JP4376900B2 - Security scanner with capacitance and magnetic sensor array - Google Patents

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    • G01N27/221Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties

Description

本発明は、一般に、封筒、小包及び手荷物のような容器の中身のリアルタイム3D映像を与える装置及び方法の改良に係る。   The present invention generally relates to an improved apparatus and method for providing real-time 3D images of the contents of containers such as envelopes, parcels and baggage.

犯罪やテロに対する戦いは、当然、あらゆる文明社会にとってプライオリティの高いものであった。2001年9月11日以来、母国のセキュリティは、大衆の立ち入りを扱う空港や郵便局や他の区域に最大の注意を払っている。米国において、FBI及びCIAに加えて、近年、「デパートメント・オブ・ホームランド・セキュリティ(DHS)」が創設され、更なる攻撃を防止するための米国政府のプライオリティを示している。英国では、空港にテロリストの襲撃の恐怖がしばしばある。   Of course, the fight against crime and terrorism was a priority for all civilized societies. Since September 11, 2001, homeland security has been paying the greatest attention to airports, post offices and other areas dealing with mass entry. In recent years, in addition to the FBI and CIA in the United States, the “Department of Homeland Security (DHS)” has been established, indicating the priority of the US government to prevent further attacks. In the UK, airports often have fear of terrorist attacks.

X線マシンは、航空路線の乗客の手荷物をチェックするのに通常使用され、異なる密度の物体を識別するのに有効であるが、著しい問題がある。(a)放射線被爆に関する問題があり、特に、X線スキャナで作業するセキュリティスタッフのメンバーは、おそらく、許容できない放射線を受ける。(b)このマシンは、購入及び運転の経費が高く、運転コストは、X線マシン当り毎年約百万ドルと推定され、あまり現金が集中しない状況での使用が禁止される。(c)ほとんどのX線マシンは、2D映像しか与えることができず、セキュリティスタッフのメンバーが危険物体を識別することを困難にする。発生された映像は、経験のある/訓練された人間が見又は評価しなければならない。というのは、確実にアラームをトリガーするための効率的な自動的方法が現在入手できないからである。(d)X線マシンは、かさばると共に、非可搬式であり、セキュリティ要員は、X線マシンを使用して、捨てられたバッグを容易にチェックすることができない。それ故、それとは別の及び/又は相補的なセキュリティ走査ツールが求められている。   X-ray machines are commonly used to check airline passenger baggage and are effective in identifying objects of different densities, but have significant problems. (A) There are problems with radiation exposure, and in particular, members of security staff working with X-ray scanners will likely receive unacceptable radiation. (B) This machine is expensive to purchase and operate, and the operating cost is estimated to be about $ 1 million per X-ray machine each year, and is prohibited from use in situations where there is not much cash concentration. (C) Most X-ray machines can only provide 2D images, making it difficult for security staff members to identify dangerous objects. The generated video must be viewed or evaluated by an experienced / trained person. This is because there is currently no efficient automatic way to reliably trigger an alarm. (D) X-ray machines are bulky and non-portable, and security personnel cannot easily check a discarded bag using the X-ray machine. Therefore, there is a need for a separate and / or complementary security scanning tool.

一般的な航空産業、例えば、小規模な空港や非標準的運営、及びスポーツイベント又は公共の劇場の場合に、X線マシンを日常使用することは現実的でない。セキュリティチェックに使用される最も普及したツールは、金属検出器である。金属検出器は、フェライト材料には非常に敏感であるが、形状及び/又はサイズに関する情報を与えることができず、且つ非金属物体(例えば、セラミックナイフ)や化学的物質(例えば、爆薬)を検出することができない。現在入手できる検出器のこれらの制限は、危険な物体及び材料の識別を妨げる。又、他の多数のケースでも、例えば、鉄道の駅や公共のビルやバスへの入場も管理するために、バッグや人々をセキュリティの理由でチェックすることが必要である。   In the general aviation industry, such as small airports, non-standard operations, and sporting events or public theaters, daily use of X-ray machines is not practical. The most popular tool used for security checks is a metal detector. Metal detectors are very sensitive to ferrite materials, but cannot give information on shape and / or size, and can remove non-metallic objects (eg ceramic knives) and chemicals (eg explosives) It cannot be detected. These limitations of currently available detectors prevent the identification of dangerous objects and materials. Also, in many other cases, it is necessary to check bags and people for security reasons, for example, to manage entry into railway stations, public buildings and buses.

郵便局も小荷物配送サービスも、現在、封筒、小包及び箱の中身をチェックするツールを有していない。爆弾、炭疽菌、銃及び他の不法物質が郵便局及び配送サービスを介して送付されている。これは、この問題に対処するための技術及びセキュリティ走査ツールを開発する必要があることを示している。爆発物や化学物質を検出するために、スミス・デテクションからのイオンスキャン(Ionscan)マシンのような種々の化学的センサが開発されている(エリオット及びジョーツ氏、2003年)。しかしながら、爆発物又は化学的物質が充分に密封された場合には、化学的センサは、それらを検出しない。   Neither post offices nor parcel delivery services currently have tools to check the contents of envelopes, packages and boxes. Bombs, anthrax, guns and other illegal substances are sent through post offices and delivery services. This indicates the need to develop techniques and security scanning tools to address this issue. Various chemical sensors have been developed to detect explosives and chemicals, such as the Ionscan machine from Smith Detection (Elliot and Joets, 2003). However, if explosives or chemicals are sufficiently sealed, the chemical sensor will not detect them.

米国では、インビジョン・テクノロジーズ・インクが、X線センサをベースとするセキュリティ用途のためのCTスキャナマシンを開発した(インビジョン、2003年)。このようなマシンの感知原理は、一般に使用されるX線マシンと同じであるが、2D及び3Dの断層撮影映像を与えることができる。しかしながら、これらのマシンは、一般に使用されるX線マシンのあらゆる欠点、即ち放射線、高価及びかさばる、を有している。X線断層撮影センサは、受け容れられる映像を発生するのに使用できるデータセットを記録できるように、長い時間周期にわたって測定を行わねばならない。近年、インビジョン社は、四重極共振分析に基づく新規マシン、QScan QR500、を発表した。原理的に、これは、磁気共鳴像形成(MRI)に類似している。磁石を使用する代わりに、四重極共振分析は、ターゲット材料の分子構造に対し、入念に同調された高周波の低強度パルスをプローブに使用する(インビジョン、2003年)。しかしながら、この形式のマシンは、ある液体爆発材料のみの検出に限定され、サイズが大きく、重量があって、数トンに及ぶ。   In the US, Invision Technologies, Inc. has developed a CT scanner machine for security applications based on X-ray sensors (Invision, 2003). The sensing principle of such a machine is the same as a commonly used X-ray machine, but can provide 2D and 3D tomographic images. However, these machines have all the disadvantages of commonly used X-ray machines: radiation, expensive and bulky. X-ray tomography sensors must take measurements over a long period of time so that they can record a data set that can be used to generate an acceptable image. Recently, Invision announced a new machine based on quadrupole resonance analysis, the QScan QR500. In principle, this is similar to magnetic resonance imaging (MRI). Instead of using magnets, quadrupole resonance analysis uses high-frequency, low-intensity pulses in the probe that are carefully tuned to the molecular structure of the target material (Invision, 2003). However, this type of machine is limited to the detection of only certain liquid explosive materials, is large in size, is heavy and can span several tons.

貫通する非イオン化放射線、例えば、ミリメーター波をセキュリティチェックに使用することも提案されている(クイネチック、2001年)。関連組織は、これが非有害放射線であると主張しているが、ミリメーター波又はマイクロ波放射線は、動作周波数が35又は95GHzと高いので、潜在的に有害であることが充分に確立されている(クイネチック、2001年)。米国のパシフィック・ノースウェスト・ナショナル・ラボでは、ミリメーター波放射を使用する同様のスキャナも発表されている。このスキャナは、空港のセキュリティ要員が、プラスチック、爆発物及びセラミックナイフのような非金属の脅威物を含む隠された凶器の全スペクトルを「見る」ことを許すと宣言されている。まだ充分に対処されていない正当な安全性の問題として、個人が「マイクロ波を受ける」のを拒絶することが許される。これは、セキュリティ機関が誰でも走査するのを強要することを妨げる。   It has also been proposed to use penetrating non-ionizing radiation, eg millimeter waves, for security checks (Quinetic, 2001). Related organizations claim that this is non-hazardous radiation, but millimeter or microwave radiation is well established to be potentially harmful because of the high operating frequency of 35 or 95 GHz. (Quinetic, 2001). A similar scanner using millimeter-wave radiation has also been announced at the Pacific Northwest National Lab in the United States. The scanner is declared to allow airport security personnel to “see” the full spectrum of hidden weapons, including non-metallic threats such as plastics, explosives and ceramic knives. As a legitimate safety issue that has not yet been fully addressed, individuals are allowed to refuse to “receive microwaves”. This prevents the security agency from forcing anyone to scan.

断層撮影は、病院において診断目的で広く使用されている。X線CTスキャナは、人体内の対象物の2D及び3D映像を与えることができる。近年、工業プロセス断層撮影(IPT)が急速に開発されている。IPTの原理は、医療用断層撮影に類似しているが、幾つかの重要な相違がある。(a)IPTシステムは、密度以外の特性、例えば、誘電体特性のコントラストを感知し、ひいては、異なるプラスチックを区別するように最適化でき、(b)IPTシステムは、映像当り数十の測定値しか取得できない。これは、空間的解像度が比較的悪い映像しか与えないが、時間的解像度は、非常に良好で、ミリ秒の程度であり、そして(c)IPTシステムは、小型で、ポータブルで、且つ比較的低コストである。   Tomography is widely used for diagnostic purposes in hospitals. X-ray CT scanners can provide 2D and 3D images of objects in the human body. In recent years, industrial process tomography (IPT) has been rapidly developed. The principle of IPT is similar to medical tomography, but there are some important differences. (A) IPT systems can be optimized to sense characteristics other than density, eg, contrast of dielectric properties, and thus distinguish different plastics, and (b) IPT systems can measure dozens of measurements per image. Can only get. This gives only images with relatively poor spatial resolution, but the temporal resolution is very good, on the order of milliseconds, and (c) the IPT system is small, portable, and relatively Low cost.

IPT技術の中で、誘電率、導電率及び透磁率を測定し、ひいては、電気的キャパシタンス断層撮影(ECT)、電気的抵抗断層撮影(ERT)及び電気−磁気断層撮影(EMT)と称される電気的断層撮影は、迅速応答で、低コストで、非侵入的及び/又は非侵襲的で、且つ敵対環境において頑丈であるといった多数の効果を発揮する。電気的断層撮影は、パイプライン中のガス/オイル2相流の像形成、空気圧コンベア及び流体化ベッドにおけるガス/固体分配、燃焼フレーム、液体/液体及び固体/液体混合プロセス、及び個人的地雷のような多数の調査用途に使用されている(ヨーク、2001年)。電気的断層撮影の主たる欠点は、電子回路の感度が限定されているために、比較的少数の感知素子(通常、8、12又は16)しか使用しないことである。その結果、独立した測定値の数が、通常、例えば、<100に限定され、ひいては、現在の電気的断層撮影システムは、中程度の空間的映像解像度しか与えられない。   Among the IPT techniques, dielectric constant, conductivity and permeability are measured and hence called electrical capacitance tomography (ECT), electrical resistance tomography (ERT) and electro-magnetic tomography (EMT) Electrical tomography provides a number of effects such as quick response, low cost, non-invasive and / or non-invasive and robust in a hostile environment. Electrical tomography includes gas / oil two-phase flow imaging in pipelines, gas / solid distribution in pneumatic conveyors and fluidized beds, combustion frames, liquid / liquid and solid / liquid mixing processes, and personal landmines. (York, 2001). The main disadvantage of electrical tomography is that it uses a relatively small number of sensing elements (usually 8, 12 or 16) due to the limited sensitivity of the electronic circuitry. As a result, the number of independent measurements is typically limited to, for example, <100, and thus current electrical tomography systems are only given a moderate spatial image resolution.

断層撮影は、工業及び医療の分野で、過去35年にわたり不透明な物体の内部の映像を形成するのに使用されてきたが、現在の断層撮影技術の特性がその有用性を限定している。センサ自体に固有の問題は、(1)放射線を使用するセンサ装置のサイズ及び重量が非常に大きいこと、(2)走査される対象物の生きた組織の安全性、及び(3)センサ信号の解像度が低いことを含む。センサ信号を有用な情報に変換するプロセスに関連した他の問題は、(1)対象物の動きの制御をセンサ信号の捕獲サイクルと一体化すること、(2)装置全体のコスト、(3)センサ信号の発生と有用な映像の生成との間に長い時間が必要なこと、及び(4)異なる形式の材料間を区別できないことを含む。   While tomography has been used in the industrial and medical fields to form images inside opaque objects over the past 35 years, the characteristics of current tomography techniques have limited their usefulness. Problems inherent to the sensor itself are: (1) the size and weight of the sensor device using radiation is very large, (2) the safety of the living tissue of the object being scanned, and (3) the sensor signal Including low resolution. Other problems associated with the process of converting sensor signals into useful information are: (1) integration of object motion control with sensor signal capture cycle, (2) overall device cost, (3) Including the need for a long time between the generation of sensor signals and the generation of useful images, and (4) the inability to distinguish between different types of materials.

従って、運輸、運送及び郵便施設において、容器、特に手荷物の中身を非侵襲的にチェックするための新規で且つ改良されたセキュリティ走査装置が要望される。   Accordingly, there is a need for a new and improved security scanning device for non-invasively checking the contents of containers, particularly baggage, in transportation, shipping and postal facilities.

