RU2515956C2 - Идентификация потенциально опасных веществ с помощью активных электромагнитных волн - Google Patents

Идентификация потенциально опасных веществ с помощью активных электромагнитных волн Download PDF

Info

Publication number
RU2515956C2
RU2515956C2 RU2011102320/28A RU2011102320A RU2515956C2 RU 2515956 C2 RU2515956 C2 RU 2515956C2 RU 2011102320/28 A RU2011102320/28 A RU 2011102320/28A RU 2011102320 A RU2011102320 A RU 2011102320A RU 2515956 C2 RU2515956 C2 RU 2515956C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
processor
imaging system
phase
amplitude
Prior art date
Application number
RU2011102320/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011102320A (ru
Inventor
Мохаммед Бен АБДИЛЛАХ
Эмиль ЕНТЧЕВ
Брендан ЛИОНС
Original Assignee
Смитс Детекшн Айлэнд Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Смитс Детекшн Айлэнд Лимитед filed Critical Смитс Детекшн Айлэнд Лимитед
Publication of RU2011102320A publication Critical patent/RU2011102320A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2515956C2 publication Critical patent/RU2515956C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/411Identification of targets based on measurements of radar reflectivity
    • G01S7/412Identification of targets based on measurements of radar reflectivity based on a comparison between measured values and known or stored values
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/005Prospecting or detecting by optical means operating with millimetre waves, e.g. measuring the black losey radiation

Abstract

Изобретение относится к системам формирования изображения и может быть использовано для обнаружения скрытых предметов. Электрические свойства скрытых объектов, например диэлектрическая проницаемость, могут быть получены из информации о падающих, отраженных и пропущенных электромагнитных волнах в системе формирования изображения. Система формирования изображения содержит передатчик для направления излучения в исследуемый объем, приемник для приема рассеянного излучения от упомянутого объема, отражающий массив для фокусирования падающего пучка излучения, процессор для обработки рассеянного излучения для формирования изображения в соответствии с амплитудой и фазой принимаемого излучения и дисплей. Разница в амплитуде и фазе между объектом и окружающим пространством используются для оценивания относительной диэлектрической проницаемости и, таким образом, служат для классификации объектов с использованием базы данных относительной диэлектрической проницаемости веществ. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к системам формирования изображения, предназначенным для обнаружения скрытых предметов, и, в частности, к досмотровым системам формирования изображения. Изобретение применимо к системам формирования изображения, работающим в любом диапазоне частот.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В ответ на угрозы безопасности на транспорте и в общественных местах становится общепринятой проверка людей на наличие у них наркотических, взрывчатых веществ и других контрабандных товаров на контрольно-пропускных пунктах, например, в аэропортах, на железнодорожных станциях, на спортивных мероприятиях и концертах, в правительственных зданиях и в других общественных и частных учреждениях. Известны системы, использующие неионизирующее излучение, например излучение в терагерцовом и миллиметровом диапазоне, для визуализации интересующих скрытых предметов. Подобные системы описаны, например, в документах WO 200875948, US 7304306 и US 7295019.
Документ WO 200875948 описывает анализ формирующего изображение излучения для визуализации таких свойств человеческого тела как удельная электропроводность, диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость. При этом излучение некогерентных волн осуществляется в широкой полосе частот для того, чтобы гарантировать их безвредность. Полосу частот предпочтительно выбирают равной половине контрольной частоты. Источником излучения может быть, например, генератор широкополосного некогерентного шума.
Документ US 7304306 описывает систему формирования изображения с терагерцовым излучением, при этом используется модуль обнаружения с прямым преобразованием. Обнаруженное излучение разбивают на несколько компонентов и ослабляют. Целью является обнаружение взрывчатого вещества. Для получения композитного сигнала объединяют несколько разных сигналов.
Документ US 7295019 описывает использование емкостных и индуктивных датчиков для обнаружения скрытых предметов, например пластиковых бомб и керамических ножей.
Целью данного изобретения является предоставление улучшенного способа обнаружения неметаллических скрытых предметов, в частности, с улучшенной дифференциацией между опасными и неопасными предметами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система формирования изображения включает:
передатчик для направления излучения в объем, в котором находится цель;
приемник для приема рассеянного излучения от цели; и
процессор для обработки рассеянного излучения для формирования изображения в соответствии с амплитудой и фазой принимаемого излучения. Также система может включать дисплей, соединенный с процессором, для формирования изображения на экране.
В одном из вариантов осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью классификации скрытого диэлектрического вещества в соответствии с диэлектрической проницаемостью относительно диэлектрической проницаемости человеческого тела, при этом упомянутую относительную диэлектрическую проницаемость получают из информации об амплитуде и фазе принимаемого излучения.
В одном из вариантов осуществления изобретения передатчик выполнен с возможностью передачи падающего излучения по существу одной частоты.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутая частота лежит в диапазоне от 1 ГГц до 300 ГГц.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутая частота лежит в диапазоне от 1 ГГц до 80 ГГц.
В другом варианте осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью автоматической идентификации аномалий на границах в записанных изображениях и использования упомянутых аномалий при получении данных относительной диэлектрической проницаемости.
В одном из вариантов осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью классификации веществ на основе базы данных относительной диэлектрической проницаемости, при этом упомянутая база данных содержит данные диэлектрической проницаемости или данные относительной диэлектрической проницаемости для заданных опасных веществ, например взрывчатки или наркотиков.
