CN102016648A - 组合成像以及痕迹检测检查系统和方法 - Google Patents

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CN102016648A CN2008801228427A CN200880122842A CN102016648A CN 102016648 A CN102016648 A CN 102016648A CN 2008801228427 A CN2008801228427 A CN 2008801228427A CN 200880122842 A CN200880122842 A CN 200880122842A CN 102016648 A CN102016648 A CN 102016648A
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Abstract

描述了用于成像以及化学上识别违禁物的系统和方法。在一方面，提供一种用于定位以及识别对象上的违禁物的方法。该方法包括利用多个成像传感器扫描对象以收集辐射测量数据(302)，利用痕迹检测传感器(304)来从位于对象上和/或位于对象附近的化学蒸汽和粒子收集化学数据，以及融合收集的辐射测量数据以及收集的化学数据以生成违禁品的位置以及违禁品(306)的化学组分的概率中的至少一个。

Description

组合成像以及痕迹检测检查系统和方法
技术领域
此处描述的实施例一般涉及旅客检查系统，尤其是能够成像和化学上识别违禁品的旅客检查系统以及其操作方法。
背景技术
从2001年9月11日事件以来，国土安全部明显地加强了美国机场安全。这样的安全工作包括就包括易爆材料的违禁品筛查旅客以及随身物品袋和行李。
至少一些已知的安全扫描系统利用X-射线透射技术来定位潜在的威胁。例如，利用X-射线扫描仪的系统广泛用于世界各地的机场的旅客以检测对航空安全造成威胁的武器和/或爆炸物。这些系统利用X-射线源以及相对的检测器，该检测器检测穿过人的X-射线辐射(人位于源和检测器之间)。
进一步，至少一些已知的安全扫描系统利用痕迹检测(trace detection)系统以识别潜在威胁物的化学组分。例如，利用化学检测器的系统能够用于检测也能对航空安全造成威胁的违禁品，例如爆炸物。该系统能够利用检测器来检测来自气流中的感兴趣的分子的存在，该气流携带着来自人的皮肤的这样的分子。
至少一些已知的扫描系统能够检测违禁品，例如武器以及爆炸物。但是，需要一种能够定位潜在违禁品以及通过其化学组分识别违禁品的系统。
发明内容
一方面，提供一种定位以及识别对象上的违禁品的方法。该方法包括利用多个成像传感器扫描对象以收集辐射测量(radiometric)数据，利用痕迹检测传感器从位于对象上或位于对象附近的化学蒸汽和粒子收集化学数据，以及融合(fuse)收集的数据以及收集的化学数据以生成违禁品的位置以及违禁品的化学组分的概率中的至少一个。
另一方面，提供一种用于定位以及识别对象上的违禁品的安全入口。所述安全入口包括：多个成像传感器，用于收集对象的辐射测量数据；痕迹采样传感器，用于从对象收集化学数据；以及计算机系统，配置成在操作上耦合至成像传感器以及所述痕迹采样传感器，其中所述计算机系统进一步配置成融合辐射测量数据以及化学数据以获得违禁品的位置以及组分中的至少一个。
另一方面，提供一种用于定位以及识别对象上的违禁品的系统。所述系统包括：门架(gantry)，具有圆柱形形状要素(form factor)；多个成像传感器，被配置成在所述门架内机械地移动以收集对象的辐射测量数据；痕迹采样传感器，耦合至所述门架并被配置成从对象收集化学数据；以及计算机系统，电耦合至所述成像传感器以及所述痕迹采样传感器。所述计算机系统被配置成融合辐射测量数据以及化学数据来确定违禁品的位置以及组分中的至少一个。
附图说明
图1，2以及3显示了此处描述的系统以及方法的示例实施例。
图1是安全入口的外部视图；
图2是适用于图1中显示的安全入口的检测系统的框图；以及