手荷物又は他の包囲体内の隠された危険な物体を検出する方法及び装置は、一般に、容量性及び誘導性センサで既知の物体を走査することを含む。これらのセンサは、ポータブルでも固定でもよいトランスジューサ内又はその上に装着されるのが好ましい。複数の既知の物体の各々がセンサの付近に位置されたときに、センサ付近のキャパシタンス又はインダクタンスの変化がコンピュータデータベースに記録される。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が構築される。このデータベースは、インデックスされ、そしてデータは、隠された物体を像形成し識別するためのスーパーバイズされた学習の一形式である逆方向搬送に使用される。センサからの出力におけるエラーデータは、それ以前のものへのフィードバックとして使用され、到来重みを更新するのを許す。   Methods and apparatus for detecting hidden dangerous objects in baggage or other enclosures generally include scanning known objects with capacitive and inductive sensors. These sensors are preferably mounted in or on a transducer that may be portable or stationary. When each of a plurality of known objects is located near the sensor, the change in capacitance or inductance near the sensor is recorded in a computer database. A video and knowledge database is built that contains data about each known object. This database is indexed and the data is used for reverse transport, a form of supervised learning to image and identify hidden objects. Error data in the output from the sensor is used as feedback to the previous one, allowing the arrival weights to be updated.

容量性及び誘導性センサを使用して、未知の物体を含む手荷物を走査したときに、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が、映像及び知識データベースのデータと比較される。物体の性質、テクスチャー及び形状に関する限定されたデータは、コンピュータで励振信号を変更して、未知の物体の映像の生成と、物体が危険な物体であるかどうかの決定とを容易にさせる。フィードバックを与えることで、システムは、センサに配送さ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ことができる。映像知識ベースの技術により、危険な物体の検出及び識別を含むリアルタイム映像分析を達成することができる。オペレータは、隠された物体の3D映像を回転して、迅速な識別を行うことができる。   When capacitive and inductive sensors are used to scan baggage containing unknown objects, capacitance and inductance changes in the vicinity of the unknown object are compared to video and knowledge database data. Limited data regarding the nature, texture and shape of the object allows the computer to modify the excitation signal to facilitate the generation of an image of the unknown object and the determination of whether the object is a dangerous object. By providing feedback, the system can optimize the performance of video generation with different measurement protocols and different excitation frequencies delivered to the sensor. With video knowledge-based technology, real-time video analysis including the detection and identification of dangerous objects can be achieved. The operator can rotate the 3D image of the hidden object to quickly identify it.

「Image Creation in a Tomography System」と題するウィ・キャング・ヤン氏の英国特許第GB2329476号は、電気的キャパシタンス断層撮影を使用して得たデータから映像を生成する方法及び装置を開示している。この特許は、異なる相対的誘電率の誘電体材料を取り巻くコンジットの断面の映像を形成する電気的キャパシタンス断層撮影(ECT)を開示している。この特許は、コンジットの外壁の周りに位置した電極を励振することにより、コンジットを横切る一連のキャパシタンス測定値が得られることを述べている。これらのキャパスタンス測定値を使用して、コンジットを通る区分の映像であって、コンジット内の誘電体材料の相対的割合及び位置を表す映像を構成する。   UK Patent GB 2329476, entitled “Image Creation in a Tomography System”, GB 2329476 discloses a method and apparatus for generating images from data obtained using electrical capacitance tomography. This patent discloses electrical capacitance tomography (ECT) that produces images of cross sections of conduits surrounding dielectric materials of different relative dielectric constants. This patent states that a series of capacitance measurements across the conduit can be obtained by exciting the electrodes located around the outer wall of the conduit. These capacitance measurements are used to construct an image of the section through the conduit that represents the relative proportion and location of the dielectric material within the conduit.

ヤン氏の英国特許第GB2329476号は、コンジットの区分の周りに分布された電気的キャパシタンス断層撮影センサアレイを使用することにより、異なる相対的誘電率の誘電体材料を取り巻くコンジットの断面の映像を得る。センサアレイは、一連の電極を備え、コンジットの区分を横切る異なる電極対間のキャパシタンスの測定値を与える。これらのキャパシタンス測定値を使用し、直線的後方投影(LBP)として知られている技術を使用して映像が生成される。   Yang's UK Patent GB 2329476 obtains an image of a cross section of a conduit surrounding dielectric materials of different relative dielectric constants by using an array of electrical capacitance tomography sensors distributed around the section of the conduit . The sensor array comprises a series of electrodes and provides a measurement of the capacitance between different pairs of electrodes across the conduit section. Using these capacitance measurements, an image is generated using a technique known as linear backprojection (LBP).

この英国特許は、誘電率の低い材料と誘電率の高い材料との混合物に対するLBPアルゴリズムが、そこに開示された式により表されることを述べており、但し、
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。
This British patent states that the LBP algorithm for a mixture of a low dielectric constant material and a high dielectric constant material is represented by the formula disclosed therein, provided that
N is the number of measurement electrodes constituting the sensor array,
F (p) is a fragment of high dielectric constant material present at position p in the cross section of the conduit;
Sjj (p) is the sensitivity of the pair of electrodes to the change in dielectric constant at position p in the conduit cross section,
Cij ′ is a capacitance between a pair of electrodes when the conduit is filled with a material having a low dielectric constant,
Cijh is a capacitance between a pair of electrodes when the conduit is filled with a material having a high dielectric constant.
Cijm is the capacitance between the pair of electrodes being measured, and Rjj is the normalized change in capacitance.

変数Sjj(p)は、各電極対に対して誘電率の変化の作用を測定することによりコンジット内の各位置pについて決定される。それにより得られる1組の値は、一般に、感度マップと称され、各電極対に対して個別のマップが発生される。LBPアルゴリズムは、キャパシタンス測定値を重みファクタとして使用して各電極対に対する感度マップを直線的に重畳させることによりコンジットを通る区分の映像を形成する。   The variable Sjj (p) is determined for each position p in the conduit by measuring the effect of the change in dielectric constant for each electrode pair. The resulting set of values is commonly referred to as a sensitivity map, and a separate map is generated for each electrode pair. The LBP algorithm forms an image of the section through the conduit by linearly superimposing the sensitivity maps for each electrode pair using the capacitance measurement as a weighting factor.

LBP映像再構成アルゴリズムが、前記特許の図1に概略的に示されており、ここで、Xは、電極から測定された1組の正規化されたキャパシタンス変化を表し、Sは、1組の感度マップであり、そしてFは、正規化された誘電率分布を表わす映像である。LBP再構成アルゴリズムは、多変数の開ループシステムとして考えることができる。   The LBP video reconstruction algorithm is shown schematically in FIG. 1 of said patent, where X represents a set of normalized capacitance changes measured from the electrodes, and S is a set of A sensitivity map, and F is an image representing a normalized dielectric constant distribution. The LBP reconstruction algorithm can be thought of as a multivariable open loop system.

LBPアルゴリズムは、正確な量的映像を発生することはできないが、有用な質的映像を与える。本発明の好ましい実施形態は、LBPアルゴリズムにより再構成された映像を使用して、その後の繰り返しプロセスに対する値の初期セットを与える。LBPアルゴリズムは、測定されたキャパシタンス値及び映像に関連した正確な数学式ではないので、LBPアルゴリズムにより再構成された映像は、実際の誘電率分布からある程度異なることになる。その結果、映像が分布を正確に表すと仮定すれば、再構成された映像から計算された正規化されたキャパシタンス変化は、センサから測定されたキャパシタンス変化とは異なることになる。測定されたキャパシタンス値と計算されたキャパシタンス値との差は、繰り返しプロセスに対する入力として使用される。   The LBP algorithm cannot produce accurate quantitative images, but provides useful qualitative images. The preferred embodiment of the present invention uses an image reconstructed by the LBP algorithm to provide an initial set of values for subsequent iteration processes. Since the LBP algorithm is not an exact mathematical formula related to the measured capacitance value and image, the image reconstructed by the LBP algorithm will differ to some extent from the actual permittivity distribution. As a result, assuming that the video accurately represents the distribution, the normalized capacitance change calculated from the reconstructed video will be different from the capacitance change measured from the sensor. The difference between the measured capacitance value and the calculated capacitance value is used as an input to the iterative process.

本発明は、参考としてここにその開示を全ての目的で援用する「Image Creation in a Tomography System」と題するウィ・キャング・ヤン氏の英国特許第GB2329476号に開示された改良に係る。
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。
The present invention is related to the improvement disclosed in U.K. GB 2329476 by We Kang Yang entitled "Image Creation in a Tomography System", the disclosure of which is incorporated herein by reference for all purposes.
The main object of the present invention is a method and apparatus for improving video resolution with ECT and EMT, in order to obtain more independent measurements, more sensors, more sensing circuits, and flexible Provide a method and apparatus in which an optimal measurement protocol is used.

本発明の別の目的は、ECT及びEMTの相補的感度を、おそらくX線と一緒に、異なる材料特性へ結合するためにデータ融合を実施する方法及び装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing data fusion to couple the complementary sensitivity of ECT and EMT, possibly together with x-rays, to different material properties.

本発明の別の目的は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体、2D及び3Dの構成、それらの属性の発生、及び種々の像形成技術を使用できる多数の映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使用する方法及び装置を提供することである。   Another object of the present invention is for noise filtering, feature extraction, object, 2D and 3D composition, generation of their attributes, and generation of feedback signals to multiple video generation units that can use various imaging techniques. And to provide a method and apparatus that uses the most appropriate technology.

本発明の更に別の目的は、映像知識ベースのアーキテクチャー及び実施を使用する方法及び装置であって、多数のセンサから映像属性が取得される物体を特徴付けることのできる方法及び装置を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a method and apparatus using video knowledge-based architecture and implementation, which can characterize objects for which video attributes are obtained from multiple sensors. It is.

本発明の更に別の目的は、非常に多数のセンサ、パラレル測定チャンネル及びパラレルデータ処理でリアルタイム動作を行うための方法及び装置を提供することである。   Yet another object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing real-time operation with a large number of sensors, parallel measurement channels and parallel data processing.

ここに述べる本発明は、これらの問題を解決するための方法及び装置であって、種々の用途において断層撮影の潜在的有用性を高める方法及び装置を提供し、その4つの好ましい実施形態、即ち(1)並列センサアレイを伴う3D容量性センサ、(2)平坦型センサキャパシタンスアレイ、(3)平坦型ホール効果センサアレイを伴う磁気スキャナ、及び(4)金属物体及び化学的物質を3D像形成するための多平面ECT、について以下に説明する。   The present invention described herein provides a method and apparatus for solving these problems, which provides a method and apparatus that enhances the potential usefulness of tomography in various applications, four preferred embodiments thereof: (1) 3D capacitive sensor with parallel sensor array, (2) flat sensor capacitance array, (3) magnetic scanner with flat Hall effect sensor array, and (4) 3D imaging of metal objects and chemicals The multi-plane ECT for this will be described below.

本発明を更によく理解するために、本発明の4つの好ましい実施形態を示した添付図面を参照して以下に説明する。種々の図面全体にわたり、同じ部分が同じ参照番号で示されている。   For a better understanding of the present invention, reference will now be made to the accompanying drawings illustrating four preferred embodiments of the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the various views.

図1を参照すれば、参照番号15は、一般に、セキュリティ走査装置を示し、この装置は、コンピュータ20と、データ取得モジュール30と、インターフェイス40と、トランスジューサ50とを備え、このトランスジューサ50には、その付近の容量性又は誘導性フィールドの変化を検出するためのセンサが装着されている。トランスジューサ50は、ケーブル51又はワイヤレストランシーバ(図示せず)によりデータ取得モジュール30に接続されるのが好ましい。   Referring to FIG. 1, reference numeral 15 generally indicates a security scanning device, which includes a computer 20, a data acquisition module 30, an interface 40, and a transducer 50, which includes: A sensor for detecting a change in the capacitive or inductive field in the vicinity thereof is mounted. The transducer 50 is preferably connected to the data acquisition module 30 by a cable 51 or a wireless transceiver (not shown).

好ましい実施形態において、セキュリティ走査装置15は、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に基づくものであり、そして各装置は、感知ヘッドと、感知電子回路と、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)と、ディスプレイユニットと、付随のソフトウェアとを備えていることを理解されたい。   In a preferred embodiment, the security scanning device 15 is based on electrical tomography (more specifically, ECT and EMT) and knowledge-based video analysis, and each device includes a sensing head, sensing electronics, It should be understood that it comprises a video reconstruction and video analysis microprocessor (microcontroller, DSP, laptop or desktop PC), a display unit, and accompanying software.

コンピュータ20は、一時的又は永久的に内部記憶された命令セットに基づいてデータを処理する汎用マシンであるのが好ましい。コンピュータ20は、パーソナルコンピュータ、ラップトップ又はハンドヘルド装置であるのが好ましい。しかしながら、コンピュータ20は、いかなる構成をとってもよく、そしてVGAディスプレイ又はモニタ21、キーボード22及びマウス23のような入力/出力装置、データ記憶装置、及びデータを計算、比較及びコピーするためのCPUプロセッサを、種々の周辺装置のためのスロットと共に備えているのが好ましい。   The computer 20 is preferably a general purpose machine that processes data based on a set of instructions stored temporarily or permanently. The computer 20 is preferably a personal computer, laptop or handheld device. However, the computer 20 can take any configuration and includes an input / output device such as a VGA display or monitor 21, a keyboard 22 and a mouse 23, a data storage device, and a CPU processor for calculating, comparing and copying data. Preferably with slots for various peripheral devices.

コンピュータ20は、ワイドエリアネットワークを使用して、システムを更新すると共に、更新された定義、パッチ及び新たな特徴、装置ドライバ、及び中央サーバーから得られるシステム更新をチェックするための通信能力を有するのが好ましい。   The computer 20 uses a wide area network to update the system and has the communication capability to check for updated definitions, patches and new features, device drivers, and system updates obtained from the central server. Is preferred.

図1、2及び11に最も良く示すように、データ取得モジュール30は、デジタル出力装置32と、デジタル/アナログコンバータ(DAC)34と、アナログ/デジタルコンバータ(DAC)36とを備えているのが好ましい。   As best shown in FIGS. 1, 2 and 11, the data acquisition module 30 includes a digital output device 32, a digital / analog converter (DAC) 34, and an analog / digital converter (DAC) 36. preferable.

