CN108345050A - 多层次多维度立体化智能安检系统 - Google Patents

Abstract

一种多维度立体化智能安检系统，包括：智能安检管理模块和分别与之相连的X光机物品安检模块、被动式太赫兹成像模块、图像围栏模块和电子围栏模块，其中：被动式太赫兹成像模块的两台太赫兹主机、分别设置于行人检测通道的一侧两端，X光机物品安检模块设置于行人检测通道的另一侧，图像围栏模块的光场相机设置于行人检测通道的起点，本发明从多层次多维度进行架构，利用光场技术与人像比对，并采用电子围栏模块对覆盖范围内手机特征码信息进行采集，实现对重点关注人员标注预警；融合高通过率的被动式实时成像太赫兹和人工智能技术，对服饰内物品自动发现报警并抓拍全身人像；还包含对违禁物品自动识别报警功能的X光机物品安检模块。

Description

多层次多维度立体化智能安检系统

技术领域

本发明涉及的是一种安检领域的技术，具体是一种全覆盖、非接触、不停留的多层次多维度立体化智能安检系统。

背景技术

现有的安全检测手段功能比较单一，无法实现不同种类、不同物质、不同对象的多元化联动检测。例如现有的X光机图像检测针对固态和液态危险品无法实现一次性的有效判别；现有的安防图像采集设备则无法解决物品因放置角度和重叠遮挡导致的图像识别困难等问题，极易造成误检、漏检；安检机报警平台存在一定延后性；现有的视频监控设备对于人体安检，缺乏有效的信息化模块，大多以人工监控为主，摄像视野范围较小且存在像素低、遮挡和拍摄死角等问题。

发明内容

本发明针对现有技术关联性差、信息不共享、缺乏联动，预警、防范和查控滞后的缺陷，提出一种多层次多维度立体化智能安检系统，整合图像围栏、电子围栏、人体安检、物品安检、信息研判、预警推送等技术手段，从多层次多维度进行架构，利用光场技术与人像比对，并采用电子围栏模块对覆盖范围内手机特征码信息进行采集，实现与布控黑名单比对，比中信息预警后及时推送；融合高通过率的被动式实时成像太赫兹和人工智能技术，对服饰内物品自动发现报警并抓拍全身人像；还包含对违禁物品自动识别报警功能的X光机物品安检模块。通过整合人体安检、物品安检、电子围栏、图像围栏等技术，实现各子模块的深度融合与联动，建设智能安检综合信息平台实现智能安检模块的全信息全面呈现。模块通过实时采集，快速研判、预警推送等技术手段，实现安检工作的信息化、智能化、现代化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：智能安检管理模块和分别与之相连的X光机物品安检模块、被动式太赫兹成像模块、图像围栏模块和电子围栏模块，其中：被动式太赫兹成像模块的两台太赫兹主机、分别设置于行人检测通道的一侧两端，X光机物品安检模块设置于行人检测通道的另一侧，图像围栏模块的光场相机设置于行人检测通道的起点。

所述的智能安检管理模块包括：基础设施单元、数据资源存储与服务单元和业务应用单元，其中：基础设施单元包括服务器、存储器和互联网接口；数据资源存储与服务单元分别与X光机物品安检模块、被动式太赫兹成像模块、图像围栏模块和电子围栏模块相连并接收X光机匹配结果、安检图片、人脸匹配信息和设备匹配结果后建立中间件并与基础设施单元之间进行数据库存储和文件存储，实现各模块接口集成；业务应用单元通过互联网推送预警信息并收集处置反馈信息，实现安检门户网站、安检通道可视化管理、综合信息可视化、人流时空分析、关联分析、安检信息管理、预警信息推送与处置反馈、手机端轻应用、设备管理、系统管理等功能。

