Enhanced detonators detection in X-ray baggage inspection by image manipulation and deep convolutional neural networks
- 1. Université de Mostaganem
- 2. "Dunarea de Jos" University of Galati
Description
Detecting detonators is a challenging task because they can be easily mis-classified as being a harmless organic mass, especially in high baggage throughput scenarios. Of particular interest is the focus on automated security X-ray analysis for detonators detection. The complex security scenarios require increasingly advanced combinations of computer-assisted vision. We propose an extensive set of experiments to evaluate the ability of Convolutional Neural Network (CNN) models to detect detonators, when the quality of the input images has been altered through manipulation. We leverage recent advances in the field of wavelet transforms and established CNN architectures-as both of these can be used for object detection. Various methods of image manipulation are used and further, the performance of detection is evaluated. Both raw X-ray images and manipulated images with the Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE), wavelet transform-based methods and the mixed CLAHE RGB-wavelet method were analyzed. The results showed that a significant number of operations, such as: edges enhancements, altered color information or different frequency components provided by wavelet transforms, can be used to differentiate between almost similar features. It was found that the wavelet-based CNN achieved the higher detection performance. Overall, this performance illustrates the potential for a combined use of the manipulation methods and deep CNNs for airport security applications.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يعد اكتشاف الصواعق مهمة صعبة لأنه يمكن تصنيفها بسهولة على أنها كتلة عضوية غير ضارة، خاصة في سيناريوهات إنتاجية الأمتعة العالية. ومما له أهمية خاصة التركيز على تحليل الأشعة السينية الأمنية الآلية للكشف عن المفجرات. تتطلب سيناريوهات الأمان المعقدة مجموعات متقدمة بشكل متزايد من الرؤية بمساعدة الكمبيوتر. نقترح مجموعة واسعة من التجارب لتقييم قدرة نماذج الشبكة العصبية الالتفافية (CNN) على اكتشاف الصواعق، عندما يتم تغيير جودة صور الإدخال من خلال التلاعب. نحن نستفيد من التطورات الحديثة في مجال تحويلات الموجات الصغيرة وبنى CNN الراسخة - حيث يمكن استخدام كليهما للكشف عن الأجسام. يتم استخدام طرق مختلفة لمعالجة الصور وعلاوة على ذلك، يتم تقييم أداء الكشف. تم تحليل كل من صور الأشعة السينية الخام والصور التي تم التلاعب بها باستخدام معادلة الرسم البياني التكيفي المحدود (CLAHE)، والطرق القائمة على تحويل الموجات الصغيرة وطريقة موجات CLAHE RGB المختلطة. أظهرت النتائج أنه يمكن استخدام عدد كبير من العمليات، مثل: تحسينات الحواف أو معلومات الألوان المتغيرة أو مكونات التردد المختلفة التي توفرها تحويلات الموجات الصغيرة، للتمييز بين الميزات المتشابهة تقريبًا. وجد أن شبكة سي إن إن القائمة على الموجات الصغيرة حققت أداءً أعلى في الكشف. بشكل عام، يوضح هذا الأداء إمكانية الاستخدام المشترك لأساليب التلاعب وشبكات CNN العميقة لتطبيقات أمن المطارات.Translated Description (French)
La détection des détonateurs est une tâche difficile car ils peuvent facilement être classés à tort comme étant une masse organique inoffensive, en particulier dans les scénarios de débit de bagages élevé. Un intérêt particulier est l'accent mis sur l'analyse automatisée des rayons X de sécurité pour la détection des détonateurs. Les scénarios de sécurité complexes nécessitent des combinaisons de plus en plus avancées de vision assistée par ordinateur. Nous proposons un vaste ensemble d'expériences pour évaluer la capacité des modèles de réseau neuronal convolutionnel (CNN) à détecter les détonateurs, lorsque la qualité des images d'entrée a été altérée par la manipulation. Nous tirons parti des progrès récents dans le domaine des transformées en ondelettes et des architectures CNN établies, car elles peuvent toutes deux être utilisées pour la détection d'objets. Divers procédés de manipulation d'images sont utilisés et, en outre, la performance de la détection est évaluée. Les images radiologiques brutes et les images manipulées avec l'égalisation adaptative d'histogramme limitée par contraste (CLAHE), les méthodes basées sur la transformation en ondelettes et la méthode mixte CLAHE RGB-wavelet ont été analysées. Les résultats ont montré qu'un nombre important d'opérations, telles que : améliorations des contours, altération des informations de couleur ou différentes composantes de fréquence fournies par les transformées en ondelettes, peuvent être utilisées pour différencier des caractéristiques presque similaires. Il a été constaté que le CNN à base d'ondelettes obtenait les performances de détection les plus élevées. Dans l'ensemble, cette performance illustre le potentiel d'une utilisation combinée des méthodes de manipulation et des CNN profonds pour les applications de sécurité aéroportuaire.Translated Description (Spanish)