В другом варианте осуществления изобретения процессор производит измерение фазы и амплитуды рассеянного излучения вблизи скрытого вещества и в скрытом веществе, при этом значение вблизи скрытого вещества используется в качестве эталонного.
В одном из вариантов осуществления изобретения система выполнена с возможностью обнаружения излучения от двух или более элементов объема, при этом один из элементов объема предоставляет эталонные данные, если он не содержит скрытое вещество.
В другом варианте осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью обработки различий в амплитуде и фазе от элемента к элементу исследуемого объема для формирования изображения исследуемого объема.
В одном из вариантов осуществления изобретения разные по амплитуде и фазе ответные сигналы для разных элементов используются процессором для обнаружения местоположения и ориентации скрытого вещества.
В одном из вариантов осуществления изобретения передатчик и приемник включают рупорную антенну в конфокальной системе, при этом рупорная антенна облучает отражающий массив, выполненный с возможностью фокусирования излучения на элементе исследуемого объема, при этом отраженные сигналы, в свою очередь, перенаправляются отражающим массивом в апертуру рупорной антенны, причем процессор выполнен с возможностью управления отражающим массивом для систематического перемещения точки фокуса по исследуемому объему и использования диаграммы направленности рупорной антенны и стратегии сканирования для вычисления геометрии, связанной с каждым элементом объема, для каждого отдельного луча, при этом разница в амплитуде и фазе между объектом и окружающим его объемом, а также вычисленная геометрия используются для оценки относительной диэлектрической проницаемости.
В одном из вариантов осуществления изобретения для каждого передаваемого луча данные для двух отраженных лучей обрабатываются процессором, при этом первый луч является отраженным от поверхности объекта, а второй луч проходит сквозь объект и отражается от границы между объектом и человеческим телом, причем процессор выполнен с возможностью выполнения процесса оценивания, который включает отслеживание обоих лучей и определение следующих событий:
ни один луч не принят рупорной антенной и поэтому не участвует в процессе оценивания,
первый луч принят и участвует в процессе оценивания, а второй луч потерян,
второй луч принят и участвует в процессе оценивания, а первый луч потерян, и
оба луча приняты и вносят вклад в процесс оценивания.
В одном из вариантов осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью выполнения алгоритмов, использующих закон Снеллиуса, связанный с электромагнитными свойствами полей вблизи границ, для вычисления амплитуды как уровня затухания и фазы, τmodel и Фmodel, принимаемого излучения.
В одном из вариантов осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью выполнения алгоритмов, отражающих электромагнитные свойства волнового сопротивления и коэффициент отражения вблизи границ, для вычисления амплитуды как уровня затухания и фазы, τmodel и Фmodel, принимаемого излучения.
В одном из вариантов осуществления изобретения процессор выполнен с возможностью реализации алгоритмов теории конфокальных изображений для вычисления амплитуды как уровня затухания и фазы, τmodel и Фmodel, принимаемого излучения.
В одном из вариантов осуществления изобретения система также включает отражатель для отражения рассеянного излучения, при этом приемник устанавливают таким образом, чтобы он принимал излучение после его отражения.
В одном из вариантов осуществления изобретения отражатель включает отражающий массив, выполненный с возможностью фокусирования передаваемого излучения на последовательные элементы в исследуемом объеме.
В одном из вариантов осуществления изобретения передатчик и приемник включают рупорную антенну, при этом система включает отражающий массив в виде плиток, каждая из которых состоит из массива полосковых антенн с переключающими транзисторами и соответствующим контроллером для управления транзисторами, при этом упомянутый контроллер выполнен с возможностью конфигурирования фазы полосковых антенн для формирования заданной диаграммы направленности в пространстве при облучении массива рупорной антенной, причем процессор выполнен с возможностью:
вычисления и суммирования расстояния от рупорной антенны до полосковой антенны и расстояния от полосковой антенны до точки фокуса,
конвертирования упомянутого расстояния в единицы длины волны рабочей частоты, и
конвертирования дробной части расстояния в значение фазы путем умножения на число градусов, при этом для конструктивного вклада каждой полосковой антенны в фокус упомянутые фазы должны быть по существу идентичны.
В одном из вариантов осуществления изобретения осуществляют выбор транзистора для добавления фазового сдвига 0 или 180 градусов в зависимости от рассчитанной фазы путем его включения и 0 градусов путем его выключения, при этом сканирование по объему выполняется путем применения соответствующих шаблонов переключения транзисторов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Краткое описание чертежей
Изобретение станет более понятным из описания некоторых вариантов его осуществления, которые представлены только в качестве примеров со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 и 2 представлено аппаратное обеспечение системы, предлагаемой в изобретении.
На фиг.3 схематично представлено падающее и рассеянное излучение в случае отсутствия потенциально опасного объекта.
На фиг.4 показано излучение при наличии потенциально опасного объекта.
Описание вариантов осуществления изобретения
Изобретение включает использование различных изображений, получаемых с помощью аппаратуры формирования изображения с использованием активных СВЧ волн, и автоматическую классификацию вещества, переносимого на человеческом теле, как безопасного или как потенциально опасного. Автоматическая классификация основана на том факте, что человеческое тело имеет намного большую отражательную способность (поскольку его диэлектрическая проницаемость намного выше), чем многие диэлектрические вещества, такие как потенциально опасные взрывчатые или наркотические вещества.
В данном описании изобретения, если не указано обратное, «и» может означать «или», а «или» может означать «и». Например, если признак изобретения описан как имеющий А, В или С, то этот признак может иметь А, В и С или любую комбинацию из А, В и С. Аналогично, если признак изобретения описан как имеющий А, В и С, то этот признак может иметь только одно или два из А, В или С.