所述的X光机物品安检模块包括：射线源、用于控制整台设备的强电与弱电的电路的电控传感器单元、电控单元、用于接收X射线能量并转化为电信号的弧形探测器阵列、机械传动部件和数据采集处理单元，其中：探测器中包含数据采集处理系统和接收板卡，弧形探测器阵列中每组探测器均设有高能、低能能谱采集传感器，电控传感器检测并响应被检对象在检测通道不同位置时的信号，机械传动部件承载被检对象匀速通过监测仪，数据采集处理单元获取原始数字信号经并行算法处理后采用时序与位置信息及对象密度数据相结合的方式，实现基于原子序数特征的比对检测。

所述的被动式太赫兹成像模块包括：太赫兹主机以及分别与之相连的用于控制室温的环境控制单元、中央控制单元以及用于存储和识别太赫兹图像信息的智能识别单元。

所述的图像围栏模块包括：光场相机、人脸识别模块和图像对比模块，其中：光场相机包括多个相机组成的阵列对重点目标场景拍摄的图像作为人脸识别模块的输入源，人脸识别模块的预处理单元对采集的原始信号进行去噪声处理并确定人脸所在的区域，人脸识别模块的特征提取单元将处理后的信号转换成人脸特征值，图像对比模块将目标特征与数据库中的人脸特征进行运算比较并确定匹配图像及其身份。

所述的电子围栏模块包括：用于采集电子设备信息的无线采集设备、大数据分析平台、关系数据库和应用功能模块，其中：大数据分析平台接入数据并进行分析挖掘处理后生成标准化业务数据格式的结果集，并通过服务接口将结果集分别输出至关系型数据库和应用功能模块，应用功能模块经结果分析后与智能安检管理模块相连并传输实时采集信息和告警信息。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过不同领域技术的融合及优化对安检实现全覆盖。人体安检达到“不停留、非接触、无感知”等标准，物品安检采用被检测对象密度进行比对，在对危险品进行初筛的同时并对危险品进行判定。利用图像围栏模块和电子围栏模块对布控黑名单进行监控。本发明的光场去遮挡效果，在人流密集区域可捕捉一定范围内的人脸图像，具有清晰度高等优点。在刑事科学技术领域，该智能安检模块的各个子模块间的联动，形成高效的智能安检系统。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为X光机物品安检模块示意图；

图3为X光机物品安检流程示意图；

图4为被动式太赫兹成像模块示意图；

图5为图像围栏模块的光场图像生成示意图；

图6为实施例效果示意图；

图中：智能安检管理模块1、X光机物品安检模块2、被动式太赫兹成像模块3、图像围栏模块4、电子围栏模块5、行人检测通道6、行人7、射线源201、电控传感器单元202、电控单元203、弧形探测器阵列204、机械传动部件205、数据采集处理单元206、报警单元207、被测物体208、太赫兹主机301a、301b、环境控制单元302、太赫兹屏蔽机构3021、冷却机构3022、中央控制单元303、智能识别单元304、光场相机401、人脸识别及图像对比模块402、无线采集设备501、大数据分析平台502。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种多维度立体化智能安检系统，包括：智能安检管理模块1和分别与之相连的X光机物品安检模块2、被动式太赫兹成像模块3、图像围栏模块4和电子围栏模块5，其中：被动式太赫兹成像模块3的两台太赫兹主机301a、301b分别设置于行人检测通道6的一侧两端，X光机物品安检模块2设置于行人检测通道6的另一侧，图像围栏模块4的光场相机401设置于行人检测通道6的起点a。

所述的智能安检管理模块包括：基础设施单元、数据资源存储与服务单元和业务应用单元，其中：基础设施单元包括服务器、存储器和互联网接口；数据资源存储与服务单元分别与X光机物品安检模块、被动式太赫兹成像模块、图像围栏模块和电子围栏模块相连并接收X光机匹配结果、安检图片、人脸匹配信息和设备匹配结果后建立中间件并与基础设施单元之间进行数据库存储和文件存储，实现各模块接口集成；业务应用单元通过互联网推送预警信息并收集处置反馈信息，实现安检门户网站、安检通道可视化管理、综合信息可视化、人流时空分析、关联分析、安检信息管理、预警信息推送与处置反馈、手机端轻应用、设备管理、系统管理等功能。