ここに示す実施形態では、コンピュータ20とデータ取得モジュール30との間のインターフェイス40は、図9−18に示すようなUSBインターフェイスである。   In the illustrated embodiment, the interface 40 between the computer 20 and the data acquisition module 30 is a USB interface as shown in FIGS. 9-18.

データ取得カードは、FT8U245AM集積回路(IC)チップを伴うUSBインターフェイスモジュール(USB−IFM)MOD2に基づいて設計され、これは、スコットランドのフューチャー・テクノロジー・デバイシス・インターナショナル(FTDI)Ltdから入手できる[1]。USB−IFMが選択された理由は、周辺装置とPC20との間で8Mビット(1Mバイト)/秒までのレートでデータを転送する容易で且つコスト効率の良いやり方と、簡単なFIFO構造とを与えるからである。それに付随するソフトウェアは、USBのプロトコルに馴染みのないユーザがI/Oポートを経て他の装置を制御するのを容易にする。図9は、USB−IFMのブロック図である。   The data acquisition card is designed based on the USB Interface Module (USB-IFM) MOD2 with FT8U245AM integrated circuit (IC) chip, which is available from Future Technology Devices International (FTDI) Ltd, Scotland [1 ]. USB-IFM was chosen because of the easy and cost-effective way to transfer data between the peripheral device and the PC 20 at a rate of up to 8 Mbits (1 Mbyte) / second and the simple FIFO structure. Because it gives. The accompanying software makes it easy for users unfamiliar with the USB protocol to control other devices via the I / O port. FIG. 9 is a block diagram of the USB-IFM.

USB−IFMは、USBリンクを経てPC20と通信すると共に、8ビットパラレルデータポート(D0−D7)を経て周辺装置と通信する。USB−IFMとPC20との間でデータを送信することに伴う全ての低レベルオペレーションであって、シリアルデータとパラレルデータとの間の遷移を含むオペレーションは、USB−IFMにより内部で取り扱われる。PC20がUSB−IFMにデータを送信するときには、データは、FIFO受信バッファに記憶され、周辺装置によりデータポートから一度に1バイト読み取ることができる。USB−IFMへ送信されるRD#信号の各立ち上り縁は、図10aに示すように、新たなバイトをデータポートへ転送させる。周辺装置は、データポートに一度に1バイト書き込むことによりPC20へ送信するためにUSB−IFMにデータを送信する。USB−IFMに送信されたWR信号の各立ち下り縁は、FIFO送信バッファへバイトを転送させる(図10(b)を参照)。   The USB-IFM communicates with the PC 20 via a USB link and communicates with peripheral devices via an 8-bit parallel data port (D0-D7). All low-level operations associated with transmitting data between the USB-IFM and the PC 20, including operations between serial data and parallel data, are handled internally by the USB-IFM. When the PC 20 transmits data to the USB-IFM, the data is stored in the FIFO receive buffer and can be read one byte at a time from the data port by the peripheral device. Each rising edge of the RD # signal transmitted to the USB-IFM causes a new byte to be transferred to the data port, as shown in FIG. 10a. The peripheral device transmits data to the USB-IFM for transmission to the PC 20 by writing one byte at a time to the data port. Each falling edge of the WR signal transmitted to the USB-IFM causes a byte to be transferred to the FIFO transmission buffer (see FIG. 10B).

RD#及びWR信号は、周辺装置により発生されねばならない。2つの信号RXF#及びTXE#は、データ流を制御するためにUSB−IFMにより自動的に発生される。TXE#フラグが「1」であるときは、データをUSB−IFMデータポートに書き込むことができない。同様に、RXF#フラグが「1」であるときは、USB−IFMデータポートからデータを読み取ることができない。   The RD # and WR signals must be generated by the peripheral device. Two signals RXF # and TXE # are automatically generated by the USB-IFM to control the data flow. When the TXE # flag is “1”, data cannot be written to the USB-IFM data port. Similarly, when the RXF # flag is “1”, data cannot be read from the USB-IFM data port.

全データ取得システム30が図11に示され、これは、データ取得カード、信号ジェネレータカード、及び6個までのキャパシタンス測定カードを備え、これら測定カードは、各キャパシタンス電極に対して1つづつ、12個のキャパシタンス測定チャンネルを与える。2つの直接デジタルシンセサイザー(DDS)ICチップ(AD7008)を使用して、ピーク−ピークで18Vの2つの同期された500kHz正弦波信号を発生し、その一方は、励振ソースとして、そしてその他方は、位相感知復調(PSD)の基準信号として働く。アナログマルチプレクサ(MUX)(ADG526)を使用して、各キャパシタンス測定チャンネルからDC信号を順次に選択する。差動増幅器(INA105)は、12ビットデジタル/アナログコンバータ34により発生された適切な電圧を差し引いて、定在キャパシタンスを打ち消す。これで、信号は、測定されたキャパシタンス変化を表し、これは、更に増幅される。大きなダイナミック測定範囲を取り扱うには、1、2、4、8及び16の選択可能な利得をもつDC PGAが必要とされる。アナログ信号は、最終的に、アナログ/デジタルコンバータ(ADC)により12ビットデジタル信号に変換され、次いで、PC20へ2つのバイトで送信される。   A complete data acquisition system 30 is shown in FIG. 11, which comprises a data acquisition card, a signal generator card, and up to six capacitance measurement cards, one for each capacitance electrode, 12 Provides one capacitance measurement channel. Two direct digital synthesizer (DDS) IC chips (AD7008) are used to generate two synchronized 500 kHz sine signals at 18V peak-to-peak, one as the excitation source and the other Serves as reference signal for phase sensitive demodulation (PSD). An analog multiplexer (MUX) (ADG526) is used to sequentially select a DC signal from each capacitance measurement channel. The differential amplifier (INA 105) subtracts the appropriate voltage generated by the 12-bit digital / analog converter 34 to cancel the standing capacitance. The signal now represents the measured capacitance change, which is further amplified. To handle a large dynamic measurement range, a DC PGA with selectable gains of 1, 2, 4, 8, and 16 is required. The analog signal is finally converted to a 12-bit digital signal by an analog / digital converter (ADC) and then transmitted to the PC 20 in two bytes.

定在キャパシタンスをバランスするのに使用されるオフセット信号は、データ取得カード上のDAC34から到来する。オフセット信号は、0から5Vまで4096ステップで変化することができ、次のように表される。

Figure 0004376900
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。 The offset signal used to balance the standing capacitance comes from the DAC 34 on the data acquisition card. The offset signal can vary from 0 to 5V in 4096 steps and is expressed as:
Figure 0004376900
Where V ref is the reference voltage of the DAC 34 and D is a digital input.

ADCは、オフセット双極動作用に構成され、Vm=−1Vから4Vの範囲にわたって動作する。デジタルの読みは、次の式で与えられる。

Figure 0004376900
但し、Fは、ADCの全測定範囲である。 The ADC is configured for offset bipolar operation and operates over a range of V m = −1V to 4V. The digital reading is given by:
Figure 0004376900
However, F is the whole measurement range of ADC.

システムオペレーションは、データ取得カードのデジタル出力ポートにより制御され、次の機能を与える。
(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。
System operation is controlled by the digital output port of the data acquisition card and provides the following functions:
(1) Control of CMOS switch for selecting excitation and detection electrodes;
(2) Control of amplitude and frequency of excitation and reference signals and phase difference between those signals;
(3) MUX control to sequentially select DC signals from the capacitance measurement circuit; and (4) PGA gain control to fully use the ADC measurement range.

USB−IFMをデータ取得システムの電子ユニットにインターフェイスするための基本的な論理回路が図12に示されている。この回路は、PC20が任意のユニットを選択し、そしてその任意のユニットへデータを送信し又はそこからデータを受信することができるようにする。   A basic logic circuit for interfacing the USB-IFM to the electronic unit of the data acquisition system is shown in FIG. This circuit allows the PC 20 to select any unit and send data to or receive data from that unit.

USB−IFMの出力RXF#は、インバータを経てRD#入力に接続される。USB−IFMの8ビットI/Oポート(D0−D7)は、ラッチ(1)(74LS273)へ取り出され、このラッチは、RD#信号が高レベルになるときにアクチベートされる。ラッチ(1)の出力は、2つの部分、即ち全電子ユニットに対する4ビットの読み取りデータバスとしてのビットD0−D3と、4−16デコーダチップ(74LS154)へ取り込まれる制御バスとしてのビットD4−D7とに分割され、その16個の出力は、個々のユニットを選択するための制御ラインとして使用される。   The output RXF # of the USB-IFM is connected to the RD # input via an inverter. The USB-IFM 8-bit I / O ports (D0-D7) are fetched to latch (1) (74LS273), which is activated when the RD # signal goes high. The output of latch (1) has two parts: bits D0-D3 as a 4-bit read data bus for all electronic units, and bits D4-D7 as a control bus that is fed into the 4-16 decoder chip (74LS154). The 16 outputs are used as control lines for selecting individual units.

オペレーションは、次の通りである。最初に、USB−IFM受信バッファは空であり、従って、出力RXF#は「1」で、RD#は「0」である。PC20は、データバイトをUSB−IFM受信バッファへ送信し、そしてRXF#は、自動的に「0」にセットされる。短時間後に、RD#及びラッチ(1)のCLKは、インバータを経て「1」となる。データバイトは、ラッチ(1)にラッチされ、これも、RXF#を「1」にして、読み取られるべきそれ以上のデータが得られないことを示し、これは、次いで、短い遅延の後にRD#を低レベルにセットする。これで、システムは、PC20からより多くのデータを受け取るか又はPC20へデータを送信する準備ができる。   The operation is as follows. Initially, the USB-IFM receive buffer is empty, so the output RXF # is “1” and RD # is “0”. The PC 20 transmits the data byte to the USB-IFM reception buffer, and RXF # is automatically set to “0”. After a short time, the RD # and the CLK of the latch (1) become “1” via the inverter. The data byte is latched into latch (1), which also sets RXF # to “1” to indicate that no more data to be read is available, which is then RD # after a short delay. Set to low level. The system is now ready to receive more data from the PC 20 or send data to the PC 20.

PC20は、命令FT_Readを使用してUSB−IFM送信バッファからデータを一度に1バイト受信する。同様に、命令FT_Writeを使用してUSB−IFM受信バッファへデータを一度に1バイト送信する。USB−IFMにより受信されたデータバイトは、論理回路により2つの部分、即ち読み取りデータバスとしての4つの最下位ビット(LSB)、及び制御バスとしての4つの最上位ビット(MSB)に分割される。   The PC 20 receives data one byte at a time from the USB-IFM transmission buffer using the command FT_Read. Similarly, data is transmitted one byte at a time to the USB-IFM reception buffer using the command FT_Write. The data byte received by the USB-IFM is divided by the logic circuit into two parts: the four least significant bits (LSB) as the read data bus and the four most significant bits (MSB) as the control bus. .

制御バスは、16本の制御ラインの1つを選択するために4−16デコーダへ取り出され、これは、テーブル1に示すようにデータ収集及び測定回路において16個の異なるICをアクチベートする。












テーブル1:制御ライン接続

Figure 0004376900
The control bus is taken to a 4-16 decoder to select one of the 16 control lines, which activates 16 different ICs in the data acquisition and measurement circuit as shown in Table 1.












Table 1: Control line connection
Figure 0004376900

USB−IFMをDAC34へインターフェイスするための完全論理回路が図13に示されている。基本的USB論理インターフェイス回路(図12を参照)の4ビット読み取りデータバス及び3つの制御ラインが使用される。主たる事柄は、4ビット読み取りデータバスから12ビットデータ入力を供給することである。   A complete logic circuit for interfacing the USB-IFM to the DAC 34 is shown in FIG. A 4-bit read data bus and three control lines of the basic USB logic interface circuit (see FIG. 12) are used. The main thing is to provide 12-bit data input from the 4-bit read data bus.

4ビット読み取りデータバスは、2つの付加的なラッチ、即ちラッチ(2)及びラッチ(3)によりDAC34へ12ビット入力信号を与えるように拡張される。4ビット読み取りデータバスは、DAC34の入力バスD8−D11、ラッチ(2)(その出力は入力バスD4−D7へ至る)、及びラッチ(3)(その出力は入力バスD0−D3へ至る)へ直結される。単安定チップ(74HC123)が制御ライン(3)に挿入され、制御信号巾が正しいDACオペレーションに調整されるように確保する。制御ライン1、2及び3は、ラッチ(2)、(3)、及びDAC34を各々アクチベートする。   The 4-bit read data bus is extended to provide a 12-bit input signal to the DAC 34 by two additional latches, latch (2) and latch (3). The 4-bit read data bus goes to input bus D8-D11 of DAC 34, latch (2) (its output goes to input bus D4-D7), and latch (3) (its output goes to input bus D0-D3). Directly connected. A monostable chip (74HC123) is inserted into the control line (3) to ensure that the control signal width is adjusted to the correct DAC operation. Control lines 1, 2, and 3 activate latches (2), (3), and DAC 34, respectively.

12ビット信号をDAC34へロードする方法は、次の通りである。PC20は、信号及びバイナリー2(ラッチ(3)の制御ライン)のビットD0−D3を含むバイトを送信する。ラッチ(3)がアクチベートされ、ビットD0−D3がDAC34の対応入力に現われる。PC20は、信号及びバイナリー1(ラッチ(2)の制御ライン)のビットD4−D7を含む第2バイトを送信する。ラッチ(2)がアクチベートされ、ビットD4−D7がDAC34の対応入力に現われる。PC20は、信号及びバイナリー3(DACの制御ライン)のビットD8−D11を含む第3バイトを送信する。信号のビットD8−D11がDACの対応入力に現われ、従って、ここで、完全な12ビット信号がDAC入力バスに現われる。制御ライン(3)の信号は、ここで、DAC入力をロックアウトし、従って、アナログ出力が、PC20により送信された値に保持される。   The method for loading the 12-bit signal into the DAC 34 is as follows. The PC 20 transmits a byte containing the signal and bits D0-D3 of binary 2 (control line of latch (3)). Latch (3) is activated and bits D0-D3 appear at the corresponding inputs of DAC 34. The PC 20 transmits the second byte including the signal and bits D4-D7 of binary 1 (control line of latch (2)). Latch (2) is activated and bits D4-D7 appear at the corresponding inputs of DAC 34. The PC 20 transmits a third byte including the signal and bits D8-D11 of binary 3 (DAC control line). Bits D8-D11 of the signal appear at the corresponding inputs of the DAC, so here a complete 12-bit signal appears at the DAC input bus. The signal on the control line (3) now locks out the DAC input so that the analog output is held at the value transmitted by the PC 20.

