專利名稱：一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，屬于輻射成像安全檢查技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，X射線檢測方法廣泛應(yīng)用于工業(yè)無損檢測及安全檢查等，針對X射線成像設(shè)備的性能評價存在如下方法在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域，GJB1187A-2001《射線檢測》針對X射線膠片透視成像檢測，采用像質(zhì)計靈敏度的方法評價設(shè)備的成像能力；GJB5311-2004《工業(yè)CT系統(tǒng)性能測試方法》針對工業(yè)CT成像檢測，采用圓盤標(biāo)準(zhǔn)試件測試系統(tǒng)的空間分辨率和密度分辨率，并以這兩個指標(biāo)來評價系統(tǒng)成像能力；GJB5312-2004《工業(yè)射線層析成像檢測》針對工業(yè)CT成像檢測，采用線對測試卡和密度差試件測試系統(tǒng)的空間分辨率和密度分辨率，并以這兩個指標(biāo)來評價系統(tǒng)成像能力。在安全檢查領(lǐng)域，GB15208. 1-2005《微劑 量X射線安全檢查設(shè)備》針對安檢設(shè)備使用需求提出了更詳細(xì)的系統(tǒng)探測性能指標(biāo)線分辨率、穿透分辨率、穿透力、空間分辨率、灰度分辨能力、有機物分辨能力、無機物分辨能力、混合物分辨能力、三種材料的分辨能力、有效材料分辨能力、通過率等，但其測試方法是將一個標(biāo)準(zhǔn)測試箱放到安檢設(shè)備中進行成像，通過人工分辨圖像的質(zhì)量來評價系統(tǒng)的檢測性能。此外還有為消除人工評價圖像的主觀性誤差的基于圖像處理技術(shù)的圖像質(zhì)量自動評價方法以及美國的X射線安檢CT系統(tǒng)圖像質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)ANSI N42. 45-2011，其測試方法是將一個標(biāo)準(zhǔn)測試箱放入安檢CT機進行掃描并重建，通過重建切片計算測試體的相關(guān)屬性來評價系統(tǒng)成像性能。可測試的相關(guān)屬性包括物體長度、射束硬化效應(yīng)、軸向空間分辨率和密度分辨率、徑向空間分辨率、金屬偽影效應(yīng)等。以上所有方法都是通過對標(biāo)準(zhǔn)測試件的成像來評價系統(tǒng)的性能。安檢設(shè)備的根本功能是實現(xiàn)對危險品的探測，安檢設(shè)備的根本指標(biāo)是探測率和誤報率，探測率誤報率指標(biāo)受兩方面影響一是設(shè)備的成像性能，二是設(shè)備的危險品識別算法。前述方法都是對設(shè)備成像性能的測試，和危險品識別算法無關(guān)，也不能預(yù)測設(shè)備的探測率和誤報率。另外，由于目前X射線檢測設(shè)備種類很多，包括單視角透視成像設(shè)備、多視角成像設(shè)備、計算機斷層成像設(shè)備等。針對這些檢測設(shè)備的性能評價，還沒有一個完善的統(tǒng)一測試標(biāo)準(zhǔn)。目前，做探測率和誤報率測試已成為設(shè)備性能的衡量指標(biāo)，而目前的各種射線檢測標(biāo)準(zhǔn)都是針對設(shè)備圖像質(zhì)量的評價，不能完整的反映安檢設(shè)備的探測率和誤報率指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法。本發(fā)明的步驟是給出兩個不同材質(zhì)的物體a、物體b，射線源發(fā)出的射線束穿過所述物體a、物體b，被探測器接收，探測器上的信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后輸入計算機，計算機基于設(shè)定算法提取所述物體a、物體b的特征屬性值，計算設(shè)備對所述物體a、物體b的材料分辨能力，以此評價安檢設(shè)備性能；具體包括以下步驟a.選擇兩種不同材料的物體a、物體b ；b.設(shè)定各種不同的檢測環(huán)境，分別將物體a、物體b放入安檢設(shè)備中進行檢測；c.安檢設(shè)備輸出物體a、物體b的特征屬性值；d.統(tǒng)計物體a、物體b的特征屬性值及標(biāo)準(zhǔn)差；e.基于物體a、物體b的特征屬性值和標(biāo)準(zhǔn)差，計算安檢設(shè)備對物體a、物體b的分辨能力；f.在不同的安檢設(shè)備上，實施以上步驟，計算物體a、物體b在不同安檢設(shè)備上的材料分辨能力，以此評價比較不同安檢設(shè)備的性能。所述安檢設(shè)備的射線源是X射線源或Y射線源之一。所述安檢設(shè)備采用雙能成像或多能成像。所述安檢設(shè)備采用基于單視角成像方法、基于多視角成像方法、基于CT成像方法之一。所述物體a、物體b是液體或固體之一。