如图2所示，所述的X光机物品安检模块2包括：射线源201、用于控制整台设备的强电与弱电的电路的电控传感器单元202、电控单元203、用于接收X射线能量并转化为电信号的弧形探测器阵列204、机械传动部件205、数据采集处理单元206和报警单元207，其中：探测器中包含数据采集处理系统和接收板卡，弧形探测器阵列204中每组探测器均设有高能、低能能谱采集传感器，电控传感器检测并响应被检对象在检测通道不同位置时的信号，机械传动部件承载被检对象匀速通过监测仪；数据采集处理单元通过数字采集卡获取原始数字信号传输到DSP数字信号处理器，经并行算法处理后传输到FPGA自动化分析队列。采用时序与位置信息及对象密度数据相结合的方式，实现基于原子序数特征的比对检测。报警系统，设备本身带有标准特征比对库(数据库)，根据数据库中的原子序数特征来比对识别物质，实现报警提示。同时可以根据客户需求，建立新的检测特征数据。智能化安检机的智能比对特征库(数据库)是实现设备报警的主要核心部分，设备突破了之前图片数据库的概念，而是对采样入库的物质进行原子序数、灰度等级、密度以及承载容器等各个方面的考量，实现了对采样物质的准确定义，这样的采样数据是十分真实而且准确的，在实际检测过程中可以实现准确的检测判别。

如图3所示，所述的机械传动部件205中设有低衰减率环保传送带，当检测物品208在设备中经X射线扫描，采用弧形探测器阵列204接受被检物品的x射线信号，通过光电信号转换由计算机对数据进行算法分析，根据物质密度和有效原子序数生成彩色图像，最后在显示器中显示被检物品图像。

如图4所示，所述的被动式太赫兹成像模块3包括：太赫兹主机301以及分别与之相连的用于控制室温的环境控制单元302、中央控制单元303以及用于存储和识别太赫兹图像信息的智能识别单元304。

所述的太赫兹主机301包括：机架结构和设置与其内部的太赫兹准光单元、太赫兹探测阵列单元、高速数据采集单元、信号处理单元、控制及识别单元，其中：高速数据采集单元与信号处理单元相连并传输数字电压信息，信号处理单元与控制及识别单元相连并传输实时太赫兹图像信息和控制信息，控制及识别单元与智能识别单元304相连并传输实时太赫兹图像信息。

所述的环境控制单元302包括：太赫兹屏蔽机构3021以及冷却机构3022，其中：冷却机构运用了多重雾化和湿膜技术，产生的冷凝水导入冷却机构冷凝侧，导入冷凝侧的冷凝水分为两部分，一部分通过机械雾化、电加热雾化与超声波雾化多重雾化来完成冷凝水雾化，雾化的空气通过离心风机带出整个机构，另一部分冷凝水进入湿膜，通过冷凝器出风口完成水分排出。

所述的太赫兹屏蔽机构3021由多块分离壁板拼接组成，各个壁板上设有拼接接口以便拼装，分开的壁板可方便存储和运输。壁板采用空腔式分层结构，外饰面层在最外侧，支承层为第二层，空腔层为第三层，内饰面层为最内层，保证内侧美观的同时，也为设备舱内各个设备的固定提供支撑。

所述的太赫兹屏蔽机构内进一步设有电力控制机构、照明机构以及人机交互机构，其中：电力机构为整个机构提供电力输入，并包含有专门电力控制机构，可自动控制电力机构的断开与闭合。照明机构为整个机构提供灯光照明，采用全LED灯组，配合专业工业设计造型，完成功能性同时，保证整体美观；人机交互机构为整个安检机构提供人机交互与远程控制，可对被安检人员进行实时监控，并远程控制与监控设备使用运行状况，整个机构经过计算机热力学仿真，机构能保持30℃以下的温度控制，满足机构使用需求。

所述的配电箱包括：配电网络、电源指示灯、钥匙开关，其中：配电网络用于被动式太赫兹成像模块各个单元的配电，电源指示灯用于显示中控台已经处于带电待工作状态；钥匙开关旋钮用于被动式太赫兹成像模块的一键开关机控制。

