有源微波設(shè)備和探測方法
【專利摘要】本文公開了一種用于探測隱蔽在衣服下面或者行李中的潛在地危險的和/或者爆炸性材料的方法和系統(tǒng)。通過發(fā)射、反射以及接收微波輻射，能夠構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域的3D圖像。該圖像將示出移動的人和潛在地隱藏在其身體上的任何電介質(zhì)對象的輪廓。通過測量從電介質(zhì)對象反射的微波的相位和幅值，能夠確定微波通過隱藏對象的光學(xué)路徑，因此，使得可以創(chuàng)建目標(biāo)區(qū)域的3D微波圖像。能夠同時使用幾個發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，并且還能夠使視頻成像疊加在微波圖像上，用以改善探測準(zhǔn)確性。本發(fā)明在整個國家，尤其在公共交通和大型公共事件的領(lǐng)域中，具有保安和安全應(yīng)用。
【專利說明】有源微波設(shè)備和探測方法
[0001]有關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求2014年I月22 日提交的CIP US 14/160，895 “ACTIVE MICROWAVEDEVICE AND DETECT1N METHOD”的優(yōu)先權(quán)，并且通過引用將其完全并入;本專利申請還要求2014年6月30 日提交的美國專利申請 14/319，222“METH0D FOR STANDOFF DETECT1N ANDANALYSIS OF OBJECTS”的優(yōu)先權(quán)，美國專利申請14/319，222要求2013年11月19日提交的美國臨時專利申請N0.61/905,940的優(yōu)先權(quán);本專利申請還要求2014年4月23日提交的美國專利申請14/259,603“SMART SCREENING BARRIER AND SYSTEM” 的優(yōu)先權(quán)，美國專利申請 14/259，603要求2014年2月28日提交的美國臨時專利申請N0.61/945，921的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及隱藏對象的遠(yuǎn)程探測的領(lǐng)域，尤其涉及用于探測隱蔽在衣服下面或者人體上或附近的電介質(zhì)(dielectric)爆炸物的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)前，各種方法正被用于解決對隱蔽爆炸物的擔(dān)憂。這些方法中的一些包含:金屬探測器、氣化物探測器、X射線機(jī)、以及狗。許多國家在開發(fā)用于基于新物理原理檢查人體的新方法付出巨大努力，新物理原理包含:拉曼后向散射、電介質(zhì)橋門(portal)、無源和有源太赫茲范圍設(shè)備、無源毫米范圍設(shè)備、以及有源微波橋門。
[0005]上述方法不保證遠(yuǎn)程和隱秘檢查的所要求的效果；因此，這些設(shè)備不能在足夠的時間內(nèi)探測到“自殺式炸彈”以使得能夠在爆炸設(shè)備的引爆發(fā)生之前采取必要預(yù)防措施。當(dāng)前的方法的另一個顯著缺陷是缺乏對探測對象的威脅等級的自動確定并且誤報率高。這些障礙使得幾乎不可能將這些設(shè)備用于例如檢查在運(yùn)輸過程中移動的大量人群。
[0006]如下是用于隱蔽在人身上的金屬爆炸設(shè)備和非金屬爆炸設(shè)備的一種當(dāng)前探測方法:利用來自人體的小區(qū)域的電磁波，接收天線集中在該區(qū)域上。然后，在處理模塊中處理輻射儀數(shù)據(jù)，并且記錄波束的強(qiáng)度和位置。然后，將所接收的信號的測量強(qiáng)度顯示為發(fā)光強(qiáng)度。通過分析發(fā)光強(qiáng)度的分布，能夠確定存在還是不存在金屬對象或者非金屬對象。這種方法的主要缺陷是所接收的圖像的對比度低。在用于所采用的波范圍的電介質(zhì)透明時，該方法不能清楚地將非金屬對象與人體區(qū)域別開。
[0007]WO 2011/065869和WO 2011/065868公開了利用人的微波圖像和光學(xué)圖像以及大多數(shù)爆炸物的高介電常數(shù)探測該人身上的隱藏爆炸物的方法。這些方法不將從可疑(interrogated)空間的外層反射的Mff信號用于揭露可疑空間中的隱藏對象。