第1のFT_Write命令は、データビットD0−D3をラッチ(3)へ送信し、そして第2の命令は、データビットD4−D7をラッチ(2)へ送信する。第3の命令は、データビットD8−D11を送信し、そして完全なデータビットD0−D11でDAC34をアクチベートする。最終的な命令は、ユニットをアクチベートせず、アクティブな制御ラインを「1」にリセットするのに使用される。これは、全てのオペレーションの後に使用される。DACオペレーションをテーブル2に要約する。
テーブル2:DACオペレーション

Figure 0004376900
The first FT_Write instruction sends data bits D0-D3 to latch (3), and the second instruction sends data bits D4-D7 to latch (2). The third instruction sends data bits D8-D11 and activates DAC 34 with complete data bits D0-D11. The final instruction is used to reset the active control line to “1” without activating the unit. This is used after every operation. The DAC operations are summarized in Table 2.
Table 2: DAC operation
Figure 0004376900

USB−IFMをADCにインターフェイスするための全論理回路設計が図14に示されている。基本的USB論理インターフェイス回路(図12)の8ビットI/Oデータバス及び制御ライン(5)が使用される。8本のADC出力データラインD0−D3(又はD8−D11)及びD4−D7が8ビットI/Oデータバスに接続される。制御ライン(5)は、Dフリップ−フロップ(74LS74)及びANDゲートを経てADCの/RD入力へ取り込まれる。   The overall logic circuit design for interfacing USB-IFM to ADC is shown in FIG. The 8-bit I / O data bus and control line (5) of the basic USB logic interface circuit (FIG. 12) is used. Eight ADC output data lines D0-D3 (or D8-D11) and D4-D7 are connected to the 8-bit I / O data bus. The control line (5) is taken into the ADC's / RD input via a D flip-flop (74LS74) and an AND gate.

ADCから12ビット信号を得る方法は、次の通りである。PC20は、バイナリー5(ADCの制御ライン)を含むバイトをUSB−IFMへ送信して、ADC変換をアクチベートし、そして/BUSY信号が低レベルになる。変換の終わりに、/BUSYが高レベルとなり、ここで、新たなデータDB0−DB7がADCの出力ラインに現われ(HBENが低レベルであるから)、そして3つの遅延チップ(74HC123)を使用することにより一連の3つの遅延タイマーが開始される。第1遅延の後に、WR信号が発生され、これは、データDB0−DB7をUSB−IFM送信バッファに書き込ませる。第2の遅延HBENが高レベルにセットされた後、データDB8−DB11及び4個の0がADCデータ出力に現われる。第3の遅延の後、第2のWR信号が発生され、これは、このデータDB8−DB11をUSB−IFM送信バッファへ書き込ませる。PC20は、ここで、USB−IFM送信バッファからADC変換結果を2バイトで読み取ることができる。FT_Write命令は、ADCをアクチベートし、又、その結果を2バイトとして論理回路を経てUSB−IFM送信バッファへ送信する。FT_Read命令は、これら2つのバイトをPC20へ送信する。これらは、いずれのユニットもアクチベートせず、又、読み取りデータバスにいずれのデータも送出しない。ADCオペレーションをテーブル3に要約する。
テーブル3:ADCオペレーション

Figure 0004376900
A method for obtaining a 12-bit signal from the ADC is as follows. The PC 20 sends a byte containing binary 5 (ADC control line) to the USB-IFM to activate the ADC conversion and the / BUSY signal goes low. At the end of the conversion, / BUSY goes high, where new data DB0-DB7 appear on the ADC output line (because HBEN is low) and use 3 delay chips (74HC123) Starts a series of three delay timers. After the first delay, a WR signal is generated, which causes data DB0-DB7 to be written to the USB-IFM transmission buffer. After the second delay HBEN is set high, the data DB8-DB11 and the four zeros appear at the ADC data output. After the third delay, a second WR signal is generated, which causes this data DB8-DB11 to be written to the USB-IFM transmission buffer. Here, the PC 20 can read the ADC conversion result from the USB-IFM transmission buffer in 2 bytes. The FT_Write command activates the ADC, and transmits the result as 2 bytes to the USB-IFM transmission buffer via the logic circuit. The FT_Read instruction transmits these two bytes to the PC 20. They do not activate any units and do not send any data to the read data bus. The ADC operations are summarized in Table 3.
Table 3: ADC operation
Figure 0004376900

USB−IFMをMUXにインターフェイスするための全論理回路設計が図15に示されている。基本的USB論理インターフェイス回路(図12)の4ビット読み取りデータバス及び2本の制御ラインが使用される。4ビット読み取りデータバスは、ラッチ(3)に接続され、その出力は、MUXの入力バスA0−A3へ至る。制御ライン(2)及び(4)は、ラッチ(3)及びMUXを各々アクチベートする。   The overall logic circuit design for interfacing USB-IFM to MUX is shown in FIG. The 4-bit read data bus and two control lines of the basic USB logic interface circuit (FIG. 12) are used. The 4-bit read data bus is connected to latch (3) and its output leads to MUX input buses A0-A3. Control lines (2) and (4) activate latches (3) and MUX, respectively.

MUXを動作する方法は、次の通りである。PC20は、バイナリー2(ラッチ(3)の制御ライン)を含むバイトをUSB−IFMへ送信する。ラッチ(3)がアクチベートされ、読み取りデータバスのデータがMUXの対応入力に現われる。PC20は、バイナリー4(MUXの制御ライン)を含む第2バイトをUSB−IFMへ送信する。MUXがアクチベートされ、その出力は、4ビット読み取りデータバスのデータに基づいて1つのチャンネルを選択する。   The method of operating MUX is as follows. The PC 20 transmits a byte including binary 2 (control line of the latch (3)) to the USB-IFM. Latch (3) is activated and the data on the read data bus appears at the corresponding input of the MUX. The PC 20 transmits the second byte including the binary 4 (MUX control line) to the USB-IFM. The MUX is activated and its output selects a channel based on the data on the 4-bit read data bus.

USB−IFMをDC PGAにインターフェイスする全論理回路設計が図16に示されている。基本的USB論理インターフェイス回路(図12)の4ビット読み取りデータバス及び2つの制御ラインが使用される。4ビット読み取りデータバスは、ラッチ(2)に接続され、その最後の3つの出力は、DC PGAの入力バスA1−A3へ至る。制御ライン(1)及び(4)は、ラッチ(2)及びDC PGAを各々アクチベートする。   The overall logic circuit design that interfaces the USB-IFM to the DC PGA is shown in FIG. The 4-bit read data bus and two control lines of the basic USB logic interface circuit (FIG. 12) are used. The 4-bit read data bus is connected to latch (2) and its last three outputs lead to DC PGA input buses A1-A3. Control lines (1) and (4) activate latch (2) and DC PGA, respectively.

DC PGAを動作する方法は、次の通りである。PC20は、バイナリー1(ラッチ(2)の制御ライン)を含むバイトをUSB−IFMへ送信する。ラッチ(2)がアクチベートされ、そして読み取りデータバスのデータがDC PGAの対応入力に現われる。PC20は、バイナリー4(DC PGAの制御ライン)を含む第2バイトをUSB−IFMに送信する。DC PGAがアクチベートされ、その出力は、最後の3ビット読み取りデータバスのデータに基づいて利得を選択する。制御ライン(4)は、MUX及びDC PGAの両方をアクチベートすることに注意されたい。UX及びDC PGAのオペレーションをテーブル4に要約する。
テーブル4:MUX及びDC PGAオペレーション

Figure 0004376900
The method for operating the DC PGA is as follows. The PC 20 transmits a byte including binary 1 (the control line of the latch (2)) to the USB-IFM. Latch (2) is activated and the data on the read data bus appears at the corresponding input of the DC PGA. The PC 20 transmits the second byte including the binary 4 (DC PGA control line) to the USB-IFM. The DC PGA is activated and its output selects the gain based on the data on the last 3-bit read data bus. Note that control line (4) activates both MUX and DC PGA. The operation of UX and DC PGA is summarized in Table 4.
Table 4: MUX and DC PGA operations
Figure 0004376900

第1の命令は、データビットD0−D3を、ラッチ(3)を経てMUXの4つの入力チャンネル選択ビットへ送信する。第2の命令は、データビットD1−D3を、ラッチ(2)を経てDC PGAの3つの利得選択ビットに送信する。第3の命令は、MUX及びDC PGAの両方をアクチベートする。   The first instruction sends data bits D0-D3 via latch (3) to the four input channel select bits of the MUX. The second instruction sends data bits D1-D3 via latch (2) to the three gain select bits of the DC PGA. The third instruction activates both the MUX and DC PGA.

DDSチップAD7008は、複雑なデバイスであり、その制御は、データ取得システム内の他のユニットよりも複雑である。USBデータ取得カードにより制御されるDDS信号ジェネレータボードの回路図が図17に示されている。   The DDS chip AD7008 is a complex device and its control is more complex than other units in the data acquisition system. A circuit diagram of a DDS signal generator board controlled by a USB data acquisition card is shown in FIG.

DDS出力正弦波の周波数、振幅及び位相は、データ入力(D0及びD7)を経て外部からロードしなければならない3つの内部レジスタと、パラレルアッセンブリレジスタとによりセットされる。DDSチップのデータ入力(D0−D7)は、DDSラッチを経て供給される。これらラッチへの入力は、USB及びデータ取得カードのデータラインから到来する(4ビット読み取りデータバス及びラッチ(3))。又、DDSラッチ出力の4つのLSBは、DDS転送論理入力TC0−TC3にも接続される。パラレルアッセンブリレジスタにデータが書き込まれると、これらのビットを、TC0−TC3に基づいて適当な内部レジスタにロードすることができる。   The frequency, amplitude, and phase of the DDS output sine wave are set by three internal registers that must be loaded externally via the data inputs (D0 and D7) and a parallel assembly register. The data inputs (D0-D7) of the DDS chip are supplied via the DDS latch. The inputs to these latches come from the data lines of the USB and data acquisition cards (4-bit read data bus and latch (3)). The four LSBs of the DDS latch output are also connected to the DDS transfer logic inputs TC0-TC3. When data is written to the parallel assembly register, these bits can be loaded into the appropriate internal registers based on TC0-TC3.

USBデータ取得カードからの制御ライン(9)及び(10)は、DDSラッチをセットするのに使用されるが、2つのDDSチップのための制御信号(即ちRESET、/WR及びROAD)は、USBデータ取得カードのデータラインからラッチ(4)(ビット8−10)へ取り出される。   The control lines (9) and (10) from the USB data acquisition card are used to set the DDS latch, while the control signals for the two DDS chips (ie RESET, / WR and ROAD) are It is taken from the data line of the data acquisition card to latch (4) (bits 8-10).

2つのDDSチップを設定するためのオペレーションは、個々のラッチを経て各チップへデータを送信し、そしてテーブル5及び6に示すように、ラッチ(4)を経て3つのDDS制御入力をセットする(USBデータ取得カード上で)ことを含む。   The operation to set up two DDS chips sends data to each chip via individual latches and sets three DDS control inputs via latches (4) as shown in Tables 5 and 6 ( On a USB data acquisition card).

AD7008への全ての制御信号は、64コネクタを経てUSBデータ取得カードのラッチ(4)に接続される。AD7008が動作されると、制御バスが「0」にセットされ、そして読み取りデータバスが適当な制御入力をアクチベートするようにセットされる。   All control signals to the AD7008 are connected to the USB data acquisition card latch (4) via 64 connectors. When the AD7008 is activated, the control bus is set to "0" and the read data bus is set to activate the appropriate control input.

AD7008のデータラインは、USBデータ取得カードにより、2つのラッチDDSラッチ(1)及びDDSラッチ(2)を経て制御される。第1のFT_Write命令は、データビットD0−D3をUSBデータ取得カードのラッチ(3)へ送信する。第2の命令は、データビットD4−D7を送信し、そしてDDSラッチの1つを完全なデータビットD0−D7でアクチベートする。
テーブル5:AD7008の制御ラインオペレーション

Figure 0004376900

テーブル6:AD7008のデータラインオペレーション
Figure 0004376900
The data line of the AD7008 is controlled by the USB data acquisition card via two latches DDS latch (1) and DDS latch (2). The first FT_Write instruction sends data bits D0-D3 to the latch (3) of the USB data acquisition card. The second instruction sends data bits D4-D7 and activates one of the DDS latches with complete data bits D0-D7.
Table 5: AD7008 control line operation
Figure 0004376900

Table 6: AD7008 data line operations
Figure 0004376900

USBデータ取得カードのソフトウェアが、VisualC++6.0で書かれており、これは、周辺装置やディスプレイをインターフェイスしたり、ユーザインターフェイスを設計したりするのに便利である。図18は、ウインドウズユーザインターフェイスを示す。これは、次のような機能を有する。
(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。
The USB data acquisition card software is written in Visual C ++ 6.0, which is useful for interfacing peripheral devices and displays and designing user interfaces. FIG. 18 shows a Windows user interface. This has the following functions.
(1) Control of the signal generator board;
(2) System parameter menu and setting management, and system initialization;
(3) Control of capacitance measurement board and acquisition of capacitance data;
(4) DAC and ADC control for automatic DC offset and gain functions; and (5) Real-time data acquisition.