所述的中央控制单元上设有用于将太赫兹人体预警数据信息和报警人像抓拍信息上传至智能安检管理模块的预警数据接口以及用于将安检通道中光学监控视频信息上传至智能安检管理模块的光学视频接口。

所述的图像围栏模块4包括：光场相机401、人脸识别模块和图像对比模块402，其中：光场相机包括多个相机组成的阵列对重点目标场景拍摄的图像作为人脸识别模块的输入源，人脸识别是一种重要的生物特征识别技术，是通过计算机自动判断两幅人脸照片相似度的技术统称。一个典型的人脸识别流程如下图所示，其中：信号采集部分通过光学(如照相机、摄像机、扫描仪)传感设备采集人脸照片。人脸识别模块的预处理单元对采集的原始信号进行去噪声处理并确定人脸所在的区域，人脸识别模块的特征提取单元将处理后的信号转换成人脸特征值，图像对比模块将目标特征与数据库中的人脸特征进行运算比较并确定匹配图像及其身份。

所述的人脸识别模块采用基于机器学习的人脸检测算法和基于三维特征向量的人脸识别算法，通过精确的人脸检测及特征点定位、人脸的三维特征向量模型、人脸角度估计，进行人脸三维变换和低失真变形，将目标人脸与样本人脸特征向量对齐，提高比对精度，从而有效提高在各种情况下的人脸识别效果。

所述的人脸识别模块包括：用于获取待比对对象的高质量图像的采集模块、用于将图像转换为计算机能理解的特征编码，并与预存的人脸数据库(一般称为“比对目标库”)进行比较，确认待比对对象的身份的比对模块、将比对结果与用户出警确认通过WEB或APP方式紧密联系在一起的后处理模块。提供人脸注册、人脸布控、人数抓拍统计、人脸库管理、检索比对等核心业务功能。

通过在关键卡点及周边布置基于光场技术的人脸识别摄像机，首先，根据实际的应用场景，通过设定不同的焦平面；其次，根据光场的内外参数和透视投影变换方法，将深度传感器捕获的场景深度信息重投影至光场彩色传感器阵列，形成对应的重投影深度信息；然后，利用光场图像数据进行光场合成孔径成像渲染，并根据相应的深度信息，逐像素去除人流(人与物)之间的相互遮挡，在设定焦平面上完成清晰无遮挡的光场重聚焦成像结果；最后，将光场采集原始图像/视频流和光场渲染图像/视频流经过对应的压缩算法传输至图像/视频服务器，并接入相关的人脸检测与识别模块，利用对焦平面的聚焦成像数据进行人脸检测与识别，做到事前预警和事中研判。对于相关的图像/视频数据在服务器进行留存形成图像/视频摘要，做到事后验证。

利用高帧率检测，通过高斯背景建模、拉普拉斯变换、色彩空间转换和图像金字塔模型构建等多种计算机视觉和图像处理算法对光场图像数据进行包括信号丢失、噪声检测、偏色检测、失焦检测和人为干扰检测等全方位的图像质量评估。同时对于光场多传感器设定中所检测的冗余人脸，根据其空间位置和对应传感器的深度信息，通过投影映射进行空间维度的关联(多相机帧内协同)和去重(输出最正脸)，然后通过目标跟踪算法对同一人脸进行时间维度的关联(多相机帧间协同)和去重(输出同一人脸的运动轨迹)，从而实现1080p全画幅人脸检测，30fps全帧光场实时处理，人群间距40cm捕获清晰无遮挡人像，去遮挡有效范围为2.5m×6m，能实现高质量推图模式，过滤不符合识别要求的人脸。

如图1所示，所述的电子围栏模块5包括：用于采集电子设备信息的无线采集设备501、大数据分析平台502、关系数据库和应用功能模块，其中：大数据分析平台接入数据并进行分析挖掘处理后生成标准化业务数据格式的结果集，并通过服务接口将结果集分别输出至关系型数据库和应用功能模块，应用功能模块经结果分析后与智能安检管理模块相连并传输实时采集信息和告警信息。