图3是例示方法的流程图，该方法用于利用图2中显示的检测系统来定位以及识别对象上和/或对象附近的违禁品。
具体实施方式
此处描述的实施例提供系统以及方法用于处理多传感器入口的输出，该多传感器入口包括成像部件以及痕迹检测部件。在一实施例中，辐射测量成像(radiometric imaging)传感器阵列从对象收集辐射测量数据以生成辐射测量图像。痕迹采样传感器从位于对象上和/或位于对象附近的蒸汽和/或粒子收集化学数据以确定对象所持有材料(例如武器和/或爆炸物)的化学组分。辐射测量图像数据以及收集的化学数据通过计算机系统组合以创建单个图像用于向用户显示。此外，此处描述的实施例提供以下技术效果(例如但不仅限于)：收集辐射测量数据和化学数据，利用计算机系统融合数据以创建单个图像用于向用户显示，该图像包括对象上或对象附近的违禁品位置，以及违禁品可能的化学组分。
本发明的至少一个实施例在下文中关于以下进行描述：其应用连同用于在旅客拥有物中就违禁品而检查旅客的系统的操作。这样的违禁品可能被隐瞒在例如口袋中或衣物的层之间。如此处描述的，词语“对象上”或“对象附近”描述了对象对违禁品或可疑违禁品的拥有。但是，对于那些本领域技术人员显而易见的是，并且由此处的教导所指导的是，发明同样可适用于用于扫描人群的任何合适的系统，该人群包括但不局限于，安全场所的访问者和/或敏感场所处的职员。此外，本发明同样可适用于任何用于扫描经由水路、陆地和/或空中运输的旅客的系统。
此外，尽管本发明的实施例在下文中关于以下进行描述：应用连同结合了检查旅客的扫描系统的系统的操作，但是，对于那些本领域技术人员显而易见的是，并且由此处的教导所指导的是，在替代实施例中可使用任何适当的成像系统。进一步地，对于那些本领域技术人员显而易见的是，并且由此处的教导所指导的是，可以使用任何痕迹检测系统来实现此处描述的扫描系统的功能。
此处描述的实施例包括利用成像传感器和痕迹检测传感器两者以检测违禁品的系统和方法。一种可以与此处描述的系统和方法一起使用的成像技术的实例已知为极高频(Extremely High Frequency，EHF)。极高频是最高射频频带并且包括频率范围为大约30吉赫(GHz)至大约300GHz。该频带具有在大约1毫米(mm)与大约10mm之间的波长。同样地，该频带通常被称作“毫米频带”或“毫米波”，有时缩写成“MMW”或者“mmWave”。该毫米波频带能够用于通过利用检测物体发射或反射的天然辐射的无源传感器(passive sensor)来遥感物体。mmWave感测的质量部分地依赖于辐射测量分辨率，其通常指的是传感器能够分辨的不同辐射强度的数目。辐射测量分辨率具有由在8比特与14比特之间来表示的值，其对应于大约256级灰度且达到16,384级的色泽(shades of color)。此处描述的系统和方法的一实施例中，mmWave成像通过使用无源辐射测量传感器阵列以及成像系统实现，该成像系统在安全入口内收集每个物体的天然热发射。成像系统通过检测以及分析成像空间(例如安全入口)内每个物体发射的辐射电磁能量来生成图像。在mmWave范围内，发射的能量的量在金属物体与非金属物体之间会极大变化，使得金属物体相比于非金属物体表现为“低温(cold)”。因此，成像系统分析检测到的能量发射并生成突出了检测到的能量发射差异的图像。
可以与此处描述的系统和方法一起使用的成像技术的另一实例已知为太赫兹(terahertz)成像。以太赫兹频率传输的电磁波也可被称作“太赫兹辐射”或“太赫兹波”。这样的波通常位于大约300Ghz至3太赫兹(THz)之间的电磁频谱区域，并且通常具有在大约1mm至100微米(μm)之间的波长。太赫兹波能够穿透覆盖物，诸如织物以及塑料，从而使其能够在安全筛查中用于揭示人身上的违禁品，例如隐藏的武器。此外，许多感兴趣的材料，例如塑性炸药，拥有处在太赫兹范围内的唯一频谱指纹(spectral fingerprint)，从而提供了将频谱识别与成像相组合的可能。此外，太赫兹辐射很容易被水吸收。因此，其能够用于分辨具有不同含水量的材料。不同材料间的太赫兹辐射的变化吸收特性能够用于创建图像。
