CN106094047A - 一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及安全检查设备领域，尤其是一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法及装置。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法及装置，以实现对铁磁性金属违禁物品的实时检测和甄选辨别，在保证高灵敏度同时，解决了传统安检设备笨重，稳定性差，具有辐射伤害等问题。本发明控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算；当1到n个地磁传感器m个轴向磁场强度与n+1到2n个地磁传感器m个轴向磁场强度相似度高于相似度阈值时，则测试人通过探测区域未携带违禁物品；否则，测试人通过探测区域被测物可能违禁物品，进行人工检查。

Description

一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法及装置
技术领域
本发明涉及安全检查设备领域，尤其是一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法及装置。
背景技术
近几年，恐怖事业的猖獗使恐怖分子成为各国安全部门誓要打击的对象。此时国际社会对“安全防范”的认知也被提到了一个新高度。安检系统的应用领域也成功地用于公安反恐、机场、法院、检察院、监狱、车站、博物馆、体育馆、会展中心、演出场所、娱乐场所等需要安检的场所，带动了安检设备的快速发展。
现有的主要安检手段包括电涡流式安检系统、X射线背散射安检仪和毫米波探测仪。
电涡流式安检系统基于电涡流效应，使用线圈作为发射器和接收器。该技术发出强大的交变的电流通过线圈，从而产生交变磁场。当金属物经过探测器时，在金属物内产生一个相反的磁场，导致磁场分布和线圈之间的互感发生变化。如果接收线圈的电阻和电感值存在微小变化，有可能是一个金属物体干扰它。
背散射人体检查设备利用了X射线与物质相互作用的康普顿散射效应，采用点扫描成像原理，设备采集被检人体背向散射的X射线，生成清晰的被检人体的背散射X射线图像。由于这种设备使用的X射线能量低，射线只能穿透衣服，不能穿透人体，所以，必须要求被检人转身，完成另一个侧面的扫描检查。但是，背散射人体安检仪因其安全性和隐私保护等问题一直饱受争议。
毫米波人体安检机利用毫米波反射技术，类似于红外成像，利用毫米波能穿透某些可见光和红外不能穿透的物质的原理成像，使用物体分析技术和图像处理技术识别出材料特性，并显现出隐藏的违禁品和危险品。相比X射线背散射技术原理来说，毫米波技术具有更好的隐私保护功能以及对人体健康危害更小。
所述的传统安检系统由于采用主动收发模式，为了达到所需的探测范围，会引起体积重量庞大，搬运和调试困难，具有辐射危害性，可靠稳定性差等缺点，在一定程度上限制了其推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法及装置。本发明的目的是提供一种基于地磁异常探测的阵列式智能判别安检方法，以实现对铁磁性金属违禁物品的实时检测和甄选辨别，在保证高灵敏度同时，解决了传统安检设备笨重，稳定性差，具有辐射伤害等问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法包括：
步骤1：2n个地磁传感器，对称分布在左、右支撑柱体上；左支撑柱体上从上到下依次均匀分布1到n个地磁传感器；右支撑柱体从下至上依次均匀分布n+1到2n个地磁传感器；所以1到n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；所以n+1到2n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；左、右支撑柱体之间形成探测区域；n大于等于1；
步骤2：通过2n个地磁传感器采集的m轴向磁场分量分别依次通过放大器、调理电路后，通过控制单元进行采集；
步骤3：控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算；当1到n个地磁传感器m个轴向磁场强度与n+1到2n个地磁传感器m个轴向磁场强度相似度高于相似度阈值时，则测试人通过探测区域未携带违禁物 品；否则，测试人通过探测区域被测物可能违禁物品，进行人工检查。
进一步的，所述步骤3中控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤31：假设测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的s个轴向上的磁场分量B1(j,t)，B2(j,t)，......,Bs(j,t),并计算磁场强度值sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)在时间t内的变化曲线,建立时间t与对应时刻的磁场强度值曲线表；
步骤32：计算左支撑柱体m个地磁传感器的磁场强度sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)，与相对应位置的右支撑柱体上2n+1-m个地磁传感器的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+......+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度，(m＝1,2,3…,n)。
进一步的，所述s为3，分别表示x方向、y方向以及Z方向地磁传感器的磁场强度值；则步骤3中控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤311：测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的三个轴向上的磁场分量Bx(j,t)，By(j,t)，Bz(j,t)，并计算磁场强度值sqrt(Bx(j)2+By(j)2+Bz(j)2)在时间t内的变化曲线；
步骤312：计算左支撑柱体中m个的磁场强度sqrt(Bx(m,t)2+By(m,t)2+Bz(m,t)2)，与相对应的右支撑柱体中2n+1-m的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度。
