CN219594565U - 全身扫描仪 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种全身扫描仪。全身扫描仪包括扫描装置、处理器单元、存储单元和显示单元，扫描装置包括雷达单元，处理器单元与雷达单元连接，从雷达单元接收原始数据并且基于接收到的原始数据来生成图像数据，存储单元与处理器单元连接并且存储图像数据，显示单元与存储单元连接，对表示对象的隐藏表面的图像进行显示。全身扫描仪还包括通过扫描装置的廊道，廊道被配置成允许对象在无障碍路径中通过扫描仪。廊道由第一壁和面向第一壁且与第一壁平行的第二壁界定，廊道具有廊道宽度dx，第一壁和第二壁共用壁长dy，并且无障碍路径在距第一壁为路径距离x₀处延伸；并且廊道宽度dx和所述壁长dy被设置成使得：小于或等于和大于或等于

Description

全身扫描仪

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年9月29日提交的美国临时专利申请No.62/907,655、2019年12月16日提交的美国临时专利申请No.62/948,337、2019年12月31日提交的美国临时专利申请No.62/955,482和2020年9月15日提交的美国临时专利申请No.63/078,336的优先权，其内容通过引用被整体并入。

技术领域

本文的公开涉及用于对表面进行雷达成像的系统和方法。特别地，但非排他性地，本公开涉及对被外层覆盖的隐藏表面进行成像。

背景技术

物体扫描，诸如安全扫描，通常使用金属检测器来执行，该金属检测器能够检测被隐藏在衣服下面、包装件或其他不透明外层内的金属物体的存在。金属检测器是方便的，因为它们可以被安装在框架或手持式扫描设备中。然而，金属检测器只检测金属物体，而且它们通常不提供成像数据来指示被检测物体的形状或性质。

各种成像方法是已知的，诸如X射线设备，X射线设备可以用于对被隐藏在不透明外层后面的物体进行成像。各种能量级别的X射线可能用于检测各种类型的物体。然而，X射线是对健康有害的，而且X射线设备是大型且笨重的。因此，X射线设备不适合用于手持式扫描仪。

全身扫描仪通常要求扫描仪围绕被扫描对象旋转，以便将对象的整个表面暴露于扫描辐射。可替代地，对象可以相对于扫描仪旋转。这可能是耗时且繁琐的。实际上，这可能会限制可以被扫描的对象的数量，特别是对于安全情况诸如有大量对象的机场等。

实用新型内容

可以用于对隐藏物体进行成像的有效的扫描系统和方法是一种长期存在的需要。本公开解决了这种需要。

根据本公开主题的一个方面，引入了一种用于对由不透明外层覆盖的隐藏表面进行成像的系统。扫描系统包括雷达单元、处理器单元、存储单元和显示器。

雷达单元可以包括：至少一个发射器天线，该发射器天线连接到振荡器并被配置成穿过不透明外层向隐藏表面发射电磁波；和至少一个接收器天线，该接收器天线被配置成接收由隐藏表面反射的电磁波并且可操作成生成原始数据。处理器单元可以被配置成从雷达单元接收原始数据并且可操作成基于接收到的数据来生成图像数据。存储单元可以被配置并且可操作成存储图像数据。显示器可以被配置并且可操作成显示表示隐藏表面的图像。

在适当的情况下，雷达单元可以被封装在可移动壳体单元内。因此，接收一种配准机构，该配准机构被配置并且可操作成记录扫描设备自身的位置，从而为发射信号和接收被接收到的反射信号的天线提供参考位置。配准机构可以包括一组固定参考信标。因此，处理器单元可以可操作成对雷达单元的位置进行三角测量。

在适当的情况下，扫描设备可以被结合到安全扫描仪中，该安全扫描仪可操作成检测被隐藏武器。在一些情况下，可移动壳体单元具有适合用作手持式扫描仪的尺寸。附加地或可替代地，扫描设备还可以包括金属检测单元。

各种地，雷达单元可以被结合到平板电脑中。

可选地，扫描设备可以被结合到可操作以测量身体尺寸的试衣设备中。

附加地或可替代地，扫描设备可以可操作成对封闭包装件的内容物进行成像。例如，扫描设备可以可操作成对包装件的内容物进行成像，该包装件为棺材、石棺等。

在适当的情况下，扫描设备可以被结合到脚底单元中，该脚底单元被配置并且可操作成扫描对象的鞋子来对隐藏在鞋中的物体的表面进行成像。

在其他示例中，引入了全身扫描系统，其中雷达单元可以包括：廊道，该廊道被配置成允许对象沿着无障碍路径通过；电磁收发器的第一阵列，该电磁收发器的第一阵列沿着廊道的第一侧；电磁收发器的第二阵列，该电磁收发器的第二阵列沿着廊道的面向第二阵列的第二侧；其中，廊道的尺寸被选择成使得当对象沿着无障碍路径通过时，对于对象的任何表面部段，沿着路径存在下述位置：在该位置处，从雷达单元的至少一个发射器发射并由该表面部段反射的电磁辐射被雷达单元的至少一个接收器接收。

特别是扫描设备，廊道由第一壁和第二壁界定，该第二壁面向第一壁并与第一壁平行。因此，雷达单元可以包括被结合到该第一壁中的电磁收发器单元的第一平面阵列，和被结合到第二壁中的电磁收发器单元的第二平面阵列；且无障碍路径沿着平行于第一壁和第二壁的直线。

在一些示例中，提供了一种全身扫描仪，全身扫描仪包括扫描装置、处理器单元、存储单元和显示单元，扫描装置包括雷达单元，雷达单元具有电磁收发器的第一阵列和电磁收发器的第二阵列，第一阵列面向第二阵列，其中，第一阵列和第二阵列中的每一者都包括至少一个发射器和至少一个接收器，发射器连接到振荡器并穿过对象的不透明外层向不透明外层后面的隐藏表面发射电磁波，接收器接收由隐藏表面反射的电磁波并且生成原始数据；处理器单元与雷达单元连接，从雷达单元接收原始数据并且基于接收到的原始数据来生成图像数据；存储单元与处理器单元连接并且存储图像数据；显示单元与存储单元连接，对表示对象的隐藏表面的图像进行显示；以及全身扫描仪还包括通过扫描装置的廊道，廊道被配置成允许对象在无障碍路径中通过扫描仪；廊道由第一壁和第二壁界定，第二壁面向第一壁且与第一壁平行，电磁收发器的第一阵列被结合到廊道的第一壁中，电磁收发器的第二阵列被结合到廊道的第二壁中，廊道具有廊道宽度dx，第一壁和第二壁共用壁长dy，并且无障碍路径在距第一壁为路径距离x₀处延伸；并且廊道宽度dx和壁长dy被设置成使得：小于或等于/>和/>大于或等于/>