以上のことから、この方法及び装置は、ECTシステムのための高速USBデータ取得カードを提供することが容易に明らかであろう。ユーロケース及びユーロカード規格に適合するように電子回路が設計され且つPCBが製造されている。カードは、12個までのキャパシタンス測定チャンネル支持することができ、そしてシステムに首尾良く合体されている。ソフトウェアは、定在キャパシタンスを打ち消すためのDCオフセット、及びDC増幅器利得設定を得るための自動的な校正と、映像再構成及び分析のための測定データの収集を、ユーザに馴染み易いWindows(登録商標)インターフェイスと一緒に備えている。   From the foregoing, it will be readily apparent that this method and apparatus provides a high speed USB data acquisition card for an ECT system. Electronic circuits are designed and PCBs are manufactured to meet Eurocase and Eurocard standards. The card can support up to 12 capacitance measurement channels and has been successfully incorporated into the system. The software provides a user-familiar Windows (registered trademark) with automatic calibration to obtain DC offset and DC amplifier gain settings to cancel standing capacitance, and collection of measurement data for video reconstruction and analysis. ) Equipped with interface.

上述したように、コンピュータ20は、特定用途に基づいて種々の構成をとることができる。例えば、空港のロビーに付添いのないまま放置された手荷物をチェックするような幾つかの用途にポータブルラップトップコンピュータを使用することができる。他の用途については、パーソナルコンピュータ20を、ローカルエリアネットワークにおいて、又はインターネットを経てワイドエリアネットワークにおいて、スタンドアローンシステム、ワークステーション、及びファイルサーバーとして使用してもよい。   As described above, the computer 20 can take various configurations based on a specific application. For example, portable laptop computers can be used for some applications such as checking baggage left unattended in an airport lobby. For other applications, the personal computer 20 may be used as a stand-alone system, workstation, and file server in a local area network or in a wide area network via the Internet.

図1及び3に示されたトランスジューサ50は、プラスチックシリンダー又はパイプ52を備え、シリンダーの周囲には8個の電極54が位置されている。同様の電気的キャパシタンス断層撮影(ECT)トランスジューサが、参考としてここに援用する「Image Creation in a Tomography System」と題するウィ・キャング・ヤン氏の英国特許第GB2329476号に開示されている。この特許は、コンジット52の外壁の周りに位置された電極54を励振することにより得られるコンジットを横切る一連のキャパシタンス測定値を取り出すための装置の使用について述べている。これらキャパシタンス測定値は、コンジット52を通る区分の映像であって、コンジット52内の誘電体材料の相対的な割合及び位置を表す映像を構成するのに使用される。上記特許は、領域の内部特性を表わす映像を、その領域の周囲における電気的パラメータの測定値から、「ペンティウムコンピュータ」で迅速に実行される繰り返しフィードバックアルゴリズムから導出される映像補正データと組み合せて、生成するための方法を説明している。   The transducer 50 shown in FIGS. 1 and 3 comprises a plastic cylinder or pipe 52 with eight electrodes 54 positioned around the cylinder. A similar electrical capacitance tomography (ECT) transducer is disclosed in UK Patent No. GB 2329476, entitled “Image Creation in a Tomography System”, incorporated herein by reference. This patent describes the use of a device to retrieve a series of capacitance measurements across the conduit obtained by exciting electrodes 54 located around the outer wall of the conduit 52. These capacitance measurements are used to construct an image of the section through the conduit 52 that represents the relative percentage and location of the dielectric material within the conduit 52. The above patent combines video representing internal characteristics of a region with video correction data derived from repeated feedback algorithms that are quickly executed on a “pentium computer” from measured electrical parameters around the region. Describes the method for generating.

キャスリーン・ヘネシー氏に発行された多数の特許は、プリント回路板の欠陥を検出するためにこれまで使用されている映像データベース知識データベースを開示している。これらの特許は、米国特許第5,515,453号、第5,553,168号、第5,703,969号、第6,014,461号、第6,091,846号、第6,205,239号、第6,246,787号、及び第6,246,788号を含み、それらの開示を参考としてここに援用する。   A number of patents issued to Kathleen Hennessy disclose video database knowledge databases that have been used to detect printed circuit board defects. These patents are U.S. Pat. Nos. 5,515,453, 5,553,168, 5,703,969, 6,014,461, 6,091,846, 205,239, 6,246,787, and 6,246,788, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

以下に詳細に述べるように、逆伝搬法を使用して、映像及び知識に基づくデータベースを構築するためのスーパーバイズされた学習が提供され、エラーデータをそれ以前のものへ逆伝搬法して、到来する重みを更新できるようにする。映像プリミティブに基づく映像インデックス及びサーチを使用して、隠されたアイテムの3Dリアルタイム映像を生成することができる。   As described in detail below, using backpropagation, a supervised learning to build a video and knowledge-based database is provided, and error data is backpropagated to the previous one, Allow incoming weights to be updated. Video indexes and searches based on video primitives can be used to generate 3D real-time video of hidden items.

危険な物体を検出するために物体の映像を形成しなくてよいことに注意するのが重要である。トランスジューサの信号は、物体の縁の勾配特性を検出するだけでなく、材料の中で隣接物体との区別を検出し且つ特徴付けるのに使用することもできる。映像の発生は、最初の断層撮影審査の後に人間のオペレータに視覚情報を与えるために必要とされるに過ぎない。物体及びそれらの特性は、視覚表示方法に使用できる次元を越えて、象徴的な超空間で表わすことができる。   It is important to note that an image of an object need not be formed in order to detect a dangerous object. The transducer signal can be used not only to detect the gradient characteristics of the edges of the object, but also to detect and characterize the distinction between adjacent objects in the material. Video generation is only required to provide visual information to the human operator after the initial tomographic examination. Objects and their properties can be represented in symbolic superspace beyond the dimensions available for visual display methods.

米国特許第5,515,453号に開示された方法の更なる開発では、センサ/トランスジューサの前記パネルから得られた信号の測定値を使用して、物体の縁を描くと共に、前記物体内の材料の外部形状及びテクスチャーを特徴付ける。米国特許第6,014,461号、第6,091,846号及び第6,205,239号において半導体欠陥が特徴付けられるのと同様に、危険な物体の選択されたサンプルのセットを使用して、危険物体知識ベースが発生される。   In further development of the method disclosed in US Pat. No. 5,515,453, signal measurements obtained from the panel of sensors / transducers are used to delineate the edges of the object and Characterize the external shape and texture of the material. A selected sample set of dangerous objects is used in the same way that semiconductor defects are characterized in US Pat. Nos. 6,014,461, 6,091,846 and 6,205,239. Thus, a dangerous object knowledge base is generated.

危険物体知識ベース内の危険な物体に関するルールを発生するのに使用されるべき物体の各サンプルの特性は、次のステップ1−7により得られる。   The characteristics of each sample of objects to be used to generate rules for dangerous objects in the dangerous object knowledge base are obtained by the following steps 1-7.

ステップ1:(1)物体の縁のセグメントの強度特性における不連続性、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トランスジューサ信号の値の範囲、のいずれかを表すトランスジューサ信号の値からプリミティブのセットを発生する。   Step 1: Transducer signal representing either (1) a discontinuity in the intensity characteristics of the edge segment of the object, or (2) a range of values of adjacent transducer signals characterizing one or more textures of the interior material of the object. Generate a set of primitives from the values of.

ステップ2:多数のプリミティブを、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て、前記物体の縁のセグメント及び内部材料を、それらの属性の値、例えば、相対的な位置、先鋭さ、巾、曲率、及び前記トランスジューサ信号から導出される他の特性で表すことにより、高レベルプリミティブのセットを発生する。   Step 2: Associate a large number of primitives with each other based on the spatial accessibility and similarity of the primitive values, and connect the edge segment of the object and the internal material to their attribute values, eg, relative position, sharpness Representing the length, width, curvature, and other characteristics derived from the transducer signal produces a set of high level primitives.

ステップ3:縁及び内部材料の類似性のような共有特性に基づいて前記高レベルプリミティブを接合して、物体を定義する。   Step 3: Define the object by joining the high level primitives based on shared properties such as edge and internal material similarity.

ステップ4:物体のサイズ、その縁の曲率及び先鋭さ、金属性のテクスチャー、硝酸塩の独特の化学的なテクスチャー等、前記物体の記述子の値のセットを、以下のテーブル7に示すように、前記共有特性から発生する。
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。
Step 4: The set of object descriptor values such as object size, curvature and sharpness of its edges, metallic texture, unique chemical texture of nitrate, etc., as shown in Table 7 below: Occurs from the shared characteristics.
Table 7: Characterization of dangerous objects 2D 3D cubes of sharp objects Sharp edges Inside edges of objects Internal ID Cross-section Body volume * Eccentricity * Curvature * Texture Texture
0 = yen coefficient * variation *
100 = Worm knife 1 104 223 93 64 16 -48 1 17
Knife 2 108 231 87 71 19 -41 1 12
Mine 1 52 304 21 6 91 53 22
Mine 2 48 291 24 8 93 49 18
Razor 1 60 312 33 23 18 51 28
Razor 2 64 303 37 28 22 15 16
* Normalization, 0-100
1 Metal exhibits negative capacitance.
2 Razor 1 contains explosives and razor 2 does not.

ステップ5:発散的特性が図24bに示された異なる物体とは対照的に、特性の類似性が図24aのグラフに示された他の同様の危険物体について、ステップ1−4を、少なくとも3回、通常は、5回以下で繰り返す。   Step 5: For other similar dangerous objects whose characteristic similarity is shown in the graph of FIG. 24a as opposed to different objects whose divergent characteristics are shown in FIG. Repeat, usually 5 times or less.

ステップ6:前記記述子に重みを指定し、以下のテーブル8に示すように、類似及び限定された範囲の値をもつ記述子には大きな重みを与え、異なる又は広く変化する範囲の値を持つ記述子には小さな重みを与えるか又は重みを与えない。
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
Step 6: Assign a weight to the descriptor and give a large weight to descriptors with similar and limited range values, as shown in Table 8 below, with different or widely varying range values The descriptor is given a small weight or no weight.
Table 8: Weighted object specified in the characteristics of dangerous object 2D 3D cubic Edge inside object edge Internal internal ID Cross section Body volume Sharpness Eccentricity Curvature Texture Texture
Coefficient Floating knife 11 14 94 61 16 11 18
Mine 32 28 6 44 42 91 23
Razor W 6 14 23 14 18 88 11

ステップ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、記述子の値の中間点及び重みの単一セットに減少し、このような各セットを、以下のテーブル9に示すように危険物体知識ベースのルールとして記憶する。






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
Step 7: The set of descriptor values for each group of dangerous objects is reduced to a single set of descriptor value midpoints and weights, and each such set is dangerous as shown in Table 9 below. Store as object knowledge base rules.






Table 9: Hazardous Object Knowledge Base: Attribute Value Intermediate Point and Weight
2D 3D Cubic Edge Inside Object Edge Internal Rule Cross Section Volume Volume Sharpness Eccentricity Curvature Texture Texture
Coefficient variation
MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt MPt Wt
Knife 106 11 227 14 93 94 64 61 16 16 -48 11 17 18
Mine 50 32 298 28 22 6 7 44 92 42 51 91 20 23
Razor W 63 6 307 14 35 23 26 14 20 18 38 88 22 11

前記危険物体知識ベースの配布、使用、維持及び特定用途改善は、以下のステップ8−12で説明する。   The distribution, use, maintenance and special application improvement of the dangerous object knowledge base will be described in the following steps 8-12.

ステップ8:危険物体知識ベースが、広範囲な種々の物体、特性及びそれらの相対的重要性に関する累積された相対的情報を反映する危険物体に関するルールでポピュレーションされると、これを使用して、ステップ1−4をたどることにより小包及び手荷物内のような包囲されたエリア内の潜在的危険物体を検出しそして分類することができる。   Step 8: Once the dangerous object knowledge base is populated with rules for dangerous objects that reflect the accumulated relative information about a wide variety of objects, properties and their relative importance, this is used to By following steps 1-4, potentially dangerous objects in the enclosed area, such as in parcels and baggage, can be detected and classified.

ステップ9:通常サイズが15000バイト以下の危険物体知識ベースは、走査装置の特定実施形態に使用するためのセキュリティユニットに電子手段により配布される。   Step 9: A dangerous object knowledge base with a normal size of 15000 bytes or less is distributed electronically to a security unit for use in a particular embodiment of the scanning device.

ステップ10:危険物体知識ベースの修正は、物体の1つ以上のインスタンスの追加、削除又は交換により達成され、危険物体知識ベースにおけるルールのセットが再公式化され、即ち、通常数分しかかからず且つ容易に逆転することのできるプロセスとなる。   Step 10: Modification of the dangerous object knowledge base is accomplished by adding, deleting or replacing one or more instances of the object, and the set of rules in the dangerous object knowledge base is reformulated, i.e. usually only takes a few minutes. And a process that can be easily reversed.

ステップ11:危険物体知識ベースのマスターセットを生成して、検査サイトから離れた場所で同様の装置において修正し、そして任意の場所へ電子的に送信して、セキュリティネットワーク全体にわたり危険物体に関する最新のルールを与える。   Step 11: Generate a dangerous object knowledge base master set, modify it on a similar device at a location remote from the inspection site, and electronically send it to any location to keep up-to-date on dangerous objects throughout the security network Give rules.

ステップ12:貨物や荷物のチェックのような異なるセキュリティタスクに対して、爆発物や促進剤を検出するように編集された危険物体知識ベースの多数のバージョンを生成して維持すると共に、ナイフのような先鋭な金属物体を検出するためのルールを追加した危険物体知識ベースの別のバージョンを機内持ち込み品目に対して生成する。   Step 12: Generate and maintain multiple versions of a dangerous object knowledge base compiled to detect explosives and accelerators for different security tasks such as cargo and package checks, Generate another version of the dangerous objects knowledge base for in-flight items with added rules for detecting sharp metal objects.

