JP6276736B2 - 物質識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、検知対象物に含まれる被検知物を識別する物質識別装置に関し、特に、被検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物に含まれる被検知物の種類を識別することが可能な物質識別装置に関する。

空港、公的施設、イベント会場での入場者に対して、衣服の下に隠匿した物質、危険物等の持込みを防止するためのセキュリティ検査が行われている。また、高額な商品を扱う店舗、企業、事務所等での貴重品、機密情報、物品等の持出しを防止する入退室検査も行われている。

通常、簡易な検査では、金属探知機を内蔵したゲートを通過したり、必要により検査員が、ボディータッチにより衣服の下に隠匿した物質がないかをチェックしている。近年、これらの検査に加えて、テラヘルツ波を用いた検査方法が開示されている。テラヘルツ波を用いた検査では、金属探知機で探知出来ない物に対しても有効であることが知られている。

ここで、電磁波であるテラヘルツ光を照射して被検知物の検知を行う従来の物質識別装置の先行技術文献を下記に示す。例えば、特許文献１に開示された特定物質探知装置は、０．３から３ＴＨｚの電磁波（テラヘルツ光）を被検知物に照射し、その反射光を検知する。この特定物質探知装置は、特定する被検知物の分光スペクトルのみを透過する光学フィルタが光路上に配されており、被検知物から反射される光のみが撮像ユニットへ導かれることで被検知物を探知する構成となっている。

また、特許文献２に開示された物体探知方法は、６０ＧＨｚの電磁波を被検知物に照射し、その反射エネルギー信号を検知する構成であり、被検知物(金属)を持っているときと、持っていないときのそれぞれの反射エネルギーにおけるピーク変化のパターンから被検知物を検知するものである。

また、特許文献３に開示された個人認証方法は、人体から放射される電磁波の放射エネルギー信号及び３０ＧＨｚから３０ＴＨｚの電磁波を人体に照射し、その反射エネルギー信号のそれぞれの振幅を測定して、測定した電磁波の放射エネルギー、反射エネルギーから生体情報を抽出して、抽出した生体情報を組み合わせて、個人を認証するものである。

また、特許文献４に開示された生体温度測定装置は、人体の測定部位から放射された電磁波信号を受信して、さらに、測定部位の導電率又は誘電率を測定し、導電率又は誘電率の測定値と受信した電磁波信号から温度に変換する処理を行って、人体の部位における温度を測定するものである。

特開２００５−２６５７９３号公報 特開２０００−００９８３２号公報 特開２００５−２７０５６９号公報 特開２００３−２９４５３５号公報

尚、先行技術文献と本発明との対比説明は、「発明を実施するための形態」で後述する。

しかしながら、特許文献１乃至特許文献３に開示された物質検知、物質識別装置は、電磁波であるテラヘルツ光を被検知物に照射し、被検知物からの反射エネルギーの信号を検知、解析して行うものである。これらの物質検知、識別装置は、テラヘルツ光の電磁波を被検知物全体に照射するため、検出に時間を要していた。このため、多数の乗客が利用する空港等での隠匿物、危険物等の検査には、多数の装置を必要とする。

また、特許文献１では特定の物質を検知するために、検知物の分光スペクトルのみを透過する光学フィルタを光路上に設ける必要があり、このため、粉末から金属等の固体までの幅広い物質の検出に適していなかった。

そこで、本発明は、被検知物を含む検知対象物が放射する電磁波の放射エネルギーの信号を計測し、被検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物に含まれる被検知物の種類を識別し、さらに、検知対象物に含まれる被検知物の位置情報を基に、電磁波を被検知物に照射するようにして、検知対象物に含まれる被検知物を識別することが可能な物質識別装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明の物質識別装置は、物質識別装置において、被検知物を含む検知対象物たる人間が放射する電磁波の放射エネルギーの信号を計測し、前記被検知物が放射する放射エネルギーの信号と前記被検知物の周辺の前記検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から前記検知対象物に含まれる前記被検知物の種類を識別し、前記被検知物の種類の識別にあたり、人間の体温に相当する温度を有する黒体放射板の表面に、基準試料として放射率が概ね０の物質と放射率が概ね１の物質とを設置し、各前記基準試料の放射エネルギーの信号と、その基準試料の周辺の放射エネルギーの信号とを計測して、その差分から各前記基準試料における放射エネルギーの各差分値を算出して基準値として記憶し、前記被検知物の種類の識別は、前記被検知物が放射する放射エネルギーの信号と該被検知物の周辺の前記検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から差分値を算出し、算出した前記差分値から放射エネルギーの前記基準値を参照して相対値を算出することを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置は、前記物質識別装置において、さらに、電磁波を照射したときの前記被検知物からの反射エネルギーの信号と、電磁波が照射されないときの前記被検知物からの反射エネルギーの信号との差分から、前記検知対象物に含まれる前記被検知物の種類を識別し、前記反射エネルギーを用いた前記被検知物の種類の識別にあたり、人間の体温に相当する温度を有する黒体放射板の表面に、基準試料として反射率が概ね１の物質と反射率が概ね０の物質とを設置し、電磁波を照射したときの各前記基準試料からの反射エネルギーの信号と、電磁波が照射されないときの各前記基準試料からの反射エネルギーの信号とを計測して、その差分から各前記基準試料における反射エネルギーの各差分値を算出して基準値として記憶し、前記反射エネルギーを用いた前記被検知物の種類の識別は、電磁波を照射したときの前記被検知物が反射する反射エネルギーの信号と電磁波が照射されないときの該被検知物からの反射エネルギーの信号との差分から差分値を算出し、算出した前記差分値から反射エネルギーの前記基準値を参照して相対値を算出することを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置は、前記被検知物の物質識別に関し、電磁波の前記放射エネルギーの信号又は前記反射エネルギーの信号のうち、少なくとも１以上の前記信号を用いることを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置における前記電磁波は、１０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波であることを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置は、電磁波を放射する光源と、前記光源からの電磁波を被検知物に照射するビーム調整器と、前記被検知物からの放射エネルギーの信号及び／又は反射エネルギーの信号とを検知する検知装置と、前記検知装置からの信号を処理する画像処理兼制御装置と、から構成されていることを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置は、前記被検知物が放射する放射エネルギーの信号と該被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物に含まれる被検知物の位置情報を算出して、算出した位置情報を基に、反射エネルギーの信号を得るべく電磁波を前記被検知物に照射するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置は、前記検知対象物を撮像する撮像手段を有し、前記撮像手段で撮像した前記検知対象物の映像に、被検知物の前記放射エネルギーの信号の前記差分及び／又は前記反射エネルギーの信号の前記差分を重畳して、画像として表示する表示手段を有することを特徴とする。

