專利名稱：物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對物體進行單側(cè)射線掃描實現(xiàn)雙側(cè)立體成像的方法和裝置，簡稱“雙側(cè)立體成像裝置”或“雙側(cè)3D成像裝置”，用于集裝箱、車輛和貨物等的雙側(cè)立體透視檢測。
背景技術(shù)：
已有的用于檢測集裝箱、車輛和其他物體的輻射成像檢測裝置，用一臺產(chǎn)生射線的輻射源(加速器、X光機或放射性同位素)和一列接收射線的陣列探測器，對被檢對象進行透射掃描，可獲得兩維透視圖像。由于多層物體在透視圖像中互相重疊，不易辨認(rèn)；更難以判別其縱深位置。已有一種正交成像技術(shù)，在正交方向各用一臺輻射源和一列探測器，同時對物體進行掃描。但這種正交成像系統(tǒng)的體積和成本成倍增加，而且通過物體的兩幅正交投影圖像來識別物體也比較費力。采用CT技術(shù)可以獲得真三維圖像，但CT成像要求輻射源和探測器圍繞集裝箱、車輛或貨物進行螺旋掃描，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積更大，成本更高；速度上也難以滿足快速檢測的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過對物體(例如集裝箱、車輛和貨物)進行單側(cè)快速掃描， 就可獲得雙側(cè)立體輻射成像的裝置。此裝置結(jié)構(gòu)簡單，只需在已有的常規(guī)系統(tǒng)(一臺輻射源和一列探測器)的基礎(chǔ)上增加一列(或多列)探測器和軟件，就可成為雙側(cè)立體成像系統(tǒng)。 檢測速度和已有的集裝箱或物品檢測系統(tǒng)一樣快，進行一次快速直線掃描，就可獲得相當(dāng)于從物體兩側(cè)透視的立體圖像和旋轉(zhuǎn)擺動或景深變化的動態(tài)立體顯示。特別有助于展示重疊物體的相互位置，進行識別和定位。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，該裝置包括輻射源、多縫射線準(zhǔn)直器、排成一定視角差的多陣列輻射探測器、多陣列輻射探測器的信號處理電路和前端計算機、主計算機和軟件、3D顯示器，所述的輻射源和多縫射線準(zhǔn)直器置于被檢測物體的一側(cè)；多陣列輻射探測器置于被檢測物體的另一側(cè)，連接有信號處理電路和前端計算機、主計算機和軟件、3D顯示器，各陣列探測器相互有一定間距，以不同視角面向輻射源。本發(fā)明的一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，其單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法步驟是
⑴輻射源在被檢測物體一側(cè)進行一次掃描，將任一對陣列探測器的左探測器圖像作為左眼圖像，右探測器的圖像作為右眼圖像，顯示出前視3D圖像；
⑵將任一對陣列探測器的左探測器圖像進行水平翻轉(zhuǎn)后作為左眼圖像，右探測器的圖像進行水平翻轉(zhuǎn)后作為右眼圖像，顯示出后視3D圖像； 由前視3D圖像和后視3D圖像構(gòu)成雙側(cè)立體圖像。本發(fā)明的一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，實現(xiàn)立體圖像動態(tài)顯示的方法是
(1)通過循環(huán)顯示不同視角但具有相同視角差的成對陣列探測器的立體圖像，進行物體旋轉(zhuǎn)擺動的動態(tài)3D顯示；
⑵通過循環(huán)顯示不同視角差的成對陣列探測器的立體圖像，進行物體景深變化的動態(tài)3D顯示。本發(fā)明的優(yōu)點是，檢測時只需在物體一側(cè)進行一次掃描，就可獲得雙側(cè)立體透視圖像。在探測器陣列數(shù)大于2時，可以顯示旋轉(zhuǎn)擺動或景深變化的動態(tài)立體圖像，使檢測人員容易識別重疊物體的縱深位置。本發(fā)明適用于集裝箱、車輛和貨物等的雙側(cè)立體透視檢測。
以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進一步描述。

圖1是本發(fā)明的一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像裝置的示意2是雙側(cè)立體成像顯示效果示意圖
