在x射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了在X射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法，采用了一種基于容器對稱性、且邊緣可以松散組合的方法來識別圖像中是否存在液體物品的形態(tài)，本發(fā)明以圖像中的邊緣點為基礎(chǔ)，逐級向上，獲得邊緣點的點對，進而通過點對組成容器段，即容器的主體或一部分片段，最后由容器段組合形成容器的整體；如果以上各個步驟的結(jié)果，均符合容器的特點，則認為找到1個液體物品；本發(fā)明的優(yōu)點是能夠自動識別包裹中規(guī)定體積的液體物品，具有較好的探測率與誤報率的平衡，在保證將包裹中大部分液體物品檢測到的同時，能夠顯著地降低誤報率。
【專利說明】在X射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在X射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法，屬于X射線安全檢查【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在民航安全檢查操作規(guī)范中，100毫升以上的液體是禁止攜帶的。未來，隨著液體探測技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計會實行液體取出檢查的模式，即旅客需將行李包裹中攜帶的液體物品取出，液體物品單獨通過安檢設(shè)備的掃描判讀。最終，市場所期待的模式是可以允許液體放在包裹中自動進行探測，從而判斷其危險性。這上述3種模式下，都需要一種能夠?qū)械囊后w物品自動識別出來的技術(shù)，前兩種模式下需要防止液體物品被藏在包裹里混過安檢，最后一種模式則需要通過鎖定液體物品的位置再進行有針對性的探測。
[0003]目前，在X射線安檢【技術(shù)領(lǐng)域】中圖像識別工作做得最突出的，是加拿大的OptoSecurity公司其已經(jīng)申請了一系列關(guān)于包裹圖像中目標識別的專利，并與海曼這樣的業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍公司建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系。在其美國專利20120275646A1中，提到了一種在X射線包裹圖像中液體物品的自動識別方法。該方法首先在圖像中分割具有液體材料特性的區(qū)域，提取相關(guān)區(qū)域的材料、灰度、形狀特征，通過融合所分割的區(qū)域，識別是否存在液體物品。此外在其他個別文獻中見到的有關(guān)X射線圖像自動檢測液體物品的論文，則都屬于探索階段的嘗試。
[0004]基于分割區(qū)域的識別，可以識別背景較為簡單的液體物品。但是，當液體物品與較為復(fù)雜的背景物體重疊成像時，上述分割區(qū)域的識別和融合，將變得非常困難；如果降低對于分割區(qū)域突出性的要求，將會造成可搜索的分割區(qū)域過多，從而造成誤報警變多。
[0005]目前在安全檢查領(lǐng)域，液體物品是被禁止帶上飛機的，通常靠旅客的自覺和安檢員肉眼觀察安檢圖像來防止旅客將液體放在行李箱中。如果能有效地自動識別包裹中的液體物品，可降低安檢員的工作強度、并提高安全系數(shù)。同時，自動識別液體物品的技術(shù)也為將來包裹內(nèi)自動探測液體的技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)，即在前述第三種液體不需取出的檢查模式下首先確定液體的位置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的在X射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法，本發(fā)明采用了一種基于容器對稱性、且邊緣可以松散組合的方法來識別圖像中是否存在液體物品的形態(tài)，從而可以增強識別算法的穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明以圖像中的邊緣點為基礎(chǔ)，逐級向上，首先獲得邊緣點的點對，進而通過點對組成容器段，即容器的主體或一部分片段，最后由容器段組合形成容器的整體；如果以上各個步驟的結(jié)果，均符合容器的特點，則認為找到I個液體物品。