可选地，廊道具有廊道宽度dx，第一壁和第二壁共用壁长dy，无障碍路径在距第一壁为路径距离x0处延伸；廊道宽度dx和壁长dy被选择使得：

小于或等于/>和

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电磁收发器可以包括在收发器单元中，在收发器单元具有180phi的视场的情况下，路径距离x0可以被选择成：

又可选地，廊道具有廊道宽度dx；第一壁和第二壁共用壁长dy；廊道具有边距，该边距与每个壁的边距宽度为dw；以及无障碍路径在距第一壁为路径距离x0处延伸；且x0位于dw至(dx-dw)的范围内。

各种地，电磁收发器包括至少一个相位阵列发射器。附加地或可替代地，电磁收发器可以包括被配置成垂直于相位阵列发射器的至少一个相位阵列接收器。可选地，扫描设备还可以包括控制芯片。

在适当的情况下，雷达单元包括被竖向布置的多行电磁收发器。

根据本公开主题的另一方面，本文教导了一种用于对由不透明外层覆盖的隐藏表面进行成像的方法。该方法可以包括步骤诸如：提供雷达单元，该雷达单元包括连接到振荡器的至少一个发射器天线，和至少一个接收器天线；提供处理器单元；穿过不透明外层向隐藏表面发射电磁波；接收由隐藏表面反射的电磁波；将原始数据传送到处理器；基于从雷达单元接收到的原始数据生成图像数据；将图像数据存储在存储单元中；调整显示设备以在显示器上表示隐藏表面。

可选地，该方法还可以包括记录扫描设备自身位置的步骤，从而为发射信号和接收被接收到的反射信号的天线提供参考位置。例如，该方法还可以包括对雷达单元的位置进行三角测量的步骤。

在适当的情况下，该方法还可以包括以下步骤：提供雷达单元，该雷达单元包括连接到振荡器的至少一个发射器天线，和至少一个接收器天线；提供可移动壳体单元，该可移动壳体单元封装雷达单元；使可移动的壳体在隐藏表面上越过。

教导了用于对个人进行全身扫描的另一种方法：选择扫描装置尺寸，使得当对象沿着无障碍路径通过时，对于对象的任何表面部段，沿着路径存在下述位置：在该位置处，从扫描装置的至少一个发射器发射并由该表面部段反射的电磁辐射被扫描装置的至少一个接收器接收。因此，另外的步骤可以包括：提供廊道，该廊道被配置成允许对象沿着无障碍路径通过；提供电磁收发器的第一阵列，该电磁收发器的第一阵列沿着廊道的第一侧；提供电磁收发器的第二阵列，该电磁收发器的第二阵列沿着廊道的面向第二阵列的第二侧；向通过廊道的对象发射电磁波；接收由通过廊道的对象反射的电磁波；将原始数据传送到处理器；基于从雷达单元接收到的原始数据生成图像数据；将图像数据存储在存储单元中；以及调整显示设备以在显示器上表示隐藏表面。

附图说明

为了更好地理解实施方式并示出可以如何实行，现在将仅以示例的方式参考附图。

现在详细地对附图进行特定参考，要强调的是，所示细节仅作为示例，并且仅出于对所选择的实施方式进行说明性讨论的目的，并且是为了提供被认为是原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述而呈现的。在这方面，没有试图比基本理解所必需的内容更详细地示出结构的细节；通过附图所做的描述使本领域技术人员明显的知道如何将各种选择的实施方式付诸实践。在附图中：

图1A示意性地表示了用于对由不透明外层覆盖的隐藏表面进行成像的系统的元件；

图1B是指示本公开的基于雷达的身体扫描系统的选定部件的示意框图；

图2示意性地表示了用于对隐藏在个人衣服下的表面进行成像的可能的系统；

图3A是对象通过本公开的步行式全身扫描仪的示例的示意性表示；

图3B是本公开的步行式全身扫描仪的示例的顶视图的示意性表示；

图4A-C是指示方法的选定步骤的流程图，该方法用于处理雷达数据和生成隐蔽表面的图像；

图4D是示出了用于使用本公开的基于雷达的身体扫描系统来扫描对象的身体并查明对象的身体测量的方法的流程图。

图5A-F是指示在扫描对象表面上的反射元件的倾斜角的示意性几何表示；

图6A-K示出了显示通过各种可能的扫描仪阵列配置实现的暴露程度的模拟结果；

图7A是指示可能的边距的宽度的示意性表示，该可能的边距沿着本公开的全身扫描仪的扫描装置的壁；

图7B和图7C示出了本公开的可能的替代的全身扫描仪；

图8A-F是指示雷达阵列的收发器之间的可能间隔的示意性几何表示；

图9A和图9B是用于监测读卡器的卡接受槽具有和不具有被引入到接受槽的卡的系统的实施方式的示意图；

图9C是指示在合法使用期间监控系统预期接收到的波信号的图，其中卡被引入到接受槽中并在不久之后被移除；

图10A和图10B是受损读卡器的示意性表示，其中恶意硬件插入件已经被引入到具有和不具有被引入到接受槽中的卡的卡接受槽中；

图10C是指示受损读卡器的监测系统接收到的波信号的图；和

图11是示出了用于监测读卡器的可能方法的流程图。

具体实施方式

本公开的方面涉及用于扫描对象的系统和方法，特别是用于对由不透明外层覆盖的隐藏表面进行雷达成像的系统和方法。雷达成像设备可以被用于外层遮挡图像的各种应用中。

在国土安全应用程序的一种示例中，通常需要扫描个人以确保他们没有携带隐藏的武器，以便提供安全许可。类似地，扫描包装件以查明该包装件的内容是否表示安全威胁，可能是有用的。