圖2-A、從射線入射側(cè)看的前視3D圖像示意
圖2-B、從射線出射側(cè)看的后視3D圖像示意
圖3是本發(fā)明的一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像方法的示意圖
圖3-A、立體輻射成像裝置俯視圖
圖3-B、立體輻射成像裝置正視圖
圖3-C、前視3D圖像(假設(shè)為可見光3D圖像)
圖3-D、前視3D圖像(透射射線的3D圖像，粗方框為射線出射面；)
圖3-E、前視3D圖像的鏡像顯示
圖3-F、后視3D圖像
圖4是左右探測器圖像互換前和互換后的3D成像示意4- A、互換前的3D成像示意圖， 圖4- B、互換后的3D成像示意5是2D-3D圖像的生成流程6是2D-3D圖像的屏幕聯(lián)合顯示圖
圖7是動態(tài)3D顯示示意圖之一(同樣景深的3D圖像的旋轉(zhuǎn)顯示) 圖8是動態(tài)3D顯示示意圖之二(不同景深的3D圖像的動態(tài)顯示) 圖9是立體成像的采用雙眼液晶屏的立體顯示裝置圖10是立體成像的采用裸眼顯示屏的3D顯示器
圖中，1一福射源，2—多縫準(zhǔn)直器，3—多視角扇形射束，4一被檢測物體，5—多列輻射探測器，5-R—右輻射探測器，5-L—左輻射探測器，6—多列信號處理器，7—多列圖像處理前端計算機，8—主計算機，9一3D顯示器，10—車頭示意圖，11一左探測器圖像中的物體影像，12—右探測器圖像中的物體影像，13—3D圖像中的物體，14一左眼，15—右眼，16—雙眼3D液晶顯示屏，17—裸眼3D顯示屏
具體實施例方式由圖1可見，一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像裝置，包括輻射源(加速器、X 光機或放射性同位素)1，經(jīng)過準(zhǔn)直器2給出多視角扇形射束3 (每個扇形射束垂直于紙面)，分別射入多個陣列探測器5，相鄰扇形射束有一定夾角q，稱為基本視角差。輻射源和多陣列探測器對被檢測物體4進行一次掃描，各列探測器接收的信號和已有的常規(guī)系統(tǒng)一樣通過信號處理器6，在前端計算機7中生成各個不同視角的兩維圖像(2D圖像)。主計算機 8利用3D軟件將相鄰視角的各對圖像一一顯示在立體顯示器(3D顯示器)9上。3D顯示器 9可以是普通的計算機顯示器，通過3D眼鏡觀看；或是頭盔式3D顯示器；也可以是裸眼3D 顯示屏。雙側(cè)立體成像的效果圖如圖2所示，圖2-A是從射線入射側(cè)看的前視3D圖像示意， 圖2-B是從射線出射側(cè)看的后視3D圖像示意。本發(fā)明的雙側(cè)立體成像方法如圖3所示，利用射線吸收只和路徑的質(zhì)量厚度有關(guān)、和沿路徑入射還是出射無關(guān)的原理(不計及散射而僅考慮主要的透射信息時)，可以僅用一側(cè)的掃描數(shù)據(jù)，通過射束重組實現(xiàn)雙側(cè)立體成像。圖3是采用一個輻射源和兩列探測器的基本系統(tǒng)，輻射源1處于被檢測物體4的一側(cè)，左探測器5-L和右探測器5-R處于被檢測物體4的另一側(cè)，對輻射源的視角差為q。此系統(tǒng)對被檢測物體4進行掃描時，在被檢測物體4的一個水平平面內(nèi)，進入左探測器5-L的射束(實線)和進入右探測器5-R的射束(虛線)的透射路徑是夾角為q的兩組平行線(圖3-A)。箱中物體離探測器
越遠，通過掃描時左右探測器探測到它的時間差越大，物體在左右探測器圖像中的水平位置差別越大；這就是生成立體視覺的信息基礎(chǔ)。如果將輻射源和探測器改到被檢測物體另一側(cè)進行掃描，射束在被檢測物體4的這個平面內(nèi)的透射路徑，也是夾角為q的兩組平行線。所以，在被檢測物體4的水平面內(nèi)，將一側(cè)掃描的數(shù)據(jù)進行適當(dāng)重組，可以作為另一側(cè)掃描的數(shù)據(jù)。但是在被檢測物體4的垂直平面內(nèi)(圖3-B)，分別在被檢測物體兩側(cè)進行掃描時的射線路徑并不相同，它們是各自向探測器的方向張開的。由于離探測器遠的物體在投影圖像上比緊貼探測器的物體大，用一側(cè)的掃描數(shù)據(jù)生成在另一側(cè)掃描的立體圖像，會使圖像中物體的相對高度發(fā)生失真。但是這并不影響物體的位置關(guān)系；以下將說明，并不妨礙我們僅進行單側(cè)掃描實現(xiàn)雙側(cè)立體成像。