可以与此处描述的系统和方法一起使用的成像技术的又一实例已知为核四极共振(nuclear quadrupole resonance，NQR)成像。不同于核磁共振(NMR)，其通常用于检测具有原子核(具有核四极矩)的原子，NQR成像在没有静磁场的环境下的实现。具有一个以上不成对核粒子(无论是质子或是中子)的原子核，将具有四极电荷分布。具有(不均匀的电子密度分布提供的)电场梯度的这个四极的互相作用导致NQR效应。同样地，NQR成像对于键合在原子核周围的粒子的性质敏感。可仅针对固体测量用于成像的NQR频谱。此处描述的利用NQR的成像系统，包括：射频(RF)源；用于产生磁激励场的线圈，该磁激励场与原子四极互相作用；检测器电路或阵列，用于监测可疑为违禁品的物体发射的NQR响应。
可以与此处描述的系统和方法一起使用的痕迹检测技术的一实例已知为离子迁移率光谱(ion mobility spectroscopy，IMS)，其为一种基于通过电场的气体离子的差异迁移来检测以及识别小浓度的化学品的方法。IMS系统测量离子移动通过具有均匀电场的给定气氛(atmosphere)的速度。样本的分子通常为电离的。电离可以通过电晕放电，气压光电离(atmospheric pressure photoionization，APPI)，电喷电离(electrospray ionization，ESI)，或放射源来实现。典型离子迁移率光谱仪包括离子分子反应室，与离子反应室相关联的电离源，离子漂移室，离子/分子注入门(injection shutter)(例如Bradbury-Nielsen-Shutter，设置于离子反应室与离子漂移室之间)，以及离子收集器，例如Faraday(法拉第)板(plate)。载气，例如空气或氮气，将对象气体或蒸汽输送至离子迁移率光谱仪内。电离源对载气以及对象气体或蒸汽进行充电。带电气体分子由维持在对电极与Faraday板之间的静电场梯度加速，这导致分子向离子漂移室的注入门接口行进。通过监测将带电分子引入漂移区域和带电分子到达收集器板之间的时间量，则能够识别不同的离子种类。作为漂移时间的函数而收集的离子的量纪录为电流，经由计算机系统分析该电流以确定入口内材料的可能组分。
可以与此处描述的系统和方法一起使用的痕迹检测技术的另一实例已知为核共振荧光(NRF)。核共振荧光是利用一束电磁辐射引起核状态的共振激励以及进行核状态的衰变的过程。核共振荧光能够非侵入式地审查区域空间并对于空间内的元素测量空间内的材料的同位素含量。材料暴露于连续能量分布的光子，一个或多个检测器检测发射自具有特定的能量分布的材料的光子。
图1是依照在此描述的系统以及方法的安全入口100的外部视图。入口100限定了圆柱形形状要素并包括外壳顶部102与外壳底部104。直立表面(standing surface)106与外壳底部104耦合。替代地，直立表面106与外壳底部104可以由单一件形成。入口100还包括一个或多个进口108，对象，例如旅客，通过该进口进入入口100。此外，入口100还包括一个或多个门110，其可滑动地与外壳顶部102以及外壳底部104耦合，以通过盖上进口108来帮助围起外壳入口100。在可选择的实施例中，门110能够铰链式地耦合到入口100。入口100还包括一个或多个固定耦合的外壳覆盖物112以进一步帮助围起入口100。此外，入口100包括多个耦合至外壳102以及外壳底部104的柱形支承体114以帮助支承外壳顶部102。
图2是能够用于入口100(图1所示)的检测系统200的框图。在示例性实施例中，系统200具有多个成像传感器202。成像传感器202可移动地耦合至入口100，使得成像传感器202能够在垂直方向上移动。可选择的实施例可以在水平方向上移动成像传感器202或者能够围绕对象旋转成像传感器202。在一实施例中，成像传感器202是被配置成在电磁频谱的mmWave频带内工作的无源传感器，用以检测对象以及对象上和/或对象附近的任何材料发射或反射的自然辐射。在可选择的实施例中，成像传感器202被配置成在电磁频谱的太赫兹频带内工作。更具体的是，成像传感器202被配置成在具有大约1THz的较低边界的电磁频谱的区域内工作。进一步可选择的实施例中，成像传感器202是核四级共振(NQR)传感器。在该可选择的实施例中，系统200还包括射频源204，其发射指向对象的RF波。通过对象的该RF波被NQR传感器收集。