Также, если не указано обратное, при описании изобретения любое существительное в единственном числе может означать «один или более». Например, если устройство описано как имеющее элемент X, указанное устройство может иметь один или более элементов X.
Система формирования изображения с использованием СВЧ волн позволяет обнаруживать скрытые опасные предметы на человеческом теле благодаря способности СВЧ волн проникать сквозь материалы. Термин "электромагнитные волны" в данном контексте означает электромагнитное излучение в диапазоне от 1 до 300 ГГц.
Система формирования изображения может использовать любое неионизирующее излучение, включая, не ограничиваясь этим, миллиметровые волны или терагерцовое излучение. В одном из вариантов осуществления изобретения система использует излучение миллиметрового диапазона для создания изображения объекта. Падающий пучок может быть сфокусирован при помощи отражающего массива. Для формирования изображения отражающий массив может размещаться в виде "плиток". Каждая плитка может состоять из массива полосковых антенн с переключающими полевыми транзисторами и соответствующей электроникой для управления полевыми транзисторами. Каждая панель является отражающим массивом. Фазы отдельных полосковых антенн могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы при облучении массива рупорной антенной в пространстве формировалась заданная диаграмма направленности. Расстояния от антенны до полосковой антенны и от полосковой антенны до точки фокуса могут быть вычислены и просуммированы. Суммарное расстояние может быть затем переведено в длину волны рабочей частоты. Дробная часть расстояния может быть переведена в фазу путем умножения на 360 градусов. Для того чтобы каждая полосковая антенна конструктивно вносила свой вклад в фокус, полученные из предыдущих вычислений фазы должны быть идентичны или по существу идентичны. Это можно приблизительно обеспечить, если сделать фазы отличающимися не более чем на 180 градусов. Чтобы этого достигнуть, полевые транзисторы должны быть выбраны таким образом, чтобы они добавляли фазовый сдвиг величиной 0 или 180 градусов в зависимости от рассчитанной фазы. Полевой транзистор может быть подключен с возможностью производить фазовый сдвиг в 180 градусов при его включении и 0 градусов при его выключении. Таким образом, сканирование объема может быть реализовано путем применения соответствующих шаблонов из единиц и нулей к полевым транзисторам.
На фиг.1 и 2 представлен вариант осуществления системы формирования изображения, работающей в реальном времени и имеющей контроллер 20, ответственный за принятие решений. Контроллер 20 управляет воспроизведением изображений и графическим пользовательским интерфейсом. Цифровой приемник 21 может управлять панелями через триггерные платы 22 и 23. Прием излучения осуществляется через схемы 24 и 25 рупорных антенн. Контроллер (компьютер) 20 соединен с цифровым приемником 21 через две линии Ethernet. Отправка контроллером всех команд и прием всех ответных сигналов из системы могут осуществляться через цифровой приемник 21. Последовательное соединение цифрового приемника с плитками 26 позволяет осуществлять передачу основных команд и данных, например передачу команд записи, загрузку шаблонов переключения отражателей и выполнение диагностики. В общем последовательные соединения могут использоваться для двусторонней связи. На фиг.2 показаны триггерные платы 22, 23 и параллельные соединения между ними и каждой плиткой. Через эти параллельные соединения обеспечивается передача адресов блоков сканирования и сигналов синхронизации. Питание плиток 26 осуществляется также через триггерные платы 22 и 23.
Частота излучения в одном из вариантов осуществления изобретения составляет 24,12 ГГц. Было обнаружено, что диапазон частот от 1 до 80 ГГц, в частности, эффективен в некоторых вариантах осуществления изобретения и, в частности, эффективен поддиапазон частот от 1 до 40 ГГц. Однако предполагается, что в других вариантах осуществления изобретения могут применяться различные длины волн, частоты до 300 ГГц.
Для того чтобы опасный предмет был обнаружен с помощью СВЧ-волн, он должен обладать свойствами (в отношении распространения электромагнитных волн), отличающимися от свойств окружающих материалов (человеческого тела).
Система формирования изображения, использующая активные СВЧ-волны, облучает заранее заданный исследуемый объем и измеряет амплитуду и фазу сигнала, принимаемого от каждого элемента объема в исследуемом объеме. Разница в амплитуде и фазе от элемента к элементу используются для формирования изображения исследуемого объема.
Амплитуда и фаза принимаемого сигнала являются функциями геометрии формирующих изображение лучей, геометрии объекта и диэлектрических свойств объекта. Анализ данных об амплитуде и фазе позволяет вычислить эти свойства объекта.
Вычисление электрических свойств объекта
Электрические свойства объекта, такие как диэлектрическая проницаемость, могут быть получены из информации о падающих, отраженных и пропущенных электромагнитных волнах. Отражение и пропускание электромагнитных волн или лучей являются функциями геометрии, текстуры поверхности и волнового сопротивления на обеих сторонах объекта. Волновое сопротивление зависит от магнитной и диэлектрической проницаемости материала. Для большинства материалов относительная магнитная проницаемость не является дифференцирующим признаком, поэтому может не приниматься во внимание. Диэлектрические свойства относятся к внутренним свойствам вещества и состоянию объекта. Диэлектрическая проницаемость s является комплексным числом (ε=ε'-jε"), где ε' и ε" относятся соответственно к сохранению энергии и рассеянию энергии в веществе. Таким образом, диэлектрическая проницаемость может использоваться для классификации веществ.
