JP2007527988A - キャパシタンス及び磁気センサアレイを備えたセキュリティスキャナ - Google Patents
キャパシタンス及び磁気センサアレイを備えたセキュリティスキャナ Download PDFInfo
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Abstract
Description
Nは、センサアレイを構成する測定電極の数であり、
F(p)は、コンジットの断面内の位置pに存在する高誘電率材料の断片であり、
Sjj(p)は、コンジットの断面内の位置pにおける誘電率の変化に対する一対の電極の感度であり、
Cij’は、コンジットに誘電率の低い材料を充填したときの一対の電極間のキャパシタンスであり、
Cijhは、コンジットに誘電率の高い材料を充填したときの一対の電極間のキャパシタンスであり、
Cijmは、測定中の一対の電極間のキャパシタンスであり、そして
Rjjは、キャパシタンスの正規化された変化である。
本発明の主たる目的は、ECT及びEMTで映像の解像度を向上させる方法及び装置であって、より多くの独立した測定値を得るために、より多くのセンサ、より多くの感知回路、及び柔軟な/最適な測定プロトコルが使用された方法及び装置を提供する。
但し、Vrefは、DAC34の基準電圧であり、そしてDは、デジタル入力である。
(1)励振及び検出電極を選択するCMOSスイッチの制御;
(2)励振及び基準信号の振幅及び周波数と、それら信号間の位相差の制御;
(3)キャパシタンス測定回路からDC信号を順次選択するためのMUXの制御;及び
(4)ADCの測定範囲を完全に使用するためのPGA利得の制御。
テーブル1:制御ライン接続
テーブル2:DACオペレーション
テーブル3:ADCオペレーション
テーブル4:MUX及びDC PGAオペレーション
テーブル5:AD7008の制御ラインオペレーション
テーブル6:AD7008のデータラインオペレーション
(1)信号ジェネレータボードの制御;
(2)システムパラメータのメニュー及び設定の管理、並びにシステムの初期化;
(3)キャパシタンス測定ボードの制御、及びキャパシタンスデータの取得;
(4)自動DCオフセット及び利得機能を得るためのDAC及びADCの制御;及び
(5)リアルタイムデータ取得。
テーブル7:危険物体の特徴づけ
物体の 2D 3D立方 縁先鋭 物体の 縁の 内部 内部
ID 断面 体体積 さ* 偏心度* 曲率* テクスチャー テクスチャー
0=円 係数* 変動*
100=ワーム
ナイフ1 104 223 93 64 16 -481 17
ナイフ2 108 231 87 71 19 -411 12
地雷1 52 304 21 6 91 53 22
地雷2 48 291 24 8 93 49 18
剃刀1 60 312 33 23 18 51 28
剃刀2 64 303 37 28 22 15 16
*正規化、0−100
1 金属は、負のキャパシタンスを示す。
2 剃刀1は、爆発物を含み、剃刀2は、含まない。
テーブル8:危険物体の特性に指定される重み
物体の 2D 3D立方 縁の 物体の 縁の 内部 内部
ID 断面積 体体積 先鋭さ 偏心度 曲率 テクスチャー テクスチャー
係数 変動
ナイフ 11 14 94 61 16 11 18
地雷 32 28 6 44 42 91 23
剃刀W 6 14 23 14 18 88 11
テーブル9:危険物体知識ベース:属性値中間点及び重み
2D 3D立方 縁の 物体の 縁の 内部 内部
ルール 断面積 体体積 先鋭さ 偏心度 曲率 テクスチャー テクスチャー
係数 変動
MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt
ナイフ 106 11 227 14 93 94 64 61 16 16 -48 11 17 18
地雷 50 32 298 28 22 6 7 44 92 42 51 91 20 23
剃刀W 63 6 307 14 35 23 26 14 20 18 38 88 22 11
従来のECTセンサは、断面を取り巻く多数の電極で構成される。別の設計は、一方が励振用そして他方が検出用の2枚の平行なプレートをキャパシタンスセンサアレイと共に使用し、各プレートに例えば256個(又は他の個数)の電極を設けることである。図19に示すように、上部プレート19aにおいて1つの電極19eが付勢されると、下部プレート19bから例えば25のキャパシタンス測定値を得ることができる。上部プレートの励振電極は順次に付勢され、例えば、1000以上のキャパシタンス測定値を下部プレートの検出電極から収集することができる。セキュリティ分布(ヤン氏等、1999年)を得るために、限定差方法を使用することができ、これは、感知スペースの形状から限定素子方法(FEM)より便利である。各電極は、例えば、3x3=9個(又は他の個数)のピクセルに分割することができる。励振プレートと検出プレートとの間のスペースをソフトウェアで多数の層に分割して、各層の厚みがピクセルの寸法と同様であるようにすることができる。このようにして、感知スペースを多数の小さな立方体に分割することができる。これは、真の3D映像再構成を可能にし、優れた空間的解像度を達成することができる。
過去に、テロリストは、シューズに爆発物を隠すことに頼っており、これは、「シューズ爆弾」と称された。特に、米国の多くの空港では、全ての乗客が、セキュリティ要員によるチェックのためにシューズを脱がねばならない。この方法には明らかに問題がある。(a)靴底又はヒール内に隠された爆発物を発見できない;(b)時間がかかり、追加のスタッフが必要であり、且つ長い行列ができる;(c)この経験は、航空機の乗客及びセキュリティスタッフの両方にとって不快である。
現在の金属検出器は金属の存在しか検出できないが、本発明の磁気スキャナは、金属物体(1つ又は複数)のサイズ及び/又は形状に関する情報を与えることができる。このセンサは、図20に示すように、AC磁界を発生するための例えば9個(又は他の個数)のコイル20cと、検出器としての例えば28個(又は他の個数)のホール効果センサ20dとで構成される。コイル20cは、順次に付勢することができる。1つのコイル20cが付勢されると、28個(又は他の個数)のホール効果センサ20dから例えば28個(又は他の個数)の測定値を得ることができる。全部で、例えば252個の測定値がセンサから得られる。この252個の測定値から映像を再構成するには、3D感度マップが必要となる。
層1:LCDディスプレイ及びキーパッド
層2:感知電子装置及びDSP
層3:磁気シールド
層4:励振コイル
層5:前置増幅器及びMUX
層6:ホール効果センサ
本発明の装置は、平坦なキャパシタンス像形成センサアレイと組み合せて、改善された映像を得ることができる。