在示例性实施例中，系统200还包括耦合至外壳顶部102(图1所示)的痕迹检测传感器206。系统200还包括耦合到外壳底部104(图1所示)的发射器208。在可选择的实施例中，痕迹检测传感器206和/或发射器208能够分别位于外壳顶部以及外壳底部之内，使得该痕迹检测传感器206和/或发射器208对于进入入口100的对象是不可见的。在一实施例中，痕迹检测传感器206是离子迁移率光谱(IMS)传感器，而发射器208是发射载气(例如氮气或空气)的载气发射器，用于输送对象上和/或对象附近的蒸汽和/或粒子至该IMS传感器。在可选择的实施例中，痕迹检测传感器206是核共振荧光传感器，而发射器208是聚焦光子束于入口100内的对象上的光子发射器208。
此外，在示例性实施例中，系统200包括计算机系统210，该计算机系统210分析以及融合成像传感器202和痕迹检测传感器206收集的数据以生成图像，该图像包括对象拥有物中的任何可疑违禁品以及违禁品的化学识别。计算机系统210包括可包括有任何可编程系统的处理器212，该可编程系统包括这样的系统，该系统使用微控制器，精简指令集电路(RISC)，专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑电路(PLC)，以及能够执行此处描述的功能的任何其他电路或处理器。上面的实例只是示例性的，并因此不旨在对术语处理器的定义和域含义以任何方式进行限制。此外，计算机系统210包括一个或多个输入装置，例如鼠标214和/或键盘216。计算机系统210还包括显示器218，用于查看计算机系统210生成的图像。
图3是例示方法300的流程图，该方法300用于定位以及识别对象上和/或对象附近的违禁品。在示例性实施例中，在对象(例如旅客)进入安全入口100(图1所示)之后，利用成像传感器202(图2所示)收集辐射测量数据302。更具体的是，成像传感器202机械地沿第一方向(例如相对于入口100基本垂直)移动。可选择的实施例可以沿基本水平的方向移动成像传感器202或可以围绕对象旋转成像传感器202。在一实施例中，成像传感器202被配置成在电磁频谱的mmWave频带内工作。mmWave传感器检测并收集对象以及对象上和/或对象附近的任何材料发射或反射的辐射，并且生成表示所检测的辐射和/或所检测的材料的一个或多个信号。mmWaves传感器随后将信号传输给计算机系统210(图2所示)供分析。处理器212(图2所示)根据从mmWave传感器接收的信号生成辐射测量图像。
在可选择的实施例中，成像传感器202被配置成在具有大约1THz的较低边界的电磁频谱的区域内工作。太赫兹传感器检测并收集对象以及对象上和/或对象附近的任何材料发射或反射的辐射，并生成表示所检测的辐射的一个或者多个信号。太赫兹传感器随后将信号传输给计算机系统210用于分析。处理器212根据从太赫兹传感器接收的信号生成辐射测量图像。
在进一步可选择的实施例中，成像传感器202是NQR传感器。射频源204(图2所示)以预定频率发射RF波，且该RF波穿过对象。NQR传感器在波穿过对象后检测并收集该RF波。NQR传感器生成表示所检测的RF波的一个或多个信号并将该信号传输至计算机系统210用于分析。处理器212根据从NQR传感器接收的信号生成辐射测量图像。