Геометрия сканирования основана на конфокальной системе, в которой рупорная антенна облучает отражающий массив, при этом упомянутый отражающий массив выполнен с возможностью фокусирования излучения на одном элементе исследуемого объема. Отраженные волны в свою очередь перенаправляются отражающим массивом в апертуру рупорной антенны. Отражающий массив электронным способом сконфигурирован для систематического перемещения фокальной точки по исследуемому объему. Знание диаграммы направленности рупорной антенны и стратегии сканирования позволяет системе вычислить геометрию, связанную с каждым элементом объема. Этот процесс часто называют «отслеживание лучом» («ray tracing»). Разница в амплитуде и фазе между объектом и окружающим пространством и вычисленная геометрия используются для оценивания относительной диэлектрической проницаемости и, таким образом, служит для классификации объекта с использованием базы данных диэлектрической проницаемости материалов.
На фиг.3 и 4 показана геометрия, используемая в процессе оценивания. На фиг.3 показан случай формирования изображения тела, а на фиг.4 - случай обнаружения скрытого предмета, расположенного на человеческом теле, с оцениванием относительной диэлектрической проницаемости этого предмета. Все начинающиеся и заканчивающиеся в рупорной антенне лучи участвуют в процессе оценивания.
Оценивание относительной диэлектрической проницаемости основано на разнице в затухании и фазовой задержке в ситуациях, показанных на фиг.3 и 4. Значения затухания и фазовой задержки извлекаются из данных изображения. Затем их записывают в виде уравнения, где неизвестными являются относительная диэлектрическая проницаемость и толщина объекта. Результирующие уравнения решают, чтобы получить оценку относительной диэлектрической проницаемости и толщины объекта.
Как показано на фиг.4, для каждого падающего луча должны рассматриваться два отраженных луча. Луч 1 (обнаруженный как q1) отражается от поверхности объекта, а луч 2 (обнаруженный как q2) проходит через объект и отражается от границы между объектом и телом человека. Внутреннее отражение от поверхности объекта не принимается в расчет. Система формирования изображения выполняет процесс оценивания, который включает отслеживание обоих лучей и расчет для четырех случаев:
1) Ни один луч не принят рупорной антенной и поэтому не участвует в процессе оценивания.
2) Луч 1 принят и участвует в процессе оценивания, но Луч 2 потерян.
3) Луч 2 принят и участвует в процессе оценивания, но Луч 1 потерян.
4) Оба луча приняты и вносят вклад в процесс оценивания.
Как было описано выше, каждый падающий луч формирует соответствующие Луч 1 и Луч 2. Процесс оценивания, осуществляемый системой формирования изображения, производит вычисления для всех падающих лучей от рупорной антенны.
Программное обеспечение обнаружения объектов обрабатывает изображение для идентификации объектов на теле человека, а программное обеспечение классификации материалов автоматически сообщает оценку относительной диэлектрической проницаемости и ее классификацию. Программное обеспечение обнаружения использует границы на изображении для идентификации аномалий.
Процессом классификации материалов может также управлять пользователь, при этом оператор выделяет скрытый объект на изображении, а затем выделяет ближайшую часть тела для использования ее в качестве эталона для измерений.
Вычисление электрических свойств объекта: подробное описание процесса оценивания
Луч Ер с единичной амплитудой излучается рупорной антенной по направлению к полосковой антенне р. Для случая, приведенного на фиг.3, луч после отражения от объекта направлен в сторону полосковой антенны q, положение которой можно определить по законам геометрической оптики. Луч, отраженный от участка q, направлен к рупорной антенне. Принимаемый луч с комплексной амплитудой Rp определяется выражением: Rp=Ep.Gp.pq.Gq.exp(iφq), где Gp и Gq - коэффициенты усиления рупорной антенны в точках расположения полосковых антенн р и q, pq - коэффициент отражения человеческого тела, а φq - общая длина электрического пути.
В случае, изображенном на фиг.4, луч после отражения от объекта и человеческого тела, формирует два луча, один из которых направлен к полосковой антенне q1, а другой - к полосковой антенне q2. Положения полосковых антенн q1 и q2 можно определить по законам геометрической оптики. Отраженные от полосковых антенн q1 и q2 лучи направлены к рупорной антенне, таким образом, принимаемый составной луч с комплексной амплитудой Rp определяется выражением: Rp=Ep.Gp.(pq1.Gq1.exp(i(pq1)+pq2.Gq2.exp(iφq2)), где Gp, Gq1 и Gq2 - коэффициенты усиления рупорной антенны в точках расположения полосковых антенн р, q1 и q2; pq1 и pq2 - коэффициенты отражения объекта и человеческого тела соответственно; φq1 и φq2 - длины соответствующих электрических путей.
Показанный на фиг.4 принимаемый сигнал является ослабленным и имеет фазовый сдвиг по отношению к принимаемому сигналу, показанному на фиг.3.
Figure 00000001
ρр - затухание относительно луча, излучаемого к полосковой антенне р.
φр - фазовый сдвиг относительно луча, излучаемого к полосковой антенне р.
Все лучи, исходящие из рупорной антенны (один луч на полосковую антенну), используются при оценивании затухания (τ) и фазового сдвига (Ф) между принимаемыми сигналами, показанными на фиг.3 и 4.
Figure 00000002
где number_of_Patches - число полосковых антенн,
abs - модуль,
angle - фаза.
