KR20100101108A - 마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법과 장치 - Google Patents

마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법과 장치 Download PDF

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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법과 장치는, 하나 이상의 검출될 물체가 다수의 마이크로파 안테나에 의해 생성되는 마이크로파에 노출되고, 물체에 의해 반사된 마이크로파의 일부는 검출되고 분석 가능한 마이크로파 신호로 전환되는 것을 개시하고, 공간적으로 분해된 물체 검출을 위한 분석이 수행되는 것을 근거로 한다.
상기 마이크로파의 생성 및 검출은
a) 검출될 물체에 대해 공간적으로 분산된 n 마이크로파 안테나 유닛을 제공하는 단계로서, 각각의 마이크로파 안테나와 각각의 인접한 마이크로파 안테나 유닛 사이의 거리는 마이크로파의 파장보다 먼 n 마이크로파 안테나 유닛 제공 단계;
b) 마이크로파를 전송하기 위해, 제1 마이크로파 안테나 유닛을 선택하고 동작시키는 단계;
c) m 마이크로파 안테나 유닛을 이용하여 물체에서 반사된 마이크로파를 수신하고 (여기서 m≤n) 마이크로파 신호를 생성하는 단계;
d) 상기 마이크로파 신호를 저장하는 단계;
e) 마이크로파를 전송하기 위해, 또 다른 마이크로파 안테나 유닛을 선택하고 동작시키고 상기 c) 단계 와 d) 단계를 수행하는 단계;
f) 다음 마이크로파 안테나 유닛은 이전에 선택되었던 마이크로파 안테나 유닛과 동일하지 않다는 조건에서, 각각의 경우 또 다른 마이크로파 안테나 유닛이 선택하여, 반복적으로 e) 단계를 수행하는 단계; 및
g) 상기 저장된 마이크로파 신호를 분석하는 단계;
로 수행되는 것을 특징으로 하는
마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법과 장치.

Description

마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법과 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE SPATIALLY RESOLVED DETECTION AND RECONSTRUCTION OF OBJECTS BY MEANS OF MICROWAVES}
본 발명은 마이크로파를 이용한 물체의 공간적으로 분해된 검출과 복원을 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 상기에서, 검출된 하나 이상의 물체는 다수의 마이크로파 안테나에 의해 생성된 마이크로파에 노출되고, 이들의 적어도 일부는 물체에 의해 반사된다. 반사된 마이크로파 일부는 검출되, 분석할 수 있는 마이크로파 신호로 전환되며 공간적으로 분해된 물체 검출을 위한 분석이 수행되는 것의 근거가 된다. 이러한 종류의 분석 기술은 예를 들어 국경 횡단하는 사람의 보안 검사에 매우 적합하다. 예를 들어, 이 마이크로파 기술은 무기, 폭발물 및 다른 물질과 같은 물체를 숨긴 사람을 가려내는데 이용하는 것이 가능하다.
오늘날 전반적으로 연결된 세계에서, 보안 관련 사안들은 더욱더 중요해지고 있다. 예를 들어, 공항과 기차역에서 이용되는 것처럼 수하물, 화물 또는 사람의 물품을 검사하기 위해 가장 광범위하게 이용되는 보안 시스템은 위험한 물체와 물질을 탐지하기 위해 엑스레이(X-ray)에 의존한다. 이런 종류의 검사는 일반적으로 간단한 방사선의 원리에 근거한다. 엑스레이(X-ray) 투사 영상 특성에 관한 각각의 차이에 따라 상이한 밀도의 물질들은 구분된다.
대체 방법은 마이크로파 범위에서 전자파를 이용하는데 있다. 즉, 300MHz에서 200GHz까지의 주파수 범위의 전자파이다. 상기에서, 마이크로파의 장은 검사하기 위한 물체, 물질 또는 사람, 다시 말해서 임의의 물체에 부딪히고 물체의 본질에 따라 상이하게 뒤로 반사된다. 불행히도, 종래의 마이크로파 방법의 해결 능력은 상대적으로 긴 마이크로파의 파장에 의해 제한되지만, 이 단점은 단층 촬영의 측정과 복원 원리를 이용하여 해결할 수 있고, 또한 어떤 상황에서는 파장경계 이상으로 확장될 수 있는 공간해상도를 이용하여 물체를 복원시킬 수 있다.