在示例性实施例中，利用痕迹检测传感器206收集化学数据304。更具体的是，在一实施例中，痕迹检测传感器206是离子迁移率光谱(IMS)传感器，且发射器208是载气发射器。载气发射器发射载气(例如氮气或空气)，其输送对象上和/或对象附近的蒸汽和/或粒子至该IMS传感器。位于IMS传感器内，或者可选择的，位于外壳顶部102(图1所示)内的电离源对载气以及对象蒸汽和/或粒子充电。带电气体和粒子随后由形成并维持于电极与Faraday板之间的静电场梯度加速。该IMS传感器测量在将带电气体和粒子引入漂移区域和带电气体和粒子到达收集器板之间的时间量。该IMS传感器生成表示测量结果的信号并传输该信号至计算机系统210进行分析。处理器212根据从IMS传感器接收的信号确定入口100内空间的可能化学组分。更具体的是，处理器212使用从IMS传感器接收的信号确定对象上和/或对象附近的材料的可能化学组分。
在可选择的实施例中，痕迹检测传感器206是核共振荧光(NRF)传感器，发射器208是光子发射器。发射器以高能光子照射入口100内的对象。该辐射引起对象(以及对象上和/或对象附近的材料)发出伽玛射线(gamma-ray)，NRF传感器随后检测该射线。NRF传感器生成表示所检测伽马射线的信号并传输该信号至计算机系统210进行分析。处理器212根据从NRF传感器接收的信号确定入口100内材料的可能化学组分。更具体的是，处理器212使用从NRF传感器接收的信号确定对象上和/或对象附近的材料的可能化学组分。
在示例性实施例中，处理器212融合306收集的辐射测量数据以及收集的化学数据以生成包括违禁品的位置和/或违禁品的化学组分的图像。该图像包括辐射测量数据以及作为叠加的化学数据。更具体的是，处理器212生成的辐射测量图像包括辐射测量元数据，并且传输至计算机系统210的化学数据包括化学元数据。处理器212将辐射测量元数据和化学元数据组合成单个数据集，结果为显示辐射测量图像并且具有由痕迹检测传感器206检测的化学组分叠加的单个图像。更具体的是，化学组分叠加利用与特定化学组分和/或元素相关的颜色来识别对象上和/或对象附近的材料，其具有相应化学组分和/或元素。例如，最终图像可能包括表示特定类型爆炸物的特定颜色，使得该颜色叠加在入口内正在被扫描的对象所穿的外套内某位置处的辐射测量图像上。位置与化学识别两者均可以通过最终图像确定，基于最终图像的内容和/或根据从最终图像所收集的其它信息使对象经受物理搜查。
总的来说，在一实施例中，提供一种用于定位以及识别对象上的违禁品的方法。该方法包括利用多个辐射测量成像传感器对对象进行扫描并生成表示所检测辐射测量数据的信号。该信号然后由成像传感器传输至计算机系统进行分析。在一实施例中，利用多个辐射测量成像传感器扫描该对象，该多个辐射测量成像传感器被配置成在电磁频谱的毫米(mmWave)区域内工作。在可选择的实施例中，利用多个辐射测量成像传感器扫描该对象，该多个辐射测量成像传感器被配置成在具有至少1太赫兹(THz)的较低频率的电磁频谱的区域内工作。在进一步可选择的实施例中，射频(RF)波被发射并穿过该对象。利用多个核四极共振(NQR)传感器检测该RF波。
该方法还包括利用痕迹检测传感器以及发射器扫描该对象。该痕迹检测传感器生成表示对象上和/或对象附近的蒸汽和/或粒子内的所检测化学组分的信号，并传输该信号至计算机系统进行分析。在一实施例中，该痕迹检测传感器是离子迁移率光谱(IMS)传感器并且该发射器是载气发射器。该载气发射器发射气体，该气体输运入口内的蒸汽和/或粒子至该IMS传感器。在可选择的实施例中，该痕迹检测传感器是核共振荧光(NRF)传感器并且该发射器是光子发射器。该光子发射器以高能光子照射入口内的对象，引起对象(以及对象上和/或对象附近的任何材料)发出伽玛射线。
该方法还包括融合辐射测量数据以及化学数据以形成最终图像，该最终图像显示可疑违禁品的位置以及可疑违禁品的可能化学组分。辐射测量元数据以及化学元数据被组合成单个数据集以及基于该单个数据集对用户显示图像。该图像包括辐射测量图像数据以及化学组分叠加，用于识别可疑违禁品的可能化学组分。
尽管此处已根据各种特定的实施例描述了该方法以及系统，本领域技术人员将认识到此处描述的方法以及系统能够在所附的权利要求的精神与范围内有修改的实践。

Claims (20)

1.一种用于定位以及识别对象上的违禁品的方法，所述方法包括：
利用多个成像传感器扫描对象以收集辐射测量数据；