また、本発明の物質識別装置における前記画像処理兼制御装置は前記光源を制御し、前記被検知物からの放射エネルギーの信号及び／又は反射エネルギーの信号を基に前記光源からの電磁波の放射の強度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、被検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分を検出する。これにより、検知対象物に含まれる被検知物の種類を識別することが可能となる。例えば、人の衣服の下に隠匿した物質が、粉末、紙又は金属の何れかであることを識別することが可能となる。

また、放射エネルギーで被検知物の位置を特定することができるため、放射エネルギーで特定したその位置を含む範囲に基づいて電磁波の照射を行うことにより、確実に被検知物からの反射エネルギーの信号を得ることができる。このため、検知対象物全体の電磁波を検知する必要がないため、短時間で被検知物を識別することができる。

また、テラヘルツ波の放射エネルギー、反射エネルギーのキャリブレーションを行って物質種別毎に基準となる相対値をデータベースに記憶し、放射エネルギー、反射エネルギーの測定結果からデータベースを参照して物質の種別を決定するため、安定した物質の識別が可能となる。

また、ボディースキャナー内のテラヘルツ波検知部が被検査者からのテラヘルツ波の放射エネルギーの信号を受信し、同時に撮像装置としてのＣＣＤカメラで被検査者の画像を撮像して、テラヘルツ波検知部からの放射エネルギーの信号とＣＣＤカメラの画像を高速画像処理して形状を認識し、その後、テラヘルツ波を照射し、その物質からの反射エネルギーの信号を処理して被検査者が所持する物質の識別処理をする。これにより制御コンピュータは、テラヘルツ波検知部で得られた画像とＣＣＤカメラの画像との位置合わせを行い、ＣＣＤカメラの画像にテラヘルツ波検知部の画像を重畳した画像が表示装置に表示される。このため、被検査者が所持する物質を容易に確認することが可能となる。

また、被検知物からのテラヘルツ波の放射エネルギー、反射エネルギーの各信号の強度差による識別情報で、警報に相当するものがある場合は警報音を発すると共に、識別情報を使って色別などで表示することが可能であり、音と画像により異常を告知することができる。

本発明の物質識別装置の構成を示すブロック図である。 ボディースキャナーの構成を示すブロック図である。 画像処理／制御装置の構成を示すブロック図である。 物質識別装置に関する放射エネルギー、反射エネルギーのキャリブレーションの処理を示すフローチャートである。 物質を識別するためのデータベースに記憶されている識別材料毎の放射エネルギー及び反射エネルギーの相対値を示す表であり、（ａ）は放射エネルギーの相対値を示し、（ｂ）は、反射エネルギーの相対値を示す。 物質識別装置による被検知物の検出処理を示すフローチャートである。 隠匿物の検出処理における放射エネルギーの信号の画像とＣＣＤカメラの表示装置の表示例を示す図であり、画像左側にテラヘルツ画像とＣＣＤカメラ画像と色別の識別情報を重畳表示し、右側には、ＣＣＤカメラ画像と色別の識別情報を重畳した表示例を示す。 被検知物における放射エネルギー、反射エネルギーの任意の値の測定データの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明による物質識別装置を実施するための形態について説明する。尚、本発明による物質識別装置は、検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物に含まれる被検知物の種類を識別し、さらに、検知対象物に含まれる被検知物の位置情報を基に、電磁波を被検知物に照射するようにして、被検知物を識別するものである。

図１は、本発明の物質識別装置の構成を示すブロック図、図２は、ボディースキャナーの構成を示すブロック図、図３は、画像処理／制御装置の構成を示すブロック図である。

［物質識別装置の構成］
図１に示すように、物質識別装置１は、ボディースキャナー２と、テラヘルツ光源４５と、ビーム調整器５０と、画像処理／制御装置３０と、制御コンピュータ５５と、表示装置５７とを有している。

図１及び図２に示すようにボディースキャナー２は、検知対象物６０である被検査者６０及び被検知物６３から放射されるテラヘルツ波の放射エネルギー、テラヘルツ光源４５で照射されて被検知物６３で反射されたテラヘルツ波の反射エネルギーを検出するテラヘルツ波検知部３を備えている。

ボディースキャナー２は、テラヘルツ波検知部３で検出したテラヘルツ波エネルギーの大きさをデジタル値に変換して、変換したテラヘルツ波エネルギーのデジタル値を制御／信号出力部１８を介して画像処理／制御装置３０に出力する。