τmodel и Фmodel записывают в виде уравнений, где неизвестными являются относительная диэлектрическая проницаемость εr и толщина объекта Т.
Относительную диэлектрическую проницаемость εr и толщину объекта Т выбирают таким образом, чтобы вычисленные значения τmodel и Фmodel максимально соответствовали измеренным значениям τ и Ф.
Для вычисления значений τmodel и Фmodel существует несколько способов.
Способ 1. Использование Формул отслеживания лучей
Для вычисления значений τmodel и Фmodel используют закон Снеллиуса в связи с электромагнитными свойствами полей вблизи границ.
Способ 2. Использование волнового сопротивления
Для вычисления значений τmodel и Фmodel описывают изменение волнового сопротивления и коэффициента отражения при распространении волны от рупорной антенны к цели и обратно к рупорной антенне. При этом в способе используют электромагнитные свойства волнового сопротивления и коэффициента отражения вблизи границ.
Способ 3 основан на теории конфокальных изображений
Сначала вычисляют пропускаемый пучок, который затем облучает тело и опасный предмет, в результате чего формируется отраженный пучок. Отраженный пучок, в свою очередь, отражается от панели и направляется к рупорной антенне. Принятый рупорной антенной сигнал используется для вычисления затухания и фазового сдвига между пропускаемым и отраженным сигналами, что соответствует τmodel и Фmodel.
Другие варианты: Использование множества отражающих пластин для моделирования человеческого тела
Если опасный объект располагается не на плоской части человеческого тела, тело может быть смоделировано с использованием пластин, ориентация которых получена из данных изображения. Далее вычисления продолжают обычным способом, только при вычислении τmodel и Фmodel учитывают пластины и их ориентацию.
Человеческое тело имеет очень большой коэффициент отражения, поэтому отражающие пластины являются эффективной моделью.
Пример
Панель отражающего массива размером 1 м×1 м, состоящая из 15000 полосковых антенн, формирует пучок гауссовой формы. Этот пучок предназначен для формирования изображения бруска воска (е=2,59) толщиной 1,8 см, прикрепленного к отражающей поверхности (представляющей тело человека). Воск расположен на расстоянии 70 см от панели формирования изображения. Шаг элементов изображения составляет 0,4 см по горизонтали, 0,4 см по вертикали и 1,25 см по направлению вперед.
Простая обработка результатов показывает положение воска и дает близкие значения его ширины и длины. Толщина воска по расчетам лежит в диапазоне от Tmin=1,2 см до Tmax=2,4 см.
Два элемента объема выбраны в качестве тестовых точек, при этом один из них расположен внутри опасного объекта, а другой расположен на теле человека, но вне опасного объекта. Значения толщины и диэлектрической проницаемости находятся соответственно в диапазонах от Tmin до Tmax (шаг 0,2 см), от εmin до εmaxmin=1 и εmax=4, шаг =0,5). Вычисления τmolel и Фmodel производились по способу 3 для выбранных тестовых точек. Затем результаты вычислений сравнили с результатами измерений для того, чтобы найти диэлектрическую проницаемость и толщину воска. Наилучший результат для двух тестовых точек был достигнут при значении толщины 1,6 см и диэлектрической проницаемости 2,5.
В идеале две тестовые точки должны привести к правильному решению, но рекомендуется использовать множество тестовых точек для поиска/подтверждения соответствующих значений диэлектрической проницаемости и толщины.
Главным преимуществом изобретения является использование существующего аппаратного обеспечения систем формирования изображения не только для получения изображения исследуемого объема, но также и для оценивания диэлектрической проницаемости скрытых объектов. При использовании совместно с соответствующей базой данных система может обеспечить предположение о типе вещества на основе оценок диэлектрической проницаемости.
Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления и может изменяться в конструкции и деталях.

Claims (15)

1. Система формирования изображения, включающая:
передатчик для направления излучения в исследуемый объем, в котором находится цель;
приемник для приема рассеянного излучения от упомянутого объема;
отражающий массив для фокусирования падающего пучка излучения;
процессор для обработки рассеянного излучения для формирования изображения в соответствии с амплитудой и фазой принимаемого излучения и
дисплей, соединенный с процессором, для формирования изображения на экране;
отличающаяся тем, что
упомянутый передатчик выполнен с возможностью передачи падающего излучения по существу одной частоты;
упомянутая система выполнена с возможностью идентификации скрытого вещества;
процессор выполнен с возможностью классификации скрытого диэлектрического вещества в соответствии с диэлектрической проницаемостью относительно диэлектрической проницаемости человеческого тела, причем упомянутую относительную диэлектрическую проницаемость оценивают на основе информации об амплитуде и фазе принимаемого излучения;
процессор выполнен с возможностью измерения фазы и амплитуды рассеянного излучения как вблизи скрытого вещества, так и в скрытом веществе, при этом значение вблизи скрытого вещества используется в качестве эталонного;
упомянутая система выполнена с возможностью обнаружения излучения от двух или более элементов, при этом один из элементов объема предоставляет эталонные данные, если он не содержит скрытое вещество,
для каждого луча, передаваемого упомянутым передатчиком, данные для двух лучей, принятых упомянутым приемником, обрабатываются процессором, при этом первый луч является отраженным от поверхности объекта, а второй луч проходит сквозь объект и отражается от границы между объектом и человеческим телом, причем процессор выполнен с возможностью выполнения процесса оценивания упомянутой относительной диэлектрической проницаемости, который включает отслеживание обоих лучей и определение следующих событий:
ни один луч не принят упомянутым приемником и поэтому не участвует в процессе оценивания,
первый луч принят и учитывается в процессе оценивания, но второй луч потерян,
второй луч принят и учитывается в процессе оценивания, но первый луч потерян, и
оба луча приняты и вносят вклад в процесс оценивания.