所述的应用功能模块包括：手机信息布控单元和黑名单布控单元，其中：智能安检管理模块将黑名单手机号下发至手机信息布控单元，手机信息布控单元将嫌疑人手机号传入数据比对平台进行翻译并将翻译好的信息布控至黑名单布控单元，完成黑名单布控。

如图5所示为光场图像围栏流程图，在传统的视频图像人脸分析的基础上，光场图像围栏模块利用光场相机阵列设备进行光场数据的采集，通过合成孔径技术进行光场重对焦去除遮挡，并配合原始视频将重对焦视频输出至视频流服务器，转送给人脸识别服务器。人脸识别服务器对视频流进行分析比对，将预警人员信息输出至报警平台。

如图6为光场去遮挡实例。光场数据推流模块为光场监控系统的后端接口模块，直接通过流服务器对接图像围栏系统。首先，该模块对原始光场图像流以及光场渲染图像流进行格式转换和编解码，在保证图像质量的同时压缩数据传输量，节省图像流带宽；其次该模块在推流模块中采用了可扩展、易解析、安全性高的RTSP协议；最后，该模块将相关的数据流(原始流、重对焦流)输出至视频流服务器，直接与图像围栏系统后端进行对接。图像围栏系统后端进行如人脸比对，人脸识别等相关的监控业务与应用。光场数据渲染模块为光场监控系统的重要算法模块。首先根据光场成像系统的内外参，对采集到的画面进行去畸变，并通过投影技术手段去除倾斜角对监控画面的影响；然后，利用光场合成孔径成像技术和光场重建算法，根据不同的聚焦参数，对图像进行不同焦平面的光场重聚焦渲染，完成光场去遮挡功能。

本发明涉及上述系统的检测方法，具体步骤为：当被检人员到达安检通道前，安检系统并行开展四项工作，分别是电子围栏采集手机信息、图像围栏抓取人脸照、物品安检、人体安检，其中：X光机物品安检模块通过时序与位置信息及被检对象密度数据相结合的方式实现基于原子序数特征的比对检测，被动式太赫兹成像模块采用被动式阵列准光聚焦探测技术将待成像区域的图像放大投射到成像焦平面上并采集信号，X光机物品安检模块和被动式太赫兹成像模块向智能安检管理模块输出采集到的安检图片，光场相机利用光场阵列对人群进行数据采集，利用合成孔径光场成像技术，去除遮挡，更快速的获得清晰的人脸数据，并配合原始视频将重对焦视频输出至视频流服务器，转送给图像比对模块，图像比对模块对视频流进行分析比对，将比对成功后的信息进行调取和输出至智能安检模块，电子围栏设备能够自动采集手机通信终端相关参数，前端无线采集设备通过光纤将采集到的数据回传至后台服务器，并与智能安检管理模块下发的黑名单做比对。当采集到的数据与黑名单库匹配正确后，将产生告警并将告警信息及时的推送给智能安检管理模块。智能安检管理模块通过视频网的云服务器将现场人体物品安检图片、图像围栏比对成功后的信息及电子围栏告警信息发送至互联网。指挥中心根据前端反馈信息，下达处置指令开展现场核查并确认是否重点人员，如果是开展现场应急处置并反馈应急处置结果。物品安检如果检测到危爆品则开展现场核查，如果确认危爆品则开展现场应急处置。人体安检如果检测到危爆品则开展现场核查，如果确认危爆品则开展现场应急处置，并反馈处置情况。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种多维度立体化智能安检系统，其特征在于，包括：智能安检管理模块和分别与之相连的X光机物品安检模块、被动式太赫兹成像模块、图像围栏模块和电子围栏模块，其中：被动式太赫兹成像模块的两台太赫兹主机、分别设置于行人检测通道的一侧两端，X光机物品安检模块设置于行人检测通道的另一侧，图像围栏模块的光场相机设置于行人检测通道的起点；