[0008]還需要對移動的人群進(jìn)行隱秘的自動(無需操作員)檢查，以揭露自殺式炸彈，并且將其與人群分開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明公開了一種定位例如人穿戴或者攜帶的諸如爆炸物的潛在威脅的隱藏對象的方法和系統(tǒng)。通過發(fā)送微波信號并且接收人的不同區(qū)域?qū)@些信號的反射，能夠計(jì)算人的外層(例如，外套)與身體之間的距離。同時，如果對象隱藏在人身上，則還計(jì)算對象的厚度。將這些值進(jìn)行比較，并且利用這些值創(chuàng)建3D微波圖像，并且，如果探測到值之間的急劇變化，則發(fā)出報警的信號。該急劇變化的原因是用于爆炸物和其他危險武器的特定電介質(zhì)的升高的介電常數(shù)，其改變了透射微波信號的速度。本發(fā)明還公開了一種類似探測方法，其通過在信號接收機(jī)的對面布置微波信號發(fā)射機(jī)，因此也允許基于微波信號的透射進(jìn)行計(jì)算。此外，同一個時間點(diǎn)的3D視頻圖像能夠覆蓋3D微波圖像，因此允許讀數(shù)和結(jié)果更準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0010]圖1示出用于探測隱藏電介質(zhì)對象的裝備(setup)。
[0011]圖2示出微波路徑以及從目標(biāo)的外衣和身體邊界(分別是第一邊界和第二邊界)的反射。
[0012]圖3進(jìn)一步詳細(xì)示出在(a)不存在隱藏危險對象、以及(b)、(c)、(d)存在隱藏危險對象情況下的微波(MW)波束的反射。圖3(b)示出在外衣或者其他外套下面爆炸物位于人身體上的位置的示例。圖3(c)和3(d)示出由所主張的本發(fā)明在隱藏對象的情況下測量或計(jì)算的光學(xué)路徑和距離。
[0013]圖4示出用于3D微波和視頻圖像處理和自動報警的過程的示例。
[0014]圖5示出本發(fā)明的平面構(gòu)造選擇。
[0015]圖6示出本發(fā)明在(a)反射模式下和(b)透射模式下的、橋門構(gòu)造選擇。
[0016]圖7示出在本發(fā)明的橋門構(gòu)造選擇中構(gòu)建微波圖像的不同方式。
[0017]圖8示出采用兩倍數(shù)量的發(fā)射/接收天線陣列的本發(fā)明的橋門構(gòu)造選擇。
[0018]圖9示出采用兩倍數(shù)量的發(fā)射/接收天線陣列的本發(fā)明的平面構(gòu)造選擇。
[0019]圖10示出如何可以同時一起使用平面和橋門構(gòu)造選擇的示例。
[0020]圖11示出如何可以同時一起使用平面和橋門構(gòu)造選擇的另一個示例。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在此公開了一種用于遠(yuǎn)距離實(shí)時自動探測穿戴在身體上且隱藏在衣服下面、或者背包或其他行李中的IED(簡易爆炸設(shè)備)和其他潛在危險的電介質(zhì)對象的有源微波設(shè)備(AMD)。層0通過朝著移動目標(biāo)(例如，人)發(fā)送微波(波長在從I毫米到約20厘米的范圍內(nèi)，其中，優(yōu)選實(shí)施例采用從Imm到幾cm范圍內(nèi)的微波)、并且之后探測反射波而運(yùn)行。高速GPU實(shí)時地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以獲得潛在隱藏對象的圖像，并且接收關(guān)于其體積和介電性質(zhì)的信息，這允許在普通對象與潛在爆炸物之間進(jìn)行區(qū)別。然后，利用該信息對發(fā)現(xiàn)的“異?！狈峙渫{等級，而無需操作員參與。
[0022]因此，主張用于揭露可疑空間中的電介質(zhì)對象的系統(tǒng)，其中可疑空間位于內(nèi)層與外層之間，該系統(tǒng)包括至少兩個微波(MW)源和至少一個MW接收機(jī)，用以形成可疑空間的3DMW圖像，其中通過從MW源朝向可疑空間發(fā)射MW信號而形成所述3D微波圖像，其中每個麗信號部分地從外層反射，并且Mff信號的剩余部分穿過可疑空間，在該可疑空間中，MW信號的剩余部分部分地從內(nèi)層反射，其中所述MW接收機(jī)接收來自所述外層和內(nèi)層的反射信號，該系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)/計(jì)算器，其被適配用于確定至少兩組點(diǎn)之間的至少兩個距離Pl和P2，其中Pl = (A2-A1)并且P2 = (B2-B1);其中Al是第一MW波束從外層反射的點(diǎn)，而A2是同一第一MW波束從內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中BI是第二MW波束從外層反射的點(diǎn)，而B2是同一第二MW波束從內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中至少兩組兩個點(diǎn)互相間隔開預(yù)定值S;并且，計(jì)算機(jī)/計(jì)算器進(jìn)一步被適配用于計(jì)算Pl與P2之間的差D，并且將差D與預(yù)定閾值T進(jìn)行比較;并且，該系統(tǒng)還包括報警器，其被適配用于當(dāng)Pl與P2之間的差大于閾值T時指示內(nèi)層與外層之間可能有隱藏電介質(zhì)對象。
[0023]此外，主張一種揭露可疑空間中的隱藏對象的方法，其中可疑空間位于內(nèi)層與外層之間，該方法包括:從Mff源朝向可疑空間發(fā)送微波(Mff)信號，該信號部分地在外層上反射并且部分地在內(nèi)層上反射;在MW接收機(jī)接收從外層和內(nèi)層反射回的Mff信號的第一和第二響應(yīng)，第一和第二響應(yīng)信號對應(yīng)于第一和第二3D Mff圖像，其中第一3D MW圖像對應(yīng)于可疑空間的外層，而第二3D MW圖像對應(yīng)于可疑空間的內(nèi)層；確定至少兩個距離Pl和P2，其中Pl =(A2-A1)而P2=(B2-B1)，其中Al是第一MW波束從外層反射的點(diǎn)，而A2是同一第一Mff波束從內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中BI是第二MW波束從外層反射的點(diǎn)，而B2是同一第二MW波束從內(nèi)層反射的點(diǎn)；其中Al和BI互相間隔開預(yù)定值S;計(jì)算Pl與P2之間的差D，并且將差D與預(yù)定閾值T進(jìn)行比較;當(dāng)差D大于閾值T時進(jìn)行指示。在一個實(shí)施例中，該方法還包括從第三和第四響應(yīng)信號至少確定第三和第四距離P3和P4，其中P3 = (C2-C1)而P4=(D2-D1)，其中Cl是第三MW波束從外層反射的點(diǎn)，而C2是同一第三波束從內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中Dl是第四MW波束從外層反射的點(diǎn)，而D2是同一第四Mff波束從內(nèi)層反射的點(diǎn)。P3和P4能夠用于提高Pl與P2之間的距離D大于閾值T時觸發(fā)的報警的可靠性。能夠基本上在確定Pl和P2的相同區(qū)域中確定P3和P4，但是采用不同的視角。P3和P4還能夠用于在與確定Pl和P2的區(qū)域不同的區(qū)域中探測其他隱藏對象。
[0024]可疑空間可以在人的身體與該人的衣服之間、或在人的衣服的兩層之間。外層優(yōu)選地由空氣與人的外衣之間的邊界形成。
[0025]圖1示出用于揭露隱藏電介質(zhì)對象的裝備I。在一個實(shí)施例中，使用兩個或者更多個基本微波發(fā)射機(jī)2(作為示例，圖1示出64個發(fā)射機(jī))，利用微波輻射掃描空間。從監(jiān)視區(qū)域反射的信號由一個或者多個并行探測通道3和4拾取。所接收的信號在數(shù)字信號處理(DSP)單元5中經(jīng)歷相干處理，以基于從基本發(fā)射機(jī)到目標(biāo)的距離，獲得在監(jiān)視區(qū)域中散射對象的恢復(fù)構(gòu)造的最高強(qiáng)度值。然后，通過構(gòu)建3D微波圖像，使處理之后獲得的信息顯示于顯示器6上。
[0026]在本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例中，考慮到從可疑空間反射的電磁場的幅值信息和相位信息，數(shù)字信號處理器(DSP)執(zhí)行相干處理，該相干處理計(jì)算3D Mff圖像。