在另一应用中，试衣器可以使用雷达设备来测量穿衣服的个人的体型和尺寸。如果特别注意到，雷达成像在身体成像的情况下是特别有用的，因为尽管可以生成图像并且可以进行测量，但生成的图像的分辨率通常不足以高到侵犯个人隐私。

还有其他应用可能包括科学调查、采矿、隧道检测、勘探、考古等。特别注意的是，对考古文物诸如木乃伊、棺材和石棺等进行成像通常要求大型且昂贵的医疗设备，诸如CT扫描仪和MRI单元。方便的便携式雷达成像仪可以允许更快、更方便地在原地对考古文物进行分析。

在本公开的各种实施方式中，如本文所述的一个或更多个任务可以由数据处理器执行，诸如用于执行多个指令的计算平台或分布式计算系统。可选地，数据处理器包括或访问用于存储指令、数据等的易失性存储器。附加地或可替代地，数据处理器可以访问用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如磁性硬盘、闪存驱动器、可移动介质等。

需要特别注意的是，本文公开的系统和方法在其应用方面可以不受限于在描述中阐述的或在附图和示例中所示的部件或方法的构造和布置的细节。本公开的系统和方法能够具有其他实施方式，或者能够以各种方式和技术来实践和执行。

与本文所描述的那些类似或等效的替代方法和材料可以用于本公开的实施方式的实践或测试。然而，本文所描述的特定方法和材料仅用于说明性的目的。材料、方法和示例并非意在进行必要的限制。

现在参考图1A，该图示意性地表示了根据当前公开的用于对由不透明外层覆盖的隐藏表面进行成像的系统100的各种元件。

扫描设备包括雷达单元110、处理器120、显示单元130和通信器140。雷达单元110包括至少一个发射器天线111和至少一个接收器天线112。发射器111连接到振荡器113并被配置成穿过不透明外层115向该外层后面的隐藏表面116发射电磁波114。接收器112被配置成接收由隐藏表面116反射的电磁波114并且可操作成生成原始数据。

处理器单元120包括接收器121，该接收器被配置成从雷达单元110接收原始数据并且可操作成执行图像数据生成功能，以基于接收到的数据生成图像数据。提供存储单元123以存储由此生成的图像数据，并且图像生成器122可以可操作成将图像数据转换成可显示的图像。因此，显示单元130被配置并且可操作成呈现像素阵列，该像素阵列显示出表示隐藏表面116的图像。

雷达110通常包括射频发射器天线111的至少一个阵列和射频接收器天线112的至少一个阵列。射频发射器天线111连接到振荡器113(射频信号源)，并被配置且可操作成向目标区域发射电磁波114。射频接收器天线112被配置成接收从目标区域内的物体反射回来的电磁波114。

因此，发射器111可以被配置成产生指向被监测区域诸如封闭房间等的电磁辐射的波束114，诸如电磁辐射等。接收器可以包括至少一个接收器天线或接收器天线阵列112，该至少一个接收器天线或接收器天线阵列被配置并且可操作成接收由被监测区域内的物体反射的电磁波。

为了使被隐藏的内层116变为可视的，当前公开的特定特征发射辐射的频率被选择成使得外层115对于发射辐射和穿过该外层的反射辐射是透明的。

由接收器112生成的原始数据通常是与从阵列前面的物体散射回来的波相对应的一组幅度和相位测量。空间重建处理被应用于测量，以重建目标区域内感兴趣的三维坐标处的幅度(散射强度)。因此，目标区域内体积的每个三维部段可以由体素表示，该体素由对应于x坐标、y坐标、z坐标和幅度值的四个值限定。

通信模块140被配置并且是可操作的，以将信息通信给第三方160。可选地，通信模块140可以与计算机网络诸如互联网150等通信，经由该计算机网络通信模块可以将警报传送给例如经由电话、计算机、可穿戴设备等的第三方160。

现在参考图1A，示意框图指示了系统100B的基于雷达的身体扫描实施方式的选定部件。基于雷达的身体扫描系统100B包括雷达单元110B和处理器120B。

身体扫描实施方式的雷达单元110B可以被安装到壁上，例如在对无线波透明的光学镜后面、被嵌入在镜子的框架中等，其中该雷达单元可以扫描壁前面的目标区域。

通常，接收器连接到预处理单元114B，该预处理单元被配置并且是可操作的，以处理由接收器生成的原始数据的幅度矩阵并产生适合于模型优化的滤波点云。

因此，在适当的情况下，预处理单元114B可以包括：幅度滤波器116B，该幅度滤波器是可操作的，以选择具有在所要求阈值之上的幅度的体素；以及体素选择器117B，该体素选择器是可操作的，以例如通过对数据进行采样或对相邻体素进行聚类，来减少滤波数据中的体素的数量。以此方式，滤波点云可以是到处理器120B的输出118B。另外注意，可以通过在幅度高于阈值时将每个体素的幅度值设置为一，而在幅度低于阈值时将每个体素的幅度值设置为零，来另外地简化滤波点云。

与预处理器单元114B的输出118B通信的处理器120B是可操作的，以从预处理器114B的输出接收滤波点云124B，并将滤波点云与存储在存储单元中的人类参数化模型125B进行比较。

可以通过对多个对象的扫描进行平均和/或将机器学习应用于此类扫描，来生成参数化模型125B，并将该参数化模型存储在处理器的存储单元中或远程存储。参数化模型可以被表示为模型函数，该模型函数接收表示模型参数的一组值，并返回为对对象建模的一组体素。

例如，参数可以选自对象的各种可测量值，例如对于人类对象的参数诸如性别、身高、体重、腰围大小、大腿内围、内接缝、臂展、掌距、手腕到肩的长度、鞋的大小等以及它们的组合可以生成具有特征体素集的候选模型。在一些示例中，可以为男性和女性对象提供单独的参数化模型。

因此，处理器120B还可以包括优化器126B和参数选择器127B。优化器126B还可以被配置并且是可操作的，以将参数化模型125B中的每个体素的位置与滤波点云124B中的每个体素的位置进行比较。参数选择器127B可以是可操作的，以接收比较的结果并相应地调整参数以生成新的候选模型。在优化器126B达到没有另外的调整能显著改进候选模型的最佳模型时，该候选模型可以被选择成被扫描对象的最佳拟合模型。

