案

本发明专利技术提供一种双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特点是安检系统中采用了互相垂直安放的X射线装置用以发射和检测X射线信号，采集后的信号传到计算机系统中；在计算机内部，对重建图像进行网格划分，改写重建网格的全变差开方运算为矩阵运算，使得重建网格的系数具有严格正定的矩阵表达形式。通过计算每个重建网格对每条X射线传播路径上的投影权重值，建立了从射源到检测器间的投影线性方程组，从而将重建问题转化为满足凸二次规划的优化，最终利用神经网络算法进行优化求解。该发明专利技术的方法避免了透视影响互相重叠的问题，较清晰地重建物体三维影像等优点。

【技术实现步骤摘要】
双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法
本专利技术涉及的是一种X射线断层成像技术的重建方法，具体来说是一种适用于双视角安检系统中使用的X射线断层成像技术。
技术介绍
公共安全一直是国家安全的重要组成部分，是人身安全的一项重要保障。近年来，国内外时有暴力恐怖袭击事件的发生，对诸如机场、地铁站、火车站、海关等人流密集的公共场所的安全建设提出了提出越来越高的要求。目前大多数交通枢纽采用的安检设备为X射线安检系统，主要对行李物品进行安检，要求不仅能探测隐藏的枪支、弹药、匕首等危险武器、还能探测隐藏的爆炸物以及一些液体和各类违禁品。早期X射线安检系统主要使用单能单角度X射线技术，该技术只能产生物体的二维透视影像。安检员通过对图像的形状和轮廓来判断是否有危险品，然而对于危险品厚度很薄并且与X射线投射方向平行放置，很难准确辨别出来，这对安检员的经验提出很高的要求。现今运用最普遍的是双能X射线安检机，即安检系统安装两套分别发射高能射线和低能射线射线源，在接受端也装有两套接受信号的探测器，两套射源投射方向是无角度差。后台的计算机利用双能X射线的衰减特性进行一系列运算，可以获得物质的有效原子序数，进而可以获得具有一定立体感的透视图像。最近几年，提出了双视角X射线安检系统，系统采用两套不同投射角度的X射线和探测器，通过不同角度的两个透视图像进行危险品判别。两个角度的综合评判，有效地排除了以特殊角度安放的危险品，在一定程度上避免了危险品漏检。申请号为CN200710130137.9(公开号)的专利申请中专利技术一种双视角扫描辐射成像的方法及系统。该专利技术使用左右探测器阵列采集电信号，获取物体的透视图像，利用透视差原理来获取不同深度的透视图像，使重建物体具有一定的立体感，从实现对不同深度的物体的识别。申请号为CN201710454427.2的专利申请提出了一种双源双视角安检方法及其系统。该专利技术通过安放不同角度的两套探测装置，提供给安检人员不同角度的物品透视图像，在一定程度上方便安检人员辨别和定位危险品。以上这些技术是获得物体的透视影像，不能完全有效地分辨出行李中重叠遮挡的问题。CT成像技术利用X射线的旋转扫描可以获得物体的断层图像，能够清晰获得物体的三维影像，能够解决物体互相遮挡的问题。然而，按照精确重建理论，射源需要绕物体至少旋转180度，这大大地增加设备的成本。本专利技术为了克服上述问题，在安检设备内部装有两个垂直放置的射线源，可以从两个方向进行扫描，缩短了检测时间并且提高了检测效率，通过建立投影射线方程，以全变差平方为优化目标，利用神经网络重建物体内部影像。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供一种X射线安检系统的神经网络断层成像方法，其特点是通过在安检设备内部安装两个互相垂直的X射线检测设备；用全变差适合稀疏采样条件下对图像能够很好重建的特性，将其进行平方操作，构造重建图像的正定系数矩阵，平方操作后的全变差具备了凸二次规划的目标函数表达函数形式，投影射线方程是一组线性方程组，作为二次规划的约束，从而将投影重建问题转化为求解带约束的凸二次规划的最优解问题，因为所构造的目标函数的系数矩阵是正定的，理论上可获得全局最优解；该方法可以获得物体近似的三维立体影像，为安检设备的断层成像提供方法支撑，方便对危险品的检查。本专利技术的目的由以下技术措施实现：一种双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；成像方法的步骤如下：控制中心系统中，操作面板开启工作开关，控制器触发传送装置中伺服系统开始工作，使电动滚筒转动，带动输送带运转；控制器随后触发光电发射器发射信号，包裹检测传感器接受光电信号；当被检物体进入检测系统的检测通道，阻挡包裹检测传感器接受光电信号，接受中断信息返回到控制器，触发X射线控制开关打开，使双视角X射线发射器Ⅰ和X射线发射器Ⅱ分别发射X射线，X射线束穿过被检物体，分别轰击安装在检测通道上互相垂直的X射线探测器Ⅰ和探测器Ⅱ上，数据采集系统将探测器获取的X射线衰减信号放大及转换，再发送到控制中心系统中获得投影数据；神经网络算法模块优化求解以重建网格的全变差平方为目标函数，以对X射线路径的权重值表为约束条件的优化问题，最终在显示器上重建被检物体的图像。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的双视角X射线是指安检系统中存在两套X射线发射器，两套发射器互相垂直安放在检测通道上，一个安放在通道上方，一个安放通道一侧，当X射线控制开关处于开状态时，分别会发射X射线。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的互相垂直的X射线探测器是指安检系统中分别安装在检测通道上两套可以感光X射线的探测器，一套安装在检测通道的侧面，用于接收安放在对面X射线发射器发射的X射线，一套安装在检测通道的下发，用于接收安放在上面的X射线发射器发射的X射线。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的数据采集系统是把检测器阵元接收的X射线衰减号进行放大，并为数字信号，进而转化成用于重建的投影数据。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的X射线路径的权重是指对三维重建区域进行网格划分，X射线传播路径所经过的每个网格的距离长。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的目标函数是指将重建网格的全变差进行平方后，转化为矩阵计算式，进而获得满足正定规则的重建网格系数矩阵。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的约束条件是指模拟X射线衰减规律，X射线传播路径上重建网格的权重与重建网格的衰减值乘积所形成的线性方程，若干条X射线将形成一系列线性方程组。根据本专利技术所述双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；所述的神经网络重建方法是指目标函数和约束条件进行拉格朗日变换后，获得以重建网格衰减系数和拉格朗日系数为未知数的线性方程组，以线性方程组的系数为神经网络的输入，以0和投影数值为神经网络输出，进行神经网络迭代，迭代趋于稳定后得到对应于重建网格衰减系数神经元权重值为重建结果。本专利技术提供一种双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特点是安检系统中采用了互相垂直安放的X射线装置用以发射和检测X射线信号，采集后的信号传到计算机系统中；在计算机内部，对重建图像进行网格划分，改写重建网格的全变差开方运算为矩阵运算，使得重建网格的系数具有严格正定的矩阵表达形式。通过计算每个重建网格对每条X射线传播路径上的投影权重值，建立了从射源到检测器间的投影线性方程组，从而将重建问题转化为满足凸二次规划的优化，最终利用神经网络算法进行优化求解。该专利技术的方法避免了透视影响互相重叠的问题，较清晰地重建物体三维影像等优点。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术适合安检系统的断层成像方法，该技术方案采用目前较常规的双视角方式安放X射线检测系统，具有扫描时间短的优点；将重建问题转换为凸二次规划问题，利用神经网络实现优化求解过程，使得在两个投影角度上获取物体断层图像成为可能，重建图像是具有三维立体感的优点。附图说明图1为双视角X本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；成像方法的步骤如下：控制中心系统(1)中，操作面板(101)开启工作开关，控制器(102)触发传送装置(2)中伺服系统(201)开始工作，使电动滚筒(202)转动，带动输送带(203)运转；控制器(102)随后触发光电发射器(204)发射信号(205)，包裹检测传感器(206)接受光电信号(205)；当被检物体(207)进入检测系统(3)的检测通道(301)，阻挡包裹检测传感器(206)接受光电信号(205)，接受中断信息返回到控制器，触发X射线控制开关(302)打开，使双视角X射线发射器Ⅰ(303)和X射线发射器Ⅱ(304)分别发射X射线(305)，X射线束(305)穿过被检物体(207)，分别轰击安装在检测通道上互相垂直的X射线探测器Ⅰ(306)和探测器Ⅱ(307)，数据采集系统(308)将获取的X射线衰减信号放大及转换，再发送到控制中心系统(1)中获得投影数据(103)；神经网络算法模块(104)优化求解以重建网格的全变差平方(105)为目标函数，以对X射线路径的权重值表(106)为约束条件的优化问题，最终在显示器(107)上重建被检物体(207)的图像。...

