集装箱检测系统的数字减影研究

随着现代计算机技术的发展,射线检测技术的应用范围日益广泛,实现手段也从胶片成像逐步发展为数字辐射成像,图像处理技术和射线检测技术结合,实现了对被检物体的快速自动检查和识别。集装箱检测技术是利用数字辐射成像(DR)的方法对集装箱内的物体进行成像,从而在不开箱条件下对货物进行快速检查甄别的技术,目前集装箱辐射成像检测技术已经在海关防范走私、安全检查中得到了很广泛的应用。

在集装箱检测中,由于辐射成像所获取的是反映被检物体内部密度变化、空间结构等信息的二维灰度图像,集装箱车体和内装货物的图像重叠在一起,并对实际中最有用的后者图像形成干扰,影响对其的识别分析,直接关系到海关检查的效率和准确性。本文采用数字减影技术,结合图像配准技术,对其进行数字减影处理,降低集装箱车体的框架图像干扰成分,仅提取出箱内所装货物的影像,并通过一定的图像后处理,进一步突出显示被检货物影像,增强了货物的识别能力。

1　数字减影(DSA)技术分析

减影技术最早出现在医学里对人体血管的造影减影研究上,目前数字减影(DigitalSubtraction)主要集中应用在临床医学上,且主要体现在数字减影血管造影DSA(DigitalSubtraction Angiography)上。在工程上,也常常需要对大型构件(如火箭发动机、坦克、大马力发动机的大型铸件、大口径炮弹装药等)的内部状态检测,对于此类问题通常采用的也是数字减影技术[1]。

X射线数字减影的工作原理是建立在图像相减的基础之上,将不同条件下摄取的数字图像作减影处理,消除背景干扰,增强两幅图像之间的差异,以便去除叠加在一起不感兴趣的那一部分影像,突出地显示留存下来感兴趣有价值的那一部分图像信息。

设某时刻沿路径L获得的X或γ射线图像的强度为:

上式中I0为X或γ射线未衰减前的强度,μ为衰减系数,ε为照射的X或γ射线能量μ(x,y,z,t,ε)表示衰减系数μ与位置(x,y,z)和射线能量ε有关,还与图像采集时间t有关。对于二维灰度图像,先摄取一个基像(掩膜图像)M(x,y),然后对同一物体在添加造影剂 (或装载货物后的集装箱)后再取得一幅图像,得到需要减影的原像为:

μ2为造影剂或装载货物的衰减系数,T2为其厚度。

如对两幅图像取对数并相减,就可得到减影后图像

k为常数,D(x,y)称为对数差图像[2]。数字减影原理图如图1所示。

对一般图像,可以利用前景与后景两幅图像对应点像素值的直接作(加)减处理,不需要作对数变换,即可得到相应的减影图像。但是为了获得较好的减影效果,还需要事先对待减影的两幅图像作一定的预处理,消除噪声和做好图像配准及后处理等工作。