一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法

一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安全检查领域，具体涉及一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法。
【背景技术】
[0002]在国内外恐怖袭击频发的情形下，针对机场、港口、要塞等重要场所或者车站、地铁、公交等交通运输部门的出入人员安全检查显得尤为重要。常规安全检查的主要目标对象为枪支、刀具等金属物品，使用X光检测仪可以实现快速的探测和识别，而针对汽油、酒精等液态危险品，以及炸药、毒品等固态危险品的检查则主要依靠人工。人工检测方法在检测效率、漏检率等方面都不尽如人意，尤其在人流量较大的时段或场所，对公共场所的安全性要求和安全检查的检测效率之间存在的矛盾更加突出。
[0003]液态危险物品的非法运输、使用严重影响公共安全，并成为新的恐怖活动手段，对液态物品的检查、监控日益受到重视。民航、铁路等客运领域当前对液体的检查大多使用目视和气味检测的方法，漏判、误判时有发生，并且难以应付检查高峰期的情形。目前广泛使用的X射线安全检查仪的主要检查目标对象为枪支、刀具等金属物品，而针对汽油、酒精等液态危险品的检查则主要依靠人工。人工检测方法在检测效率、漏检率等方面都不尽如人意，尤其在人流量较大的时段或场所，对公共场所的安全性要求和安全检查的检测效率之间存在的矛盾更加突出。2004年日本推出了易燃液体安全检查仪，能够实现在不开启容器的情况下检测物质成分。国内清华同方威视技术股份有限公司液体安全检查系统利用X射线技术对液体进行无损检测。
[0004]X射线安全检查仪需要严格的辐射防护措施，有可能会破坏液体，仪器造价也比较昂贵。目前的检测系统和检测方法均存在的检测困难，液体炸药、松香水、汽油、丙酮、乙醇等易燃易爆液体与水、可乐、牛奶、果汁等安全液体区难以区分的问题。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种基于带通滤光片的安全检查系统，解决目前的检测系统和检测方法均存在的检测困难，液体炸药、松香水、汽油、丙酮、乙醇等易燃易爆液体与水、可乐、牛奶、果汁等安全液体区难以区分的问题。
[0006]本发明通过下述技术方案实现:
一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法，包括光学成像镜头、滤光片轮、面成像相机、驱动电机、成像控制器、图像采集与处理终端，其中来自被检测景物的光线依次经过光学成像镜头、滤光片轮到达面成像相机的焦平面；
滤光片轮:用于在特定时刻获取准单色图像，
面成像相机:用于采集经过滤光片轮处理的准单色图像，并输出图像序列；
驱动电机:作为滤光片轮的旋转动力；
成像控制器:用于接收图像采集与处理终端的指令，并调节和设置滤光片轮的转速以及面成像相机的参数；
图像采集与处理终端:采集并存储面成像相机输出的图像序列，并对图像序列进行准实时的处理，并与数据库中预存的数据进行对比，对场景中物质成分进行识别。
[0007]本发明采用驱动电机驱动滤光片轮，转速可以连续调节或间隔一定步长调节，转速调节范围为1?50Hz;面成像相机接收透过带通滤光片的成像光线，在接收到成像控制器的触发信号后开始曝光，并持续输出序列图像至图像采集与处理终端；图像采集与处理终端根据图像序列计算出场景中目标的反射光谱，并根据预置的目标反射光谱数据库确定目标的种类，利用现有的设备和现有的程序，解决了安全检测领域中存在的检测难度大、危险液体与安全液体不易区分的问题，达到了减少人工检测工作量的目的。
[0008]所述滤光片轮包括圆盘状的滤光片轮主体，在滤光片轮主体上设置有多个用于安装带通滤光片的通孔，在滤光片轮主体上还设置有两个用于测量滤光片角度的磁体，驱动电机的驱动轴穿过滤光片轮主体的中心安装孔，与滤光片轮主体固定连接。进一步讲，滤光片轮主体是一个片状的圆盘，上面布置四个通光孔，用于安装四个带通滤光片，两个磁体用于滤光片的角度位置传感，自动判别是哪一个滤光片正好位于面成像相机的焦平面之前。
