KR101290383B1 - 모니터링 영역 내의 타겟을 원격으로 검사하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모니터링 영역 내의 타겟을 원격으로 검사하도록 의도된 것이고, 상기 영역을 둘 이상의 기초적 극초단파 방출기를 사용하여 극초단파 복사로 조사하는 것, 모니터링 영역으로부터 반사된 신호를 하나 이상의 병렬 기록 채널을 이용하여 기록하는 것, 기록된 신호를 기초적 방출기들로부터 타겟까지의 거리에 따라 검사 영역 내의 재구성된 배치의 확산기들의 최대 강도 값들을 획득하기 위해 코히어런트 처리하는 것, 및 그러한 처리의 결과로서 획득된 정보를 대응하는 3차원 표면의 극초단파 이미지를 구성함으로써 디스플레이하는 것을 수반한다. 추가로, 타겟의 비디오 이미지는 극초단파 방출기들과 동기화된 둘 이상의 비디오 카메라를 사용함으로써 획득되며, 타겟의 결과적인 비디오 이미지는 변환되며, 3차원 비디오 이미지 및 극초단파 이미지는 일반적 좌표계로 변환된다. 기술적 결과는 은밀한 검사에서 유전체 물체들의 존재 또는 부재가 결정되는 신뢰도의 증가이다.

Description

모니터링 영역 내의 타겟을 원격으로 검사하는 방법{METHOD FOR REMOTELY INSPECTING A TARGET IN A MONITORED AREA}

본 발명은 은폐된 물체의 원격 검출 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 인체 상의 의류 아래에 은폐된 유전체 폭발성 화합물의 검출 방법에 관한 것이다.

현재의 보안 쟁점 중에서, 테러리스트의 신체에 은폐된 소위 자살 폭탄을 검출하는 문제가 특히 중요하다.

현재, 이러한 과제를 해결하기 위해 주로 사용되는 방법은 금속 감지기들, 증기 검출기들, X-레이 기기들, 경찰견들 등의 사용에 기초한다. 여러 국가들에서 인체의 검사 방법들이 개발되고 있으며, 이것들은 새로운 물리적 원리들: 핵 4극자 공명(Nuclear Quadrupole Resonance, NQR), 라만 후방산란(Raman backscattering), 유전체 포털들(dielectric portals), 인체 검사를 위한 수동 및 능동 테라헤르츠 범위 장치들, 수동 밀리미터 범위 레이더, 및 능동 극초단파 포털들(microwave portals)에 기초한다.

알려진 방법들은 은밀한 원격 검사를 위한 충분한 가능성을 제공하지 않으며, 따라서 "자살 폭탄범"을 적시에 식별하고 그가 폭발성 장치를 작동시키기 전에 무장해제시키도록 조치를 취하는 것을 허용하지 않는다. 기존 방법들의 다른 주요한 문제점은 검출된 물체의 위험 정도를 자동으로 결정할 가능성의 결여 및 높은 비율의 오류성 경고들이다. 이것은 흐름 속에서 이동하는 많은 사람들의 검사를 위한 실제 상황에서 그것들을 사용하는 것을 불가능하게 한다.

따라서, "자살 폭탄범들"에 의해 운반되는 폭발성 장치들을 검출하는 과제는 다음의 특정 요건들이 만족될 것을 요구한다.

- 원격 검사;

- 자동 검사 모드;

- 임의의 유형의 물체의 검출(유전체 및 도전체 둘 다);

- 실시간 검사의 구현;

- 검출된 물체의 위협 수준을 자동으로 결정;

- 은밀한 검사를 수행할 가능성;

- 외부 조건들에 대한 검사의 독립성;

- 인체에 대한 안전성;

- 위험 신호를 특정인에게 부여할 가능성;

- 시스템의 이동성 및 비교적 저렴한 비용.

의류 아래에 은폐된 금속성은 물론 비금속성의 물체, 예를 들어 의류 아래에 은폐된 폭발물들의 검출을 위한 방법들이 알려져 있다. 인체의 작은 영역에 초점이 맞춰진 수신 안테나를 사용함으로써, 이 영역에 의해 방출되는 전자기파들이 수신된다. 이후에, 라디오미터 및 그것에 연결된 처리 유닛을 사용하여, 수신된 신호의 강도가 측정되며 빔의 위치가 기록된다. 수신된 신호의 측정된 강도는 디스플레이 화면의 발광 강도의 형식으로 디스플레이되며, 발광 강도의 분포를 분석함으로써 금속성 또는 비금속성 물체들의 존재 또는 부재가 확인된다(RU 2133971 C1).