尚、放射エネルギーとは、検知対象物６０、被検知物６３から放射されるテラヘルツ波のエネルギーをいう。一方、反射エネルギーとは、検知対象物６０、被検知物６３にテラヘルツ波を照射し、検知対象物６０、被検知物６３から反射するテラヘルツ波のエネルギーをいう。また、被検知物６３とは、被検査者６０が衣服の下に隠匿した粉末、金属等の物質をいう。

また、ボディースキャナー２は、撮像装置１５としてのＣＣＤカメラ１５を内蔵し、ＣＣＤカメラ１５はテラヘルツ波検知部３で検出する検出エリア６５（図７参照）を含む領域（空間）内の検知対象物６０を撮像し、検知対象物６０を撮像したビデオ信号を画像処理／制御装置３０に出力する。尚、ボディースキャナー２に関する詳細は後述する。

テラヘルツ光源４５は、被検知物６３にテラヘルツ波を照射するための光源であり、テラヘルツ波検知部３の周波数感度に合わせ、例えば、２５０ＧＨｚ近傍のテラヘルツ波を照射する。テラヘルツ光源４５は、テラヘルツ波（電磁波）の出力の大きさ、電磁波出力のＯＮ／ＯＦＦを画像処理／制御装置３０で制御できるよう構成されている。

ビーム調整器５０は、テラヘルツ波を所定の方向に照射したり、拡大したり、絞ったり、偏波を変えたりして、テラヘルツビームを調整するものである。ビーム調整器５０は、例えば、水平軸及び垂直軸の回転角度を可変して、テラヘルツ波を反射して被検知物６３に照射する２軸ジンバルミラー等であってもよい。

画像処理／制御装置３０は、ボディースキャナー２で検出されたテラヘルツ波の信号を処理して、被検知物６３が放射する放射エネルギーの信号と被検知物６３の周辺の検知対象物６０の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物６０に含まれる被検知物６３の種類を識別する。

さらに、画像処理／制御装置３０は、テラヘルツ光源４５によって電磁波が照射されているときのボディースキャナー２で検出された被検知物６３の反射エネルギーの信号と、電磁波が照射されていないときの被検知物６３の反射エネルギーの信号との差分から被検知物６３の種類を識別する。尚、画像処理／制御装置３０に関する詳細は後述する。

制御コンピュータ５５は、物質識別装置１の全体の制御及び画像処理／制御装置３０の制御を行う。制御コンピュータ５５には表示装置５７が接続されており、表示装置５７は、画像処理／制御装置３０で処理された被検査者（検知対象物）６０に含まれる被検知物６３を、撮像装置１５で撮像した画像に重畳して表示する。また、表示装置５７は、被検知物６３で危険物、隠匿物等をアラームとともにＣＣＤカメラ１５の画像に重畳して表示することも可能となっている。

［ボディースキャナーの構成］
次に、図２を用いて物質識別装置１のボディースキャナー２について詳述する。図２に示すように、ボディースキャナー２は、テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器８と、スキャンミラー２０と、撮像装置（ＣＣＤカメラ）１５と、スキャンミラー２０の位置を制御し、テラヘルツ波検出器８及び撮像装置１５の信号を画像処理／制御装置３０に出力する制御／信号出力部１８を備えている。尚、テラヘルツ波検出器８とスキャンミラー２０とでテラヘルツ波検知部３を構成している。

テラヘルツ波検出器８は、検知対象物６０、被検知物６３からのテラヘルツ波を検出するものであり、アンテナによりテラヘルツ波を受信し、ダイオード等の固体素子でテラヘルツ波を検出する。

テラヘルツ波検知部３は、例えば、複数の同一のテラヘルツ波検出器８で構成され、複数のアンテナが配設されており、スキャンミラー２０により複数のテラヘルツ波検出器８から２次元の信号を得ることができる。

検出されたテラヘルツ波の信号は、増幅器で増幅されて、制御／信号出力部１８に出力される。

また、スキャンミラー２０は、検出エリア６５（図７参照）内の検知対象物（被検査者）６０からのテラヘルツ波を反射してテラヘルツ波検出器８に導くものであり、テラヘルツ波を反射するミラー（図示せず）を備え、ミラーの姿勢はミラー制御用モータ（図示せず）によって制御される。

ミラーを駆動するミラー制御用モータは、制御／信号出力部１８により制御される。

これにより、制御／信号出力部１８は、ミラーの姿勢を制御し、２次元の信号を得ることができる。

このように、スキャンミラー２０は、２次元の検査エリアにおける所定の位置からの電磁波をテラヘルツ波検出器８に導くようにミラーを制御する。

このため、スキャンミラー２０が２次元の検査エリアを順次走査することにより、検査エリアの全領域からの電磁波を受信することができる。また、スキャンミラー２０を制御して、２次元の検査エリアの所定の位置における電磁波を受信することもできる。

また、検査する空間は撮像装置１５としてのＣＣＤカメラ１５で撮像されており、ＣＣＤカメラ１５で撮像された撮像信号は制御／信号出力部１８に出力される。尚、撮像装置１５は、ＣＣＤカメラ１５に限定するものではなく、他の固体素子を使用したカメラであってもよい。

図２に示すように制御／信号出力部１８は、ボディースキャナー２のテラヘルツ波検知部３で検出されてデジタル値に変換したテラヘルツ波の信号と、ＣＣＤカメラ１５の撮像信号とを画像処理／制御装置３０に出力する。