通過圖3-A所示的單側(cè)掃描，由左右眼探測器所獲得的兩幅2D視圖，生成的“前視立體圖像”將如圖3-D所示，這是從實際輻射源向射線前方看的立體圖像。由圖3-B可知， 出射側(cè)的箱體上邊棱投影會比入射側(cè)的箱體上邊棱投影低而黑。圖3-D中用細(xì)線方框代表射線入射側(cè)的箱體邊棱投影，粗線方框代表射線出射側(cè)的箱體邊棱投影?？雌饋?，出射側(cè)的箱體邊棱似乎突出在箱內(nèi)物體之前。厚密物體的深色圖像也似乎突出在輕薄物體的淺色圖像之前；立體視覺受到干擾。這也是迄今射線透射的3D成像未能得到普遍應(yīng)用的原因之一。如果是可見光成像，前后物體有遮擋關(guān)系，立體視覺效果會比射線的3D圖像好得多，如圖 3-C。本發(fā)明的雙側(cè)立體成像方法可以改善透射立體成像的視覺效果。用單側(cè)掃描的立體成像數(shù)據(jù)生成雙側(cè)立體圖像的原理如圖4所示，圖4上方為正視圖，下方為俯視圖。所有類型的3D顯示器都有一個基本功能左右探測器的圖像只能分別被一只眼睛看到。例如圖4-A中左探測器的物體影像11僅進入觀察者的左眼14，右探測器圖像中的物體影像12僅進入右眼15 ；3D視覺中的物體13將位于3D顯示器9視在平面之前。實際物體離探測器越遠，在左、右探測器圖像中的影像11和12距離越大，其3D影像也越突出到眼前。如果將左、右探測器的圖像互換(圖4-B)，物體13在3D空間中的位置將在3D顯示器9的視在平面之后，好比是圖4-A中物體影像13的鏡像。鏡像變換倒轉(zhuǎn)了 3D圖像中物體的前后關(guān)系。如果在圖3中將左右探測器圖像互換，生成的3D圖像將如圖3-E。圖3_E好比是圖3-D的鏡像，相當(dāng)于從射線出射側(cè)看被檢測物體的立體圖像。圖3-E中射線出射側(cè)的被檢箱體邊棱(粗線方框)變成了最近眼的一側(cè)，它遮擋所有物體是自然的，并不干擾立體視覺。射線入射側(cè)的被檢箱體邊棱(細(xì)線方框)在圖3-E中最大最遠，不會遮擋任何被檢測箱體內(nèi)的物體，所以圖3-E的立體感好于圖3-D ；但圖3-E中物體和箱體的左右位置關(guān)系與實物位置相反。將左右探測器的圖像先進行水平翻轉(zhuǎn)再生成立體視圖，得圖3-F，物體和箱體的左右位置與實物位置就可一致。和圖3-E —樣，圖3-F的立體視覺效果也比較好。定義圖3-F為“虛擬后視立體圖像”，簡稱“后視立體圖像”。圖3-F之所以稱為虛擬后視圖像，因為它不是真正利用輻射源從被檢測物體后面進行透射掃描得到的后視圖像。圖3-F中不同縱深的物體高度比例并不是真正利用輻射源從被檢測物體后面進行透射掃描時的物體高度比例。但其物體高度比例和目前常規(guī)使用的 2D視圖一樣，反倒有便于匹配辨識的好處；常規(guī)2D視圖在檢測工作中總是需要顯示的基本視圖。除上例被檢測物體邊棱對立體視覺的干擾問題外，在厚密物體和輕薄物體重疊時，厚密物體看起來也會比較“搶前”，不容易分清與其相重疊的輕薄物體的相對位置。采用本發(fā)明的雙側(cè)立體成像方法，總有一側(cè)圖像(圖3-D或圖3-F)是此厚密物體確實靠前的，從此側(cè)圖像看就比較容易看清重疊物體的相對位置。圖像的生成流程歸納于圖5，本發(fā)明的雙側(cè)立體成像通過一次快速掃描將顯示出三種圖像基本的(左眼或右眼MD圖像，前視3D圖像和后視3D圖像，在計算機屏幕9上聯(lián)合顯示出來(圖6)，對照觀察有助于識別物體及其空間位置。本發(fā)明的3D顯示器可以采用已有的任何類型的3D顯示器。采用補色式 (Anaglyph)3D顯示時，需要有補色3D圖像形成器，但這屬于一般圖像處理技術(shù)。補色式3D 圖像使用紅青(紅綠)眼鏡就可觀看，沒有閃爍感，無須連接信號和電源，使用方便，可作為檢測人員的首選。本發(fā)明的動態(tài)3D顯示，目的在于進一步改進3D輻射成像的視覺效果?？挫o止的 3D輻射圖像時，觀察者適當(dāng)左右移動頭部，會有助于識別物體遠近，但很有限。采用本發(fā)明的多視角動態(tài)3D顯示方法，更有助于識別物體縱深位置。如圖1所示，N列探測器有N-I對視角不同的圖像，每對圖像的視角差都等于基本視角差q ；由每對圖像生成的3D圖像具有基本景深。將N-I對視角不同的圖像循環(huán)顯示出來，就可看到N-I個具有基本景深的動態(tài) 3D圖像在旋轉(zhuǎn)擺動如圖7。