이러한 방법은 이용되는 복사 범위 내에서의 유전체의 투명성으로 인해 비금속 물체들과 인체 사이의 명확한 구분을 허용하지 않기 때문에, 이러한 방법의 문제점은 수신된 이미지의 낮은 콘트라스트이다.

모니터링 영역(monitored area) 내의 타겟의 원격 검사를 위한 다른 알려진 방법은, 둘 이상의 기초적 방출기들(elementary emitters)을 사용하여 극초단파 복사로 이러한 영역을 조사(irradiation)하는 단계, 하나 이상의 병렬 기록 채널을 사용하여 모니터링 영역으로부터 반사된 신호를 기록하는 단계, 반사 신호를 코히어런트 처리(coherent processing)하는 단계, 및 그러한 처리의 결과로서 획득된 데이터를 디스플레이하는 단계를 포함한다(US 5557283 A 참조).

전자기장의 방출기들 및 수신기들은 다수의 예비 설정 위치에 놓인다. 검사의 결과는 광대역 내에서 검출된 복사를 디지털 처리한 결과로 발생한 3차원 이미지의 분석에 기초한다.

이 방법을 구현할 때, 극초단파 복사를 사용한 모니터링 영역의 조사(irradiation)는 주파수 대역 내에서, 그것의 폭을 모니터링 영역 이미지의 방사상 공간 해상도, 및 기록된 반사 신호의 코히어런트 처리가 가능한 기록 시간 구간과 상호연관시키지 않고서 수행된다. 이것은 다음의 문제점들을 야기한다.

- 반사된 신호를 기록하는 동안의 물체의 움직임은 수신 및 송신 안테나들에 대한 물체의 위치를 변화시키기 때문에, 이동 중인 피검체(타겟)의 경우에는 이 방법을 사용하는 것이 불가능하다. 이것은 기록된 신호의 코히어런트 처리를 위한 적용가능 조건을 위반한다. 피검체의 궤적이 알려지지 않으면, 비-코히어런트 처리는 양호한 품질의 이미지를 제공하지 않는다. 따라서, 물체의 은밀한 검사는 불가능하다.

- 이미지의 낮은 해상도로 인해, 물체들(타겟의 구성요소들)의 유전율에 관한 정량적 정보 및 그것들의 등가질량을 산출하기 위해 이미지가 분석될 수 없다.

모니터링 영역 내의 타겟의 원격 검사를 위한 방법으로서, 둘 이상의 기초적 극초단파 방출기를 사용하여 극초단파 복사로 이러한 영역을 조사하는 단계, 하나 이상의 병렬 기록 채널을 사용하여 모니터링 영역으로부터의 반사 신호를 기록하는 단계, 기초적 방출기들로부터 타겟까지의 거리에 의존하여, 모니터링 영역 내의 재구성된 배치의 산란기들의 최대 강도 값들을 얻기 위해, 기록된 신호를 코히어런트 처리하는 단계, 및 극초단파 이미지를 수 개의 3차원 표면의 형태로 구성함으로써 그러한 처리의 결과로서 획득된 정보를 디스플레이하는 단계를 포함하는 방법이 알려져 있다(RU 2294549 C1).

위에서 언급된 기술적 해결책은 본 발명의 원형으로서 사용되었다.

본 발명의 원형으로서의 역할을 하는 방법의 문제점은 다음과 같다.

- 공기-유전체 경계에서 반사된 신호의 낮은 강도 -폭발성 화합물들에 대해 전형적인 ~3의 유전율을 갖는 유전체들에 대한 강도의 약 7%. 따라서, 유전체-인체 경계로부터 반사된 신호(강도의 ~90%)는 물리적 공기-유전체 경계를 나타내는 3차원 표면을 상당히 왜곡할 수 있으며, 이것은 결국 폭발성 화합물의 존재를 검출할 때 오류들을 야기한다.

- 공기-유전체 경계로부터 반사된 복사가 기록될 수 있는 극초단파 복사의 입사 및 수신 각도들의 범위가 작다. 이것은 유전체의 표면이 보통 극초단파 범위에서의 파장에 비해 충분히 평활하며, 경계에서의 산란이 정반사의 특성을 얻는다는 사실로 인한 것이다. 따라서, 이러한 방법은 좁은 범위의 가능한 검사 각도에서만 효과적으로 구현될 수 있다.

본 발명의 목적은 은밀한 검사 동안 유전체 물체들의 존재 또는 부재를 결정하는 것의 신뢰도를 개선하는 것, 및 가능한 검사 각도들의 범위를 확장하는 것이다.