針對液態(tài)危險品檢測，本發(fā)明能夠通過使用不同的容器模擬不同的檢測環(huán)境；針對普通行包安檢設(shè)備，能夠通過使用不同設(shè)置的測試箱模擬不同的檢測環(huán)境。所述物體a、物體b的特征屬性值是一維或多維之一。所述物體a、物體b的特征屬性值的標(biāo)準(zhǔn)差能夠通過實驗統(tǒng)計獲得或直接指定。本發(fā)明的優(yōu)點是不論是安檢設(shè)備生產(chǎn)廠商，還是設(shè)備鑒定認(rèn)證機構(gòu)都可以執(zhí)行，實施過程透明可重復(fù)，本發(fā)明的方法比傳統(tǒng)的測試探測率和誤報率的方法簡單方便，并綜合體現(xiàn)了設(shè)備的成像性能和危險品識別算法，且能夠預(yù)測設(shè)備的探測率和誤報率。


圖I是本發(fā)明所述一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法的材料分辨能力計算流程圖；圖2是本發(fā)明所述一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法的S1和S2的空間分布圖；圖3是本發(fā)明所述一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法的S1/和S21的空間分布圖；圖4是本發(fā)明所述一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法的特征屬性值標(biāo)準(zhǔn)差不等時二維空間分布比較圖；其中，(4a)分布示例圖I ； (4b)分布示例圖2圖5是本發(fā)明所述一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法的特征屬性值標(biāo)準(zhǔn)差歸一化后的二維空間分布比較圖；其中，(5a)分布示例圖I ;(5b)分布示例圖2。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)描述，本發(fā)明的步驟是給出兩個不同材質(zhì)的物體a、物體b,射線源發(fā)出的射線束穿過所述物體a、物體b，被探測器接收，探測器上的信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后輸入計算機，計算機基于設(shè)定算法提取所述物體a、物體b的特征屬性值，計算設(shè)備對所述物體a、物體b的材料分辨能力，以此評價安檢設(shè)備性能；具體包括以下步驟
a.選擇兩種不同材料的物體a、物體b ；b.設(shè)定各種不同的檢測環(huán)境，分別將物體a、物體b放入安檢設(shè)備中進行檢測；c.安檢設(shè)備輸出物體a、物體b的特征屬性值；d.統(tǒng)計物體a、物體b的特征屬性值及標(biāo)準(zhǔn)差；e.基于物體a、物體b的特征屬性值和標(biāo)準(zhǔn)差，計算安檢設(shè)備對物體a、物體b的分辨能力；f.在不同的安檢設(shè)備上，實施以上步驟，計算物體a、物體b在不同安檢設(shè)備上的材料分辨能力，以此評價比較不同安檢設(shè)備的性能。本發(fā)明所述的材料分辨能力的計算流程如圖I所示，計算過程中包括的兩個主要 步驟如下( I)特征屬性選擇和變換因檢測環(huán)境，噪聲等的影響，可將物體的特征屬性值看作隨機變量，則我們在選取物體的特征屬性時，應(yīng)使得這些特征屬性值互不相關(guān)。為了便于圖形化說明，以m=2為例。本發(fā)明提出的基于特征距離的材料分辨能力計算公式如下Cja,b) 二 , V,=1 ~,(I)
I mI m
^Σα(σ.)2 +^Σδ(σ.-)2其中Si (i = I, 2，…，m)代表材料的m個特征屬性值；σ i Q = 1，2，…，m)代表由檢測環(huán)境、系統(tǒng)噪聲等造成的m個特征屬性值的標(biāo)準(zhǔn)差；f (m)是一個基于物體的特征維度m的函數(shù)；C(a, b)代表檢測系統(tǒng)對物體a、物體b兩種材料的分辨能力。如圖2所示是物體的某兩種屬性值的二維空間分布。從圖中可以看出，81和82在總體趨勢上呈線性關(guān)系，通過計算S1和S2的互相關(guān)系數(shù)，可判斷S1和S2的互相關(guān)程度，若互相關(guān)系數(shù)超過某一個閾值，則需要通過一定的變換方法降低特征屬性的相關(guān)性。例如，針對圖2中的示例，可以通過如下坐標(biāo)變換的方法，構(gòu)造兩個新的特征屬性s/和S2'
s}r cos θ ηθ S1^ ~ -sin0 cosSn
Lh」L」L -」⑵如圖3所示顯示了 s/和S2的二維空間分布，此時和S1和S2比較，s/和S2'的互相關(guān)系數(shù)會顯著降低。(2)特征屬性標(biāo)準(zhǔn)差歸一化當(dāng)物體的m個特征屬性值的標(biāo)準(zhǔn)差σ i(i = 1，2，-,m)不相等時，利用公式⑴計算系統(tǒng)對兩種物體的分辨能力會得出不合理的結(jié)果。如圖4所示a ( ο ^ = b ( ο ^ = C(O1) = Ci(O1) a ( ο 2) — b ( ο 2) — c ( ο 2) — d ( ο 2)J^la(Si)-B(Si))2 二 J士(Φ/W⑷)2