別々に又は組み合せて使用できるトランスジューサの多数の実施形態が図4、5、6及び19−23に示されている。   Numerous embodiments of transducers that can be used separately or in combination are shown in FIGS. 4, 5, 6 and 19-23.

4つのセキュリティ走査装置を次の実施形態として以下に説明する。(1)並列センサアレイを伴う3D容量性スキャナ;(2)平坦なキャパシタンスセンサアレイを伴うシューズスキャナ;(3)平坦なホール効果センサアレイを伴う磁気スキャナ;及び(4)金属物体及び化学物質を3D像形成するための多平面ECT。   Four security scanning devices will be described below as the next embodiment. (1) a 3D capacitive scanner with a parallel sensor array; (2) a shoe scanner with a flat capacitance sensor array; (3) a magnetic scanner with a flat Hall effect sensor array; and (4) metal objects and chemicals. Multi-planar ECT for 3D image formation.

実施形態1:並列センサアレイを伴う3D容量性スキャナ
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。
Embodiment 1 3D Capacitive Scanner with Parallel Sensor Array A conventional ECT sensor is composed of a number of electrodes surrounding a cross section. Another design is to use two parallel plates, one for excitation and the other for detection, with a capacitance sensor array, with each plate having, for example, 256 (or other) electrodes. As shown in FIG. 19, when one electrode 19e is energized in the upper plate 19a, for example, 25 capacitance measurements can be obtained from the lower plate 19b. The top plate excitation electrodes are sequentially energized, for example, more than 1000 capacitance measurements can be collected from the bottom plate sensing electrodes. To obtain a security distribution (Yang et al., 1999), a limited difference method can be used, which is more convenient than a limited element method (FEM) because of the shape of the sensing space. Each electrode can be divided into, for example, 3 × 3 = 9 (or other number) pixels. The space between the excitation plate and the detection plate can be divided into multiple layers by software so that the thickness of each layer is similar to the dimensions of the pixels. In this way, the sensing space can be divided into a large number of small cubes. This enables true 3D video reconstruction and can achieve excellent spatial resolution.

キャパシタンス及びロス・コンダクタンスの両成分を異なる周波数及び異なる位相で測定することができる。測定回路は、正弦波励振及び位相感知復調を使用するACベースのECTシステム設計に基づくものでよい(ヤン及びヨーク氏、1999年)。キャパシタンス成分を測定するために、高周波数の励振信号(例えば、1MHz)を、最適感知フィールドに対して1つ以上の励振電極に印加することができ、そして直角位相信号を、検出電極から位相感知復調により測定することができる。ロス・コンダクタンス成分を測定するために、低周波数信号(例えば、10kHz)を印加して、同相信号を測定することができる。測定プロトコルは、映像解像度のために最適な属性を伴うデータセットを得るように最適化することができる(ポリドリデ及びマッカン氏、2002年)。リアルタイム像形成を達成するために、パラレルデータ取得チャンネルを使用することができる。   Both capacitance and loss conductance components can be measured at different frequencies and different phases. The measurement circuit may be based on an AC-based ECT system design that uses sinusoidal excitation and phase-sensitive demodulation (Yan and York, 1999). To measure the capacitance component, a high frequency excitation signal (eg, 1 MHz) can be applied to one or more excitation electrodes for an optimal sensing field, and a quadrature signal is phase sensed from the detection electrode. It can be measured by demodulation. To measure the loss conductance component, a low frequency signal (eg, 10 kHz) can be applied to measure the in-phase signal. The measurement protocol can be optimized to obtain a data set with attributes that are optimal for video resolution (Polyride and McCann, 2002). Parallel data acquisition channels can be used to achieve real-time imaging.

銃やナイフ(金属又はセラミック)のような多数の危険物体は、その形状のみで独特に特徴付けることができる。爆発物のような他のものは、材料の独特の電気的特性により識別することができる。他方、ある無害の物体は、1組のワイヤのように疑わしい形状を有しているか或いはヘアスプレーのように材料の性質が疑わしいものであるために、偽の肯定アラームをトリガーすることがある。自動検査又は走査技術を採用するためには、偽の肯定アラームを排除することが重要である。形状によるだけでなく、材料の電気的特性にもよって物体を特徴付けるための知識ベースの映像分析の能力は、半導体ウェハ検査におけるその適用が示しているように、偽の肯定アラームを実質的に減少することができる(リン氏2001年、ファン氏2002年)。   Many dangerous objects such as guns and knives (metal or ceramic) can be uniquely characterized only by their shape. Others such as explosives can be identified by the unique electrical properties of the material. On the other hand, certain harmless objects may trigger false positive alarms because they have a suspicious shape, such as a set of wires, or because of the suspicious nature of the material, such as a hair spray. To employ automatic inspection or scanning techniques, it is important to eliminate false positive alarms. The ability of knowledge-based video analysis to characterize objects not only by shape, but also by electrical properties of materials, substantially reduces false positive alarms, as its application in semiconductor wafer inspection shows. (Lin 2001, Fan 2002).

断層撮影センサから得られる情報を最大限活用するために、キャパシタンス及びロス・コンダクタンスデータを特徴のセットとして処理又は抽出することができ、特徴は、この情報を、材料の映像、形状、テクスチャー及び特性のような他の情報とシームレスに一体化するように表わすことができ、次いで、データベースに記憶することができる。これにより、センサからのデータを物体の関連特性に指定することができ、システムは、関連データから導出されたルールを抽出し、公式化しそして使用することができる。キャパシタンス及びロス・コンダクタンスデータは、これで、キャパシタンス及びロス・コンダクタンスプロフィールの類似性に関連して、物体及びその特性に関する動的な知識ベースの一部分となり得る。   In order to make the best use of the information obtained from tomographic sensors, capacitance and loss conductance data can be processed or extracted as a set of features, which can be used to capture this information in terms of material image, shape, texture and properties. Can be represented as seamlessly integrated with other information such as, and then stored in a database. This allows data from the sensor to be assigned to the relevant properties of the object, and the system can extract, formulate and use rules derived from the relevant data. Capacitance and loss conductance data can now be part of a dynamic knowledge base of objects and their properties in relation to the similarity of capacitance and loss conductance profiles.

この装置の開発は、生の映像データを取得し、ノイズをフィルタリングし、そして特徴を抽出することを含む。このために、知識ベース機能に対するソフトウェア及びハードウェアファシリティが必要となる。又、形状の描写、物体の構造及びフィードバックの能力に関して各映像発生技術の性能を評価するための情報を与えることもできる。又、この装置の開発は、危険物体の全3D映像の知識ベース特性を取得し、そして広範囲なフィールドテストを行って、使用の観点で受け容れられるシステム性能を確保することも含み得る。知識ベースは、自動焦点ファシリティのようにECTシステムへフィードバックを与えて、システムが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できるようにする。映像知識ベース技術により、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達成することができる。   Development of this device involves acquiring raw video data, filtering noise, and extracting features. This requires software and hardware facilities for knowledge base functions. Information can also be provided to evaluate the performance of each video generation technique with respect to shape description, object structure and feedback capabilities. Development of this device can also include acquiring knowledge-based characteristics of all 3D images of dangerous objects and performing extensive field tests to ensure acceptable system performance in terms of use. The knowledge base provides feedback to the ECT system, like an autofocus facility, so that the system can optimize the performance of video generation with different measurement protocols and different excitation frequencies. With video knowledge-based technology, real-time video analysis including detection and identification of dangerous objects can be achieved.

この装置は、空港で書類かばんを、そして郵便局や小包配送サービスにおいて封筒及び/又は小包をチェックするのに使用できる(これに限定されない)。物体は、2枚のプレート間に置くことができる。金属又はセラミックナイフや爆発物材料が中にある場合には、像形成システムがその中身を3D映像として示し、それらを識別することができる。この装置は、犯罪者が爆弾や炭疽菌や他の危険な材料を、空港や郵便局や小包配送サービスを介して送付するのを防止する種類の第1のものである。又、この装置は、空港において大きな問題となる放置された書類かばんをチェックするためのポータブル装置として使用されてもよい。   This device can be used to check (but is not limited to) baggage at airports and envelopes and / or parcels at post offices and parcel delivery services. An object can be placed between two plates. If there is a metal or ceramic knife or explosive material inside, the imaging system can show the contents as a 3D image and identify them. This device is the first of its kind to prevent criminals from sending bombs, anthrax and other dangerous materials through airports, post offices and parcel delivery services. The device may also be used as a portable device for checking abandoned document bags, which is a major problem at airports.

実施形態2:平坦なキャパシタンスセンサアレイを伴うシューズスキャナ
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。
Embodiment 2: Shoe Scanner with a Flat Capacitance Sensor Array In the past, terrorists have relied on hiding explosives in shoes, which has been referred to as “shoe bombs”. In particular, at many airports in the United States, all passengers must take off their shoes for security personnel to check. There is a clear problem with this method. (A) Unable to find explosives hidden in soles or heels; (b) Time consuming, additional staff required and long queues formed; (c) This experience has been Uncomfortable for both security staff.

キャパシタンスセンサアレイを使用すると、砂の中に埋もれたプラスチック又は金属物体を示す2D映像を発生できることが実験で示されている。256センサアレイでは、足の形状を視覚化し、サイズを決定できることが示されている。   Experiments have shown that using a capacitance sensor array can generate 2D images showing plastic or metal objects buried in sand. The 256 sensor array has been shown to visualize the shape of the foot and determine its size.

実施形態2としての感知パッドは、順次の付勢される例えば256(又は任意の個数)の電極で構成できる。1つの電極が付勢されたときに、例えば、24個(又は他の個数)の周囲電極から電極間キャパシタンスを測定することができる。縁付近の励振電極は、24の周囲電極をもたないことを考えると、256x24=6144未満の測定値しかない。実施形態1と同様に、限定差シミュレーションにより感度分布を見出すことができる。映像再構成アルゴリズムは、2D及び3Dディスプレイに対して実施することができる。測定プロトコルと、感度分布についての事前の知識とにより、高い映像解像度を期待することができる。実施形態1と同様に、各電極は、9個(又は他の個数)のピクセルに分割することができ、2D映像において例えば2304個のピクセルを、そして3D映像においてそれより多数の立方体を与えることができる。実施形態1について提案された解決策と同様に、金属、セラミック、爆発物、及び他の危険材料を考慮して、知識ベースの映像分析を適用することができる。シューズスキャナとして使用するのに加えて、例えば、従来の金属検出器及びプラスチック地雷検出に置き換わるための映像ツールとして他のポータブル用途に対してハンドヘルドバージョンも考えられる。   The sensing pad as the second embodiment can be configured by, for example, 256 (or any number) of electrodes that are sequentially energized. When one electrode is energized, the interelectrode capacitance can be measured, for example, from 24 (or other) surrounding electrodes. Considering that the excitation electrodes near the edge do not have 24 surrounding electrodes, there are only measurements less than 256 × 24 = 6144. Similar to the first embodiment, the sensitivity distribution can be found by the limited difference simulation. The video reconstruction algorithm can be implemented for 2D and 3D displays. With the measurement protocol and prior knowledge about the sensitivity distribution, a high video resolution can be expected. Similar to embodiment 1, each electrode can be divided into 9 (or other) pixels, giving 2304 pixels in 2D video and more cubes in 3D video, for example. Can do. Similar to the solution proposed for Embodiment 1, knowledge-based video analysis can be applied in view of metals, ceramics, explosives and other hazardous materials. In addition to being used as a shoe scanner, handheld versions are also contemplated for other portable applications, for example as a video tool to replace conventional metal detectors and plastic landmine detection.

実施形態3:平坦なホール効果センサアレイを伴う磁気スキャナ
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。
Embodiment 3: Magnetic Scanner with Flat Hall Effect Sensor Array While current metal detectors can only detect the presence of metal, the magnetic scanner of the present invention relates to the size and / or shape of the metal object (s) Information can be given. As shown in FIG. 20, this sensor includes, for example, nine (or other number) coils 20c for generating an AC magnetic field and, for example, twenty-eight (or other number) Hall effect sensors 20d as detectors. It consists of. The coil 20c can be sequentially energized. When one coil 20c is energized, for example, 28 (or other numbers) measurement values can be obtained from the 28 (or other numbers) Hall effect sensors 20d. In total, for example, 252 measurements are obtained from the sensor. In order to reconstruct an image from the 252 measurement values, a 3D sensitivity map is required.

センサパネルは、図2に示すように、例えば10kHzの磁界を発生するための例えば9個(又は他の個数)のコイルと、検出器としての28個のホール効果センサとで構成される。例えば歪入りのインジウム−ガリウム−砒素(InGaAs)ヘテロ構造で作られたセンサ、又は他のホール効果センサは、サイズが小さく(例えば、1.5x3mm)、そして大きなダイナミックレンジ(例えば、1テスラまで)で高い解像度(例えば、0.1μテスラ)を与える(ハンド及びミッソー氏、2003年)。コイルは、順次付勢することができる。1つのコイルが付勢されたときに、ホール効果センサから28個の測定値を取り出すことができる。全部で、例えば、252個の測定値をセンサパネルから取り出すことができる。データ取得システムは、トランスジューサ回路を除くと、キャパシタンスを測定するのに使用されるものと同様でよい。   As shown in FIG. 2, the sensor panel includes, for example, nine (or other number) coils for generating a magnetic field of 10 kHz, for example, and 28 Hall effect sensors as detectors. For example, sensors made of strained indium-gallium-arsenide (InGaAs) heterostructures, or other Hall effect sensors, are small in size (eg, 1.5 × 3 mm) and large dynamic range (eg, up to 1 Tesla). Gives a high resolution (eg 0.1 μ Tesla) (Hand and Missor, 2003). The coils can be sequentially energized. When one coil is energized, 28 measurements can be taken from the Hall effect sensor. In total, for example, 252 measurements can be taken from the sensor panel. The data acquisition system may be similar to that used to measure capacitance, except for the transducer circuit.