이와 같이 MW-방법으로 축약된, 마이크로파 방법의 장점은 광범위하게 이용된 엑스레이 방법과 비교하여 명백하다. 한편으로는 이온화된 방사선이 이용되지만, 다른 한편으로는 단층 촬영의 분석 기술에 의해 제공된 영상-형성 물체 복원을 사용하여 검사된 물체에 대한 공간 정보를 구하는 것이 가능하다.
이전에 알려지고 시판중인 MW 시스템은 일반적으로 물체를 스캔(scan)하기 위하여 센서의 배열을 이용하는데, 이들 배열은 이동 지지대에 부착된 것이다. 스캐닝(scanning)은 부피에 공간적으로 초점을 둘 가능성이 있는 합성 개구(synthetic aperture)를 생성한다.
하지만, 이 종류의 장치는 기계적으로 매우 복잡하고, 제작하는데에 비용이 많이든다. 또한 검사하는데 오랜 시간이 걸려서, 이와 같은 시스템의 실용적 유용성은 공항 보안 검사대와 같은 특히 높은 트래픽률을 갖는 검사 구역에서 향상될 필요가 있다. 또한, 물체는 검사하는 동안 움직여서는 안 된다. 이는 실질적으로 불가능한 조건이거나 거의 성공하기 어려운 조건이며, 특히 사람을 검사할 때에는 더 어려운 조건이다.
튜브에서 다상의 흐름을 측정하는 방법과 장치는 EP 0 703447 A2에 개시된다. 상기에서, 유전율의 분배와 튜브형 단면에 관한 전도성은 튜브 주변에 배열된 다수의 마이크로파 안테나를 통해 검출된다.
본 발명의 근본적인 목적은 마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하기 위한 방법과 장치를 개선하기 위함이다.
검출될 하나 이상의 물체는 다수의 마이크로파 안테나에 의해 생성된 마이크로파에 노출되고, 물체에 의해 반사된 마이크로파의 일부가 검출되고 분석할 수 있는 마이크로파 신호로 전환되며, 이를 기반으로 공간적으로 분해된 물체 검출을 위한 분석이 수행되고 분석 정확성 향상은 물체가 재료 또는 구체적인 물체 확인면에서 달성되고 공간적 위치면에서 달성되고, 이전에 알려진 MW 방법을 이용한 경우보다 동시에 낮은 제작 및 비용 관련 노력이 요구된다.
본 발명의 근본적 목적의 해결책은 청구항 1에 개시된다. 청구항 16의 물체는 개시된 해결책을 따르는 장치이다. 발명 아이디어를 이롭게 향상시킨 개선된 특성은 청구항과 다음의 상세설명, 특히 실시예를 참고로 증명될 것이다.
마이크로파를 이용한 물체의 공간적으로 분해된 검출과 복원을 위한 해결책에 따르는 방법은 하기와 같이 마이크로파가 생성되고 검출되는 것을 특징으로 한다.
제일 먼저, n 마이크로파 안테나 유닛(unit)은 검출하기 위한 물체에 대해 공간으로 분배되어 배치되는데, 예를 들어, 각각의 마이크로파 안테나 유닛이 서로 정해진 거리에서 3차원 프레임 상에 공간적으로 고정된다. 직접적으로 인접한 임의의 두 개의 마이크로파 안테나 유닛 사이의 거리는 마이크로파 안테나 유닛에 의해 생성된 마이크로파의 파장보다 더 길어야 하는데, 실제로는 훨씬 더 길어야한다. 각각의 마이크로파 안테나 유닛 공간적 배열은 각각의 마이크로파 안테나 유닛 각각의 방향성을 위한 적절한 요건을 이용해 수행되고, 검사될 신체 전체나 물체 전체가 최소한 모든 마이크로파 안테나 유닛의 방향성의 합성 뷰(view)를 이용해 검출되는 방법으로 수행되어야 한다. 마이크로파 안테나 유닛의 수와 공간적 분배는 일반적으로 검사될 물체의 크기와 모양에 따라 선택된다.
제1 측정 사이클에서, 제1 마이크로파 안테나 유닛이 선택되고 마이크로파를 전송하기 위해 동작한다. 검사될 물체에 부딪힌 마이크로파의 일부는 뒤로 반사되고, m 마이크로파 안테나 유닛에 의해 수신되는데, 여기서 m≤n이고, m=n이 더 바람직하다. 즉, 모든 마이크로파 안테나 유닛은 검사될 물체로부터 반사되거나 검사될 물체에 의해 방향을 바꿔 제1 마이크로파 안테나 유닛으로부터 전송되는 마이크로파를 수신할 수 있고, 대응하는 마이크로파 신호로 전환한 다음 일시적 또는 영구적 저장 매체에 초기에 저장할 수 있다. 다음으로, 또 다른 마이크로파 안테나 유닛이 선택되고 마이크로파를 전송하기 위해 활성화된다. 이 경우 역시, 물체에 의해 반사되고 방향을 바꾼 마이크로파의 검출과 마이크로파 신호로의 전환은 모든 마이크로파 안테나 유닛에 의해 바람직하게 수행되고, 마이크로파 신호는 차후의 분석을 위해 초기에 저장된다.