所述的智能安检管理模块包括：基础设施单元、数据资源存储与服务单元和业务应用单元，其中：基础设施单元包括服务器、存储器和互联网接口；数据资源存储与服务单元分别与X光机物品安检模块、被动式太赫兹成像模块、图像围栏模块和电子围栏模块相连并接收X光机匹配结果、安检图片、人脸匹配信息和设备匹配结果后建立中间件并与基础设施单元之间进行数据库存储和文件存储，实现各模块接口集成；业务应用单元通过互联网推送预警信息并收集处置反馈信息，实现安检门户网站、安检通道可视化管理、综合信息可视化、人流时空分析、关联分析、安检信息管理、预警信息推送与处置反馈、手机端轻应用、设备管理、系统管理等功能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的X光机物品安检模块包括：射线源、用于控制整台设备的强电与弱电的电路的电控传感器单元、电控单元、用于接收X射线能量并转化为电信号的弧形探测器阵列、机械传动部件和数据采集处理单元，其中：探测器中包含数据采集处理系统和接收板卡，弧形探测器阵列中每组探测器均设有高能、低能能谱采集传感器，电控传感器检测并响应被检对象在检测通道不同位置时的信号，机械传动部件承载被检对象匀速通过监测仪，数据采集处理单元获取原始数字信号经并行算法处理后采用时序与位置信息及对象密度数据相结合的方式，实现基于原子序数特征的比对检测。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的机械传动部件中设有低衰减率环保传送带，当检测物品在设备中经X射线扫描，采用弧形探测器阵列接受被检物品的x射线信号，通过光电信号转换由计算机对数据进行算法分析，根据物质密度和有效原子序数生成彩色图像，最后在显示器中显示被检物品图像。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的被动式太赫兹成像模块包括：太赫兹主机以及分别与之相连的用于控制室温的环境控制单元、中央控制单元以及用于存储和识别太赫兹图像信息的智能识别单元。

5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征是，所述的太赫兹主机包括：机架结构和设置与其内部的太赫兹准光单元、太赫兹探测阵列单元、高速数据采集单元、信号处理单元、控制及识别单元，其中：高速数据采集单元与信号处理单元相连并传输数字电压信息，信号处理单元与控制及识别单元相连并传输实时太赫兹图像信息和控制信息，控制及识别单元与智能识别单元相连并传输实时太赫兹图像信息；

所述的环境控制单元包括：设置于太赫兹主机外部的太赫兹屏蔽机构以及冷却机构。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的太赫兹屏蔽机构由多块分离壁板拼接组成，各个壁板上设有拼接接口以便拼装；该壁板采用空腔式分层结构，由外而内依次包括外饰面层、支承层、空腔层和内饰面层。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的图像围栏模块包括：光场相机、人脸识别模块和图像对比模块，其中：光场相机包括多个相机组成的阵列对重点目标场景拍摄的图像作为人脸识别模块的输入源，人脸识别模块的预处理单元对采集的原始信号进行去噪声处理并确定人脸所在的区域，人脸识别模块的特征提取单元将处理后的信号转换成人脸特征值，图像对比模块将目标特征与数据库中的人脸特征进行运算比较并确定匹配图像及其身份。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征是，所述的人脸识别模块采用基于机器学习的人脸检测算法和基于三维特征向量的人脸识别算法，通过精确的人脸检测及特征点定位、人脸的三维特征向量模型、人脸角度估计，进行人脸三维变换和低失真变形，将目标人脸与样本人脸特征向量对齐，提高比对精度，从而有效提高在各种情况下的人脸识别效果。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的电子围栏模块包括：用于采集电子设备信息的无线采集设备、大数据分析平台、关系数据库和应用功能模块，其中：大数据分析平台接入数据并进行分析挖掘处理后生成标准化业务数据格式的结果集，并通过服务接口将结果集分别输出至关系型数据库和应用功能模块，应用功能模块经结果分析后与智能安检管理模块相连并传输实时采集信息和告警信息。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征是，所述的应用功能模块包括：手机信息布控单元和黑名单布控单元，其中：智能安检管理模块将黑名单手机号下发至手机信息布控单元，手机信息布控单元将嫌疑人手机号传入数据比对平台进行翻译并将翻译好的信息布控至黑名单布控单元，完成黑名单布控。