［画像処理／制御装置の構成］
次に、図３を用いて、画像処理／制御装置（画像処理兼制御装置ともいう。）について詳述する。図３は、画像処理／制御装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、画像処理／制御装置３０は、ボディースキャナー２からの信号を入力部３１を介して画像処理部３２に入力する。このとき、ボディースキャナー２から出力される信号は、テラヘルツ波検出器８で検出したテラヘルツ波のデジタル信号及び撮像装置（ＣＣＤカメラ）１５からの撮像信号である。

画像処理部３２は、テラヘルツ波のデジタル信号を二次元の位置情報に基づき、各位置でのテラヘルツ波のデジタル信号の大きさを記憶する。また、撮像装置１５の撮像信号から被検査者６０のエリアを切り出して、検知対象物（被検査者）６０のエリアの各位置におけるテラヘルツ波のデジタル信号の大きさを抽出する。これにより、被検査者６０の検出エリア６５（図７参照）が確定され、検出エリア６５内のテラヘルツ波のデジタル信号の大きさが確定する。

判定処理部３３は、放射エネルギー、反射エネルギーの信号の差分処理から相対値を算出して、算出した相対値から図５（ａ）、（ｂ）に示すデータベースを参照して被検知物６３（隠匿物）の判別処理を行う。

また、検査する空間は撮像装置（ＣＣＤカメラ）１５で撮像されており、処理したテラヘルツ波の信号をＣＣＤカメラ１５の撮像信号に重畳して、制御コンピュータ５５に接続されている表示装置５７に画像として表示することができる。

尚、ＣＣＤカメラ１５で撮像される空間上に、ボディースキャナー２のテラヘルツ波検知部３で検知される空間の位置（領域）が設定されており、例えば、ＣＣＤカメラ１５の撮像領域の中心を二次元のＸＹ座標軸の原点として、Ｘ軸、Ｙ軸方向に座標を設定することにより、ＣＣＤカメラ１５画像のＸＹ座標値に対応するボディースキャナー２のテラヘルツ波検知部３の検出信号の大きさを算出することができる。

画像処理／制御装置３０の画像処理部３２は、光源制御部３６にテラヘルツ光源４５のテラヘルツ照射のＯＮ／ＯＦＦ制御の信号を出力する。光源制御部３６は、テラヘルツ光源４５のテラヘルツ照射の条件設定を行い、テラヘルツ照射の条件設定後に、出力部３７を介してテラヘルツ光源４５をＯＮして被検知物６３にテラヘルツ波を照射するようにする。

また、ビーム調整器５０は、画像処理／制御装置３０のビーム制御部３８によって制御される。ビーム制御部３８は、ビーム調整器５０でテラヘルツ光源４５からのテラヘルツ波の偏波を変えて、被検知物６３（隠匿物）に照射するように制御する。

このように、画像処理／制御装置３０は、ビーム調整器５０によってテラヘルツ波を所定の空間位置に照射することができる。また、ビーム調整器５０として２軸ジンバルミラーを用いた場合には、２軸ジンバルミラーの水平軸及び垂直軸の回転角度を制御して、テラヘルツ光源４５からのテラヘルツ波を上下方向及ぶ左右方向の所定の空間位置に照射可能となる。これにより、テラヘルツ光源４５からのテラヘルツ波を被検査者６０が有する被検知物の位置に照射することができる。

図１に示す被検査者（検知対象物）６０は、常時ほぼ一定の温度を有するものである。検知対象物６０としては、移動する又は静止した人間であり、人間は、常時ほぼ３７℃の一定の体温を有する。

尚、物質識別装置は、上述した構成に限定するものではない。例えば、画像処理／制御装置３０と制御コンピュータ５５とを一体化するように構成してもよい。また、画像処理／制御装置３０の一部の処理を制御コンピュータ５５で行うようにしてもよい。

以上述べた構成から成る本発明の物質識別装置は、検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物６３の周辺の検知対象物６０の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物６０に含まれる被検知物６３の種類を識別し、さらに、検知対象物６０に含まれる被検知物６３の位置情報を基に、電磁波を被検知物６３に照射するようにして、被検知物６３を識別するものである。

このため、検知対象物６０としての所定の温度を有する黒体放射板と、黒体放射板の表面に放射率、反射率が既知である基準試料を取り付けて、それぞれの放射エネルギー、反射エネルギーを事前に測定して、基準値を設定する更新動作であるキャリブレーションが必要となる。

［キャリブレーションについて］
以下に、本発明の物質識別装置に関する放射エネルギー、反射エネルギーのキャリブレーションについて図４を用いて説明する。

図４は、物質識別装置に関する放射エネルギー、反射エネルギーのキャリブレーションの処理を示すフローチャートである。

物質識別装置に関する放射エネルギーのキャリブレーションは、最初に、テラヘルツ波の検出エリア６５内に所定の温度、例えば、人間の体温である３７℃を有する黒体放射板を設置し、温度制御された概ね放射率が０、反射率が概ね１の金属と、放射率が概ね１、反射率が概ね０のカーボンとを黒体放射板の表面に基準試料として取り付ける（ステップＳ１）。基準試料としての金属の表面は、金メッキ、研磨等により鏡面状態を有している。また、基準試料として、カーボンに限定するものではなく、水、共鳴バンドをもつ物質など放射率が概ね１の物質であってもよい。さらに、基準試料としての放射率が概ね０、反射率が概ね１の材料は、金属に限定するものではなく、例えば、高導電率体、高ドープ半導体からなる物質であってもよい。

次に、物質識別装置は、各基準試料とその周辺（黒体放射板）の放射エネルギーを計測する（ステップＳ２）。計測した各基準試料とその周辺（黒体放射板）の放射エネルギーの値からその差分値を算出し、基準値として記憶装置に記憶する（ステップＳ３）。