2. Система формирования изображения по п.1, в которой упомянутая частота находится в диапазоне от 1 ГГц до 300 ГГц.
3. Система формирования изображения по п.2, в которой упомянутая частота находится в диапазоне от 1 ГГц до 80 ГГц.
4. Система формирования изображения по любому из предыдущих пунктов, в которой процессор выполнен с возможностью автоматической идентификации аномалий на границах в записанных изображениях и использования упомянутых аномалий при получении данных об относительной диэлектрической проницаемости.
5. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой процессор выполнен с возможностью классификации веществ на основе базы данных относительной диэлектрической проницаемости, при этом упомянутая база данных содержит данные диэлектрической проницаемости или данные относительной диэлектрической проницаемости для заданных опасных веществ, таких как взрывчатые или наркотические вещества.
6. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой процессор выполнен с возможностью обработки различий в амплитуде и фазе от элемента к элементу исследуемого объема для формирования изображения исследуемого объема.
7. Система формирования изображения по п.6, в которой разные по амплитуде и фазе ответные сигналы для упомянутых элементов используются процессором для обнаружения местоположения и ориентации скрытого вещества.
8. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой передатчик и приемник включают рупорную антенну в конфокальной системе, при этом рупорная антенна облучает отражающий массив, выполненный с возможностью фокусирования излучения на элементе исследуемого объема, при этом отраженные сигналы, в свою очередь, перенаправляются отражающим массивом в апертуру рупорной антенны, причем процессор выполнен с возможностью управления отражающим массивом для систематического перемещения точки фокуса по исследуемому объему и использования диаграммы направленности рупорной антенны и стратегии сканирования для вычисления геометрии, связанной с каждым элементом объема, для каждого отдельного луча, при этом разница в амплитуде и фазе между объектом и окружающим его объемом, а также вычисленная геометрия используются для оценки относительной диэлектрической проницаемости.
9. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой процессор выполнен с возможностью выполнения алгоритмов, использующих закон Снеллиуса, связанный с электромагнитными свойствами полей вблизи границ, для вычисления амплитуды как уровня затухания и фазы, τmodel и Фmodel, принимаемого излучения.
10. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой процессор выполнен с возможностью выполнения алгоритмов, отражающих электромагнитные свойства волнового сопротивления и коэффициент отражения вблизи границ, для вычисления амплитуды как уровня затухания и фазы, τmodel и Фmodel, принимаемого излучения.
11. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой процессор выполнен с возможностью реализации алгоритмов теории конфокальных изображений для вычисления амплитуды как уровня затухания и фазы, τmodel и Фmodel, принимаемого излучения.
12. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, включающая отражатель для отражения рассеянного излучения, и приемник, установленный таким образом, чтобы принимать излучение после его отражения.
13. Система формирования изображения по п.12, в которой отражатель включает отражающий массив, выполненный с возможностью фокусирования передаваемого излучения на последовательных элементах в исследуемом объеме.
14. Система формирования изображения по любому из пп.1-3, в которой передатчик и приемник включают рупорную антенну, при этом система включает отражающий массив в виде плиток, каждая из которых состоит из массива полосковых антенн с переключающими транзисторами и соответствующим контроллером для управления транзисторами, при этом упомянутый контроллер выполнен с возможностью конфигурирования фазы полосковых антенн для формирования заданной диаграммы направленности в пространстве при облучении массива рупорной антенной, при этом процессор выполнен с возможностью:
вычисления и суммирования расстояния от рупорной антенны до полосковой антенны и расстояния от этой полосковой антенны до точки фокуса,
конвертирования упомянутого расстояния в единицы длины волны рабочей частоты, и
конвертирования дробной части расстояния в значение фазы путем умножения на число градусов, при этом для конструктивного вклада каждой полосковой антенны в фокус упомянутые фазы должны быть по существу идентичны.
15. Система формирования изображения по п.14, в которой осуществляется выбор транзистора для добавления фазового сдвига 0 или 180 градусов в зависимости от рассчитанной фазы путем его включения и 0 градусов путем его выключения, при этом выполняется сканирование по объему путем применения соответствующих шаблонов переключения транзисторов.