[0009]所述滤光片的个数为1到10个，滤光片的工作波段处于400nm-2500nm之间，滤光片的光谱通带宽度为lnm到80nm之间，滤光片的带外抑制比大于等于100:1。优选的讲，滤光片的工作波段处于400nm-2500nm之间，滤光片的光谱通带宽度为lnm到80nm之间，滤光片的带外抑制比大于等于100:1，此时的滤光片可以更加真实地反应出不同物质的原始光谱特征曲线，面成像相机的成像帧频F与滤光片轮的转速R以及滤光片的个数N存在确定关系，为F=RXN，成像控制器接收来自滤光片的位置检测信号，当滤光片中心与面成像相机焦平面中心重合时，成像控制器输出触发信号至面成像相机。
[0010]所述用于安装带通滤光片的通孔有四个，安装的滤光片数量为四个。
[0011]还包括一个通光板，在通光板上设置有一个位于面成像相机的焦平面之前的通光孔，在所述通光板上设置有两组位置传感器和，分别位于两个以滤光片轮主体的几何对称中心为圆心的圆上，当滤光片轮主体旋转时，在同一时刻，两个用于测量滤光片角度的磁体中只有一个与四个位置传感器中的其中一个重合，并且此时通孔的其中一个正好与通光孔重合。具体地讲，通光板的通光孔位于面成像相机的焦平面之前，两组位置传感器和分别位于两个以滤光片轮的几何对称中心为圆心的圆上，当滤光片轮旋转时，在同一时刻，两个磁体只有一个与四个位置传感器中的其中一个重合，并且此时滤光片的其中一个正好与通光孔重合。在滤光片轮高速旋转的过程中，通过位置传感器输出信号的情况可以唯一地判定滤光片中的哪一个与通光孔重合。
[0012]—种基于带通滤光片的安全检查方法，包括以下步骤:
(a)当安全检查系统对场景成像时，依次获得的单色图像序列，其某个像素的灰度分别为gl、g2、g3和g4，对应的波长值分别为滤光片7、8、9、10的中心波长λ1、λ2、λ3和λ4，得到四个光谱采样点20、21、22、23，其数值分别为(人1#1)、(\2 42)、(人3 43)和(人444)，
(b)将四个光谱采样点20、21、22、23描绘成反映了原始光谱24的主要特征的曲线25;
(c)将步骤(b)得到的曲线25与预存在图像采集与处理终端内的典型物质的原始光谱特征曲线进行对比，当与其中的任意一种典型物质的原始光谱特征曲线相似度大于都等于设定的阀值，则是该对应的典型物质，判断出被监控点物质是否属于危险物品。
[0013]本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法，采用驱动电机驱动滤光片轮，转速可以连续调节或间隔一定步长调节，转速调节范围为1?50Hz;面成像相机接收透过带通滤光片的成像光线，在接收到成像控制器的触发信号后开始曝光，并持续输出序列图像至图像采集与处理终端；图像采集与处理终端根据图像序列计算出场景中目标的反射光谱，并根据预置的目标反射光谱数据库确定目标的种类，解决了安全检测领域中存在的检测难度大、危险液体与安全液体不易区分的问题，达到了减少人工检测工作量的目的；
2、本发明一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法，可以远距离、大范围监测目标场景，实现多目标、多种类的疑似危险品探测和可疑人员筛查;方便安检工作人员随身携带、就地安装，也可以安装到现有摄像监控支架上，适用于多种应用环境;具有内置的常见危险品反射光谱特征信息数据，可通过成像控制器的对外通讯接口实时更新数据库，适用于多种危险品的检测，也方便系统的功能扩展和升级。
【附图说明】
[0014]此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的组成框图；
图2为滤光片轮的结构示意图；
图3为滤光片轮位置传感器的布局；
图4为实现物质成分识别的原理示意图。
[0015]附图中标记及对应的零部件名称:
1_光学成像镜头、2-滤光片轮、3-面成像相机、4-驱动电机、5-成像控制器、6-图像米集与处理终端、7、8、9、10均为用于安装滤光片的通孔，11-滤光片轮主体，12-中心安装孔，13、14为两个用于测量滤光片角度的磁体，15、16、17、18为四个位置传感器的分布点，19-通光孔，20、21、22、23为实施例光谱特征曲线中的四个光谱采样点，24为实施例中的原始光谱，25为实施例中特征光谱曲线。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的目的 、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
[0017]如图1所示，本发明一种基于带通滤光片的安全检查系统的结构框图，光学成像镜头1、滤光片轮2、面成像相机3、驱动电机4、成像控制器5、图像采集与处理终端6，其中:来自被检测景物的光线依次经过光学成像镜头1、滤光片轮2到达面成像相机3的焦平面;滤光片轮2用于在特定时刻获取准单色图像，面成像相机3用于采集经过滤光片轮2处理的准单色图像，并输出图像序列；驱动电机4作为滤光片轮2的旋转动力；成像控制器5用于接收图像采集与处理终端6的指令，并调节和设置滤光片轮2的转速以及面成像相机3的参数；图像采集与处理终端6采集并存储面成像相机3输出的图像序列，并对图像序列进行准实时的处理，并与数据库中预存的数据进行对比，对场景中物质成分进行识别。
[0018]如图2所示的所述滤光片轮2包括圆盘状的滤光片轮主体11，在滤光片轮主体11上设置有四个用于安装带通滤光片的通孔7、8、9、10，在滤光片轮主体11上还设置有两个用于测量滤光片角度的磁体13、14，驱动电机4的驱动轴穿过滤光片轮主体11的中心安装孔12，与滤光片轮主体11固定连接;滤光片的工作波段处于400nm-2500nm之间，滤光片的光谱通带宽度为lnm到80nm之间，滤光片的带外抑制比大于等于100:1;还包括一个通光板，在通光板上设置有一个位于面成像相机3的焦平面之前的通光孔19，在通光板上设置有两组位置传感器15、16和17、18，分别位于两个以滤光片轮主体11的几何对称中心为圆心的圆上，当滤光片轮主体11旋转时，在同一时刻，两个用于测量滤光片角度的磁体13、14中只有一个与四个位置传感器15、16、17、18中的其中一个重合，并且此时通孔7、8、9、10的其中一个正好与通光孔19重合。
[0019]如图3所示本实施例的滤光片轮2位置传感器布局图，通光孔19位于面成像相机3的焦平面之前，两组位置传感器15、16和17、18分别位于两个以滤光片轮2的几何对称中心为圆心的圆上，当滤光片轮2旋转时，在同一时刻，两个磁体13、14只有一个与四个位置传感器15、16、17、18中的其中一个重合，并且此时滤光片7、8、9、10的其中一个正好与通光孔19重合；当磁体13与位置传感器18重合时，滤光片7正好与通光孔19重合；当磁体14与位置传感器16重合时，滤光片8正好与通光孔19重合；当磁体13与位置传感器17重合时，滤光片9正好与通光孔19重合；当磁体14与位置传感器15重合时，滤光片10正好与通光孔19重合;在滤光片轮2高速旋转的过程中，通过位置传感器15、16、17、18输出信号的情况可以唯一地判定滤光片7、8、9、10中的哪一个与通光孔19重合。
[0020]图4是本实施例的实现物质成分识别的原理示意图，滤光片7、8、9、10的中心波长分别为&、&、&和λ4;当本发明的基于带通滤光片的安全检查系统对场景成像时，依次获得的单色图像序列其某个像素的灰度分别为gl、g2、g3和g4，对应的波长值分别为滤光片7、8、
9、10的中心波长人1、\2、\3和\4，这样获得了四个光谱采样点20、21、22、23，其数值分别为(入1，81)、(人242)、(\343)和(\444)，由四个光谱采样点20、21、22、23描绘的曲线25基本反映了原始光谱24的主要特征。对特定的物质成分来说，其光谱是独特的，根据这种独特的光谱特征，可以实现物质成分的有效识别，典型物质的原始光谱特征作为先验知识存储于图像采集与处理终端，将得到的曲线25与预存在图像采集与处理终端6内的典型物质的原始光谱特征曲线进行对比，当与其中的任意一种典型物质的原始光谱特征曲线相似度大于都等于设定的阀值，则是该对应的典型物质，判断出被监控点物质是否属于危险物品。