過去において、ガス(τr=1.0)及びオイル(τr=2.1)のような異なる誘電率の誘電体材料を像形成するためのECT技術が開発された。金属は、負のキャパシタンス変化を表す非常に強力な信号を発生することが観察された。映像の再構成中にキャパシタンスデータを単に反転するだけで、既存のECTシステムで金属物体が見られることが実験で立証された。これは、ECTシステムをセキュリティスキャナとして使用して、断面において金属物体を検出し、位置決めしそしてその映像を形成できることを示している。重要な問題は、映像の解像度を改善し、そして金属物体を確実に識別することである。実施形態4では、3D像形成のためのセンサは、キャパシタンス電極の例えば4個(又は他の個数)のリングで構成され、各リングには例えば16個(又は他の個数)の電極が含まれる。これら電極は、丸い又は長方形のトンネルを包囲することができる。実施形態1及び2と同様に、キャパシタンス及びロス・コンダクタンスの両成分をセンサアレイから測定して、より多くの独立した測定値を得て、危険物体又は材料をより確実に識別することができる。
1.電気的断層撮影(より詳細にはECT及びEMT)及び知識ベースの映像分析をベースとするセキュリティ走査装置であって、感知ヘッド、感知電子装置、映像再構成及び映像分析マイクロプロセッサ(マイクロコントローラ、DSP、ラップトップ、又はデスクトップPCのいずれか)、ディスプレイユニット及び付属のソフトウェアを各々備えた装置は、従来の装置に勝る顕著な効果を発揮する。
Claims (25)
- 手荷物内に隠された危険物体を検出する方法において、
容量性及び誘導性センサに対して既知の物体を位置させるステップと、
複数の既知の物体の各々が付近に位置されたときに前記容量性及び誘導性センサの付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を記録するステップと、
各々の前記既知の物体に関するデータを含む映像及び知識データベースを構築するステップと、
未知の物体を含む手荷物を前記容量性及び誘導性センサに対して移動するステップと、
前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を、前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較するステップと、
前記物体が危険物体であるかどうか決定するステップと、
を備えた方法。 - 前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較する前記ステップは、
前記センサに与えられる異なる測定プロトコル及び異なる励振周波数により映像発生の性能を最適化するようにフィードバックを与える段階、
を含む請求項1に記載の隠された危険物体を検出する方法。 - 前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較する前記ステップは、
前記センサに与えられる異なる測定プロトコル及び異なる励振周波数により映像発生の性能を最適化するように映像知識ベースからデータのフィードバックを与えて、危険物体の検出及び識別を含むリアルタイム映像分析を許す段階、
を含む請求項1に記載の隠された危険物体を検出する方法。 - 各々の既知の物体に関するデータを含む映像及び知識データベースを構築する前記ステップは、
1)センサ信号の値から、(1)物体の縁のセグメントを特徴付ける強度の不連続性、又は(2)物体の内部材料の1つ以上のテクスチャーを特徴付ける隣接センサ信号の値の範囲、のいずれかを表すプリミティブのセットを発生する段階と、
2)多数のプリミティブを、それらプリミティブ値の空間的接近性及び類似性に基づいて互いに関連付けることにより高レベルプリミティブのセットを発生して、それら属性の値、例えば、相対的な位置、先鋭さ、巾、曲率、及び前記センサ信号から導出される他の特性により前記物体の縁のセグメント及び内部材料を表すようにする段階と、
3)共有された特性、例えば、縁及び内部材料の類似性に基づいて前記高レベルプリミティブを接合して、前記物体を定義する段階と、
4)前記物体の記述子の値のセット、例えば、物体のサイズ、その縁の曲率及び先鋭さ、金属のテクスチャー、独特の化学的なテクスチャー、例えば、硝酸塩のテクスチャーを、前記共有特性から発生する段階と、
5)少なくとも3つの他の同様の危険物体で前記段階1-4を繰り返す段階と、
6)同様の及び限定された範囲の値をもつ記述子に大きな重みを与えると共に、異なる又は大幅に変化する範囲の値をもつ記述子に小さな重みを与えるか又は重みを与えないように、前記記述子に重みを指定する段階と、
7)危険物体の各グループに対する記述子の値のセットを、記述子の値、範囲及び重みの単一セットであって、危険物体知識ベースにルールとして各々記憶されるべきセットへと減少する段階と、
を備えた請求項1に記載の隠された危険物体を検出する方法。 - 感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法において、
感知スペースに隣接してセンサ手段の複数のアレイを位置させるステップと、
走査、識別及び像形成されるべき装置を前記感知スペースに位置させるステップと、
前記センサ手段の第1励振電極アレイの少なくとも1つの励振電極と第2検出電極アレイの各検出電極との間に、前記センサ手段の前記第1励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、複数の電界を発生するステップと、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割するステップと、
前記センサ手段の前記第2検出電極アレイの各検出電極からデータ取得システムへ信号を配送するステップと、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の前記装置の性質及び前記装置の識別を決定するステップと、
を備えた方法。 - 前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、
前記センサ手段から生の映像データを取得する段階と、
前記生の映像データを処理する段階と、
情報を、材料の映像、形状、テクスチャー及び特性を含む他の情報とシームレスに一体化させ、次いで、データベースに記憶させるようにして表された特徴のセットとしてデータを抽出する段階と、
を含む請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。 - 前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、
特定の主題に関連した映像の集合から映像データベースを生成する段階と、
前記特定の主題に関連した他のデータで知識データベースを生成する段階であって、前記知識データベースは前記映像データベースをクロスリファレンスするような段階と、