RU2011102320/28A 2008-07-01 2009-07-01 Идентификация потенциально опасных веществ с помощью активных электромагнитных волн RU2515956C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IE20080540 2008-07-01
IE2008/0540 2008-07-01
PCT/IE2009/000043 WO2010001377A2 (en) 2008-07-01 2009-07-01 Identification of potential threat materials using active electromagnetic waves

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011102320A RU2011102320A (ru) 2012-08-10
RU2515956C2 true RU2515956C2 (ru) 2014-05-20

Family

ID=41466390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011102320/28A RU2515956C2 (ru) 2008-07-01 2009-07-01 Идентификация потенциально опасных веществ с помощью активных электромагнитных волн

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8390504B2 (ru)
EP (1) EP2304476B1 (ru)
CN (1) CN102105816B (ru)
RU (1) RU2515956C2 (ru)
WO (1) WO2010001377A2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691982C1 (ru) * 2018-05-29 2019-06-19 Общество с ограниченной ответственностью "Локаторная техника" Конструкция многофункциональной радиолокационной досмотровой системы
RU2723987C1 (ru) * 2019-07-23 2020-06-18 Роман Евгеньевич Стахно Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9123999B2 (en) 2010-01-15 2015-09-01 Smiths Detection Ireland Limited Imaging system
US8573529B2 (en) * 2010-03-01 2013-11-05 Farrokh Mohamadi Standoff detection of motion and concealed unexploded ordnance (UXO)
WO2011128882A1 (en) * 2010-04-15 2011-10-20 Smiths Detection Ireland Limited An imaging system
US8890073B2 (en) * 2011-03-28 2014-11-18 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Systems and methods for detecting and/or identifying materials based on electromagnetic radiation
US8946641B2 (en) * 2011-04-07 2015-02-03 The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Homeland Security Method for identifying materials using dielectric properties through active millimeter wave illumination
EP2697671A2 (en) * 2011-04-15 2014-02-19 Ariel-University Research and Development Company, Ltd Passive millimeter-wave detector
DE102011078539A1 (de) * 2011-06-08 2012-12-13 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Erweiterung der Ausleuchtung eines Prüfobjekts
US9268017B2 (en) * 2011-07-29 2016-02-23 International Business Machines Corporation Near-field millimeter wave imaging
NL1039057C2 (nl) * 2011-09-16 2013-03-19 Karel Pieter Gijsbert Gerla Werkwijze en inrichting van een contactloos herkenningssysteem van een materiaal.
US20140028494A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 The Aerospace Corporation Virtual Aperture Radar
WO2014033896A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 株式会社日立製作所 電磁波可視化装置
US11280898B2 (en) 2014-03-07 2022-03-22 Rapiscan Systems, Inc. Radar-based baggage and parcel inspection systems
MX361149B (es) 2014-03-07 2018-11-28 Rapiscan Systems Inc Detectores de banda ultra ancha.
JP6271384B2 (ja) * 2014-09-19 2018-01-31 株式会社東芝 検査装置
US10222467B2 (en) * 2015-11-10 2019-03-05 Northrop Grumman Systems Corporation Two-way coded aperture three-dimensional radar imaging
US10416094B2 (en) * 2016-03-31 2019-09-17 Northeastern University Characterization of dielectric slabs attached to the body using focused millimeter waves
CN106371148B (zh) * 2016-09-27 2019-05-03 华讯方舟科技有限公司 一种基于毫米波图像的人体异物检测方法及系统
US10308550B2 (en) * 2017-03-10 2019-06-04 Heraeus Noblelight America Llc Device including a radiation emitter for applying radiation to a target, and related methods
CN108957565A (zh) * 2017-05-27 2018-12-07 富士通株式会社 物品检测方法和装置
CN108956647A (zh) * 2017-05-27 2018-12-07 富士通株式会社 物品检测方法和装置
CN108931540A (zh) * 2017-05-27 2018-12-04 富士通株式会社 物品检测装置
CN109782368A (zh) * 2017-11-10 2019-05-21 富士通株式会社 物品检测方法和装置
CN109765548B (zh) * 2017-11-10 2023-09-08 富士通株式会社 物品检测方法和装置
CN112384823A (zh) * 2018-03-23 2021-02-19 艾克索纳科技公司 使用超宽带(uwb)雷达检测目标模式的系统和方法
GB201807616D0 (en) * 2018-05-10 2018-06-27 Radio Physics Solutions Ltd Improvements in or relating to threat classification
US10804942B2 (en) 2018-05-24 2020-10-13 Analog Devices, Inc. State-machine based body scanner imaging system
CN110554439B (zh) * 2018-06-04 2021-07-23 富士通株式会社 物品检测方法和装置
CN111308467A (zh) * 2020-03-10 2020-06-19 宁波飞芯电子科技有限公司 探测方法及探测设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6480141B1 (en) * 2001-03-13 2002-11-12 Sandia Corporation Detection of contraband using microwave radiation
RU2283485C2 (ru) * 2004-09-09 2006-09-10 Закрытое акционерное общество "Интеллектуальные сканирующие системы" Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5227800A (en) * 1988-04-19 1993-07-13 Millitech Corporation Contraband detection system
GB8825435D0 (en) * 1988-10-31 1988-12-29 Cross T E Detection of non metallic material
US5363050A (en) * 1990-08-31 1994-11-08 Guo Wendy W Quantitative dielectric imaging system
US5365237A (en) * 1993-05-13 1994-11-15 Thermo Trex Corporation Microwave camera
US5704355A (en) * 1994-07-01 1998-01-06 Bridges; Jack E. Non-invasive system for breast cancer detection
US5592170A (en) * 1995-04-11 1997-01-07 Jaycor Radar system and method for detecting and discriminating targets from a safe distance
GB9700966D0 (en) * 1997-01-17 1997-03-05 Secr Defence Millimetre wave imaging apparatus
US6057761A (en) * 1997-01-21 2000-05-02 Spatial Dynamics, Ltd. Security system and method
FI107407B (fi) * 1997-09-16 2001-07-31 Metorex Internat Oy Alimillimetriaalloilla toimiva kuvausjärjestelmä
US6777684B1 (en) * 1999-08-23 2004-08-17 Rose Research L.L.C. Systems and methods for millimeter and sub-millimeter wave imaging