선택된 단일의 마이크로파 안테나 유닛에 의한 마이크로파의 전송과 모든 마이크로파 안테나 유닛에 의한 물체로부터 반사된 마이크로파의 수신과 그것으로부터 생성된 마이크로파 신호의 저장에 관한 상기 과정은 전송지(transmission source) 역할을 하는 모든 마이크로파 안테나 유닛을 이용해 순환적으로 반복되고, 마지막으로, 이 방법으로 획득되고 저장된 모든 마이크로파 신호를 기반으로, 적합한 복원 알고리즘을 이용하여 물체는 복원된다.
작업을 위한 상기 동작 방법을 위해 이용된 마이크로파 안테나 유닛에서는 마이크로파의 전송과 수신이 둘 다 가능함이 틀림없다. 특히 바람직하게, 개별 마이크로파 안테나 유닛의 각각은 극성 특성이 상이한 두 개의 안테나를 갖춘다. 두 개 안테나의 각각은 마이크로파를 전송하고 수신할 수 있다.연속적인 동작 사이클 동안, 마이크로파가 마이크로파 안테나 유닛의 두 개 안테나의 각각에 의해 반대의 극성으로 전송되고, 마이크로파가 모든 마이크로파 안테나 유닛의 두 개 안테나에 대응하게 수신되고 저장된다면, 정보 밀도와 검출될 물체에 대한 설명의 신뢰성에서 뚜렷한 향상을 성취할 가능성이 발견된다.
바람직한 실시예에서, 각각의 마이크로파 안테나 유닛의 두 개의 안테나는 수평 및 수직으로 극화되고, 그 결과 수직 및 수평으로 극화된 마이크로파를 전송할 수 있으며 수직 및 수평인 극성면(polarisation plane) 위의 마이크로파를 검출한다. 측정 사이클에 대해, 이 방법은, 예를 들어 수직적으로 극화된 마이크로파는 일시적 순서로 제일 먼저 전송되고, 이들 마이크로파는 수직 및 수평으로 극화된 안테나 모두를 거쳐 모든 마이크로파 안테나 유닛에 의해 수신된다는 것을 의미한다. 다음에 모든 마이크로파 안테나 유닛의 모든 안테나에 의해 수신된 수평으로 극화된 마이크로파의 전송이 이어진다. 상기에서, 주어진 마이크로파 안테나 유닛으로부터 수직 및 수평으로 극화된 마이크로파 전송이 일시적인 순서 또는 동시에 발생하는지는 기본적으로 중요하지 않다.
따라서, 상이한 극성의 이용은 정보의 양을 4배로 생성한다. 다음 극성의 조합 HxH, HxV, VxH, VxV은 각각의 마이크로파 안테나 유닛을 위해 생성되는데, 여기서 "H"는 수평 극성을 의미하고 "V"는 수직 극성을 의미한다. 이는 양질의 물체 복원을 가능하게 하는데, 예를 들어, 마이크로파 영상의 형성에서, 상당히 향상된다.
다음은 도면에 개시된 다이어그램과 그림을 참고로 한 마이크로파 신호 분석의 상세한 설명이다.
상기 개시된 해결책의 마이크로파 측정 방법 실행을 위해, 다음 특성을 특징으로 하는 장치 개발이 필수적이며, 따라서, 다수의 마이크로파 안테나 유닛은 검출될 물체에 대해 공간적 패턴으로 배치된다. 각각의 마이크로파 안테나 유닛은 반대 극성을 구비한 두 개의 전송/수신 안테나를 갖춘다. 제어 유닛은 일시적 순서로 n 마이크로파 안테나 유닛의 동작을 제공하기 위해 제공되는데, 여기서 HF 생성 유닛은 n 마이크로파 안테나 유닛에 연결되어 마이크로파 전송을 위해 필요한 HF 전력을 제공한다. 모음 유닛은 마이크로파 신호 분석을 위해 n 마이크로파 안테나 유닛에 연결되고, 각각의 마이크로파 안테나 유닛에 의해 생성된 마이크로파 신호는 초기에 모음 유닛에 저장된 다음 복원 모듈에서 분석된다. 마지막으로, 계산된 결과는 출력 유닛, 바람직하게 모니터에 시각적으로 디스플레이 된다.