[0008]本發(fā)明所述方法在獲取包裹的安檢圖像之后，具體包括以下步驟:
[0009]I)圖像降分辨率；
[0010]2)圖像邊緣點檢測；
[0011]3)搜索并組成彼此具有對稱性的邊緣點對；
[0012]4)點對的霍夫變換，從而找到點對集中、容器可能出現(xiàn)的位置參數(shù)；
[0013]5)根據(jù)步驟4)找到的位置參數(shù)，尋找容器段；
[0014]6)尋找各容器段的容器特征，包括灰度分布、容器壁材質(zhì)、瓶頸或瓶蓋的形狀；
[0015]7)將合適的容器段組合在一起，形成容器的主體，從而找到圖像中的液體物品。
[0016]本發(fā)明所述方法是一種基于邊緣信息、從微觀邊緣點最終組合形成容器主體的策略，本發(fā)明利用了容器特有的形狀、灰度、材料特性的約束。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點是能夠自動識別包裹中規(guī)定體積的液體物品，具有較好的探測率與誤報率的平衡，在保證將包裹中大部分液體物品檢測到的同時，能夠顯著地降低誤報率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的邊緣點的點對的對稱關(guān)系示意圖，帶箭頭的線段表示邊緣點的梯度方向；
[0020]圖3為本發(fā)明的一個點對的連線上各像素點的X射線衰減量曲線的示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明在容器段的一端搜索組成瓶頸及瓶蓋輪廓的點對的示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明的容器段組合成容器的示意圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。圖1給出了本發(fā)明所述方法的原理示意圖，表示從邊緣點，到點對，到容器段，最后形成容器的識別過程，這種原理有助于克服液體因與其它物體重疊成像使瓶子輪廓被截成多段的問題。
[0024]具體處理步驟如下:
[0025]1.通過圖像下采樣技術(shù)把X射線包裹圖像的長、寬下降到原來的1/4，并利用中值濾波去噪，以免后續(xù)步驟對微小邊緣產(chǎn)生過度的反應(yīng)；
[0026]2.邊緣點的檢測并分組；
[0027]邊緣點的檢測用Canny算法，接下來根據(jù)檢測到的各邊緣點的材料值M,將所有邊緣點分組為:1)金屬點，2)玻璃或陶瓷點，3)近似塑料點；根據(jù)邊緣點的梯度方向的角度，將所有邊緣點分成9組，平分O?180度的角度空間；上述兩方面結(jié)合，總共將圖像的邊緣點分成27組Gf ,Gf U = I?其中上腳標m代表金屬、g代表玻璃、p代表塑料。
[0028]3.搜索邊緣點對,注意下文所述的點都是步驟2中提取的邊緣點；
[0029]設(shè)I個邊緣點q屬于塑料點，并屬于G/組，則只需在GA、Gpj、這3組中搜索與q可匹配的邊緣點q’，組成點對即可，對于金屬點或玻璃點也是類似地在同種材料的組中搜索點對；在搜索中，排除兩點梯度方向差別超出閾值、梯度值差別超出閾值的組合。點對的意義如圖2所示；對于點對q、q’，設(shè)L是q與q’的連線，設(shè)q、q’各自的梯度方向所在的直線為ΙΛΙ/，要求L與ΙΛΙ/的夾角a (q，L)、a (q，，L)是近似相等的，并且q、q’兩點的梯度方向是相對的而非相背的或同向的。
[0030]4.點對的霍夫(Hough)變換；