を含む請求項6に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。 - 前記センサ手段は、電気的キャパシタンスセンサを含む、請求項1に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段の前記第1励振電極アレイに印加される入力信号は、高周波正弦波励振信号を含む、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記感知スペース内の装置を検出しそして識別するために、前記データ収集システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、電気的断層撮影及び知識ベースの像形成のための位相感知復調を含む、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段は、並列センサアレイを伴う容量性スキャナを含む、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段は、前記感知スペースを取り巻く複数の電極を含む、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段は、複数の励振電極及び複数の検出電極がプレート上に装着された複数のキャパシタンスセンサアレイを備えた、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段は、2枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは各プレート上に複数の励振電極を含む、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段は、2枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは複数の検出電極を各プレート上に伴う、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段は、2枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは、各プレート上の複数の励振電極と、各プレート上の複数の検出電極とで構成される、請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
- 前記センサ手段の第1励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の第1励振電極アレイの各励振電極と、第2検出電極アレイの各検出電極との間に複数の電界を発生する前記ステップは、
前記第1励振電極アレイの単一の励振電極を付勢し、そして前記センサ手段の前記第2検出電極アレイの複数の検出電極各々からの信号をデータ取得システムへ配送する段階、
を含む請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。 - 前記センサ手段の第1励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の第1励振電極アレイの各励振電極と、第2検出電極アレイの各検出電極との間に複数の電界を発生する前記ステップは、
前記第1励振電極アレイの単一の励振電極を順次に付勢する段階、及び
前記複数の励振電極の各々が付勢されるときに、前記センサ手段の前記第2検出電極アレイの複数の検出電極の各々からの信号をデータ取得システムへ配送する段階、
を含む請求項5に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。 - 感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置において、
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイと、
前記センサ手段の励振電極に印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の少なくとも1つの励振電極と、第2検出電極アレイの複数の検出電極の各々との間に複数の電界を発生するための手段と、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割する手段と、
前記センサ手段の前記第2検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムへ配送するための手段と、
前記データ取得システムによって受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、その装置の断面を像形成するための手段と、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段に関連した知識データベースであって、隠された物体を識別するために逆伝搬法にデータを使用するようにインデックスされるデータベースと、
を備えたセキュリティ走査装置。 - 前記感知スペースに隣接した感知手段の前記複数のアレイは、データ融合を実施して、ECT及びEMT(おそらくX線を伴う)の相補的感度を異なる材料特性に結合できるように構成される、請求項19に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
- 前記センサ手段の前記第2検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムに配送するための前記手段は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体の構造、それらの属性の発生、及び種々の像形成技術を利用し得る多数の像発生ユニットへのフィードバック信号の発生に対して最適な技術を決定できるように構成される、請求項19に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
- 前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、装置の断面を像形成するための前記手段は、映像の属性が多数のセンサから取得される物体を特徴付けることのできる映像知識ベースを実施するためのアーキテクチャー及び手段を備えた、請求項19に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
- 感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性及び誘導性センサを含む、請求項19に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
- 感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性センサを含む、請求項19に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
- 感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、誘導性センサを含む、請求項19に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
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