본 발명에 따르면, 모니터링 영역에서의 타겟의 원격 검사를 위한 방법은,

둘 이상의 기초적 극초단파 방출기를 사용하여 극초단파 복사로 상기 영역을 조사하는 단계;

하나 이상의 병렬 기록 채널에 의해 모니터링 영역으로부터 반사된 신호를 기록하는 단계;

기초적 방출기들로부터 타겟까지의 거리에 의존하여 모니터링 영역 내의 재구성된 배치의 산란기들의 최대 강도 값들을 획득하기 위해, 기록된 신호를 코히어런트 처리하는 단계; 및

그러한 처리의 결과로서 획득된 정보를 3차원 표면에 대응하는 극초단파 이미지를 구성함으로써 디스플레이하는 단계

를 포함한다.

추가로, 타겟의 비디오 이미지는 극초단파 방출기들과 동기화된 둘 이상의 비디오 카메라를 사용함으로써 획득되고;

결과적인 비디오 이미지가 그것의 디지털 형태로 변환되고, 타겟의 3차원 비디오 이미지가 구성되고;

3차원 비디오 이미지 및 극초단파 이미지는 일반적 좌표계로 전사되고;

극초단파 이미지와 비디오 이미지 간의 일반적 좌표계에서의 거리 l이 결정되고;

l₀가 l의 정의된 임계값일 때, l<l₀에서, 최대 허용가능한 값을 초과하는 양의 은폐된 유전체 물체가 타겟에 부재함이 확인되고;

l>l₀에서, l>l₀인 영역들 내의 3차원 극초단파 이미지 내의 캐비티들의 존재에 대한 추가적 결정이 수행되고;

캐비티의 깊이 h가

보다 클 때, 은폐된 유전체 물체가 타겟에 존재함이 확인되는데, 여기에서 h₀는 h의 임계값이고, ε은 발견된 유전체 물체의 유전율의 값이다.

본 출원인은 청구된 발명의 주제와 동일한 어떠한 기술적 해결책들도 알지 못한다. 이것은 본 발명이 신규성 요건을 준수함을 시사한다.

본 발명의 특유의 특징의 구현은 청구된 발명의 주제의 새로운 중요한 특징들을 야기한다. 무엇보다도, 물리적 공기-유전체 경계를 나타내는 3차원 표면의 왜곡들이 제거되며, 이는 폭발성 화합물의 존재(또는 부재)를 결정할 때의 오류의 가능성을 상당히 감소시킨다.

또한, 3차원 비디오 이미지의 추가적 사용은 가능한 검사 각도의 범위를 상당히 확장시키며, 이는 은밀한 검사에 특히 적합하다.

본 출원인은 본 발명의 특유한 특징과 달성되는 기술적 효과 사이의 관계에 관한 어떠한 지식을 제공할 만한 정보의 어떠한 출처도 알지 못한다. 출원인의 의견으로는, 위에서 개략적으로 서술된 청구된 발명의 주제의 새로운 특징들은 본 발명의 주제가 비-자명성의 요건을 준수함을 보여준다.

이하에서, 본 발명은 도면의 참조없이 예시에 관한 상세한 설명에 의해 설명된다.

모니터링 영역 내의 타겟의 원격 검사를 수행하기 위해, 그 영역은 8-12㎓의 범위 내의 14 세트의 등거리 주파수들에서의 극초단파 복사에 의해 연속적으로 조사된다. 조사(irradiation)는 이러한 특정 예에서 256개의 기초적 방출 안테나들로 구성되는 스위치드 안테나 어레이(switched antenna array)에 의해 대표되는 기초적 방출기들을 사용함으로써 수행된다. 이러한 예시에서, 모니터링 영역으로부터 반사된 신호는 두 개의 광대역 비발디 안테나(Vivaldi antennas) 및 두 개의 수신기를 포함하는 두 개의 병렬 채널에 의해 기록된다. 수신기들의 출력들로부터, 기록된 신호에 대응하는 데이터가 컴퓨터로 전송되고, 거기에서 이러한 데이터의 코히어런트 처리가 수행되며, 타겟의 이미지는 기초적 방출기들로부터 타겟까지의 거리에 의존하여 모니터링 영역 내의 재구성된 배치의 산란기들의 최대 강도 값들에 대응하는 점들로 구성된 하나의 단일 3차원 표면의 형태로 만들어진다.