对象本身可以通过被用作参数值的测量来表征，以生成最佳的拟合模型。

各种地，扫描装置可以根据要求被嵌入在壁中、镜框中、窗户中、地板下、天花板中、对无线电波透明的光学镜后面等。

附加地或可替代地，扫描装置本身被指向镜表面，可以被配置并且是可操作的，以将目标区域延伸到镜内的虚拟反射区域中。因此，可以通过镜内的反射使对象的被遮蔽或遮住的区域变为可视的。

现在参考图2，示出了系统200的可能的应用，该系统可以用于对被隐藏在个人衣服201下面的表面202进行成像。第一雷达单元210的发射器和接收器被封装在可移动壳体单元220内。这可以允许第一雷达单元210具有适合用作手持式扫描仪230的尺寸。对于安全应用，在可移动壳体220内结合二级感测单元诸如金属检测器单元、红外检测器单元、超声单元等，可能是有用的。这可能有助于检测被隐藏的武器。

附加地或可替代地，第二雷达单元240的发射器和接收器可以被封装在脚底单元240中。该脚底扫描仪240可以对被隐藏在个人的鞋子280内的表面250进行成像。

可以提供显示单元260，该显示单元根据要求通过有线或无线通信与雷达单元进行通信。显示单元260可以是平板计算设备。还应注意，在其他的实施方式(未示出)中，雷达单元本身可以被嵌入在平板计算设备内。

特别要注意的是，因为可移动设备230在空间中不是固定的，所以在一些实施方式中，系统还可以包括配准机构270，该配准机构被配置并且是可操作的，以在扫描设备绕外表面移动时记录扫描设备的位置。配准机构270因此可以提供每个天线发送和接收被接收到的信号的参考位置。通过了解天线在发射和接收点处的位置，可以重建隐藏表面的三维地图。

例如，配准机构270可以包括一组固定的参考信标。因此，处理器单元可以是可操作的，以从已知信标的位置对雷达单元的位置进行三角测量。信标可以是参考波束的有源发射器，或者替代地可以是具有特征反射特性的固定反射器。本领域技术人员将想到其他的配准机构。在其他方法中，摄像机和惯性测量单元(IMU)能够有助于记录和跟踪扫描设备的运动。此外，视频数据可以有助于识别对象的外部轮廓，通过该外部轮廓来检测被隐藏的对象。此外，从扫描设备的多于一个位置获取数据，可以通过利用更大的有效孔径和更大有效数量的发射-接收器天线位置组合来另外增强空间分辨率。

提出了另一种系统，该系统包括能够在对象沿着无阻碍的廊道通过时对对象执行全身扫描的扫描装置。需要特别注意的是，全身扫描能够以任何角度和绕对象表面扫描每个部段，而不妨碍对象的向前移动。

描述了允许在不要求对象转动或扫描机器围绕对象旋转的情况下检测由对象表面周围的任何部段反射的扫描波束的布置。

因此，在有要求时，扫描装置可以被固定到位而不是被安装在移动的扫描头上。通常，扫描装置包括跨无障碍廊道面对彼此的一对收发器阵列。

每个收发器阵列可以包括发射器和接收器，该发射器和接收器被配置成使得当对象沿着无障碍廊道内的轨迹通过时，对象的表面上的每个部段都有一个位置，在该位置，由至少一个发射器发射并被由表面的部段反射的扫描波束被至少一个接收器接收。

现在参考图3A和图3B，该图分别示意性地表示了通过本公开的步行式全身扫描仪的示例的对象的等距视图300和俯视图350。该示例的全身扫描仪包括扫描装置310和对象可以通过的廊道320。

扫描装置包括收发器的第一阵列330和面向第一阵列的第二阵列340。穿过扫描装置的廊道320在扫描装置的面对的阵列之间提供无障碍路径。

当对象沿着无障碍路径通过时，由扫描装置的发射器发射的辐射从对象反射，以被接收器检测。各种地，扫描辐射可以由第一阵列的发射器发射并由对象反射回第一阵列的接收器。类似地，扫描辐射可以由第二阵列的发射器发射并由对象反射回第二阵列的接收器。

可替代地，扫描辐射可以由一个阵列的发射器发射并由对象朝向另一阵列的接收器反射。因此，由第一阵列接收的辐射可能已经由第一阵列或第二阵列发射。类似地，由第二阵列接收的辐射可能已经由第一阵列或第二阵列发射。

为了提供360度全方位扫描，尺寸诸如廊道的长度和宽度等被选择成使得，沿廊道的长度通过的对象将在沿路径的某个位置处将扫描辐射从对象表面的每个部分向接收器反射。因此，当对象沿着无障碍路径通过时，对于对象的每个表面部段，沿着路径存在下述位置：在该位置处，从扫描装置的至少一个发射器发射的扫描辐射被该表面部段反射，并被扫描装置的至少一个接收器接收。此外，在适当的情况下，可以在尽可能少的帧中实现完全的360度覆盖。

尽管出于说明目的在图中仅指示了两个壁，但在要求时，可以在廊道上方和下方提供附加的扫描阵列以在必要时增加覆盖范围。

可以选择各种收发器，使得收发器发射和检测可以从被扫描对象的表面反射的任何合适形式的辐射。例如，该阵列可以包括电磁收发器，诸如无线电波收发器、X射线收发器等以及它们的组合。附加地或可替代地，阵列可以根据要求包括其他收发器，诸如声波收发器、超声波收发器、β射线发射器和检测器等。

在特定示例中，电磁收发器可以被组织在包括至少一个线性相位阵列发射器和至少一个垂直线性相位阵列接收器的收发器单元中。每个收发器单元可以根据要求由专用的控制芯片或多个控制芯片控制。扫描装置通常包括多个收发器单元，这些收发器单元根据要求在水平和竖向方向上被布置排列成矩阵阵列，以便在整个廊道的任何地方提供不间断的扫描覆盖，直至典型对象的高度。

可以提供中央控制单元，该中央控制单元被配置并且是可操作的，以处理由扫描阵列的所有发射器发射和接收的信号。中央控制单元可以包括例如计算机

现在参考图4A的流程图，该图示出了通过系统400的数据流，雷达模块410产生穿过不透明外层的波420，该波到达不透明外层后面的隐藏表面430。通过隐藏表面430反射回来的波，被雷达单元接收440并且因此原始数据被记录450。然后可以由处理器460处理原始数据，以产生图像数据470，该图像数据可以被显示设备480用来构建和成像。

