[发明专利]一种小像素透射多信息融合高速安检识别方法

摘要

本发明公开了一种小像素透射多信息融合高速安检系统及其识别方法；由交叉带式高速分拣机和控制交叉带式高速分拣机运行的控制装置组成；交叉带式高速分拣机包括分类装置、输送装置及分拣道口；控制装置包括全方位条形码扫描仪、X光检查装置、光障开关检测子系统、外部图像采集子系统、物理参数采集子系统和主控子系统通信联系，本发明提供了利用上述小像素透射多信息融合高速安检系统对邮件进行识别的方法，本系统实现了危险品检查仪设备状态的自检功能，具有将有机物、无机物、混合物进行科学区域分割的功能。

主权项

1.一种小像素透射多信息融合高速安检系统对邮件进行识别的方法，该小像素透射多信息融合高速安检系统由交叉带式高速分拣机和控制交叉带式高速分拣机运行的控制装置组成；所述交叉带式高速分拣机包括输送装置、分类装置及分拣道口；所述控制装置按时间序列分别读取邮件的条码、邮件面单信号，接收和处理分拣信号；输送装置采用交叉带小车在固定轨道上运行的输送方式，运载着待分拣的邮件鱼贯通过控制装置；控制装置识别邮件条形码的信息，向分类装置发送邮件的分拣指令，并对邮件进行分类；分类装置根据控制装置发出的分拣指令，改变邮件在输送装置上运行的方向；交叉带小车按照分类装置的指令将邮件送达到指定的分拣道口处，小车托盘倾斜邮件滑下轨道台车进入分拣道口；所述控制装置包括用于处理接收到的信息并发出指令信息的主控子系统、接收小车托盘的“车到”信号以及“高包裹”判别信号的光障开关检测子系统、采集邮件外部形状图像信息的外部图像采集子系统、扫描邮件并获取邮件地藉信息的全方位条形码扫描仪、识别邮件包裹的内部物质属性的X光检查装置、采集邮件放射性指标数据、挥发性指标数据的物理参数采集子系统；所述X光检查装置为可以发出和接收两种能级的双能量的X光检查装置，所述全方位条形码扫描仪、X光检查装置、光障开关检测子系统、外部图像采集子系统、物理参数采集子系统与主控子系统通信联系；所述光障开关检测子系统监测“车到”和“高包裹”信号，并发送给主控子系统作为整个系统的周期控制启动信号；邮件鱼贯通过全方位条形码扫描仪，全方位条形码扫描仪按时间序列分别读取邮件的条形码、邮件面单信号，对载物小车身份识别；所述外部图像采集子系统监测采集邮件外部形状图像信息；物理参数采集子系统采用有效原子序数物质分类计算对被检目标实现定性识别，获取放射性指标数据和挥发性指标数据，实现ppM级气味识别；所述X光检查装置识别邮件包裹的内部物质属性，对被检目标进行线扫描透照图像获取；所述主控子系统对外部形状图像信号、原始X射线阵列信号进行数字化图形图像处理，并由物质分类实验建立材料分类区域及分类阈值，界定有机物、无机物、混合物，分辨出被检包裹内部物质的属性；其特征在于，该识别方法的步骤是：S1、采用双能量的X光检查装置对邮件检测，得到被扫描邮件的平均原子数；S2、将物质分类，设Z为物质的原子序数，根据定义，当1＜Z≤10时，为有机物，当Z＞20时，为无机物，当10＜Z≤20时为混合物；Z＝10和Z＝20分别为有机物与混合物、无机物与混合物的边界；S3、根据有效原子序数计算公式找到边界物质，该有效原子序数计算公式：式中:w_i为化合物质种类当量个数；为物质的原子序数；根据上式，计算得到碳化硅的有效原子序数大约等于10，钛六铝四钒的有效原子序数大约等于20，这样我们就拿碳化硅和钛六铝四钒代替有机物与无机物的两个边界；不同物质的质量吸收系数不同，X射线所能穿透的最大厚度也不同，有如下关系：当双能量的X光检查装置穿透率为22mm钢板时，在100KeV时，(μ/ρ)_Fe＝0·3713(μ/ρ)_Al＝0.1704(μ/ρ)_Si＝0.1835(μ/ρ)_C＝0.1514(μ/ρ)_V＝0.2877(μ/ρ)_Ti＝0.21ρ_Fe＝7.874ρ_Al＝2.699ρ_si＝2.330ρ_C＝1.7ρ_V＝6.11ρ_Ti＝4.450可以计算出碳化硅和钛六铝四钒的最大穿透厚度分别为108mm和36mm；S4、将实验数据用曲线专家分别进行拟合得到两条边界曲线及其数学模型；混合物与无机物的边界曲线数学模型为：T(x₂)＝‑50587+26.8056·x₂‑0.00463·x₂²+3.723333·10^‑7·x₂³‑1.1318·10^‑11·x₂⁴   (3)混合物与有机物的边界曲线数学模型为：S(x₄)＝‑16403+9.6105·x₄‑0.00143·x₄²+1.06446·10^‑7·x₄³‑3.055.10^‑12·x₄⁴   (4)S5、计算物质的有效原子序数和密度；S6、双能量的X光检查装置的分类探测信号分析；A1、透射信号，对于透射图像，探测信号与光电效应和散射都有关，有如下方程：其中T(x，y)是在投影图中对应于坐标(x，y)探测到的透射信号，N(E是能量位于E和E+dE之间的X射线光子数，μ_t(x′，y′，z′，E)是沿着X射线方向的总的线吸收系数，P_d(E)是探测器的光子能量为E时的探测概率，E是光子能量；A2、背散射信号；对于向后散射，探测信号B(x，y)估计为：其中，与公式(11)中相同的符号其含义相同，其余的，B(x，y)是在投影图中(x，y)点的散射光子信号；Z′是发生散射时，笔状射线束沿射线方向进入物体的深度；σ_s(E)是散射的横截面积，是能量的函数；ρ(x′，y′，z′)是包裹中的物体沿X射线方向的密度,g/cm³；E′是散射后的光子能量；A3、向前散射信号的表达式与向后散射信号的表达式相似，此式中第二个积分项的积分限为从Z′到D；除了F(x，y)表示在投影图中(x，y)位置的散射光子信号外，其它的符号与(11)、(12)两式中的含义相同；A4、提取R值，由双能量的X光检查装置透射图像的低、高能灰度值计算出R值；由散射图像的灰度值可以计算出L值；双能量的X光检查装置使用将T_H和T_L相结合的方法，得到R值：R称作双能量，T_H0和T_L0是在自由空间获得的高能、低能透射信号；S7、考虑物质厚度对双能量透射图像的影响；一定输入能量E_in下，总的透射信号是能量范围内透射信号的积分，将透射信号流程改写为：对于简单的物体，总的线吸收系数为c(x′，y′，E)，厚度为t，于是方程(17)变为：对于在图像中任意位置(x，y)的物体，从方程(18)中去除空间坐标，得到：从方程(19)可知，总的透射信号强度取决于物体的厚度；双能量的X光检查装置受到X射线源的多色谱线的影响；对于某一特定的物质，输入能量分别为E_H，E_L，于是有：从方程(20)可知，R不仅与物质的原子序数Z，原子重量A，密度ρ有关，也于物质的厚度有关；S8、克服厚度影响的数字化方法对于给定的双能量的X光检查装置，在方程(20)中，入射的X射线光子数N(E)，X射线光子能量E，光子的探测概率P_d(E)都是已知的或是通过仿真可以得到的参数；让K(E)＝N(E)EP_d(E),在特定点的透射信号可写成：被积函数K(E)仅在离散点上已知；1)复化求积公式积分限[0，E_in]可以被分成几个小积分段，在函数线下的区域被积分间隔分成若干个细长条的区域；0＝E₀＜E₁＜…＜E_M＝E_in分割方法确定，方程(21)变成：其中2)辛甫森公式辛甫森公式是在数字化积分中应用最普遍的简化公式，辛甫森公式又称三点求积公式、抛物线公式，是一个近似积分，等于步长乘以被积函数分别在左边界、中心点、右边界点的加权平均；其中步长h＝E_m+1‑E_m，是截断误差；在方程(23)中使用相等的子区间，将辛甫森公式求和，变成复化辛甫森公式：当M为偶数时，当M为奇数时，其中M＝E_in/h是子积分段的数目；总的误差是每一子积分段的误差之和：通常将方程(25)写成下面的形式其中ψ_m＝μ_t(E_m)t   (28)其中不能用方程(28)来计算总的透射信号T，只能在特定的能级E_m下，用测量的T值来估计面积吸收参数ψ_m。