例えば、金属における放射エネルギーの基準値は、金属からの放射エネルギーの値とその周辺である黒体放射板の放射エネルギーの値との差分である。この差分が金属の放射エネルギーの基準値Ｄ１として記憶装置に記憶される。

同様に、カーボンのおける放射エネルギーの基準値は、カーボンからの放射エネルギーの値とその周辺である黒体放射板の放射エネルギーの値との差分である。この差分がカーボンの放射エネルギーの基準値Ｄ２として記憶装置に記憶される。

次に、反射エネルギーのキャリブレーションの処理について説明する。反射エネルギーのキャリブレーションでは、テラヘルツ光源４５のテラヘルツ波を基準試料に照射するように設定する（ステップＳ４）。尚、反射エネルギーのキャリブレーションで使用する基準試料は、放射エネルギーのキャリブレーションで使用するものと同一である。

また、テラヘルツ光源４５の照射強度、テラヘルツ光源４５のＯＮ／ＯＦＦの時間間隔等のテラヘルツ光源４５の設定条件は以下のことを考慮して最適化を図る。即ち、テラヘルツ光源４５をＯＮしたときの反射エネルギーの信号が小さいとＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が悪化するため、テラヘルツ光源４５の照射強度を大きくして、Ｓ／Ｎ比の悪化を防ぐ。さらに、テラヘルツ光源４５をＯＦＦしたときに、ＯＮの影響を受けないように、テラヘルツ光源４５のＯＮ／ＯＦＦの時間間隔を調整する。

テラヘルツ光源４５をＯＮして各基準試料にテラヘルツ波を照射し、そのときの反射エネルギーを計測する。また、テラヘルツ光源４５をＯＦＦして、各基準試料の反射エネルギーを計測する（ステップＳ５）。

テラヘルツ光源４５をＯＮ／ＯＦＦして計測した各基準試料の反射エネルギーの値からその差分値を算出し、基準値として記憶装置に記憶する（ステップＳ６）。

例えば、金属における反射エネルギーの基準値は、テラヘルツ光源４５のテラヘルツ波を金属に照射したときと、照射していないときの金属からの反射エネルギーの値との差分である。この差分が金属の反射エネルギーの基準値Ｄ３として記憶装置に記憶される。

同様に、カーボンにおける反射エネルギーの基準値は、テラヘルツ光源４５のテラヘルツ波をカーボンに照射したときと、照射していないときのカーボンからの反射エネルギーの値との差分である。この差分がカーボンの反射エネルギーの基準値Ｄ４として記憶装置に記憶される。

このように、放射エネルギー及び反射エネルギーの基準値を計算し、記憶装置のデータベースに登録する。尚、キャリブレーションを行う毎に放射エネルギー及び反射エネルギーの基準値を更新するようにする。

基準試料としての金属における放射エネルギー及び反射エネルギーの基準値（Ｄ１、Ｄ３）は、相対値が１となるように設定し、基準試料としてのカーボンにおける放射エネルギー及び反射エネルギーの基準値（Ｄ２，Ｄ４）は、相対値が０となるように設定する。これにより、被検知物６３で計測された放射エネルギー及び反射エネルギーの相対値は、０から１の範囲内となるように算出される。

図５は、物質を識別するためのデータベースに記憶されている放射エネルギー及び反射エネルギーの相対値を示す表である。

図５（ａ）に示すように、データベースに記憶されている放射エネルギーの相対値ｒ１が０以上で０．２未満の範囲のときには、被検知物（識別材料）６３を粉末と識別する。データベースに記憶されている放射エネルギーの相対値ｒ１が０．２以上で０．６未満の範囲のときには、被検知物（識別材料）６３を紙と識別する。さらに、データベースに記憶されている放射エネルギーの相対値ｒ１が０．６以上で１までの範囲のときには、被検知物（識別材料）６３を金属と識別する。尚、粉末は、粒径が、検出波長以下のものをいう。例えば、本実施形態においては、周波数が２５０ＧＨｚであるため、約１ｍｍ以下の粒径をもつ粉末が該当する。

一方、図５（ｂ）に示すように、データベースに記憶されている反射エネルギーの相対値ｒ２が０以上で０．５未満の範囲のときには、被検知物（識別材料）６３を非金属と識別する。また、データベースに記憶されている反射エネルギーの相対値ｒ２が０．５以上で１までの範囲のときには、被検知物（識別材料）６３を金属と識別する。

これにより、例えば、放射エネルギーの相対値ｒ１が０．５５のときには、被検知物（識別材料）６３は金属に近い値を示しているが、紙と判断される。この状態で、反射エネルギーの相対値ｒ２が０．４のときには、被検知物（識別材料）６３は非金属と判断される。このため、放射エネルギー及び反射エネルギーの相対値から、紙であると判断できる。

また、テラヘルツ波の放射エネルギー、反射エネルギーの信号における判定区分によって、他の物質形態、例えば、液体、粘土状の物、固形物についても、判定することができる。このため、図５に示す相対値は、一例であり、これに限定するものではない。

［物質識別処理について］
次に、物質識別装置による隠匿物の検出処理について図１乃至図３、図６を用いて説明する。図６は、物質識別装置による被検知物（隠匿物）の検出処理を示すフローチャートである。

本発明に係る物質識別装置は、物質識別装置のボディースキャナーの前に立った検知対象物（被検査者）を自動で認識して、被検査者が所持する被検知物６３の検査を自動的に開始する。