利用痕迹检测传感器从位于对象上或位于对象附近的化学蒸汽和粒子收集化学数据；
融合收集的辐射测量数据以及收集的化学数据以生成违禁品的位置以及违禁品的化学组分的概率中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中扫描对象包括通过使用多个被配置成在电磁频谱的毫米波区域内工作的辐射测量成像传感器来扫描对象。
3.根据权利要求1所述的方法，其中扫描对象包括通过使用多个被配置成在具有至少1太赫兹的较低频率的电磁频谱的区域内工作的辐射测量成像传感器来扫描对象。
4.根据权利要求1所述的方法，其中扫描对象包括通过使用多个核四极共振传感器来扫描对象。
5.根据权利要求1所述的方法，其中扫描对象包括在第一方向上机械地移动多个成像传感器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中收集化学数据包括通过使用离子迁移率光谱传感器来收集化学数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其中收集化学数据包括通过使用核共振荧光传感器来收集化学数据。
8.根据权利要求1所述的方法，其中融合辐射测量数据以及化学数据包括将辐射测量数据的元数据与化学数据的元数据组合以生成向用户显示的融合图像，该融合图像包括辐射测量图像以及叠加的化学数据。
9.一种用于定位以及识别对象上的违禁品的安全入口，所述安全入口包括：
多个成像传感器，用于收集对象的辐射测量数据；
痕迹采样传感器，用于从对象收集化学数据；以及
计算机系统，被配置成在操作上耦合至所述多个成像传感器以及所述痕迹采样传感器，所述计算机系统进一步被配置成融合辐射测量数据以及化学数据以获得违禁品的位置以及组分中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的的安全入口，进一步包括包括门架，该门架包括圆柱形形状要素，当收集对象的辐射测量数据时，所述多个成像传感器在所述门架内机械地移动。
11.根据权利要求9所述的的安全入口，其中所述多个成像传感器被配置成在电磁频谱的毫米波区域和具有至少1太赫兹的较低边界频率的电磁频谱的区域之一内工作。
12.根据权利要求9所述的的安全入口，其中所述多个成像传感器包括多个核四极共振传感器。
13.根据权利要求9所述的的安全入口，其中所述痕迹采样传感器包括离子迁移率光谱传感器。
14.根据权利要求9所述的的安全入口，其中所述痕迹采样传感器包括核共振荧光传感器。
15.根据权利要求9所述的的安全入口，其中所述计算机系统进一步被配置成将辐射测量数据的元数据与化学数据的元数据组合以生成向用户显示的融合图像，该融合图像包括辐射测量图像以及叠加的化学数据。
16.一种用于定位以及识别对象上的违禁品的系统，所述系统包括：
门架，包括圆柱形形状要素；
多个成像传感器，被配置成在所述门架内机械地移动以收集对象的辐射测量数据；
痕迹采样传感器，耦合至所述门架并被配置成从对象收集化学数据；以及
计算机系统，电耦合至所述多个成像传感器以及所述痕迹采样传感器，所述计算机系统被配置成融合辐射测量数据以及化学数据来确定违禁品的位置和组分中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的的系统，其中所述多个成像传感器被配置成在电磁频谱的毫米波区域和具有至少1太赫兹的较低边界频率的电磁频谱的区域之一内工作。
18.根据权利要求16所述的的系统，其中所述多个成像传感器包括多个核四极共振传感器。
19.根据权利要求16所述的的系统，其中所述痕迹采样传感器包括离子迁移率光谱传感器和核共振荧光传感器之一。
20.根据权利要求16所述的的系统，其中所述计算机系统进一步被配置成将辐射测量数据的元数据与化学数据的元数据组合以生成向用户显示的融合图像，该融合图像包括辐射测量图像以及叠加的化学数据。
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