上記252個の測定値から映像を再構成するには、3D感度分布が必要とされ、これは、例えば、アンソフト・インク(米国)からの限定エレメントソフトウェアパッケージを使用して計算することができる。対象物が多数の異なる角度から質問された後に、測定されたデータを使用して、金属物体(1つ又は複数)の2D及び/又は3D映像を再構成することができる。この装置は、データ取得、映像再構成、映像処理及び映像表示のために、PC20又は他の形式のデスクトップコンピュータを使用して設計することができる。図21−23に示すハンドヘルドツール60は、マイクロコントローラ、DSP、又は他の形式のマイクロプロセッサを、LCDディスプレイパネルと共に使用するもので、バッテリで作動される。これは、人々及び小さなバッグを走査するためにセキュリティ要員により使用することができる。又、本発明の装置は、金属地雷の検出にも使用できる。この場合も、従来の金属検出器に勝るこの装置の効果は、金属物体の形状及び/又はサイズを示す映像を与えると共に、偽警報を減少できることである。従来の金属検出器を使用した地雷検出の成功率は、0.1%程度であることに注意されたい(アロソップ氏、2000年)。実施形態1及び2と同様に、知識ベースの映像分析を実施形態3にも適用することができる。将来、この装置は、平坦なキャパシタンスベースの像形成装置(実施形態2)と組み合わされて、データ及び映像の融合により改善された映像を得ることができる。   Reconstructing an image from the 252 measurements requires a 3D sensitivity distribution, which can be calculated using, for example, a limited element software package from Unsoft Inc. (USA). . After the object has been interrogated from a number of different angles, the measured data can be used to reconstruct a 2D and / or 3D image of the metal object (s). The device can be designed using a PC 20 or other type of desktop computer for data acquisition, video reconstruction, video processing and video display. The handheld tool 60 shown in FIGS. 21-23 uses a microcontroller, DSP, or other type of microprocessor with an LCD display panel and is battery operated. This can be used by security personnel to scan people and small bags. The device of the present invention can also be used to detect metal landmines. Again, the advantage of this device over conventional metal detectors is that it provides an image showing the shape and / or size of the metal object and can reduce false alarms. Note that the success rate of landmine detection using conventional metal detectors is on the order of 0.1% (Mr. Allosop, 2000). Similar to the first and second embodiments, knowledge-based video analysis can be applied to the third embodiment. In the future, this device can be combined with a flat capacitance-based imaging device (Embodiment 2) to obtain improved video by fusing data and video.

図21−23に示すように、本発明のハンドヘルド装置は、次のものを含む複数の層を有するのが好ましい。
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。
As shown in FIGS. 21-23, the handheld device of the present invention preferably has a plurality of layers including:
Layer 1: LCD display and keypad Layer 2: Sensing electronics and DSP
Layer 3: Magnetic shield Layer 4: Excitation coil Layer 5: Preamplifier and MUX
Layer 6: Hall Effect Sensor The device of the present invention can be combined with a flat capacitance imaging sensor array to obtain an improved image.

実施形態4:金属物体及び化学物質を3D像形成するための多平面ECT
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。
Embodiment 4: Multiplanar ECT for 3D imaging of metal objects and chemicals
In the past, ECT techniques have been developed for imaging dielectric materials of different dielectric constants such as gas (τ r = 1.0) and oil (τ r = 2.1). The metal was observed to generate a very strong signal that represents a negative capacitance change. Experiments have demonstrated that metal objects can be seen in existing ECT systems by simply inverting the capacitance data during video reconstruction. This shows that the ECT system can be used as a security scanner to detect, position and form an image of a metal object in a cross section. An important issue is improving the resolution of the video and reliably identifying metal objects. In Embodiment 4, the sensor for 3D imaging is composed of, for example, four (or other number) of capacitance electrodes, and each ring includes, for example, 16 (or other number) electrodes. . These electrodes can surround a round or rectangular tunnel. Similar to Embodiments 1 and 2, both capacitance and loss conductance components can be measured from the sensor array to obtain more independent measurements to more reliably identify dangerous objects or materials.

金属物体は、誘電体材料とは完全に異なるキャパシタンス変化を生じるので、金属物体の映像を再構成するには、金属物体に特有の感度分布を見出すことが必要である。ロス・コンダクタンスの測定値を使用して、適当な映像を再構成することもできる。両方の場合に、例えば、アンソフト社のソフトウェア或いは他のFEM又は限定差ソフトウェアを使用して、3Dの感度分布を計算する必要がある。2つの映像を、映像融合により一緒に一体化して、金属物体の更に正確な表示を発生することができる。   Since metal objects produce capacitance changes that are completely different from dielectric materials, it is necessary to find a sensitivity distribution specific to the metal object in order to reconstruct the image of the metal object. Loss conductance measurements can also be used to reconstruct a suitable image. In both cases, it is necessary to calculate the 3D sensitivity distribution using, for example, Ansoft software or other FEM or limited difference software. The two images can be integrated together by image fusion to generate a more accurate display of the metal object.

各電極リングからの測定データのセットから2D映像を再構成することができ、次いで、全電極リングからの例えば4個の映像を一緒に積み重ねて3D映像を与えることができる。空港で使用するために、例えば、直径が60cmのトンネルを設計し、各リングが、例えば長さ10cmの電極を例えば16個(又は他の個数)有し、その中にハンドバックを入れられるようにすることができる。システムを21/2D像形成のために動作するときには、各リング内の上記16個の電極が例えば120個のキャパシタンス測定値及び例えば120個のロス・コンダクタンス測定値を与えることができる。例えば、ランドウェーバの繰り返しアルゴリズム又は他の映像再構成アルゴリズムを使用してキャパシタンスデータから4つの映像を再構成することができ(ヤン氏等、1999年、ヤン及びペン氏、2003年)、そしてロス・コンダクタンスデータから4つの映像を再構成することができる。次いで、キャパシタンス映像及びロス・コンダクタンス映像から2つの仮想3D映像を各々構成することができる。最終的に、2つの映像を一緒に融合することにより3D映像を発生することができる。真の3D映像を得るために、測定プロトコルは、従来の解決策より非常に複雑なものになり得る。この場合に、1つの電極又は電極のグループが付勢されると、全てのリングの他の全ての電極からキャパシタンス及びロス・コンダクタンスの測定を行うことができる。更に多くの独立した測定データをセンサから得ることができると共に、改善された映像を抽出することができる。実施形態1、2及び3と同様に、知識ベースの映像分析を実施形態4に適用することができる。 A 2D image can be reconstructed from a set of measurement data from each electrode ring, and then, for example, 4 images from all electrode rings can be stacked together to give a 3D image. For use at an airport, for example, a tunnel with a diameter of 60 cm is designed so that each ring has, for example, 16 (or other) electrodes, for example 10 cm in length, into which a handbag can be placed. can do. When operating the system for 2 1/2 D image formation, it can provide the 16 electrodes, for example, 120 pieces of capacitance measurements and for example, 120 pieces of Los conductance measurements within each ring. For example, four videos can be reconstructed from capacitance data using Landweber's iterative algorithm or other video reconstruction algorithms (Yang et al., 1999, Yang and Penn, 2003) and loss -Four images can be reconstructed from conductance data. Then, two virtual 3D images can be constructed from the capacitance image and the loss conductance image, respectively. Finally, 3D images can be generated by fusing the two images together. In order to obtain a true 3D image, the measurement protocol can be much more complex than conventional solutions. In this case, once an electrode or group of electrodes is energized, capacitance and loss conductance measurements can be made from all other electrodes of all rings. In addition, more independent measurement data can be obtained from the sensor and improved video can be extracted. Similar to Embodiments 1, 2, and 3, knowledge-based video analysis can be applied to Embodiment 4.

以上の説明から、次のことが明らかとなろう。
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。
From the above explanation, the following will become clear.
1. A security scanning device based on electrical tomography (more specifically ECT and EMT) and knowledge-based image analysis, comprising a sensing head, sensing electronics, image reconstruction and image analysis microprocessor (microcontroller, DSP) , Either a laptop or a desktop PC), a device each having a display unit and accompanying software, provides a significant advantage over conventional devices.

2.セキュリティ走査装置は、ECT及びEMTに伴う映像解像度を向上させることができる。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、及び柔軟で/最適な測定プロトコルを使用することができる。   2. The security scanning device can improve the video resolution associated with ECT and EMT. More sensors, more sensing circuits, and flexible / optimal measurement protocols can be used to obtain more independent measurements.

3.セキュリティ走査装置は、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することができる。   3. The security scanning device can perform data fusion to combine the complementary sensitivity of ECT and EMT (possibly with x-rays) to different material properties.

4.セキュリティ走査装置は、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、及び種々様々な像形成技術を使用できる多数の映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することができる。   4). The security scanning device is optimized for noise filtering, feature extraction, object structure, generation of their attributes, and generation of feedback signals to a number of video generation units that can use a variety of imaging techniques. Can be determined.

5.セキュリティ走査装置は、多数のセンサから映像属性が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アーキテクチャー及び手段を提供する。   5). The security scanning device provides an architecture and means for implementing a video knowledge base that can characterize objects for which video attributes are obtained from multiple sensors.

6.セキュリティ走査装置は、パラレル測定チャンネル及びパラレルデータ処理を必要とする非常に多数のセンサでリアルタイムに動作することができる。   6). The security scanning device can operate in real time with a large number of sensors requiring parallel measurement channels and parallel data processing.

7.セキュリティ走査装置は、危険物体(例えば、銃及びナイフ、金属又はセラミック)及び化学物質(例えば、爆発物)の断層撮影又は非断層撮影映像を2D又は3Dで与えるもので、危険物体及び化学物質を識別するために知識ベースの映像を分析して理解することによりサポートされる。   7. Security scanning devices provide tomographic or non-tomographic images of dangerous objects (eg guns and knives, metals or ceramics) and chemicals (eg explosives) in 2D or 3D. Supported by analyzing and understanding knowledge-based video for identification.

8.セキュリティ走査装置は、空港、郵便局、及び公衆の出入りを扱う他の区域、例えば、公共の劇場、鉄道の駅、公共のビル、スポーツイベント、及び他の無防備な会場において使用することができる。   8). Security scanning devices can be used in airports, post offices, and other areas that handle public access, such as public theaters, railway stations, public buildings, sporting events, and other unprotected venues.

「左」、「右」、「時計方向」、「反時計方向」、「水平」、「垂直」、「アップ」、「ダウン」等の用語は、図面を参照して使用したときには、一般に、例示された実施形態における部品の向きを指すもので、必ずしも、使用中の向きではない。これらの用語は、相対的な位置及び/又は向きを便宜上指すものに過ぎず、何ら限定を意味するものではないことを理解されたい。   Terms such as “left”, “right”, “clockwise”, “counterclockwise”, “horizontal”, “vertical”, “up”, “down”, etc., when used with reference to the drawings, It refers to the orientation of the component in the illustrated embodiment, not necessarily the orientation in use. It should be understood that these terms are only meant to refer to relative positions and / or orientations for convenience and are not meant to be limiting in any way.

本発明の種々の実施形態を図示して説明したが、本発明の概念から逸脱せずに変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明は、上述した例又は実施形態に限定されない。   While various embodiments of the invention have been illustrated and described, it will be apparent that changes can be made without departing from the inventive concept. Thus, the present invention is not limited to the examples or embodiments described above.

セキュリティ走査装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a security scanning device. セキュリティ走査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a security scanning apparatus. 実質的に図1の3−3線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view substantially along the line 3-3 in FIG. 1. センサのスイッチを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the switch of a sensor. 多数の磁気感知素子をもつホールトランスジューサの概略図である。1 is a schematic diagram of a Hall transducer with multiple magnetic sensing elements. FIG. 多数のコイル及び磁気感知素子をもつホール感知装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a Hall sensing device having multiple coils and magnetic sensing elements. (a)は、階層状分布を示すグラフであり、(b)は、コア分布を示すグラフであり、そして(c)は、環状分布を示すグラフである。(A) is a graph showing a hierarchical distribution, (b) is a graph showing a core distribution, and (c) is a graph showing a circular distribution. (a)は、階層状分布の映像であり、(b)は、コア分布の映像であり、そして(c)は、環状分布の映像である。(A) is a hierarchical distribution image, (b) is a core distribution image, and (c) is a circular distribution image. USB−IFMの内部ブック図である。It is an internal book figure of USB-IFM. USB−IFMタイミング図である。It is a USB-IFM timing diagram. USBインターフェイスカードを示すデータ取得システムの図である。It is a figure of the data acquisition system which shows a USB interface card. USB−IFM論理インターフェイス回路を示す図である。It is a figure which shows a USB-IFM logic interface circuit. USB−IFMをDACにインターフェイスする図である。It is a figure which interfaces USB-IFM to DAC. USB−IFMをADCにインターフェイスする図である。It is a figure which interfaces USB-IFM to ADC. USB−IFMをMUXにインターフェイスする図である。It is a figure which interfaces USB-IFM to MUX. USB−IFMをDC PGAにインターフェイスする図である。It is a figure which interfaces USB-IFM to DC PGA. DDS信号ジェネレータボードを示す図である。It is a figure which shows a DDS signal generator board. ウインドウズユーザインターフェイスを示す図である。It is a figure which shows a Windows user interface. 一方が励振用で、他方が検出用の2枚の平行プレートと、各プレート上のキャパシタンスセンサアレイとを示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing two parallel plates, one for excitation and the other for detection, and a capacitance sensor array on each plate. 励振コイル及びホール効果センサをもつ磁気スキャナの概略図である。1 is a schematic diagram of a magnetic scanner having an excitation coil and a Hall effect sensor. FIG. ハンドヘルドスキャナの正投影図である。It is an orthographic view of a handheld scanner. 多数の層をもつハンドヘルドスキャナの拡大側面図である。1 is an enlarged side view of a handheld scanner with multiple layers. FIG. ハンドヘルドスキャナの上面図である。It is a top view of a handheld scanner. 同様の物体の記述子の値の整列状態を示すグラフである。It is a graph which shows the alignment state of the value of the descriptor of the same object. 異なる物体間の記述子の値の発散状態を示すグラフである。It is a graph which shows the divergence state of the value of the descriptor between different objects.