进一步的，所述地磁传感器包括基于磁阻，霍尔，巨磁阻、磁通门原理的地磁弱信号传感器，s大于等于1。
一种基于地磁异常探测的阵列式安检装置包括：
2n个地磁传感器，对称分布在左、右支撑柱体上；左支撑柱体上从上到下依次均匀分布1到n个地磁传感器；右支撑柱体从下至上依次均匀分布n+1到2n个地磁传感器；所以1到n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；所以n+1到2n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；左、右支撑柱 体之间形成探测区域；
通过2n个地磁传感器采集的m轴向磁场分量分别依次通过放大器、调理电路后，通过控制单元进行采集；
控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算；当1到n个地磁传感器m个轴向磁场强度与n+1到2n个地磁传感器m个轴向磁场强度相似度高于相似度阈值时，则测试人通过探测区域未携带违禁物品；否则，测试人通过探测区域被测物可能违禁物品，进行人工检查。
进一步的，所述控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤31：假设测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的s个轴向上的磁场分量B1(j,t)，B2(j,t)，......,Bs(j,t),并计算磁场强度值sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)在时间t内的变化曲线,建立时间t与对应时刻的磁场强度值曲线表；
步骤32：计算左支撑柱体m个地磁传感器的磁场强度sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)，与相对应位置的右支撑柱体上2n+1-m个地磁传感器的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+......+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度，(m＝1,2,3…,n)。
进一步的，所述s为3，表示x方向、y方向以及Z方向；则步骤3中控制
单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤311：测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的三个轴向上的磁场分量Bx(j,t)，By(j,t)，Bz(j,t)，并计算磁场强度值sqrt(Bx(j)2+By(j)2+Bz(j)2)在时间t内的变化曲线；
步骤312：计算左支撑柱体中m个的磁场强度sqrt(Bx(m,t)2+By(m,t)2+Bz(m,t)2)，与相对应的右支撑柱体中2n+1-m的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度。
进一步的，所述地磁传感器包括基于磁阻，霍尔，巨磁阻、磁通门原理的地磁弱信号传感器，s大于等于1。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
经大量实验证明，在被测人物经过探测区域的速度和姿态较为稳定的前提下，若被测人员仅携有皮鞋和皮带，其在左支撑柱体和高度相同的右支撑柱体中地磁传感器产生的磁异常信号相似度很高，一般高于相似度阈值。而若同时再携带手机等违禁物品，相似性将下降为相似度阈值以下。测试60组数据(包括单独携带鞋，或单独携带皮带，或携带鞋和手机，或携带皮带和手机这4种情况，每种情况随机测试15次)，仅出现3次误报和3次漏报，错误概率约10％。表明该方法相对于市面上现有安检技术，可有效排除皮鞋和皮带等误扰物品。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为地磁传感器安检装置结构图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明相关说明：
1.所述计算相似度的方法为偏矩估计算法。
2.调理电路包括模数转换和低通滤波电路，放大器输出端依次通过模数转换电路、低筒滤波电路后与控制电路连接；控制电路通过控制器CPU等实现。
3.地磁传感器采集的信号能分成s个轴线方向的磁场强度。
4.相似度阈值范围是大于0.6。
5.x方向、y方向以及Z方向与大地坐标系三个轴向分布对应相同。
实施例一：
当有铁磁性物体经过检测区域时，导致检测区域内的磁场分布发生畸变，地磁传感器采集到的变化的磁场信号经放大和调理电路后，输入至控制单元进行判决处理。
针对某些磁性皮带扣和含铁磁金属装饰物的鞋引入的误报问题，本发明中采用的判决方法如下，假设共有2n个通道(n为>0的整数)地磁传感器，左侧和右侧各有n个通道，且每个通道可以探测x，y，z三个轴向的磁场分量。若左侧某个通道编号为m，则与其高度一致的右侧通道编号为2n+1-m；
1)假设测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的三个轴向上的磁场分量Bx(j,t)，By(j,t)，Bz(j,t)，并计算磁场强度值sqrt(Bx(j)2+By(j)2+Bz(j)2)在时间t内的变化曲线；
2)计算左侧通道m(m＝1,2,3…,n)的磁场强度sqrt(Bx(m,t)2+By(m,t)2+Bz(m,t)2)，与相对应的右侧通道2n+1-m的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+Bz(2n+1-m,t)2)的互相关矩阵，计算方法位统计分析中常见的偏矩估计算法，本发明中不再赘述。
3)由于测试人的鞋和皮带扣属于磁场分布对称性高的物体，当存在有待测违禁物品时，磁场的对称分布性被破坏，步骤2中所求的互相关系数的绝对值较无违禁物品时，会出现大幅下降。基于该种手段，可有效地排除磁性皮带扣和含铁磁金属装饰物的鞋带来的误扰。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法，其特征在于包括：
步骤1：2n个地磁传感器，对称分布在左、右支撑柱体上；左支撑柱体上从上到下依次均匀分布1到n个地磁传感器；右支撑柱体从下至上依次均匀分布n+1到2n个地磁传感器；所以1到n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；所以n+1到2n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；左、右支撑柱体之间形成探测区域；