n 마이크로파 안테나 유닛은 예를 들어, 고정된 틀에서, 공간적으로 배치되는데, 바람직하게 모든 안테나 유닛은 가까이에 인접한 마이크로파 안테나 유닛으로부터 등거리에 있는 것과 같으며, 인접한 마이크로파 안테나 유닛 사이의 거리는 마이크로파의 파장보다 더 멀며, 바람직하게는 10cm보다 멀어 마이크로파 안테나 유닛의 수와 이와 관련된 데이터 양이 처리할 수 있는 비율로 유지되도록 한다.또한, 장치의 바람직한 특징은 다음의 그림을 참고로 더 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 근본적인 목적인 마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하기 위한 방법과 장치의 개선이 가능하다.
다음에서, 본 발명은 본 발명의 실시예에 근거하고 도면을 참고로 하여 보편적인 독창적 아이디어를 제한하지 않고 예시적인 목적을 위해 개시될 것이다.
도 1은 해결책을 따르는 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 정보 행렬에 근거하여 획득된 마이크로파 신호를 도시한 도면.
도 3은 검사받는 사람을 위한 마이크로파 안테나 유닛의 공간적 배치를 도시한 도면.
도 4는 주파수 영역의 마이크로파 신호를 도시한 도면.
도 5는 룩업테이블(look-up table)을 이용한 계산 원리를 도시한 도면.
도 6은 물체를 검사하는 동안 물체의 움직임을 이용한 예를 도시한 도면.
도 1은 물체를 향상되게 캡쳐(capture)하고 검출할 수 있는 마이크로파 안테나 유닛 실시예의 가능한 구성을 도시한다. 기술적 해결책은 시간 신호를 더 빠르고 더 정확하게 측정되도록 각각의 안테나를 스위칭하기 위한 새로운 방식과 결합하여 분산된 간극으로 순차적으로 작동되는 전송기 어레이를 이용하는 새로운 측정 접근법과, 특별한 신호 프로세싱과 이미지 복원 기술에 기반한다.
마이크로파 안테나 장치는 다음 모듈로 효과적으로 구성된다.
다수 n의 개별 마이크로파 안테나 유닛(1)의 각각은 두 개의 전송기/수신기 안테나를 구비하고, 두 개의 안테나는 바람직하게는 수평과 수직 극성인 서로 반대의 극성을 띤다. 다음에서, 참조 문자 AiH와 AiV 가 이용될 것이며, 여기서 i=1…n 이다. 제어 유닛(2)은 전송 모드에서 수신 모드로 각각의 안테나 AiH와 AiV의 일시적 제어와 스위칭을 보장한다. 스위치(S)는 명확하게 스위칭을 보장하기 위해 각각의 안테나 AiH와 AiV에 제공된다. HF 생성기는 마이크로파를 생성하기 위해 필요한 HF 에너지를 제공하고, 여기서 각각의 안테나 AiH와 AiV의 동작을 위해 HF 생성기(3)에 의한 전송 신호 출력은 주파수 변조되고 증폭되며 전력 분배기(4)에 의해 각각의 전송기 안테나 AiH와 AiV로 전송된다.
수신 안테나 기능을 하는 각각의 안테나 유닛 AiH와 AiV에 의해 검출된 마이크로파는 아날로그 마이크로파 신호로 전환되고, 전환된 신호가 디지털화되기 전에, 혼합기(5)에서 이들은 기준 신호 기능을 하는 전송 신호와 결합된다. 이 단계에서, HF 신호의 손실 없는 전송을 위해 고안된 도파관 부분 (6+8)와 (7+9+10)의 길이는 서로 동일하며, 이 길이는 신호를 혼합할 때, 일시적인 튜닝을 위해 상당히 중요하다.
복수 채널의 전자적 데이터 수집 장치(11)는 혼합된 마이크로파 신호의 아날로그에서 디지털로의 전환과 복원 모듈(12)에서의 연속적 데이터 분석을 위해 신호 저장을 보장하며, 병렬 컴퓨터 구조(parallel computing structure)를 기반으로 동작하고 3D 영상 성능을 이용하여 실시간 상태에서 검출된 물체의 이미지 복원을 가능하게 한다. 마지막으로, 분석 결과는 가시화 유닛(13)을 통해 디스플레이 된다.