Detectar detonadores es una tarea desafiante porque pueden clasificarse erróneamente como una masa orgánica inofensiva, especialmente en escenarios de alto rendimiento de equipaje. De particular interés es el enfoque en el análisis automatizado de rayos X de seguridad para la detección de detonadores. Los complejos escenarios de seguridad requieren combinaciones cada vez más avanzadas de visión asistida por ordenador. Proponemos un amplio conjunto de experimentos para evaluar la capacidad de los modelos de redes neuronales convolucionales (CNN) para detectar detonadores, cuando la calidad de las imágenes de entrada se ha alterado mediante manipulación. Aprovechamos los avances recientes en el campo de las transformaciones wavelet y las arquitecturas CNN establecidas, ya que ambas se pueden utilizar para la detección de objetos. Se utilizan varios métodos de manipulación de imágenes y, además, se evalúa el rendimiento de la detección. Se analizaron tanto las imágenes de rayos X en bruto como las imágenes manipuladas con la Ecualización de Histograma Adaptativo Limitado por Contraste (CLAHE), los métodos basados en transformadas de wavelet y el método mixto CLAHE RGB-wavelet. Los resultados mostraron que un número significativo de operaciones, tales como: mejoras de bordes, información de color alterada o diferentes componentes de frecuencia proporcionados por transformadas wavelet, se pueden utilizar para diferenciar entre características casi similares. Se encontró que la CNN basada en wavelets logró el mayor rendimiento de detección. En general, este rendimiento ilustra el potencial de un uso combinado de los métodos de manipulación y las CNN profundas para aplicaciones de seguridad aeroportuaria.Files
s41598-023-41651-y.pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3ba0c9e68c99a28ccf8350b40b2ba600
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الكشف المحسن عن المفجرات في فحص الأمتعة بالأشعة السينية عن طريق معالجة الصور والشبكات العصبية الالتفافية العميقة
- Translated title (French)
- Détection améliorée des détonateurs dans l'inspection des bagages par rayons X par manipulation d'images et réseaux neuronaux à convolution profonde
- Translated title (Spanish)
- Detección mejorada de detonadores en la inspección de equipaje por rayos X mediante manipulación de imágenes y redes neuronales convolucionales profundas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386328054
- DOI
- 10.1038/s41598-023-41651-y
References
- https://openalex.org/W1940176186
- https://openalex.org/W1980867644
- https://openalex.org/W2108315410
- https://openalex.org/W2149206332
- https://openalex.org/W2480604447
- https://openalex.org/W2510597476
- https://openalex.org/W2610853211
- https://openalex.org/W2624777067
- https://openalex.org/W2894428517
- https://openalex.org/W2900547866
- https://openalex.org/W2906946066
- https://openalex.org/W2913935452
- https://openalex.org/W2937275656
- https://openalex.org/W2964240537
- https://openalex.org/W2978044659
- https://openalex.org/W3091169682
- https://openalex.org/W3094093340
- https://openalex.org/W3096950781
- https://openalex.org/W3119820890
- https://openalex.org/W3128952334
- https://openalex.org/W3135057764
- https://openalex.org/W3163181194
- https://openalex.org/W3189165461
- https://openalex.org/W3207476035
- https://openalex.org/W3214592045
- https://openalex.org/W4200051340
- https://openalex.org/W4206637972
- https://openalex.org/W4229045651
- https://openalex.org/W4234315399
- https://openalex.org/W4283688272
- https://openalex.org/W4291915169
- https://openalex.org/W4295217294
- https://openalex.org/W4297539399
- https://openalex.org/W4322761730