物質識別装置による隠匿物の検査は、検知対象物６０、被検知物６３が発するテラヘルツ波の放射エネルギーの信号を検出して行われる。

最初に、ボディースキャナーにより被検査者（検知対象物）６０のテラヘルツ波の放射エネルギーの信号の検出、撮像装置（ＣＣＤカメラ）１５による撮像を行う（ステップＳ１０）。

次に、画像処理／制御装置３０の画像処理部３２は、撮像装置（ＣＣＤカメラ）１５で撮像した画像から被検査者（検知対象物）６０のエリアを検出エリア６５（図７参照）として切り出し、テラヘルツ波信号とＣＣＤカメラ１５の画像を高速画像処理して形状を認識できるようにすると共に、不要な画像を排除する。不要な画像を排除後に、検出エリア６５内の放射エネルギーを計測する（ステップＳ１１）。

計測した放射エネルギーに対して、閾値を設定して、閾値以上の放射エネルギーのエリアを検出する。検出したエリアの大きさ、形状を確定し、所定の大きさ以上のエリアを有するものを被検知物６３とする。また、被検知物６３として検出したエリア内の中心位置を算出する（ステップＳ１２）。

検出した被検知物６３の位置に対して、被検知物６３の寸法と、被検知物６３の寸法の１．５倍から２倍を目安として被検知物６３の周辺（被検査者６０）のテラヘルツ波の放射エネルギーを計測する。周辺のテラヘルツ波の放射エネルギー計測時に、被検知物６３を取り囲めない場合、或いは、周辺の放射エネルギーが不均一の場合は、安定した周辺の放射エネルギーを取得するように計測範囲を変えるようにする。

所定の大きさ以上のエリアを有する被検知物６３を検知したときには、以下に示す放射エネルギーの信号の差分処理を行う。

検出エリア６５内の被検知物６３が放射する放射エネルギーの信号と被検知物６３の周辺の被検査者（検知対象物）６０の放射エネルギーの信号との差分処理を行う（ステップＳ１３）。

判定処理部３３は、放射エネルギーの信号の差分処理から相対値ｒ１を算出して、算出した相対値ｒ１からデータベースを参照して検知対象物６０に含まれる被検知物６３の種類を識別（評価）する（ステップＳ１４）。表示装置５７にＣＣＤカメラ１５による撮像した画像に、ボディースキャナーで検出した検知対象物６０に含まれる被検知物６３の画像及び被検知物６３の大きさ、形状及び種類を表示する。また、表示装置５７からアラームを発する。

これにより、検知対象物６０である人間が隠し持っている被検知物６３の大きさ、形状及び種類が判明する。

得られた画像とＣＣＤカメラ１５画像は制御コンピュータ５５内で位置を合わせて重畳しモニターに表示する。図７は、放射エネルギーの信号の画像とＣＣＤカメラ１５の表示装置の表示例を示す。画像左側にテラヘルツ画像とＣＣＤカメラ１５画像と色別の識別情報を重畳表示し、右側には、ＣＣＤカメラ１５画像と色別の識別情報を重畳表示する。

次に、被検査者６０にテラヘルツ光源４５からテラヘルツ波を照射する。具体的には、被検査者６０から３〜５ｍの距離でテラヘルツ光源４５により照射し、これからの反射波（反射エネルギーの信号）を同じく３〜５ｍの距離でボディースキャナー２内のテラヘルツ波検知部３が検出、同時にＣＣＤカメラ１５で可視画像を撮像するようにする。

尚、被検査者６０とテラヘルツ光源４５との距離、被検査者６０とボディースキャナー２との距離は、一例であり、これに限定するものではない。また、画像処理／制御装置３０は、テラヘルツ光源４５の照射するテラヘルツ波の周波数、テラヘルツ波の偏波方向、照射領域等を制御する。

画像処理／制御装置３０の画像処理部３２は、ステップＳ１２で算出した被検知物６３の位置検出情報に基づいてビーム制御部３８からビーム調整器５０を制御して、テラヘルツ光源４５からのテラヘルツ波が被検知物６３（隠匿物）に照射されるようにする（ステップＳ１５）。

即ち、放射エネルギーの信号により被検知物６３の位置が検出されて、被検知物６３の位置情報がビーム制御部３８に入力される。ビーム制御部３８は、入力された位置情報を、ビーム調整器５０の水平軸、垂直軸の回転角度に変換して、テラヘルツ光源４５のテラヘルツ波の中心が被検知物６３の位置に照射されるように制御する。

これにより、被検知物６３のみにテラヘルツ波が照射されるため、ビーム調整器５０でテラヘルツ波を検知対象物６０の全体にスキャンするように照射する必要がないため、短時間で被検知物６３にテラヘルツ波を照射することができる。

ビーム制御部３８によって、テラヘルツ光源４５からの検知対象物６０上での照射の位置が決まる。その後、光源制御部３６で、テラヘルツ光源４５によりテラヘルツ照射の条件設定を行う。具体的には、テラヘルツ光源４５の設定条件を記憶した出力チャートに基づいて、テラヘルツ波の照射する強度を制御する外部電圧及びそのシーケンス（ＯＮ／ＯＦＦ或いは段階的に電圧を変えてテラヘルツ波の出力を変化させる等）を決める。

テラヘルツ照射の条件設定後に、出力部３７を介してテラヘルツ光源４５をＯＮして被検知物６３にテラヘルツ波を照射する（ステップＳ１６）。

ボディースキャナー２は、テラヘルツ光源４５がＯＮしたときの反射エネルギーを計測する（ステップＳ１７）。

次に、テラヘルツ光源４５をＯＦＦしてテラヘルツ波の照射を停止し（ステップＳ１８）、ボディースキャナー２は、テラヘルツ光源４５がＯＦＦしたときの反射エネルギーを計測する（ステップＳ１９）。