[0031]首先對搜集到的點對(q，q’)，求出此點對的對稱軸直線S，S是穿過q、q’連線L的中點且方向與L正交的直線。根據(jù)此對稱軸直線S的極坐標表達S(0，r)以及兩點距離d，以I a (q, L)-a (q，，L) |為權(quán)重將當前點對累計到一個Hough( θ，r, d)的3維表格中，其中3維分量各自選擇合適的表格跨度；Θ表示直線S的斜率角度，r表示S到圖像原點的垂直距離。對所有點對執(zhí)行上述操作后，通過在HoUgh(0，r，d)表中尋找累計分數(shù)超過閾值且局部最大的參數(shù)組合(Θ，r，d)，作為下一步分析的對象。
[0032]5.尋找容器段；
[0033]容器段表示容器區(qū)域中的一段區(qū)域，在容器段中容器兩邊的輪廓對稱地出現(xiàn)；由于X射線圖像中物體經(jīng)常疊加成像，所以往往不能立即找到容器的整體，所以先尋找容器段。對于在步驟4中符合要求的(0，r，d)組合，將屬于該參數(shù)組合的所有點對的兩點垂直投影到直線S(0，r)上，在S(0，r)上考察這些投影點的分布，尋找S(0，r)上連續(xù)出現(xiàn)投影點且投影點局部密度足夠高的線段。S(0，r)上連續(xù)、高密度地出現(xiàn)這種投影點的線段，組成了 I個容器段的對稱軸，即以直線S(0，r)為對稱軸直線，在這片區(qū)域出現(xiàn)了一個寬度為d的容器段，當然目前只是可能的容器段；每個容器段記錄下自己的對稱軸直線和對稱軸線段兩端的位置。此外，還要對所述容器段下轄的點對進行局部優(yōu)化，在S(0，r)上投影位置相近的各點對的各點之間，根據(jù)步驟3所述的點對對稱規(guī)則，重新尋找這些點的兩兩對應(yīng)關(guān)系，從而形成在局部相對于S( Θ，r)真正最優(yōu)的點對組合。
[0034]6.尋找容器段的容器特征；
[0035]容器特征主要有:(I)容器段中靠近對稱軸的中心區(qū)域是否出現(xiàn)X射線衰減量的凸起；(2)判斷容器的材質(zhì)；(3)在容器段的一端是否存在瓶頸或瓶蓋的形狀。前(I)、(2)兩點反映了一個液體容器的投影灰度的整體規(guī)律，第(3)點則反映了容器的最典型部件。
[0036]I)對于容器段中部的凸起或鼓肚，如圖3所示，建立此容器段所有點對(q，q’ )連線上各像素的X射線衰減量的曲線，在每條曲線中，考察兩邊1/5即A、E區(qū)域、靠近中間的1/5即B、D區(qū)域、正中間的1/5即C區(qū)域這5部分平均衰減量之間的對比。在此直接用區(qū)域編號代表該區(qū)域的平均灰度，如果C/A、C/B、C/D、C/E、B/A、D/E均大于各自指定的閾值，則認為在此衰減量曲線上存在凸起；如果I個容器段所屬的大多數(shù)點對之間的衰減量曲線都存在凸起，則認為此容器段存在凸起。
[0037]2)容器的玻璃、金屬材質(zhì)的識別，在容器段的各點對的兩點的附近，如果普遍呈現(xiàn)的是玻璃容器特有的材料特性或金屬容器的材料特性，則認為當前容器段可能對應(yīng)玻璃容器或金屬容器，例如鐵罐飲料。X射線圖像的材料特性可由材料值M及偽彩色R值的組合來表示，何種材料特性對應(yīng)玻璃和金屬，這個規(guī)律在事先準備的訓練圖像中統(tǒng)計得到，并建立相應(yīng)的查表機制；其它容器段可以認為對應(yīng)塑料容器。
[0038]3)瓶頸或瓶蓋形狀的搜索，在容器段的兩端，向容器段之外延伸搜索瓶頸或瓶蓋，這主要是針對的是小口瓶；由于瓶頸或瓶蓋輪廓的邊緣點檢測常不完整、不對稱，于是就沿著容器段的對稱軸直線S，在容器段的兩端向外延伸搜索邊緣點并形成點對，這些點對的對稱軸直線接近S ;具體做法是:從容器段一端的端點出發(fā)，沿著S向容器段以外的方向每前進一個單位距離，例如I個像素的長度，在S的當前位置Sp處進行一次如下的搜索:在Sp處沿著與S正交的直線向S的兩側(cè)探索邊緣點，如果在兩側(cè)合適的范圍內(nèi)各找到I個邊緣點，就考察此2個邊緣點是否能按步驟3所述的原則確定為對稱于S的點對，但步驟3中各項閾值的要求相應(yīng)降低，同時要求兩邊緣點上的材料特性與容器段的容器材質(zhì)相似。如圖4所示，這些新搜出的邊緣點對被認為可能形成容器的瓶頸或瓶蓋的輪廓，分析這些點對的間距的變化趨勢是否符合容器規(guī)則，從而判斷是否存在瓶頸或瓶蓋:
[0039]a)按點對被搜到的先后順序，要求點對的間距由大到小，并且在各點對的間距組成的曲
[0040]線中，二階導(dǎo)數(shù)過O點不超過2處；
[0041]b)在這組點對的最后部分，點對的間距寬度較為穩(wěn)定，對應(yīng)瓶蓋的形態(tài)；
[0042]c)瓶頸長度與容器段寬度的比值要合理。
[0043]7.組合容器段；
[0044]綜上所述，容器段主要分如下的幾種類型；玻璃容器段，稱為TO類型，其余容器段類型在表I中列出，在表I中第一列的值如果為No表示此行的容器段類型對應(yīng)塑料容器。
[0045]表I容器段的類型
[0046]
是否為金屬容器I凸起的I有瓶頸或瓶蓋I類型編號
YesYesYesTl




T2




T3
~sT4
NoYesYesT5
~sT6




T7




Τ8
[0047]接下來，對容器段開始組合，如圖5所示，將那些對稱軸的直線參數(shù)相近、彼此距離接近、寬度相近的容器段組合起來，形成I個容器；注意:1)單個容器段就有可能對應(yīng)I個容器；2)在組合容器段時，如果出現(xiàn)了被組合的各容器段的對稱軸呈蛇形分布，當前組合取消，原因是在X射線安檢圖像中，容器投影可能是彎曲的，但只能向I個方向彎曲，不會形成蛇形彎曲。
[0048]同時，在容器段的組合中，根據(jù)常識設(shè)置規(guī)則，例如，若干個Τ2類型的容器段，可能組合出I個金屬易拉罐液體物品；或者I個Τ3類型容器段和若干個Τ4類型容器段組成I個有瓶頸的扁金屬容器；1個Τ5容器段和若干個Τ6容器段組成I個塑料容器，例如典型的瓶裝純凈水就屬于此種情況；1個Τ7容器段和若干個Τ8容器段可以組成類似盛裝洗發(fā)水的塑料容器；而單獨的Τ8類型容器段，通常不認為存在容器。總之按照生活中常見的液體物品的形態(tài)進行容器段的組合。
[0049]在找到容器段的I個合理組合之后，還要考察組合形成的容器在尺寸和長寬比上的合理性。例如，對于I個預(yù)期為易拉罐的組合，如果其寬度過小或過大，又或者長度過長或過短，都可以排除這個容器的組合。最終，對剩下的容器組合，將其通知上層軟件系統(tǒng)，在安全檢查設(shè)備屏幕上對應(yīng)容器的位置進行報警。
[0050]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.在X射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法，其特征在于:以圖像中的邊緣點為基礎(chǔ)，逐級向上，首先獲得邊緣點的點對，進而通過點對組成容器段，即容器的主體或一部分片段，最后由容器段組合形成容器的整體；如果以上各個步驟的結(jié)果，均符合容器的特點，則認為找到I個液體物品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在X射線包裹圖像中進行液體物品自動識別的方法，其特征在于，在獲取包裹的安檢圖像之后，具體包括以下步驟: 1)圖像降分辨率； 2)圖像邊緣點檢測； 3)搜索并組成彼此具有對稱性的邊緣點對； 4)點對的霍夫變換，從而找到點對集中、容器可能出現(xiàn)的位置參數(shù)； 5)根據(jù)步驟4)找到的位置參數(shù)，尋找容器段； 6)尋找各容器段的容器特征，包括灰度分布、容器壁材質(zhì)、瓶頸或瓶蓋的形狀； 7)將合適的容器段組合在一起，形成容器的主體，從而找到圖像中的液體物品。
【文檔編號】G01V5/00GK104181176SQ201410399685
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】王宇石, 楊立瑞, 李保磊, 孔威武, 查艷麗 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術(shù)有限公司