為便于圖示，圖中的三個不同視角的圖像故意拉開了距離；它們的旋轉(zhuǎn)軸本應(yīng)重疊的)。人眼觀察轉(zhuǎn)動的3D圖像，對物體的相對位置會更敏感。 N列探測器有N-2對具有2倍基本視角差的圖像對，有N-3對具有3倍基本視角差的圖像對，顯示為3D圖像時其景深為基本景深的2倍或3倍，循環(huán)顯示出來就可看到景深變化的動態(tài)3D圖像如圖8。圖9中16是采用雙眼液晶屏的立體顯示裝置，可以是簡單的開關(guān)式液晶眼鏡或高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實頭盔。直接將左右探測器的圖像輸入雙眼液晶屏，即可看到前視3D圖像； 將左右探測器的圖像進行水平翻轉(zhuǎn)后再輸入雙眼液晶屏，看到的是后視3D圖像。圖10中17是采用裸眼顯示屏的3D顯示器。不需戴立體眼鏡和虛擬現(xiàn)實頭盔就可看到不同視角的立體透視圖像。主計算機8將各前端機的圖像按列交替重排，然后輸入高分辨率顯示器。例如，采用三陣列探測器的系統(tǒng)，一次掃描獲得三個不同視角的圖像。通過主計算機按列交替重排，使顯示器的第1、4、7…列顯示左陣列探測器圖像，第2、5、8…列顯示中陣列探測器圖像，第3、6、9···列顯示右陣列探測器圖像。顯示器前方裝有折射角逐列變化的裸眼3D顯示屏20，觀察者處于顯示屏前的不同位置，可以裸眼看到不同視角的立體圖像。
權(quán)利要求
1.一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，該裝置包括輻射源、多縫射線準(zhǔn)直器、排成一定視角差的多陣列輻射探測器、多陣列輻射探測器的信號處理電路和前端計算機、主計算機和軟件、3D顯示器，其特征是，所述的輻射源和多縫射線準(zhǔn)直器置于被檢測物體的一側(cè)；多陣列輻射探測器置于被檢測物體的另一側(cè)，連接有信號處理電路和前端計算機、主計算機和軟件、3D顯示器，各陣列探測器相互有一定間距，以不同視角面向輻射源。
2.如權(quán)利要求1所述的一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，其單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法步驟的特征是⑴輻射源在被檢測物體一側(cè)進行一次掃描，將任一對陣列探測器的左探測器圖像作為左眼圖像，右探測器的圖像作為右眼圖像，顯示出前視3D圖像；⑵將任一對陣列探測器的左探測器圖像進行水平翻轉(zhuǎn)后作為左眼圖像，右探測器的圖像進行水平翻轉(zhuǎn)后作為右眼圖像，顯示出后視3D圖像；由前視3D圖像和后視3D圖像構(gòu)成雙側(cè)立體圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，其實現(xiàn)立體圖像動態(tài)顯示的方法的特征是(1)通過循環(huán)顯示不同視角但具有相同視角差的成對陣列探測器的立體圖像，進行物體旋轉(zhuǎn)擺動的動態(tài)3D顯示；⑵通過循環(huán)顯示不同視角差的成對陣列探測器的立體圖像，進行物體景深變化的動態(tài)3D顯示。
全文摘要
一種物體單側(cè)掃描雙側(cè)立體成像的方法及裝置，其特征是，該裝置包括輻射源、多縫射線準(zhǔn)直器、排成一定視角差的多陣列輻射探測器、多陣列輻射探測器的信號處理電路和前端計算機、主計算機和3D顯示器，各陣列探測器有一定間距和不同視角面向輻射源。其雙側(cè)立體成像的方法是輻射源在被檢測物體一側(cè)進行一次掃描，將任一對陣列探測器的左探測器圖像作為左眼圖像，右探測器的圖像作為右眼圖像，顯示出前視3D圖像；再將左、右探測器圖像水平翻轉(zhuǎn)后作為左眼圖像和右眼圖像，顯示出后視3D圖像，共同構(gòu)成雙側(cè)立體圖像。優(yōu)點是，檢測時只需在物體一側(cè)進行一次掃描，就可獲得雙側(cè)立體透視圖像。適用于集裝箱、車輛和貨物等的雙側(cè)立體透視檢測。
文檔編號G01V5/00GK102411157SQ20111022383
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者王經(jīng)瑾 申請人:北京睿思厚德輻射信息科技開發(fā)有限公司