도 1에 개시된 장치가 작동하는 동안, 측정 사이클 당 하나의 안테나 유닛(1)은 항상 전송기로써 이용되고, 모든 n개의 안테나 유닛(1)은 전체 전송 동작을 거쳐 수신된 신호를 기록한다. 다양한 안테나 유닛(1)의 전송 동작의 일시적 제어는 제어 유닛(2)에 의해 보장된다. 각각의 안테나 유닛(1)은 각각의 측정 사이클을 위한 두 개의 전송 사이클에서 전송기로 동작하여 반대 극성(수평 H 및 수직 V)을 띤 전자파가 방출된다. 수집된 마이크로파 신호는 시간 신호의 형태로 저장되고, 모든 안테나 유닛이 동작된 후에, 도 2에 더 자세히 개시된 것과 같이 수집된 신호 데이터의 용량은 4×N×N이다.
도 2a의 목적을 위해, n=12 인 안테나 유닛(1)이 검출될 물체에 대해 배열된다고 가정한다. 이 경우, 각각의 개별 안테나 유닛(1)은 수평(AiH) 및 수직(AiV)인 극성을 띤 두 개의 전송/수신 안테나를 구비하는데, 여기서, i=1,… 12이다. 도 2a는 2차원의 단면을 기반으로 하는 측정 원리를 도시하지만, 상기 예는 3차원으로 확장될 수 있다.
측정 사이클 동안, 모든 안테나는 "사이클 스루(cycled through)" 이다. 도 2b 내지 도 2e에 도시된 데이터 행렬은 다음과 같은 수신된 마이크로파 신호로 완전히 채워진다.
각각의 데이터 행렬의 콘텐츠는 다음과 같이 설명된다. 행렬 A의 각각의 요소는 두 개의 지수를 구비하는데, 두 개의 지수는 각각 숫자와 문자(H 또는 V)로 구성된다. 제1 지수는 각각의 전송 안테나에 대응하고, 제2 지수는 각각의 수신 안테나에 대응한다. V 또는 H는 전송 또는 수신에 이용되는 극성에 대응한다. 하기의 극성 조합은 각각의 전송기/수신기 쌍, HxH, HxV, VxH, VxV에 대해 획득되기 때문에, 상이한 극성은 4배의 정보량을 산출한다. 그 결과, MW 이미지의 질은 상당히 향상된다.
예를 들어, 도 2b 경우의 데이터 행렬은 마이크로파가 수직 극성으로 전송되고 수직으로 극성화 된 수신 안테나로 수신되는 경우를 나타낸다. 따라서, 예를 들어, 행렬 값 "A12V6V"는 수직으로 극성화 된 마이크로파 형태로 안테나(12)로부터 의 전송에 의해 획득되고, 또한 수직 극성인 안테나(6)에 의한 수신에 의해 획득되는 측정 신호를 나타낸다.
도 2c의 데이터 행렬은 전송기 극성과 수신기 극성이 수평적인 경우를 나타낸다. 도 2d의 데이터 행렬은 전송기 극성이 수평적이고 수신기 극성이 수직적인 경우를 나타낸다. 도 2e의 데이터 행렬은 전송기 극성이 수직적이고 수신기 극성이 수평적인 경우를 보여준다.
도 3은 사람에 대해 공간적으로 배열된 마이크로파 안테나 유닛(1)을 이용하여 사람(P)을 검출하기 위한 측정 구성을 도시한다. 도시된 배열에서, MW 안테나(1)는 공간에 3차원으로 위치하는데, 예를 들어 챔버(chamber) 위에 또는 내부에 영구적으로 설치된다. 간단함을 위해, 그림에서 이 배열은 2D의 횡단면으로써 개략적으로 개시된다. MW 안테나(1)의 방향성과 MW 안테나(1)들의 공간적 배열은 복원되기 위한 영역이 모든 MW 안테나(1)의 방향성에 의해 합성 이미지 내에 완전히 포함되도록 고안된다.
알려진 MW 시스템과 비교하여, 새로운 장치의 특히 주목할 만한 특징은 검사될 물체에 대한 공간 내에서, 각각의 MW 안테나(1) 사이의 가능한 가장 먼 거리로 MW 안테나를 배열하는 것에 관한 것이다. 또한, 가능한 멀리 처리될 데이터의 양을 감소시키기 위해 MW 안테나(1)의 수는 가능한 적게 유지되어야 한다. 두 개의 인접한 MW 안테나(1) 사이의 거리는 개별 MW 안테나(1)로부터 방출된 마이크로파의 파장보다 상당히 멀 수도 있는데, 따라서, 의도적으로 샘플링 정리를 위반한다. 이는 공간 내의 각각의 픽셀과 지점에 초점을 둔 적합한 합성 물질에 의해 가능한 생성될 수 있기 때문에 분산된 개구의 방해 회절 현상(nuisance diffraction phenomena)이 억제된다. 이 복원 원리는 다음과 같이 설명될 것이다.
