王怀颖，陈力.基于EM聚类的X射线背散射图像违禁品分割方法[J].CT理论与应用研究,2013,22(3):463-468.WangUY,ChenL・Contrabandsegmentationofcomptonback-scatteringimagesbasedonEM[J]・CTTheoryandApplications,2013,22(3):463-468・基于EM聚类的X射线背散射图像违禁品分割方法王怀颖因，陈力(公安部第一•研究所，北京102200)摘要：X射线康普顿背散射(CBS)技术是一项较新的射线安检技术，可以捉高复杂背景下安检设备对爆炸物等有机违禁品的探测力度，这其中一个重要环节就是图像中冇机违禁品的分割问题，本文分析了CBS技术成像图像的特点，冇针对性地提出了一利|基于EM聚类的图像中冇机违禁品的图像分割方法，实验结果表明该方法具冇很好的适用性。关键词：康普顿背散射；图像分割；EM聚类文章编号：1004-4140(2013)03-0463-06中图分类号：TN911.73文献标志码：A近20多年來，飞机场大多使用X射线透射成像系统进行行包安全检查，这些系统可以很成功地识别原子序数Z比较高的材料，如金属制品等，但是在检杳低原子序数的材料，如塑料武器、爆炸物、毒品和一般有机物时，由于在透射图像中这些物质之间的反差较小，不易进行分辨。X射线康普顿背散射(ComptonBack-Scattering,CBS)技术是针对违禁物品人多被隐藏在行李外层的夹层和暗格中的特点，而发展起来的一项较新的射线安检技术，CBS技术对低原子序数的有机物很灵敏并能突出显示，适宜对炸药、毒品等危险品的检测⑴。在安检图像的分析及违禁品自动分类识别处理中，-•项关键的核心技术就是违禁品的准确分割⑵。由于CBS技术是作为双能透射成像系统的补充而出现的，且其优势在于低Z冇机物的加亮显示，而金属等高Z物质在双能透射系统中已经冇很好的体现，因此本文主要研究CBS图像中低Z有机违禁品的分割方法，为炸药等有机违禁品的口动探测服务。1CBS成像机理及信息含义分析CBS成像利用的是入射电子与被检测物质原子外层轨道电子或自由电子发生碰撞而散射回來的散射角接近180。的康普顿散対光子。在入射粒子能暈、数量及探测器的设置都固立后，在某个散射角&接收到的CBS光子数可以表示为：N()g(NjZIA)・p(1)其中，伙是阿伏加徳罗常数，Z、A、q分别为被检材料的原子序数、原子量和密度。对于多数元素来说Z/A«0.5,因此式(1)表明CBS技术对原子序数Z的依赖性较小，而与物质密度p成正比，可以间接对物质质量密度成像：3_4]o收稿日期：2013-02-20。基金项目：国家基本科研业务费专项项目(A12034)。另外，对于CBS成像系统来说，高Z物质对光子吸纳能力强，有较少的散射效应，而不能进行有效的散射测量，而低Z物质对光子有较强的散射效应，则有比较好的成像效果。由于散射光子能量较低，其穿透能力较弱，决定了使用CBS光子只能获得被检物体表层的材料信息。图1为不同材料的CBS成像灰度对比示意图，图中被检CBS信号随着被测材料有效原子序数ZE的增加而降低，呈现在图像上的灰度则由亮到暗，能对低Zw材料加亮显示，这意味着来自行李浅层区材料的Zcff信息比透射系统中的信息丰富、灵敏⑸。rtr丁•大多数爆炸物，尤其是塑性炸药都有较低的zcff和较高的密度P,因此CBS技术对探测靠近行李表层的爆炸物具有特别重要的意义。图1不同材料的CBS成像灰度示懣图Fig・1TheillustrationsofCBSimagingwithdifferentmaterial2CBS图像特点分析及对分割的要求要对违禁品进行图像自动识别，首先必须将其准确分割出來，这需要根据图像的特点,选择合适的分割方法。在进行安检中，旅客行包中的内容物比较繁杂，反映在图像上就是众多的具冇某种意义的H标区域单元。对CBS图像来说，我们感兴趣的是在图像中冇加亮显示的有机物区域，只有把感兴趣的目标从图像的复杂背景中提取出来，才有可能进一步对它们进行定量分析或者识别。根据CBS图像的特点，由于髙ZE物质成像灰度较低，且在相应的透射图像中己经可以清晰地辨识，因此无需再在CBS图像中分割出来；而低乙幵物质在CBS图像中呈现较亮的显示，其在相应的透射图像中可能会出现与其他物质的层秤而不能区分。由于CBS技术是作为双能透射技术的补充而出现的，因此在CBS图像分割中我们所界定的感兴趣区域是人眼所能观察到的与喑...