V /-IV I=I將以上等式帶入公式(I)得，C(a，b) = C(c，d)，即系統(tǒng)對物體a、b和物體C、d具有相同的分辨能力。但是從圖3中，可以直觀的看出，C(c，d) >C(a，b)。造成這種不一致現(xiàn)象的原因是物體的特征屬性值的標(biāo)準(zhǔn)差不等，即02。為解決上述不一致性，本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)差歸一化的方法。構(gòu)造新的特征屬性值如下
權(quán)利要求
1.一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，其特征在于，步驟是給出兩個不同材質(zhì)的物體a、物體b,射線源發(fā)出的射線束穿過所述物體a、物體b，被探測器接收，探測器上的信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后輸入計算機，計算機基于設(shè)定算法提取所述物體a、物體b的特征屬性值，計算設(shè)備對所述物體a、物體b的材料分辨能力，以此評價安檢設(shè)備性能；具體包括以下步驟 (1)選擇兩種不同材料的物體a、物體b； (2)設(shè)定各種不同的檢測環(huán)境，分別將物體a、物體b放入安檢設(shè)備中進行檢測； (3)安檢設(shè)備輸出物體a、物體b的特征屬性值； (4)統(tǒng)計物體a、物體b的特征屬性值及標(biāo)準(zhǔn)差； (5)基于物體a、物體b的特征屬性值和標(biāo)準(zhǔn)差，計算安檢設(shè)備對物體a、物體b的分辨能力； (6)在不同的安檢設(shè)備上，實施以上步驟，計算物體a、物體b在不同安檢設(shè)備上的材料分辨能力，以此評價比較不同安檢設(shè)備的性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，其特征在于，所述安檢設(shè)備的射線源是X射線源或Y射線源之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，其特征在于，所述安檢設(shè)備采用雙能成像或多能成像。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，其特征在于，所述安檢設(shè)備采用基于單視角成像方法、基于多視角成像方法、基于CT成像方法之一 O
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，其特征在于，所述物體a、物體b是液體或固體之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，其特征在于，針對液態(tài)危險品檢測，能夠通過使用不同的容器模擬不同的檢測環(huán)境；針對普通行包安檢設(shè)備，能夠通過使用不同設(shè)置的測試箱模擬不同的檢測環(huán)境。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，所述物體a、物體b的特征屬性值是一維或多維之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法，所述物體a、物體b的特征屬性值的標(biāo)準(zhǔn)差能夠通過實驗統(tǒng)計獲得或直接指定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于材料分辨能力的射線安檢系統(tǒng)性能評價方法,其步驟是，給出兩個不同材質(zhì)的物體a、物體b,射線源發(fā)出的射線束穿過所述物體a、物體b，被探測器接收，探測器上的信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后輸入計算機,計算機基于設(shè)定算法提取所述物體a、物體b的特征屬性值，計算設(shè)備對所述物體a、物體b的材料分辨能力，以此評價安檢設(shè)備性能；本發(fā)明的優(yōu)點是不論是安檢設(shè)備生產(chǎn)廠商，還是設(shè)備鑒定認(rèn)證機構(gòu)都可以執(zhí)行，實施過程透明可重復(fù)，本發(fā)明比傳統(tǒng)的測試探測率和誤報率的方法簡單方便，并綜合體現(xiàn)了設(shè)備的成像性能和危險品識別算法，并且能夠預(yù)測設(shè)備的探測率和誤報率。
文檔編號G01N23/04GK102890293SQ20121026911
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者張耀軍, 李保磊, 莫陽, 李斌, 陳力 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