テラヘルツ光源４５をＯＮ／ＯＦＦしたときの、被検知物６３の反射エネルギーの信号の差分処理を行う（ステップＳ２０）。

判定処理部３３は、反射エネルギーの信号の差分処理から相対値ｒ２を算出して、算出した相対値ｒ２から図５（ｂ）に示すデータベースを参照して被検知物６３（隠匿物）の判別（評価）処理を行う（ステップＳ２１）。

このとき、撮像装置の画像に被検知物６３（隠匿物）の検出画像を重畳して表示装置５７に画像を表示する（ステップＳ２２）。

このように、テラヘルツ波の放射エネルギー、反射エネルギーを検出することにより、被検知物６３（隠匿物）の識別を行うことができる。

［放射エネルギー、反射エネルギーの任意の値の測定データについて］
以下に、被検知物の識別に関する放射エネルギー、反射エネルギーの任意の値の測定データの一例について説明する。図８は、被検知物における放射エネルギー、反射エネルギーの任意の値の測定データの一例を示す図である。尚、計測は、黒体放射板の表面に基準試料である粉末としての砂糖、塩、片栗粉及び小麦粉並びに紙並びに金属としてのアルミを用いたものである。

図８に示す放射エネルギーの任意の値は、被検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の黒体放射板（検知対象物）の放射エネルギーの信号との強度差であり、反射エネルギーの任意の値は、被検知物にテラヘルツ波を照射したときの反射エネルギーの信号とテラヘルツ波の照射をＯＦＦしたときの反射エネルギーの信号との強度差である。

図８に示すように、粉末としての砂糖、塩、片栗粉及び小麦粉の反射エネルギーの任意の値は、３００から８００程度であり、紙は、７００から８００の範囲であり、金属としてのアルミは１５００から２０００の範囲である。また、粉末としての砂糖、塩、片栗粉及び小麦粉の放射エネルギーの任意の値は、０から２００程度であり、紙は、４００前後であり、金属としてのアルミは、９００前後である。

これにより、粉末と紙との反射エネルギーの任意の値は、重複しているが、一方、放射エネルギーの任意の値は、重複していることはなく、明確に識別することができる。

尚、検知対象物として黒体放射板を用いた、放射エネルギー、反射エネルギーの任意の値のデータを示したが、検知対象物として人間である場合においても、同様の傾向のデータを得ることができる。

このため、物質識別装置における被検知物の識別は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すデータベース上に記憶されている相対値を使用する、又は、図８に示す任意の値を使用するようにする。また、両者を併用してもよい。

このように、ボディースキャナー内のテラヘルツ波検知部が被検査者からのテラヘルツ波の放射エネルギーの信号を受信し、同時に撮像装置としてのＣＣＤカメラで被検査者の画像を撮像して、テラヘルツ波検知部からの放射エネルギーの信号とＣＣＤカメラの画像を高速画像処理して形状を認識し、その後、物質からの反射エネルギーの信号を処理して被検査者が所持する物質の識別処理をする。

これにより制御コンピュータは、テラヘルツ波検知部で得られた画像とＣＣＤカメラの画像との位置合わせを行い、ＣＣＤカメラの画像にテラヘルツ波検知部の画像を重畳した画像が表示装置に表示される。このため、被検査者が所持する物質を容易に確認することが可能となる。

また、被検知物からのテラヘルツ波の放射エネルギー、反射エネルギーの各信号の強度差による識別情報で、警報に相当するものがある場合は警報音を発すると共に、識別情報を使って色別などで表示することが可能であり、音と画像により異常を告知することができる。

以上述べたように、被検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分を検出することにより、検知対象物に含まれる被検知物の種類を識別することが可能となる。例えば、人の衣服の下に隠匿した物質が、粉末、紙又は金属の何れかであることを識別することが可能となる。

また、放射エネルギーで被検知物の位置を特定することができるため、放射エネルギーで特定したその位置に基づいて電磁波の照射を行うことにより、確実に被検知物からの反射エネルギーの信号を得ることができる。このため、電磁波を検知対象物の全体に照射する必要がないため、短時間で被検知物を識別することができる。

また、テラヘルツ波の放射エネルギー、反射エネルギーのキャリブレーションを行って物質種別毎に基準となる相対値をデータベースに記憶し、放射エネルギー、反射エネルギーの測定結果からデータベースを参照して物質の種別を決定するため、安定した物質の識別が可能となる。

［先行技術文献と本発明との対比］
以下に、出願人による先行技術調査において発見された先行技術文献と本発明との対比を説明する。特許文献１乃至特許文献３に開示された物質検知、物質識別装置は、本発明と技術分野が同じ物質識別装置に関するものである。

特許文献１（特開２００５−２６５７９３号公報）の段落番号「０００９」８行から１１行、特許文献２（特開２０００−００９８３２号公報）の段落番号「０００９」、段落番号「００１０」、及び特許文献３（特開２００５−２７０５６９号公報）の段落番号「００１８」１行から４行に、電磁波であるテラヘルツ光を検知対象物（人間）全体に照射し、検知対象物からの反射エネルギーの信号を検知、解析して行うことが開示されている。しかしながら、これらの物質検知、識別装置は、テラヘルツ光の電磁波を被検知物全体に照射するため、検出に時間を要していた。

更に、特許文献１では特定の物質を検知するために、検知物の分光スペクトルのみを透過する光学フィルタを光路上に設ける必要があり、このため、粉末から金属等の固体までの幅広い物質の検出に適していなかった。