因此，教导了一种用于对由不透明外层覆盖的隐藏表面进行成像的方法。参考图4B，方法500可以包括以下步骤：提供雷达单元510，该雷达单元包括连接到振荡器的至少一个发射器天线和至少一个接收器天线；提供处理器单元520；穿过不透明外层向隐藏表面发射电磁波530；接收由隐藏表面反射的电磁波540；将原始数据传送到处理器550；基于从雷达单元接收到的原始数据生成图像数据560；将图像数据存储在存储单元中570；以及调整显示设备以在显示器上表示隐藏表面580。

可选地，该方法还可以包括雷达模块的自定位545，以便记录扫描设备自己的位置。自定位步骤可以包括对雷达单元的位置进行三角测量。

现在参考图4C的流程图，该流程图示出了方法600如何通过以下步骤适用于手持式扫描仪：提供包括连接到振荡器的至少一个发射器天线和至少一个接收器天线的雷达单元和提供封装雷达单元的可移动壳体单元610；提供处理单元605，使可移动壳体在被隐蔽表面上方越过620，同时将电磁波穿过不透明外层向隐藏表面发射630；接收由隐藏表面反射的电磁波640；对雷达单元进行自定位650；将原始数据传送到处理器660；基于从雷达单元接收到的原始数据生成图像数据670；将图像数据存储在存储单元中680；以及调整显示设备以在显示器上表示隐藏表面690。

现在参考图4D是示出了用于使用基于雷达的身体扫描系统100B来扫描对象的身体并查明对象的身体测量的方法的流程图。

该方法包括提供扫描雷达1002、提供处理单元1004和提供参数化人类模型1006。

扫描装置可以扫描可能在阵列前面的目标区域中的对象1008，从而生成区域的幅度数据1010。

幅度矩阵被发送到预处理单元1012，该预处理单元生成滤波点云1014。可选地，可以通过移除低于阈值幅度值的数据1016、移除异常数据1018和对体素下采样1020来处理数据。

产生的点云可以被发送到处理器，其中模型被优化1022，例如通过选择候选参数集1024、将点云与候选模型进行比较1026、调整参数1028，并重复直到没有做出另外改进。

需要特别注意的是，扫描设备的输出是三维点云。然而，点云的一些区域可能会从扫描中缺失，例如由于屏蔽效应或在覆盖范围较差的角度处的区域。可以使用各种补偿技术对缺失的数据进行内插，诸如局部平均等。

可以使用各种优化过程，例如，限定目标函数、将候选参数化模型与扫描的点云进行比较、识别候选参数化模型中的哪些体素在几何上最接近点云中的对应点，以及计算这些点之间的欧几里得距离Δ，由下式给出：

其中x是点云中点的x坐标，xm是候选参数化模型中最接近点的x坐标，y是点云中点的y坐标，ym是候选参数化模型中最接近点的y坐标，z是点云中点的z坐标，zm是候选参数化模型中最接近点的z坐标。

所有欧几里得距离之和的值∑Δi可以通过各种优化算法最小化，诸如例如顺序最小二乘二次规划(SLSQP)。以此方式，可以为人类参数化模型选择最佳参数。本领域技术人员将想到其他优化方法。

生成的最佳拟合模型可以被用于寻找全身测量，甚至可以从扫描中缺失的部分以及可能根本未被扫描的身体部分中找到。

现在参考图5A-F(700)，这些图示出了一对面对的扫描阵列710，该对扫描阵列在廊道的任一侧上具有壁长dy，该廊道具有廊道宽度dx 720。对象的表面元件以各种倾斜角θ被示出在空间中的位置(x0，y0)处。提供图5A-F以示出表面元件的各种限制倾斜角730，该倾斜角为扫描单元所要求的尺寸dx、dy提供可能的限制。

图5A和图5B指示最小倾斜角θ_rmin和最大倾斜角θ_rmax，在倾斜角下，从第一收发器阵列壁(右侧壁)发射的扫描辐射被位于阵列入口的(x₀，y₀)处的表面元件反射回第一收发器阵列。

可以表明，以及/>

图5C和图5D指示最小倾斜角θ_rmin和最大倾斜角θ_rmax，在倾斜角下，从第一收发器阵列壁(右侧壁)发射的扫描辐射被(x₀，y₀)处的表面元件反射回第一收发器阵列。

可表明，以及/>

因此，对于在右侧范围内的表面倾斜角θ，由沿右侧的发射器发射的扫描辐射的波束被沿右侧的接收器接收。

类似地，对于在右侧范围内的表面倾斜角θ，由沿左侧的发射器发射的扫描辐射的波束被沿左侧的接收器接收。

这会在角度范围之间留下覆盖间隙。

因此，360度覆盖(这是通过覆盖入口与廊道中心之间的前180度，以及覆盖廊道中心与出口之间的剩余180度来实现的)的条件是，该覆盖间隙扫描辐射的波束填充，该扫描辐射的波束由沿一侧的发射器发射并由沿另一侧的接收器接收。

图5E和图5F指示最小倾斜角θcross_min和最大倾斜角θcross_max，在最小倾斜角和最大倾斜角处，从第一收发器阵列壁(右侧壁)发射的扫描辐射被在(x₀，y₀)处的表面元件向第二收发器阵列(左侧壁)反射。需要注意的是，这些角也是最小和最大倾斜角，在该最小和最大倾斜角处，从第二收发器阵列壁(左侧壁)发射的扫描辐射被朝向第一收发器阵列(右侧壁)反射。

可以表明，和/>

该交叉侧范围需要与右侧和左侧范围邻接或叠置。这样做的条件是：

(1)

(2)

因此，扫描仪的尺寸dx和dy可以被选择成使得这些条件被满足。需要注意的是，在各种应用中，可以选择廊道宽度，使得对象可以舒适地步行通过，然后可以相应地计算对应的所要求的壁长。