步骤2：通过2n个地磁传感器采集的m轴向磁场分量分别依次通过放大器、调理电路后，通过控制单元进行采集；
步骤3：控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算；当1到n个地磁传感器m个轴向磁场强度与n+1到2n个地磁传感器m个轴向磁场强度相似度高于相似度阈值时，则测试人通过探测区域未携带违禁物品；否则，测试人通过探测区域被测物可能违禁物品，进行人工检查。
2.根据权利要求1所述的一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法，其特征在于所述步骤3中控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤31：假设测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的s个轴向上的磁场分量B1(j,t)，B2(j,t)，......,Bs(j,t),并计算磁场强度值sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)在时间t内的变化曲线,建立时间t与对应时刻的磁场强度值曲线表；
步骤32：计算左支撑柱体m个地磁传感器的磁场强度sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)，与相对应位置的右支撑柱体上2n+1-m个地磁传感器的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+......+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度，(m＝1,2,3…,n)。
3.根据权利要求2所述的一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法，其特征在于所述s为3，分别表示x方向、y方向以及Z方向地磁传感器的磁场强度 值；则步骤3中控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤311：测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的三个轴向上的磁场分量Bx(j,t)，By(j,t)，Bz(j,t)，并计算磁场强度值sqrt(Bx(j)2+By(j)2+Bz(j)2)在时间t内的变化曲线；
步骤312：计算左支撑柱体中m个的磁场强度sqrt(Bx(m,t)2+By(m,t)2+Bz(m,t)2)，与相对应的右支撑柱体中2n+1-m的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度。
4.根据权利要求1所述的一种基于地磁异常探测的阵列式安检方法，其特征在于所述地磁传感器包括基于磁阻，霍尔，巨磁阻、磁通门原理的地磁弱信号传感器，s大于等于1。
5.一种基于地磁异常探测的阵列式安检装置，其特征在于包括：
2n个地磁传感器，对称分布在左、右支撑柱体上；左支撑柱体上从上到下依次均匀分布1到n个地磁传感器；右支撑柱体从下至上依次均匀分布n+1到2n个地磁传感器；所以1到n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；所以n+1到2n个地磁传感器分布于垂直地平线的任一直线上；左、右支撑柱体之间形成探测区域；
通过2n个地磁传感器采集的m轴向磁场分量分别依次通过放大器、调理电路后，通过控制单元进行采集；
控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算；当1到n个地磁传感器m个轴向磁场强度与n+1到2n个地磁传感器m个轴向磁场强度相似度高于相似度阈值时，则测试人通过探测区域未携带违禁物品；否则，测试人通过探测区域被测物可能违禁物品，进行人工检查。
6.根据权利要求5所述的一种基于地磁异常探测的阵列式安检装置，其特征在于所述控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤31：假设测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通 道j的s个轴向上的磁场分量B1(j,t)，B2(j,t)，......,Bs(j,t),并计算磁场强度值sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)在时间t内的变化曲线,建立时间t与对应时刻的磁场强度值曲线表；j＝1,2,3……，2n；
步骤32：计算左支撑柱体m个地磁传感器的磁场强度sqrt(B1(j)2+B2(j)2+......+Bs(j)2)，与相对应位置的右支撑柱体上2n+1-m个地磁传感器的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+......+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度，m＝1,2,3…,n。
7.根据权利要求5所述的一种基于地磁异常探测的阵列式安检装置，其特征在于所述s为3，表示x方向、y方向以及Z方向；则步骤3中控制单元采集的2n个地磁传感器的m轴向磁场分量进行相似度计算具体过程是：
步骤311：测试人通过测试区域的时间为t，记录该段时间t内所有通道j(j＝1,2,3……，2n)的三个轴向上的磁场分量Bx(j,t)，By(j,t)，Bz(j,t)，并计算磁场强度值sqrt(Bx(j)2+By(j)2+Bz(j)2)在时间t内的变化曲线；
步骤312：计算左支撑柱体中m个的磁场强度sqrt(Bx(m,t)2+By(m,t)2+Bz(m,t)2)，与相对应的右支撑柱体中2n+1-m的磁场强度sqrt(Bx(2n+1-m,t)2+By(2n+1-m,t)2+Bz(2n+1-m,t)2)的相似度。
8.根据权利要求5所述的一种基于地磁异常探测的阵列式安检装置，其特征在于所述地磁传感器包括基于磁阻，霍尔，巨磁阻、磁通门原理的地磁弱信号传感器，s大于等于1。
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