수신된 마이크로파 신호로부터 데이터가 중요하게 분석될 수 있도록 하기 위해, 또한 상기에 개시된 데이터 축적을 위해, 신호의 측정은 다음의 방식으로 사전에 적절하게 처리되어야한다.
신호의 측정은 제일 먼저 시간 신호의 형태로 저장되는데, 즉 신호의 진폭 값은 시간 축을 따라 표시된다. 이 경우는 전송기와 수신기로써 기능을 하는 동일한 안테나 내에서 고려된다. GHz 범위 즉 10 내지 200GHz에 있는 주파수 변조된 신호는 애플리케이션에 따라 방출된다. 두 개의 물체가 안테나로부터 상이한 거리에 있다면, 방출된 파장의 적어도 일부는 이들 물체로부터 역 반사될 것이고 안테나의 위치에서 수신될 것이다. 회신된 신호가 기준 즉 전송 신호와 혼합될 경우, 합성 신호의 형태로 새로운 신호가 생성된다. 도 4에 도식적으로 보이는 바와 같이, 상기 신호가 주파수 도메인에 나타난다면, 상이한 거리에 위치하는 물체들은 상이한 주파수 값으로 나타난다. 상기 경우에서, 수신된 마이크로파 신호의 주파수 값(f)은 x축을 따라 표시되고 진폭 값(A)은 y축을 따라 표시된다. 주파수(f1)의 주파수 정점은 주파수(f2)의 주파수 정점에 의해 표현된 물체(2)보다 수신 안테나에 더 가까이 위치한 물체(1)로부터 비롯되는데, 여기서 f2 > f1 이다. 따라서, 저장된 합성신호 각각의 "주파수 좌표"는 마이크로파 반사장치 역할을 하는 물체 안테나로부터의 거리에 정비례한다. 상기 방법에서, 물체는 직접적으로 위치될 수 있다. 전송기와 수신기의 위치가 동일하지 않다면 동일하게 적용한다. 이는 2차원 이미지와 3차원 이미지 모두로 복원되는 것을 가능하게 한다.
복원 원리는 도 5를 참고로 하고 2D 도면을 이용하여, 다음에서 더 상세하게 설명될 것이다. 여기서 2D의 경우는 3D 복원으로 용이하게 확장될 수 있다.
원형 구역의 경우에서, 복원 구역은 작은 공간적 클러스터로 또는 유닛 공간 구역으로 나눠지는데 클러스터의 크기는 일반적으로 최대 가능한 물리적 해상도, 즉 동작 주파수의 기능에 따라 선택되어야 한다. 또한 각각의 안테나(1)로부터 각각의 유닛 공간 구역까지의 거리를 포함하는 "룩업테이블(look-up table)"은 복셀(voxel)(14)이라 불리고, 복원 구역 내에서, 실제 복원 전에 계산된다. n 값은 각각의 n 안테나(1)와 복셀(voxel)(14) 사이의 공간적 거리에 대응하는 복원 구역의 각각의 복셀(voxel)(14)을 위해 저장된다. 전송기와 수신기의 모든 조합에 대한 파동방향(wavepath)은 이들의 값을 적절하게 조합함으로써 계산될 수 있다.
복원은 본 방법으로 생성된 적 있는 "룩업테이블(look-up table)"을 기반으로 수행된다. 다양한 신호의 최대 신호가 서로 대응하는 복셀(voxel)에 서로 겹쳐 놓여진다. 저장된 신호 값은 파동방향을 고려한 단층 촬영 원리를 따라 공간적으로 함께 합산되어 따라서, 복원동안 방향의 반복적 계산, 시간-소비(time-consuming)의 제공이 "룩업테이블(look-up table)"을 이용함으로써 가능하고, 복원 계산이 감소되어 진폭 값을 간단히 추가할 수 있다. 이는 복원 모듈은 특히 덧셈 연산의 효과적인 분배가 가능하기 때문에, 병렬 컴퓨터 구조를 포함한 복원 모듈일 때 특히 유용하다.