作为示例，仅出于说明性的目的，如果廊道宽度被选择成使得dx＝1m，则y_0＝0，且在横向范围〖0.15m≤x〗_0≤0.85m内。对应的所要求的壁长dy可以被计算如下：

x₀＝0.15：(1)θcross_min≤θr_max→dy≥0.526m

(2)θcross_max≥θl_min→dy≥0.988m

x₀＝0.5：(1)θcross_min≤θr_max→dy≥0.866m

(2)θcross_max≥θl_mmin→dy≥0.866m

x₀＝0.85：(1)θcross_min≤θr_max→dy≥0.988m

(2)θcross_max≥θl_min→dy≥0.526m

这意味着一个尺寸为0.988m x1m的良好采样阵列应该可以合理覆盖由倾斜角范围为0°-180°的反射部分组成的凸面物体。

现在参考图6A-K，对可能的多阵列设置进行了各种模拟比较，该多阵列设置涉及两个面对的收发器阵列，该收发器阵列在不同间隔下每个面板具有三个或四个相位阵列电磁收发器单元。

特别参考图6A和图6B(800)，呈现出由第一配置扫描的凸反射表面的模拟结果，其中每个面对的收发器阵列包括三个20cm收发器单元810，这些收发器单元沿着侧壁820以21cm的间隔被布置在其间。因此，总壁长为102cm，大于所要求的98.8cm。

反射表面的暗区指示，从该表面部段反射的扫描辐射被接收器接收，使得暗区被成功扫描。

需要特别注意的是，虽然不可能在单个帧中暴露所有表面部段。当对象通过廊道时，每个点都可以被成功扫描至少一次。

如表面的暗区所指示的，应注意，在第一配置中，当对象在廊道的近端处时，前边缘被很好地扫描到，只有小区域没有被暴露。同样，当对象在廊道的中点处时，表面的侧面也有合理的覆盖范围。可以理解，沿廊道的一个点处的未暴露区域可以在另一个这样的点处被成功地扫描。

现在特别参考图6C和图6D(830)，呈现出由第二配置扫描的凸反射表面的模拟的结果，其中面对的收发器阵列中的每一个都包括三个20cm收发器单元840，这些收发器单元沿着侧壁被布置，它们之间没有间隔。

如表面的暗区所指示的，注意到，同样在第一配置中，当对象在廊道的近端处时，前边缘被很好地扫描到，在大约25-30度的倾斜角处的两个明显的间隙没有暴露。同样地，表面的侧面有合理的覆盖范围，但当对象在廊道的中点处时，在区域25-40的倾斜角处同样存在明显的间隙。未暴露的间隙可能是由于阵列长度减少(60cm)，该长度小于所要求的98.8cm。

现在参考图6E和图6F(845)，呈现由第三配置扫描的凸反射表面的模拟结果，其中面对的收发器阵列中的每一个都包括沿侧壁布置的三个20cm收发器单元，使得第一和第二收发器单元850邻接以形成40cm面板，以及第三收发器单元855与第二收发器单元间隔20cm。因此，总壁长为80cm，小于所要求的98.8cm。如表面的暗区所指示的，应注意，由于阵列的长度减小，在各种倾斜角处同样存在显著间隙。应注意，这种非对称布置可以允许减少收发器单元856的数量，以在更短的时间内执行扫描。

现在参考图6G和图6H(860)，呈现由第四配置扫描的凸反射表面的模拟结果，其中面对收发器阵列的每一个都包括沿侧壁布置的四个20cm收发器单元865，它们之间的间隔为10cm。因此，总壁长为110cm，大于所要求的98.8cm。如预期的那样，表面的暗区指示扫描暴露非常好，在所有倾斜角处的间隙都非常小。

现在参考图6I、图6J和图6K(870)，呈现由第五配置扫描的凸反射表面的模拟结果，其中面对收发器阵列的每一个都包括沿侧壁布置的四个20cm收发器单元875，它们之间没有间隔。此处有效的总壁长是80cm。此处在所有表面倾斜角处都有良好的覆盖，在大约25-30度处可能存在“盲点”，因为壁长小于所要求的98.8cm。还应注意，可以减少发射器天线的数量以减少扫描时间。

需要注意的是，在一些应用中，全身扫描仪可能要求廊道，该廊道具有与每个壁距离特定宽度的边距，以确保收发器覆盖完整的范围。

现在参考图7A，该图是指示扫描装置的示意图，该扫描装置在廊道的任一侧具有可能的边距，该廊道具有平行于壁的边距宽度dw。

发射器T的角发射范围被指示为波瓣，该波瓣具有比半圆略小的圆的扇形的横截面。在发射波瓣的任一侧都有角间隙φ，在该角间隙中发射器不进行发射。

因此，在廊道的末端有不会被暴露在扫描辐射下的宽度为dw的边距。可以表明，边距宽度dw与角间隙φ相关，因为dw＝dytanφ。

因此，有效扫描宽度是廊道宽度dx与两个边距宽度之间的差。因此，对象可以在距离第一壁的路径距离x0处，沿着无障碍路径穿过廊道，其中x0的范围从dw至(dx-dw)。

dytanφ＜x₀＜dx-dytanφ

尽管以上仅描述了平面发射阵列，但应注意，可以考虑其他配置，诸如图7B和图7C中所指示的弯曲路径880B、880C。本领域技术人员还可以想到其他全身扫描仪。

还可以使用其他扫描设备来监测读卡器并检测恶意硬件设备，诸如插入式略读器(skimmer，撇取器、窃取器)。信用卡读卡器，诸如收银机、自动取款机、自动贩卖机等，很容易受到非法访问信用卡详细信息的攻击。例如，插入式略读器是一种非常薄的恶意硬件设备，该设备被设计以被引入到卡接受槽本身中并在其中被完全隐藏。这种插入式略读器从卡片背面的磁条中捕获卡片数据，从而允许犯罪分子能够伪造复制的卡片。由于此类设备被完全插入到设备中，因此它们通常极难被检测到。因此，需要一种用于读卡器的插入式检测器。本文所描述的本实用新型解决了上述需要。