Claims (35)

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ための、異なるセンサ信号に基づくソフトウェアと、
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。
In a security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space,
A plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space;
Responsive to an input signal applied to the excitation electrode of the sensor means, a plurality of electric fields are generated between at least one excitation electrode of the sensor means and each of the plurality of detection electrodes of the second detection electrode array. Means for
Software based on different sensor signals to divide the sensing space into multi-layered small cubes;
Means for delivering a signal from each detection electrode of the second detection electrode array of the sensor means to a data acquisition system;
Means for analyzing the signal received by the data acquisition system to determine the nature of the device in the sensing space and to image a cross section of the device;
A knowledge database associated with the means for analyzing a signal received by the data acquisition system, the database indexed to use the data in backpropagation to identify hidden objects;
Security scanning device comprising:
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。The sensing space of claim 1 , wherein the plurality of arrays of sensing means adjacent to the sensing space is configured to perform data fusion to couple the complementary sensitivity of ECT and EMT to different material properties. A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of devices within. 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す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。The means for delivering a signal from each detection electrode of the second detection electrode array of the sensor means to a data acquisition system includes noise filtering, feature extraction, object structure, generation of their attributes, and various images The device in a sensing space according to claim 1 , wherein the contents of the device in the sensing space are configured to be able to determine an optimum technique for generating feedback signals to a number of image generating units utilizing forming techniques. And a security scanning device for image formation. 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、数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付ける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。Wherein analyzing the signal received by the data acquisition system, and determines the nature of the device in the sensing space, said means for the cross-section of the apparatus the image formation, the then large number of sensors image attributes security for but with the architecture and means for carrying out the movies image knowledge base characterizing the object to be acquired, to scan the contents of the device in the sensing space according to claim 1, to identify and imaging Scanning device. 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。A security scan for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space according to claim 1 , wherein said plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space includes capacitive and inductive sensors. apparatus. 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。Wherein the plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space includes a capacitive sensor, scanning the contents of the device in the sensing space according to claim 1, identify and security scanning device for imaging. 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。Wherein the plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space includes an inductive sensor, scanning the contents of the device in the sensing space according to claim 1, identify and security scanning device for imaging. 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、  In a security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space,
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、  A plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space;
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、  Responsive to an input signal applied to the excitation electrode of the sensor means, a plurality of electric fields are generated between at least one excitation electrode of the sensor means and each of the plurality of detection electrodes of the second detection electrode array. Means for
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、  Means for dividing the sensing space into multi-layered small cubes;
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、  Means for delivering a signal from each detection electrode of the second detection electrode array of the sensor means to a data acquisition system;
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、  Means for analyzing the signal received by the data acquisition system to determine the nature of the device in the sensing space and to image a cross section of the device;
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、  A knowledge database associated with the means for analyzing a signal received by the data acquisition system, the database indexed to use the data in backpropagation to identify hidden objects;
を備え、With
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は、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付け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ことを特徴とするセキュリティ走査装置。  The means for analyzing the signal received by the data acquisition system to determine the nature of the device in the sensing space and to image the cross-section of the device includes: A security scanning device comprising an architecture and means for implementing a video knowledge base characterizing an object to be acquired.
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8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。  9. The sensing space of claim 8, wherein the plurality of arrays of sensing means adjacent to the sensing space is configured to perform data fusion to couple complementary ECT and EMT sensitivities to different material properties. A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of devices within. 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す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8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。  The means for delivering a signal from each detection electrode of the second detection electrode array of the sensor means to a data acquisition system includes noise filtering, feature extraction, object structure, generation of their attributes, and various images 9. Scan and identify the contents of the device in the sensing space of claim 8 configured to determine an optimal technique for generating feedback signals to a number of image generation units utilizing forming techniques. And a security scanning device for image formation. 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前記データベースは、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付けるように構成され、  The database associated with the means for analyzing a signal received by the data acquisition system is configured to characterize an object whose video attributes are acquired from multiple sensors;
映像及び知識データベースは、各々の既知の物体に関するデータを含むように、以下のステップに従って構築されるものであり、前記ステップは、  The video and knowledge database is constructed according to the following steps to contain data about each known object, said steps comprising:
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、  1) From the value of the sensor signal, either (1) the intensity discontinuity that characterizes the edge segment of the object, or (2) the range of adjacent sensor signal values that characterize one or more textures of the internal material of the object Generating a set of primitives that represent
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、  2) Generating a set of high-level primitives by associating multiple primitives with each other based on the spatial accessibility and similarity of the primitive values, such as their attribute values, eg, relative position, sharpness, Representing the edge segment and internal material of the object by width, curvature, and other characteristics derived from the sensor signal;
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、  3) joining the high level primitives based on shared properties, eg, edge and internal material similarity, to define the object;
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、  4) Generating a set of descriptor values for the object from the shared properties, eg, object size, curvature and sharpness of its edges, metal texture, unique chemical texture, eg nitrate texture Stages,
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、  5) repeating steps 1-4 with at least three other similar dangerous objects;
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、  6) The descriptors with similar and limited range values are given high weight, and the descriptors with different or significantly changing range values are given little or no weight. Assigning weights to the descriptors;
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、危険物体知識データ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、  7) Decreasing the set of descriptor values for each group of dangerous objects to a single set of descriptor values, ranges and weights, each to be stored as a rule in the dangerous object knowledge database. When,
を含むものである、請求項8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。A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space according to claim 8.
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8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。  9. A security scan for scanning, identifying, and imaging the contents of a device in a sensing space according to claim 8, wherein the plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space includes capacitive and inductive sensors. apparatus. 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前記データベースは、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付けるように構成され、  The database associated with the means for analyzing a signal received by the data acquisition system is configured to characterize an object whose video attributes are acquired from multiple sensors;
映像及び知識データベースは、各々の既知の物体に関するデータを含むように、以下のステップに従って構築されるものであり、前記ステップは、  The video and knowledge database is constructed according to the following steps to contain data about each known object, said steps comprising:
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、  Positioning a known object relative to the capacitive and inductive sensors;
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、  Recording changes in capacitance and inductance near the capacitive and inductive sensors when each of a plurality of known objects is located nearby;
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、  Building a video and knowledge database containing data about each said known object;
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、  Moving baggage including an unknown object relative to the capacitive and inductive sensors; comparing capacitance and inductance changes near the unknown object with data in the video and knowledge database;
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、  Determining whether the object is a dangerous object;
を含むものである、請求項12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。A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space according to claim 12.
多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付ける前記映像知識ベースを実施するための手段は、  Means for implementing the video knowledge base characterizing an object from which a plurality of sensors have their video attributes obtained;
危険物体及び化学物質の断層撮影映像及び非断層撮影映像を、2D又は3Dで与える手段であって、危険物体及び化学物質を識別するための知識ベースの映像分析及び理解よってサポートされるものである手段を含む、請求項11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。  Means for providing tomographic and non-tomographic images of dangerous objects and chemicals in 2D or 3D, supported by knowledge-based video analysis and understanding to identify dangerous objects and chemicals 12. A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space according to claim 11 comprising means.
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8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。  9. A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device in a sensing space according to claim 8, wherein the plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space includes a capacitive sensor. 少なくとも1つの励振電極と、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前記手段は、高周波正弦波励振信号を前記記励振電極に配送する手段を含む、請求項8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。  9. The means for generating a plurality of electric fields between at least one excitation electrode and each of a plurality of sensing electrodes includes means for delivering a high frequency sinusoidal excitation signal to the excitation electrode. A security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a device within the described sensing space. 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8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。  9. Scanning the contents of a device in a sensing space according to claim 8, wherein the means for analyzing a signal received by the data acquisition system comprises phase sensing demodulation for electrical tomography and knowledge based imaging. Security scanning device for identifying, identifying and imaging. 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8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。  The plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space includes a capacitive scanner with a parallel sensor array for scanning, identifying, and imaging the contents of the device within the sensing space. Security scanning device. 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8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。  The array of sensor means adjacent to the sensing space includes a plurality of electrodes surrounding the sensing space for scanning, identifying and imaging the contents of the device within the sensing space. Security scanning device. 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8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。  9. A device in a sensing space according to claim 8, wherein the plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space comprises a plurality of capacitance sensor arrays with a plurality of excitation electrodes and a plurality of detection electrodes mounted on a plate. Security scanning device for scanning, identifying and imaging the contents of a machine. 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電気的キャパシタンス断層撮影(ECT)システムであって、  An electrical capacitance tomography (ECT) system for scanning, identifying and imaging the contents of a device within a sensing space, comprising:
前記感知スペースに隣接する励振及び検出電極のアレイと、  An array of excitation and detection electrodes adjacent to the sensing space;
励振電極と複数の検出電極の各々との間のキャパシタンスの変化の測定を可能にするための前記励振電極の少なくとも1つに信号を印加するように構成された励振信号発生器と、  An excitation signal generator configured to apply a signal to at least one of the excitation electrodes to allow measurement of a change in capacitance between the excitation electrode and each of the plurality of detection electrodes;
キャパシタンス信号を各検出電極からデータ取得システムへ配送するための手段と、  Means for delivering capacitance signals from each sensing electrode to the data acquisition system;
前記データ取得システムによって受け取られたキャパシタンス信号を分析して、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、を有し、  Means for analyzing a capacitance signal received by the data acquisition system to determine the nature of the device in the sensing space and to image a cross-section of the device;
前記データ取得システムによって受け取られた前記キャパシタンス信号は、前記感知スペース内の装置が誘電体材料であるときに正であり、前記感知スペース内の装置が金属であるときに負であってキャパシタンスの負の変化を表わし、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は、キャパシタンス信号を使用して金属の装置の像形成を可能にするために映像の再構成中にキャパシタンスデータを反転させるように構成されていることを特徴とする、電気的キャパシタンス断層撮影(ECT)システム。  The capacitance signal received by the data acquisition system is positive when the device in the sensing space is a dielectric material, negative when the device in the sensing space is metal and negative of the capacitance. And means for analyzing the signal received by the data acquisition system inverts capacitance data during reconstruction of the image to allow imaging of metal devices using the capacitance signal. An electrical capacitance tomography (ECT) system, characterized in that:
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。
In a method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space,
Positioning a plurality of arrays of sensor means adjacent to the sensing space;
Positioning the device to be scanned, identified and imaged in the sensing space;
Responsive to an input signal applied to the first excitation electrode array of the sensor means between at least one excitation electrode of the first excitation electrode array of the sensor means and each detection electrode of the second detection electrode array. Generating a plurality of electric fields;
Dividing the sensing space into multi-layered small cubes;
Delivering a signal from each detection electrode of the second detection electrode array of the sensor means to a data acquisition system;
Analyzing the signal received by the data acquisition system to determine the nature of the device in the sensing space and the identity of the device;
With a method.
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22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。
Analyzing the signal received by the data acquisition system comprises:
Obtaining raw video data from the sensor means;
Processing the raw video data;
Seamlessly integrating information with other information, including material images, shapes, textures and properties, and then extracting the data as a set of features represented to be stored in a database;
23. A method of scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 .
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23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。
Analyzing the signal received by the data acquisition system comprises:
Generating a video database from a collection of videos related to a particular subject;
Generating a knowledge database with other data related to the particular subject, wherein the knowledge database cross-references the video database;
24. A method of scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 23 .
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22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。23. A method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 , wherein the sensor means comprises an electrical capacitance sensor. 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22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。23. A method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 , wherein the input signal applied to the first excitation electrode array of the sensor means comprises a high frequency sinusoidal excitation signal. 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、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22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。Analyzing the signals received by the data acquisition system to detect and identify devices in the sensing space includes phase sensing demodulation for electrical tomography and knowledge base imaging; 23. A method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 . 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22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。23. A method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 , wherein the sensor means comprises a capacitive scanner with a parallel sensor array. 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22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。The method of scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 , wherein the sensor means comprises a plurality of electrodes surrounding the sensing space. 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22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。23. Scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 , wherein said sensor means comprises a plurality of capacitance sensor arrays with a plurality of excitation electrodes and a plurality of detection electrodes mounted on a plate. how to. 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22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。23. Sensing according to claim 22 , wherein the sensor means comprises two parallel plates, one for excitation and the other for detection, and the capacitance sensor array comprising a plurality of excitation electrodes on each plate. A method of scanning, identifying and imaging a device in space. 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22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。23. Sensing according to claim 22 , wherein the sensor means comprises two parallel plates, one for excitation and the other for detection, and a capacitance sensor array with a plurality of detection electrodes on each plate. A method of scanning, identifying and imaging a device in space. 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22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。The sensor means includes two parallel plates, one for excitation and the other for detection, and the capacitance sensor array comprises a plurality of excitation electrodes on each plate and a plurality of detections on each plate. 23. A method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 comprising electrodes. 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22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。
In response to an input signal applied to the first excitation electrode array of the sensor means, a plurality of excitation electrodes between the first excitation electrode array of the sensor means and each detection electrode of the second detection electrode array Said step of generating an electric field comprises:
Energizing a single excitation electrode of the first excitation electrode array and delivering a signal from each of a plurality of detection electrodes of the second detection electrode array of the sensor means to a data acquisition system. A method for scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 .
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22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。
In response to an input signal applied to the first excitation electrode array of the sensor means, a plurality of excitation electrodes between the first excitation electrode array of the sensor means and each detection electrode of the second detection electrode array Said step of generating an electric field comprises:
Sequentially energizing a single excitation electrode of the first excitation electrode array, and a plurality of detections of the second detection electrode array of the sensor means when each of the plurality of excitation electrodes is energized Delivering a signal from each of the electrodes to the data acquisition system;
23. A method of scanning, identifying and imaging a device in a sensing space according to claim 22 .
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