전술된 복원은 도 1에 도시된 바와 같이 복원 모듈로 수행된다. 바람직하게, 움직이는 물체의 3차원 이미지 실시간 계산을 할 수 있는 병렬 컴퓨터 구조를 이용한다. 마지막으로, 이들 이미지는 가시화 유닛,예를 들어 모니터 유닛에 보여진다.
방법의 더 유리한 개선은 이미지 복원 향상 또는 분산된 간극을 포함한 마이크로파 방법의 데이터 콘텐츠 개선을 위해 증가 고안되며, 도 6에서 제시된 이미지에 따라 스캐닝하기 위한 물체 움직임의 이용에 관한 것이다. 물체(O)가 안테나(1)에 의해 수집되는 공간적 구역에서 움직인다면, 예를 들어 도 6에서 세 개의 연속적 이미지에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로, 물체(O)는 마이크로파를 거쳐 일정한 간격으로 위치된다. 물체 이미지의 복원 결과는 다양한 시점에서 겹쳐지기 때문에 이미지 품질은 각각 반복되어 향상된다.
1. MW 안테나 유닛
2. 제어 유닛
3. 생성기
4. 전력 분배기
5. 혼합기
6,7. 도파관
8,9. 도파관
10. 도파관
11. 전기적 멀티채널 데이터 수집 장치
12. 병렬 컴퓨터 구조를 갖는 복원 모듈
13. 가시화 유닛
14. 복셀(voxel)

Claims (22)

  1. 다수의 마이크로파 안테나에 의해 생성되는 마이크로파에 하나 이상의 검출될 물체가 노출되고, 물체에 의해 반사된 마이크로파의 일부가 검출되어 분석 가능한 마이크로파 신호로 전환되는, 공간적으로 분해된 물체 검출을 위한 분석이 수행되는 것을 근거로 하며, 마이크로파를 수단으로 물체의 공간적으로 분해된 검출과 복원을 위한 방법에 있어서
    상기 마이크로파의 생성 및 검출은
    a) 검출될 물체에 대해 공간적으로 분산된 n 마이크로파 안테나 유닛을 제공하는 단계로서, 각각의 마이크로파 안테나와 각각의 인접한 마이크로파 안테나 유닛 사이의 거리는 마이크로파의 파장보다 먼 n 마이크로파 안테나 유닛 제공 단계;
    b) 마이크로파를 전송하기 위해, 제1 마이크로파 안테나 유닛을 선택하고 동작시키는 단계;
    c) m 마이크로파 안테나 유닛을 이용하여 물체에서 반사된 마이크로파를 수신하고 (여기서 m≤n) 마이크로파 신호를 생성하는 단계;
    d) 상기 마이크로파 신호를 저장하는 단계;
    e) 마이크로파를 전송하기 위해, 또 다른 마이크로파 안테나 유닛을 선택하고 동작시키고 상기 c) 단계 와 d) 단계를 수행하는 단계;
    f) 다음 마이크로파 안테나 유닛은 이전에 선택되었던 마이크로파 안테나 유닛과 동일하지 않다는 조건에서, 각각의 경우 또 다른 마이크로파 안테나 유닛이 선택하여, 반복적으로 e) 단계를 수행하는 단계; 및
    g) 상기 저장된 마이크로파 신호를 분석하는 단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 개별 마이크로파 안테나 유닛이 동작할 경우, 상이한 극성을 띤 마이크로파 전송은 동시에 또는 일시적 순서(sequence)로 수행되고,
    마이크로파 수신은 상기 극성에 따라 선택적으로 수행되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나 유닛의 개별적인 동작시, 상기 마이크로파 안테나 유닛은 각각의 경우에서 수직 및 수평 극성을 띤 마이크로파를 전송하고,
    상기 마이크로파 안테나 유닛은 수직 및 수평 극성에 따라 선택적으로 마이크로파를 검출하는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로파 신호는
    - 두 개의 마이크로파 신호는 수평 극성인 마이크로파 전송을 위한 마이크로파 안테나 유닛의 각각의 동작을 위해 저장되는 단계로, 특히 제1 마이크로파 신호는마이크로파 안테나 유닛의 수평 극성을 띤 검출 모드에 기록되고, 제2 마이크로파 신호는 마이크로파 안테나 유닛의 수직 극성을 띤 검출 모드에 기록되는, 마이크로파 신호 저장
    - 두 개의 마이크로파 신호는 수직 극성인 마이크로파 전송을 위한 마이크로파 안테나 유닛의 각각의 동작을 위해 저장되는 단계로, 특히 제1 마이크로파 신호는마이크로파 안테나 유닛의 수평 극성을 띤 검출 모드에 기록되고, 제2 마이크로파 신호는 마이크로파 안테나 유닛의 수직 극성을 띤 검출 모드에 기록되는, 마이크로파 신호 저장; 의 방식에 따라 저장되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.