雷达芯片可以用于监测易受攻击的读卡器，以检测从恶意硬件设备诸如被插入到卡接受槽中的插入略读器反射的辐射。

需要注意的是，无线电波监测的使用允许以足够低的分辨率进行检测，虽然插入件很容易通过反射的辐射能量检测到，但插入的卡的细节本身是不可识别的。

可以限定从目标的反射表面到雷达阵列的距离与雷达阵列内收发器单元的距离之间的关系。该关系可以用于确保雷达阵列对反射表面的覆盖。

现在参考图8A-F中，示出了几何表示，指示雷达阵列中相邻收发器之间的可能间隔。特别地，图8A示出了一个阵列，其中特定反射元件890位于使得法向矢量从反射元件指向收发器892。在这种配置中，来自发射器的入射矢量被反射回同一收发器内的接收器。

图8B示出了阵列，其中特定反射元件890位于使得法向矢量从反射元件指向间隙，该间隙在阵列的第一收发器单元892与相邻于第一收发器单元的阵列的第二收发器单元894之间。在该配置中，来自第一收发器单元892内的发射器的入射矢量被反射回在第二收发器单元894内的接收器。

为了最大化雷达阵列的覆盖范围，可以选择间隔诸如图8C和图8D中所示的。在该配置中，间隔被选择成使得在过渡点处，来自反射元件890的法向矢量指向第一收发器单元892的最末端处，满足两个条件。第一条件是在过渡点处，从最接近的发射器到第一发射器末端的入射矢量被反射回第一收发器单元892上的接收器。第二条件是在过渡点处，从距离第一发射器892末端最远的发射器的入射矢量被反射回相邻的第二收发器单元894上的接收器。

需要注意的是，在实践中，反射目标的接近决定了两个条件被满足的程度。接近角θ可以被限定为反射矢量与到相邻收发器单元端点的矢量之间的角度。如图8E和图8F所指示的，接近角θ的大小是从反射元件890到雷达阵列的距离δ的函数。接近角θ对于用作优化参数来说可能是有用的。

现在参考图9A，示出了用于监测读卡器的卡接受槽的系统900的实施方式的示意性表示。该系统包括雷达芯片920，该雷达芯片包括发射器905、接收器910、控制器和输出机构915。

发射器905可以包括振荡器，该振荡器连接到至少一个发射器天线或发射器天线阵列906并被配置成产生电磁辐射的定向波束907，诸如微波辐射等。

接收器910可以包括至少一个接收器天线或接收器天线阵列911，其被配置并且可操作成接收电磁辐射。通常提供处理器来识别由接收器接收到的具有发射波束的特征频率的反射辐射。本公开的特定特征是接收器还包括用于对接收信号的持续时间进行计时的计时器913。

该系统被配置并且是可操作的，以监测读卡器的卡接受槽。在正常情况下，卡接受槽是空的，使得被反射辐射A_RX的幅度能量低于检测阈值A_th。

现在参考图9B(925)，该图示意性地表示图1A的监测系统，其中卡930已被插入到接受槽935中。应当理解，将卡930引入到接受槽935中导致反射能量933的增加。这种增加可以由接收器天线911接收，使得反射辐射A_RX的幅度能量高于检测阈值A_th。

现在参考图9C的示意性所示(940)，发射信号945和接收信号950可以在合法使用期间随着卡被插入读卡器和从读卡器中移除而随时间变化。

发射信号945通常保持恒定，而对于卡被引入到槽中的检测持续时间Δt，接收信号950上升到检测阈值A_th 955以上。在合法使用期间，接收信号950在上升后不久再次下降到低于检测阈值A_th。

该系统的特征是，当接收信号950上升到检测阈值A_th以上时，触发接收器的计时器以启动，当接收信号950再次下降到检测阈值A_th以下时，触发接收机的计时器以停止。因此，可以记录高反射信号955的检测持续时间Δt。

现在参考图10A，该图示出了受损读卡器1000的示意性表示，恶意硬件插入件1010，诸如插入式略读器等可以被完全引入到卡接受槽935中，使得它从外部是不可视的。

这种插入件可以是晶片薄的，使得该插入件不会干扰被引入到槽中的合法卡，但可以包括电池、芯片、存储元件、相机、磁条读取器、通信芯片以及被要求用于采集、存储和通信卡数据的所有元件。

注意，当被引入到读卡器中时，恶意硬件插入件1010可以增加由接收器910接收的反射辐射，使得该反射辐射上升至检测阈值A_th之上。

如图10B示意性所示(1100)，当合法卡从接受槽935中被移除，恶意硬件插入件936仍保留在接受槽935内。因此，在受损卡930中，由读取器的接收器911接收的反射辐射910可能在延长的持续时间内保持较高。

现在参考图10C的示意性所示(1200)，示出了受感染读卡器的发射信号945和接收信号950随时间的变化。

同样地，当插入件1010被引入时，发射信号945通常保持恒定并且接收信号950再次上升到检测阈值A_th之上。然而，由于插入件1010的存在，应注意接收信号950没有下降到低于检测阈值A_th。延长的检测持续时间Δt可以由接收器的计时器记录，从而触发警报。

现在参考图11的流程图，该流程图示出了用于监测读卡器2000的可能方法。

发射器在卡接受槽的大致方向上发射辐射2010，而接收器接收反射辐射2020。接收器还监测反射辐射的能量的幅度A_RX 2030。

控制器或处理器可以将反射辐射的能量的幅度A_RX与检测阈值A_th进行比较。在反射辐射的能量的幅度A_RX低于检测阈值A_th的情况下，接收器可以重置计时器并且该方法可以重复第一步骤2040。在反射辐射的能量的幅度A_RX高于检测阈值A_th时，接收器可以启动计时器2050。

然后控制器或处理器可以将当前检测持续时间Δt与持续时间阈值Δt_th进行比较，在当前检测持续时间Δt短于持续时间阈值Δt_th时，系统可以重复第一步骤2060。在当前检测持续时间Δt超过持续时间阈值Δt_th的情况下，系统可以记录可疑对象检测2080事件。

本实用新型可以通过成像雷达来实现，该成像雷达能够检查读卡器腔体的内部形状。读取器的部件被略读设备的遮挡会导致雷达所感知到的腔体形状发生变化，从而产生警报2090。附加地或可替代地，系统还可以根据要求与读卡器断开连接2092、关闭卡接受槽2094或通知第三方2096。