【技术特征摘要】
1.一种双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；成像方法的步骤如下：控制中心系统(1)中，操作面板(101)开启工作开关，控制器(102)触发传送装置(2)中伺服系统(201)开始工作，使电动滚筒(202)转动，带动输送带(203)运转；控制器(102)随后触发光电发射器(204)发射信号(205)，包裹检测传感器(206)接受光电信号(205)；当被检物体(207)进入检测系统(3)的检测通道(301)，阻挡包裹检测传感器(206)接受光电信号(205)，接受中断信息返回到控制器，触发X射线控制开关(302)打开，使双视角X射线发射器Ⅰ(303)和X射线发射器Ⅱ(304)分别发射X射线(305)，X射线束(305)穿过被检物体(207)，分别轰击安装在检测通道上互相垂直的X射线探测器Ⅰ(306)和探测器Ⅱ(307)，数据采集系统(308)将获取的X射线衰减信号放大及转换，再发送到控制中心系统(1)中获得投影数据(103)；神经网络算法模块(104)优化求解以重建网格的全变差平方(105)为目标函数，以对X射线路径的权重值表(106)为约束条件的优化问题，最终在显示器(107)上重建被检物体(207)的图像。2.根据权利要求1所述的双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征在于；双视角X射线是指安检系统中存在两套X射线发射器，两套发射器互相垂直安放在检测通道上，一个安放在通道上方，一个安放通道一侧，当X射线控制开关处于开状态时，分别会发射X射线。3.根据权利要求1所述的双视角X射线安检系统的神经网络重建断层成像方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑜，李迅波，陈亮，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51