극초단파 방출기들과 공간적으로 분리되고 동기화된 두 개의 비디오 카메라(본 예에서는 SDU-415)를 추가적으로 사용하여, 타겟의 비디오 이미지가 수신되었으며, 그런 다음 디지털 형태로 변환되었다. 타겟의 3차원 비디오 이미지가 컴퓨터를 사용하여 재구성되며, 이 이미지와 극초단파 이미지는 추후에 일반적 좌표계로 변환된다. 좌표계는 안테나 어레이의 평면 및 그것에 수직인 축에 의해 설정된다. 이 지점에서, 극초단파 이미지와 비디오 이미지 간의 일반적 좌표계에서의 거리 l이 결정된다. 폭발성 유전체 화합물의 최대 허용가능한 양에 대응하는 l₀(l의 임계값)가 설정된다. l<l₀인 경우, 최대 허용가능한 값을 초과하는 양의 은폐된 유전체 물체들이 타겟 내에 없음이 확인된다. l≥l₀인 경우, l>l₀인 영역들 내의 3차원 극초단파 이미지 내의 캐비티들의 존재에 대한 추가적 결정이 있다. 캐비티의 깊이 h가

보다 클 때, 은폐된 유전체 물체가 타겟에 존재함이 확인되는데, 여기에서 h₀는 캐비티 깊이 h의 임계값이며, ε는 발견된 유전체 물체의 유전율의 값이다. 대부분의 흔한 폭발성 화합물들의 경우, 유전율의 값은 ε

3이다.

공기-유전체 및 유전체-인체 경계들의 3차원 이미지가 상이한 물리적 원리들에 기초하여 재구성되므로(공기-유전체 경계의 이미지는 비디오 데이터를 사용하여 재구성되며, 유전체-인체 경계의 이미지는 수신된 반사된 극초단파 신호를 사용하여 재구성됨), 반사된 극초단파 신호에 의한 공기-유전체 경계의 왜곡은 배제된다. 따라서, 폭발성 화합물의 존재(부재)의 결정에 있어서, 오류의 가능성이 상당히 감소된다.

또한, 공기-유전체 경계를 재구성하기 위해서 극초단파 복사가 사용되지 않고, 비디오 이미지가 대신 사용되기 때문에, 유전체의 표면 평활도는 아무런 역할도 하지 못하며, 따라서 물체에 대한 가능한 검사 각도들의 범위가 확장된다.

본 발명의 실시를 위해, 알려진 재료들 및 장비가 사용된다. 따라서, 출원인의 의견으로는 본 발명은 산업상 이용가능성의 요건을 준수한다.

Claims (1)

1. 모니터링 영역(monitored area) 내의 타겟의 원격 검사를 위한 방법으로서,
   둘 이상의 기초적 극초단파 방출기(elementary microwave emitters)를 사용하여, 극초단파 복사로 상기 영역을 조사(irradiating)하는 단계;
   하나 이상의 병렬 기록 채널에 의해, 상기 모니터링 영역으로부터 반사된 신호를 기록하는 단계;
   상기 기초적 방출기들로부터 상기 타겟까지의 거리에 의존하여 상기 모니터링 영역 내에서의 재구성된 배치의 산란기들(reconstructed configuration of scatterers)의 최대 강도 값들을 획득하기 위해, 상기 기록된 신호를 코히어런트 처리(coherent processing)하는 단계; 및
   이러한 처리의 결과로서 획득된 정보를, 3차원 표면에 대응하는 극초단파 이미지를 구성함으로써 디스플레이하는 단계
   를 포함하며,
   상기 극초단파 방출기들과 동기화된 둘 이상의 비디오 카메라를 사용하여, 상기 타겟의 비디오 이미지가 추가적으로 획득되고;
   획득된 비디오 이미지가 디지털 형태로 변환되고, 상기 타겟의 3차원 비디오 이미지가 구성되고;
   상기 3차원 비디오 이미지 및 상기 극초단파 이미지는 일반적 좌표계(general system of coordinates)로 전사되고;
   상기 극초단파 이미지와 상기 비디오 이미지 간의 상기 일반적 좌표계에서의 거리 l이 결정되고;
   l₀가 l의 정의된 임계값일 때, l<l₀에서, 최대 허용가능한 값을 초과하는 양의 은폐된 유전체 물체가 상기 타겟에 부재함이 확인되고;
   l>l₀에서, l>l₀인 영역들 내의 3차원 극초단파 이미지 내의 캐비티들(cavities)의 존재에 대한 추가적 결정이 수행되고;
   캐비티의 깊이 h가

   

   보다 클 때, 상기 타겟에 은폐된 유전체 물체가 존재함이 확인되며, 여기에서 h₀는 h의 임계값이며, ε는 발견된 유전체 물체의 유전율의 값인 것을 특징으로 하는 원격 검사 방법.