成像雷达还可以对由合法卡产生的形状变化与签名进行分类，对应于合法卡的给定形状和组成，而不是略读设备的形状和组成。成像雷达优选地是MIMO雷达。成像雷达优选地是宽带雷达。适用于这种雷达的示例性无线电频带是UWB(超宽带，3-10GHz)、60GHz或80GHz频带。

除了在腔体中存在物体的时间签名之外，警报还可以考虑读卡机器前面是否有人的存在。例如，当对象被留在读卡器中时人离开了机器，可以指示读卡器中留下了略读设备。可以通过视觉、超声波或雷达装置来获得人员存在的指示。在一个实施方式中，人员检测设备可以是成像MIMO雷达。

技术说明

本文使用的技术和科学术语应具有与本公开所属领域的普通技术人员的通常理解相同的意义。然而，预计在从本申请成熟的专利有效期中，将开发许多相关的系统和方法。因此，术语诸如计算单元、网络、显示器、存储器、服务器等的范围意在包括所有这些先验的新技术。

如本文所用，术语“约”是指至少±10％。

术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”、“具有”及其共轭词意为“包括但不限于”，并指示所列部件被包括在内，但一般不排除其他部件。此类术语包括术语“由……组成”和“基本上由……组成”。

短语“基本上由……组成”意为组合物或方法可以包括附加的成分和/或步骤，但前提是附加的成分和/或步骤不会实质性地改变所要求保护的组合物或方法的基本和新特性。

如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可以包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括它们的混合物。

“示例性”一词在本文用于表示“用作示例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施方式不一定被领会为优于或更有利于其他实施方式或者排除来自其他实施方式的特征的结合。

“可选地”一词在本文用于表示“在一些实施方式中提供而在其他实施方式中不提供”。本公开的任何特别的实施方式可以包括多个“可选的”特征，除非这些特征冲突。

无论何时在本文中指示出数值范围，其意在包括在所指出的范围内的任何引用的数字(分数或整数)。短语“在”第一指示数字至第二指示数字“之间的变动/范围”从第一指示数字“到”第二指示数字的“变动/范围”在本文中可互换使用并且意在包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有小数和整数。因此，应当理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应被领会为对本公开范围的不灵活限制。因此，范围的描述应该被认为具有特定公开的所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，范围的描述诸如1至6应被认为具有特定公开的子范围，诸如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3至6等，以及在该范围内的各个数字，例如1、2、3、4、5和6以及非整数中间值。无论范围的广度如何，这都适用。

应当理解，为了清楚起见在单独实施方式的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个实施方式中被组合地提供。相反地，为了简洁起见在单个实施方式的上下文中描述的本公开的各种特征也可以被单独提供或以任何合适的子组合或适合于本公开的任何其他描述的实施方式来提供。在各种实施方式的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施方式的基本特征，除非实施方式在没有那些元素的情况下是无效的。

尽管已经结合了本公开的特定实施方式来描述了本公开，但显然许多替代、修改和变化对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，意在包括属于所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变化。

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请在本文通过引用整体并入本说明书中，其程度与每个单独的出版物、专利或专利申请被特定地和单独地指示以通过引用并入本文一样。此外，本申请中任何参考的引用或标识不应被领会为承认该参考文献可以作为本公开的现有技术获得。就使用章节标题而言，它们不应被领会为必然的限制。

本公开的主题的范围由所附权利要求限定并且包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及其变化和修改，本领域技术人员在阅读上述描述后会想到。

Claims (9)

1.一种全身扫描仪，所述全身扫描仪包括扫描装置、处理器单元、存储单元和显示单元，其特征在于，

所述扫描装置包括雷达单元，所述雷达单元具有电磁收发器的第一阵列和电磁收发器的第二阵列，所述第一阵列面向所述第二阵列，其中，所述第一阵列和所述第二阵列中的每一者都包括至少一个发射器和至少一个接收器，所述发射器连接到振荡器并穿过对象的不透明外层向所述不透明外层后面的隐藏表面发射电磁波，所述接收器接收由所述隐藏表面反射的电磁波并且生成原始数据；

所述处理器单元与所述雷达单元连接，从雷达单元接收原始数据并且基于接收到的原始数据来生成图像数据；所述存储单元与所述处理器单元连接并且存储所述图像数据；所述显示单元与所述存储单元连接，对表示所述对象的所述隐藏表面的图像进行显示；以及

所述全身扫描仪还包括通过所述扫描装置的廊道，所述廊道被配置成允许对象在无障碍路径中通过扫描仪；

所述廊道由第一壁和第二壁界定，所述第二壁面向所述第一壁且与所述第一壁平行，所述电磁收发器的所述第一阵列被结合到所述廊道的所述第一壁中，所述电磁收发器的所述第二阵列被结合到所述廊道的第二壁中，

所述廊道具有廊道宽度dx，所述第一壁和所述第二壁共用壁长dy，并且所述无障碍路径在距所述第一壁为路径距离x₀处延伸；并且

所述廊道宽度dx和所述壁长dy被设置成使得：

小于或等于/>和

大于或等于/>

2.根据权利要求1所述的全身扫描仪，其特征在于：

所述无障碍路径沿着平行于所述第一壁和所述第二壁的直线。

3.根据权利要求1所述的全身扫描仪，其特征在于，所述电磁收发器包括在收发器单元中，所述收发器单元具有180-phi的视场；并且其中路径距离x₀被设置成使得：

4.根据权利要求1所述的全身扫描仪，其特征在于，

所述廊道具有边距，所述边距与每个壁的边距宽度为dw；以及

另外其中：

所述无障碍路径与所述第一壁相距的路径距离x₀位于dw至(dx-dw)的范围内。

5.根据权利要求1所述的全身扫描仪，其特征在于，所述电磁收发器包括至少一个相位阵列发射器。

6.根据权利要求5所述的全身扫描仪，其特征在于，所述电磁收发器包括至少一个相位阵列接收器，所述至少一个相位阵列接收器被配置成垂直于所述相位阵列发射器。

7.根据权利要求6所述的全身扫描仪，其特征在于，所述全身扫描仪还包括控制芯片。

8.根据权利要求1所述的全身扫描仪，其特征在于，所述雷达单元包括被竖向布置的多行电磁收发器。

9.根据权利要求1所述的全身扫描仪，其特征在于，所述雷达单元被封装在脚底单元、天花板、地板或其组合的至少一者中。