  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전송된 마이크로파는 주파수 변조되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로파 신호가 저장되기 전에, 저장될 각각의 마이크로파 신호는 상기 개별 마이크로파 유닛이 동작하도록 하는 전송 신호와 혼합되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    신호 혼합은 합성 신호 형성에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 10 내지 200GHz 범위의 주파수에서 변조된 주파수로 전송되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 안테나 유닛에 의해 검출될 수 있는 공간 구역은 복셀(voxel)이라고 불리는 다수의 유닛 공간적 구역으로 나뉘어지고,
    m 값은 상기 복셀과 상기 m 마이크로파 안테나 유닛 사이의 공간적 거리에 대응하는 각각의 복셀(voxel)에 대해 저장되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로파 신호는 하나의 마이크로파 안테나 유닛에서부터 각각의 복셀(voxel)로의 마이크로파 방향을 결정하기 위한 주파수 변조되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 값은 각각의 경우에 하나의 물체의 분석과 복원을 위한 근거가 되는 룩업테이블(look-up table)에 저장되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    복셀(voxel)에 할당할 수 있는 저장된 모든 마이크로파 신호의 일부가 모두 더해지는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 신호의 분석은 모든 마이크로파 안테나 유닛이 동작 된 후, 복원 알고리즘을 이용해 수행되고,
    상기 복원 알고리즘은 각각의 경우, 하나의 특정 복셀에 집중하는 합성에 의해 판단된 바와 같이 저장된 마이크로파 신호에 적용되는 것;을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로파 신호의 분석은 검출될 물체의 실시간 복원 생성을 위해 병렬 컴퓨터 과정(parallel computing structure)으로 수행되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출될 물체는 a) 내지 f) 단계 동안, 상기 마이크로파 안테나 유닛에 관하여 이동되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 방법.
  16. 검출될 물체를 향하는 마이크로파를 생성하고, 상기 물체에 의해 반사된 마이크로파의 일부를 검출하며 분석될 수 있는 마이크로파 신호로 이들을 전환하기 위한 다수의 마이크로파 안테나 유닛을 포함하고, 상기 마이크로파 신호가 공간적으로 분해된 물체 검출에 의해 확인(determinated)됨으로써 분석되는 분석기를 구비하는, 마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치;는
    n 마이크로파 안테나 유닛이 검출될 물체에 대한 공간적 패턴에 배열되고, 각각의 상기 마이크로파 안테나 유닛은 인접한 개별 마이크로파 안테나 유닛과 마이크로파 파장보다 더 먼 거리에 있으며, 각각의 마이크로파 안테나 유닛은 두 개의 전송/수신 안테나를 구비하고 이들 각각은 상이한 극성을 구비하며, 제어 유닛은 n 마이크로파 안테나 유닛의 동작을 위해 일시적 순서를 제어하는데 제공되고, HF 생성기 유닛은 HF 전력을 제공하기 위해 n 마이크로파 안테나 유닛에 연결되며;분석기는 상기 n 마이크로파 안테나 유닛, 복원 모듈 및 출력 유닛에 연결된 데이터 캡쳐 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    각각의 마이크로파 안테나 유닛에 제공된 상기 두 개의 전송/수신 안테나는 수평 극성을 띤 마이크로파를 전송 및 수신하는 하나의 안테나와 수직 극성을 띤 마이크로파를 전송 및 수신하기 위한 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 n 마이크로파 안테나 유닛의 공간적 배열은 인접한 개별 마이크로파 안테나 유닛 사이의 거리가 동일하게 생성되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    두 개의 인접한 마이크로파 안테나 유닛 사이의 거리는 상기 마이크로파의 파장보다 크고, 바람직하게 10cm보다 큰 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 유닛이 제공되고;
    상기 혼합 유닛은 상기 안테나 유닛과 분석기 사이에서 스위치 되며, HF 생성기 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    복원 모듈은 병렬 컴퓨터 구조 및 마이크로파 안테나 유닛 각각에 검출될 공간 구역 내에 특정 공간 지점으로부터 각각의 마이크로파 안테나 유닛까지의 룩업테이블에 저장된, 거리 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    출력 유닛은 가시화 유닛인 것을 특징으로 하는
    마이크로파를 수단으로 물체를 공간적으로 분해하여 검출 및 복원하는 장치.
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