また、特許文献４（特開２００３−２９４５３５号公報）は、段落番号「００２７」に開示されているように、人体の測定部位から放射された電磁波信号を受信して、さらに、測定部位の導電率又は誘電率の測定値と、受信した電磁波信号から温度に変換する処理を行って、人体の部位における温度を測定するものである。

本発明は、被検知物が放射する放射エネルギーの信号と被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分を検出することにより、検知対象物に含まれる被検知物の種類を識別することが可能となる。例えば、人の衣服の下に隠匿した物質が、粉末、紙又は金属の何れかであることを識別することが可能となる。

また、放射エネルギーで被検知物の位置を特定することができるため、放射エネルギーで特定したその位置に基づいて電磁波の照射を行うことにより、確実に被検知物からの反射エネルギーの信号を得ることができる。このため、先行技術文献のように電磁波を検知対象物の全体に照射する必要がないため、短時間で被検知物を識別することができる。このため、多数の乗客が利用する場所での隠匿物、危険物等の検査に最適である。

また、特許文献４に関しては、人体から放射された電磁波信号を受信するものであるが、人体の測定部位における生体温度を測定するためのものであり、本発明のように、人体の被検知物を識別するものではない。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

１ 物質識別装置
２ ボディースキャナー
３ テラヘルツ波検知部
８ テラヘルツ波検出器
１５ 撮像装置（ＣＣＤカメラ）
１８ 制御／信号出力部
２０ スキャンミラー
３０ 画像処理／制御装置（画像処理兼制御装置）
３１ 入力部
３２ 画像処理部
３３ 判別処理部
３６ 光源制御部
３７ 出力部
３８ ビーム制御部
４５ テラヘルツ光源
５０ ビーム調整器
５５ 制御コンピュータ
５７ 表示装置
６０ 検知対象物（被検査者）
６３ 被検知物（識別材料）
６５ 検出エリア

Claims (8)

1. 物質識別装置において、
   被検知物を含む検知対象物たる人間が放射する電磁波の放射エネルギーの信号を計測し、
   前記被検知物が放射する放射エネルギーの信号と前記被検知物の周辺の前記検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から前記検知対象物に含まれる前記被検知物の種類を識別し、
   前記被検知物の種類の識別にあたり、人間の体温に相当する温度を有する黒体放射板の表面に、基準試料として放射率が概ね０の物質と放射率が概ね１の物質とを設置し、各前記基準試料の放射エネルギーの信号と、その基準試料の周辺の放射エネルギーの信号とを計測して、その差分から各前記基準試料における放射エネルギーの各差分値を算出して基準値として記憶し、
   前記被検知物の種類の識別は、前記被検知物が放射する放射エネルギーの信号と該被検知物の周辺の前記検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から差分値を算出し、算出した前記差分値から放射エネルギーの前記基準値を参照して相対値を算出することを特徴とする物質識別装置。
2. 前記物質識別装置において、さらに、電磁波を照射したときの前記被検知物からの反射エネルギーの信号と、電磁波が照射されないときの前記被検知物からの反射エネルギーの信号との差分から、前記検知対象物に含まれる前記被検知物の種類を識別し、
   前記反射エネルギーを用いた前記被検知物の種類の識別にあたり、人間の体温に相当する温度を有する黒体放射板の表面に、基準試料として反射率が概ね１の物質と反射率が概ね０の物質とを設置し、電磁波を照射したときの各前記基準試料からの反射エネルギーの信号と、電磁波が照射されないときの各前記基準試料からの反射エネルギーの信号とを計測して、その差分から各前記基準試料における反射エネルギーの各差分値を算出して基準値として記憶し、
   前記反射エネルギーを用いた前記被検知物の種類の識別は、電磁波を照射したときの前記被検知物が反射する反射エネルギーの信号と電磁波が照射されないときの該被検知物からの反射エネルギーの信号との差分から差分値を算出し、算出した前記差分値から反射エネルギーの前記基準値を参照して相対値を算出することを特徴とする請求項１に記載の物質識別装置。
3. 前記物質識別装置は、前記被検知物の物質識別に関し、電磁波の前記放射エネルギーの信号又は前記反射エネルギーの信号のうち、少なくとも１以上の前記信号を用いることを特徴とする請求項２に記載の物質識別装置。
4. 前記電磁波は、１０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の物質識別装置。
5. 電磁波を放射する光源と、前記光源からの電磁波を被検知物に照射するビーム調整器と、前記被検知物からの放射エネルギーの信号及び／又は反射エネルギーの信号とを検知する検知装置と、前記検知装置からの信号を処理する画像処理兼制御装置と、から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の物質識別装置。
6. 前記被検知物が放射する放射エネルギーの信号と該被検知物の周辺の検知対象物の放射エネルギーの信号との差分から検知対象物に含まれる被検知物の位置情報を算出して、算出した位置情報を基に、反射エネルギーの信号を得るべく電磁波を前記被検知物に照射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の物質識別装置。
7. 前記検知対象物を撮像する撮像手段を有し、前記撮像手段で撮像した前記検知対象物の映像に、被検知物の前記放射エネルギーの信号の前記差分及び／又は前記反射エネルギーの信号の前記差分を重畳して、画像として表示する表示手段を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の物質識別装置。
8. 前記画像処理兼制御装置は前記光源を制御し、前記被検知物からの放射エネルギーの信号及び／又は反射エネルギーの信号を基に前記光源からの電磁波の放射の強度を制御することを特徴とする請求項５に記載の物質識別装置。

Images