WO2002017231A2 (en) * 2000-08-23 2002-02-28 Rose Research Llc Systems and methods for millimeter and sub-millimeter wave imaging
US7365672B2 (en) * 2001-03-16 2008-04-29 Battelle Memorial Institute Detection of a concealed object
US6501414B2 (en) * 2001-04-02 2002-12-31 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Method for locating a concealed object
US7194236B2 (en) * 2001-09-28 2007-03-20 Trex Enterprises Corp. Millimeter wave imaging system
US6937182B2 (en) * 2001-09-28 2005-08-30 Trex Enterprises Corp. Millimeter wave imaging system
GB0204167D0 (en) * 2002-02-22 2002-04-10 Qinetiq Ltd Object detection apparatus and method
KR101017797B1 (ko) * 2002-04-26 2011-02-28 도시바 모바일 디스플레이 가부시키가이샤 El 표시 장치 및 el 표시 장치의 구동 방법
US6791487B1 (en) * 2003-03-07 2004-09-14 Honeywell International Inc. Imaging methods and systems for concealed weapon detection
US6861972B2 (en) * 2003-07-28 2005-03-01 Ellistar Sensor Systems, Inc. Object detection apparatus and method
FR2864307A1 (fr) * 2003-12-19 2005-06-24 Thales Sa Dispositif de detection d'objets non metalliques disposes sur un sujet humain
US7298318B2 (en) * 2004-11-24 2007-11-20 Agilent Technologies, Inc. System and method for microwave imaging using programmable transmission array
IES20050856A2 (en) 2004-12-22 2006-08-09 Farran Technology Ltd A detection system
CA2531423C (en) * 2004-12-23 2014-06-10 Sensors & Software Inc. Data acquisition for a ground penetrating radar system
US7183963B2 (en) * 2005-03-24 2007-02-27 Agilent Technologies, Inc. System and method for inspecting transportable items using microwave imaging
US20070139249A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Izhak Baharav Handheld microwave imaging device
US20070139248A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Izhak Baharav System and method for standoff microwave imaging
US20100069744A1 (en) * 2006-03-10 2010-03-18 Ray Andrew Simpkin Imaging System
US20080079625A1 (en) * 2006-10-03 2008-04-03 William Weems System and method for stereoscopic anomaly detection using microwave imaging
JP4963640B2 (ja) * 2006-10-10 2012-06-27 キヤノン株式会社 物体情報取得装置及び方法
US7504993B2 (en) * 2006-10-12 2009-03-17 Agilent Technolgoies, Inc. Coaxial bi-modal imaging system for combined microwave and optical imaging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6480141B1 (en) * 2001-03-13 2002-11-12 Sandia Corporation Detection of contraband using microwave radiation
RU2283485C2 (ru) * 2004-09-09 2006-09-10 Закрытое акционерное общество "Интеллектуальные сканирующие системы" Способ обнаружения и идентификации взрывчатых веществ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691982C1 (ru) * 2018-05-29 2019-06-19 Общество с ограниченной ответственностью "Локаторная техника" Конструкция многофункциональной радиолокационной досмотровой системы
RU2723987C1 (ru) * 2019-07-23 2020-06-18 Роман Евгеньевич Стахно Способ обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и устройство для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
US20110102235A1 (en) 2011-05-05
CN102105816B (zh) 2015-08-05
EP2304476A2 (en) 2011-04-06
RU2011102320A (ru) 2012-08-10
US8390504B2 (en) 2013-03-05
WO2010001377A2 (en) 2010-01-07
CN102105816A (zh) 2011-06-22
WO2010001377A3 (en) 2010-12-16
EP2304476B1 (en) 2019-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2515956C2 (ru) Идентификация потенциально опасных веществ с помощью активных электромагнитных волн
Dehmollaian et al. Refocusing through building walls using synthetic aperture radar
Oka et al. Latest trends in millimeter-wave imaging technology
EP2895891B1 (en) Footwear scanning systems and methods
JP7379622B2 (ja) システム及び検査方法
JP2006267102A (ja) 輸送可能な物品をマイクロ波画像生成を使用して検査するシステム及び方法
US20120256777A1 (en) Method for Identifying Materials Using Dielectric Properties through Active Millimeter Wave Illumination
US20150369756A1 (en) Scanning apparatus
JP2012145576A (ja) 電磁ミリ波信号照射を使用した物体の検査方法および検査装置
Soldovieri et al. Sparse tomographic inverse scattering approach for through-the-wall radar imaging
Ren et al. A uniform diffraction tomographic imaging algorithm for near-field microwave scanning through stratified media
Elboushi et al. MMW sensor for hidden targets detection and warning based on reflection/scattering approach
Kapilevich et al. Non-imaging microwave and millimetre-wave sensors for concealed object detection
Ren et al. A 3-D uniform diffraction tomographic algorithm for near-field microwave imaging through stratified media
Paul et al. Microwave synthetic aperture radar imaging using SFCW System for buried object detection and security applications
Shipilov et al. Ultra-wideband radio tomographic imaging with resolution near the diffraction limit
Costanzo et al. Near-field focusing technique for enhanced through-the-wall radar
GB2516410A (en) Scanning apparatus
Henry et al. Terahertz spectral imaging using correlation processing
Zhang et al. Single-frequency imaging and material characterization using reconfigurable reflectarrays
Sadeghi et al. Modeling the response of dielectric slabs on ground planes using CW focused millimeter waves
RU2522853C1 (ru) Способ и устройство обнаружения и идентификации предметов, спрятанных под одеждой на теле человека
US10416094B2 (en) Characterization of dielectric slabs attached to the body using focused millimeter waves
McMakin et al. Millimeter-wave imaging for concealed weapon detection
Adametz et al. Inherent resolution limit analysis for millimeter-wave indirect holographic imaging