[0021]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于带通滤光片的安全检查系统，其特征在于包括:光学成像镜头(1)、滤光片轮(2)、面成像相机(3)、驱动电机(4)、成像控制器(5)、图像采集与处理终端(6)，其中:来自被检测景物的光线依次经过光学成像镜头(1)、滤光片轮(2)到达面成像相机(3)的焦平面； 滤光片轮(2):用于在特定时刻获取准单色图像， 面成像相机(3):用于采集经过滤光片轮(2)处理的准单色图像，并输出图像序列； 驱动电机(4 ):作为滤光片轮(2 )的旋转动力； 成像控制器(5):用于接收图像采集与处理终端(6)的指令，并调节和设置滤光片轮(2)的转速以及面成像相机(3)的参数； 图像采集与处理终端(6):采集并存储面成像相机(3)输出的图像序列，并对图像序列进行准实时的处理，并与数据库中预存的数据进行对比，对场景中物质成分进行识别。2.根据权利要求1所述的一种基于带通滤光片的安全检查系统，其特征在于:所述滤光片轮(2)包括圆盘状的滤光片轮主体(11)，在滤光片轮主体(11)上设置有多个用于安装带通滤光片的通孔，在滤光片轮主体(11)上还设置有两个用于测量滤光片角度的磁体(13、14)，驱动电机(4)的驱动轴穿过滤光片轮主体(11)的中心安装孔(12)，与滤光片轮主体(11)固定连接。3.根据权利要求2所述的一种基于带通滤光片的安全检查系统，其特征在于:所述滤光片的个数为1到10个，滤光片的工作波段处于400nm-2500nm之间，滤光片的光谱通带宽度为1 nm到8Onm之间，滤光片的带外抑制比大于等于100:1 ο4.根据权利要求3所述的一种基于带通滤光片的安全检查系统，其特征在于:所述用于安装带通滤光片的通孔有四个，安装的滤光片数量为四个。5.根据权利要求2至4中任意一项所述的一种基于带通滤光片的安全检查系统，其特征在于:还包括一个通光板，在通光板上设置有一个位于面成像相机(3)的焦平面之前的通光孔(19)，在所述通光板上设置有两组位置传感器(15、16)和(17、18)，分别位于两个以滤光片轮主体(11)的几何对称中心为圆心的圆上，当滤光片轮主体(11)旋转时，在同一时刻，两个用于测量滤光片角度的磁体(13、14)中只有一个与四个位置传感器(15、16、17、18)中的其中一个重合，并且此时通孔(7、8、9、10)的其中一个正好与通光孔(19)重合。6.一种基于带通滤光片的安全检查方法，其特征在于包括以下步骤: (a)当安全检查系统对场景成像时，依次获得的单色图像序列，其某个像素的灰度分别为gl、g2、g3和g4，对应的波长值分别为滤光片(7、8、9、10 )的中心波长λ?、λ2、λ3和λ4，得到四个光谱采样点(20、21、22、23)，其数值分别为(入141)、(\2 42)、(入3 43)和(入444)， (b)将四个光谱采样点(20、21、22、23)描绘成反映了原始光谱(24)的主要特征的曲线(25)； (c)将步骤(b)得到的曲线(25)与预存在图像采集与处理终端(6)内的典型物质的原始光谱特征曲线进行对比，当与其中的任意一种典型物质的原始光谱特征曲线相似度大于都等于设定的阀值，则是该对应的典型物质，判断出被监控点物质是否属于危险物品。
【专利摘要】本发明公开了一种基于带通滤光片的安全检查系统及方法，采用驱动电机驱动滤光片轮，转速可以连续调节或间隔一定步长调节，转速调节范围为1~50Hz；面成像相机接收透过带通滤光片的成像光线，在接收到成像控制器的触发信号后开始曝光，并持续输出序列图像至图像采集与处理终端；图像采集与处理终端根据图像序列计算出场景中目标的反射光谱，并根据预置的目标反射光谱数据库确定目标的种类，利用现有的设备和现有的程序，解决了安全检测领域中存在的检测难度大、危险液体与安全液体不易区分的问题，达到了减少人工检测工作量的目的。
【IPC分类】G01V8/10, G01N21/25
【公开号】CN105486644
【申请号】CN201610030107
【发明人】沈志学, 刘海涛, 储松南, 胡奇琪, 骆永全, 黄立贤, 张大勇, 王海峰, 曾建成, 乔冉
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月18日