[0027]在另一個實(shí)施例中，還利用兩個或者更多個攝影機(jī)7和8獲得目標(biāo)的附加視頻圖像，通過DSP單元5，該兩個或者更多個攝影機(jī)7和8與微波發(fā)射機(jī)2同步。所獲得的視頻圖像通過通道9和10傳送到處理單元5，將所獲得的視頻圖像進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并且構(gòu)建目標(biāo)的三維圖像且使該三維圖像顯示于顯示器6上。然后，將3D視頻圖像和3D微波圖像轉(zhuǎn)移(transfer)到通用坐標(biāo)系中并且使其重疊(下面做進(jìn)一步詳細(xì)描述)。圖1所示的系統(tǒng)I的視點(diǎn)或者視角是從被監(jiān)視的人的位置出發(fā)的。
[0028]在此，有時將其稱為發(fā)射機(jī)或者發(fā)射天線，而有時將其稱為發(fā)送機(jī)或者發(fā)送天線。如果對于技術(shù)人員根據(jù)使用術(shù)語的特定上下文沒有什么不同，則術(shù)語發(fā)射機(jī)/發(fā)射天線/發(fā)送機(jī)/發(fā)送天線全部可互換。
[0029]3D微波成像:以下面的方式確定存在目標(biāo)11攜帶的潛在危險對象(圖2)。初級(primary)發(fā)射的MW輻射12中的一些部分地由第一(外)邊界(通常是人的外衣/夾克/或者外套)反射，形成反射束13(為了更詳細(xì)，請參見圖3(a)—區(qū)域N的放大視圖)。然后，該輻射/波穿過外衣，直到被第二(內(nèi))邊界、人體反射，形成第二反射束14。因此，該同一波至少發(fā)生兩次反射一一一次反射發(fā)生在目標(biāo)和/或?qū)ο蟮耐膺吔缣?即，第一邊際，或者空氣/中間空間邊際)，而另一次反射發(fā)生在波穿過中間空間后并且從目標(biāo)身體(即，如果存在，則是隱藏電介質(zhì)對象的對側(cè))反射。記錄第一邊界與第二邊界之間的中間空間的測量距離Pl，并且將其用于探測隱藏對象的存在，Pl = (A2-A1)是第二邊界上的點(diǎn)A2與第一邊界上的相應(yīng)點(diǎn)Pl之間的距離。重復(fù)該過程，用以測量至少一個其他距離、或者繼續(xù)用于測量其他距離，使微波波束能夠沿著第一邊界和第二邊界命中各種位置并且從所述各種位置反射。從沿著第一邊界B1、Cl、D1、……和第二邊界B2、C2、D2、……的附加位置反射的每個附加微波波束允許測量第一邊界與第二邊界之間的附加距離P2、P3、P4、……。在連續(xù)發(fā)射和接收微波信號的情況下，創(chuàng)建檢查區(qū)域的3D微波圖像。第一3D Mff圖像對應(yīng)于第一邊界，而第二3D Mff圖像對應(yīng)于第二邊界。該方法使得可以確定在外套下面人體上、或者人攜帶的隱藏電介質(zhì)對象的存在。放大區(qū)域N，并且在圖3(a)中更詳細(xì)地示出區(qū)域N。圖3(a)表示沒有隱藏對象的情況。圖3(b)示出爆炸物可能如何在外衣下面戴在身體上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，隱藏對象是爆炸材料或其成分。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的方法用于揭露在移動的人群中隱藏的自殺式炸彈。爆炸物的介電常數(shù)約為3。穿過具有這種高介電常數(shù)的介質(zhì)的MW輻射等同于在空氣中穿過較長距離，因此，隱藏對象的微波圖像被繪制為凸入身體中的空腔，如圖3(c)所示。這種看上去較長的距離對應(yīng)于微波波束路徑長度的急劇變化，該急劇變化被接收機(jī)探測到，因?yàn)榕c第二區(qū)域16中的MW波束相比，第一區(qū)域15中的Mff波束含有額外路徑。通過測量進(jìn)入的反射微波的相位和幅值，能夠確定微波路徑(即，微波波束/微波信號的路徑)，并且，如果存在，則登記(register)路徑在特定區(qū)域中的突然的急劇變化。因?yàn)槲⒉ㄔ诰哂休^高介電常數(shù)的對象中傳播較慢，所以第二邊際信號到達(dá)存在的對象或者對象的區(qū)域花費(fèi)較長時間(與沒有對象的區(qū)域，例如，剛好位于對象的上面、下面或者任一側(cè)的區(qū)域，相比)。如果路徑值的變化超過預(yù)設(shè)閾值，則其作為存在隱藏對象的指示。
[0030]在優(yōu)選實(shí)施例中，閾值T是在垂直于第一邊界和第二邊界(S卩，外層和內(nèi)層，也稱為邊際)的方向上的深度上的系統(tǒng)分辨率。在優(yōu)選實(shí)施例中，分辨率等于lcm。分辨率取決于所采用的麗頻率的帶寬。分辨率等于真空中的光速除以所采用的麗頻率的雙倍帶寬。麗頻率的帶寬通常是15GHz，因此，這意味著I cm的深度分辨率。
[0031]附加路徑h(請參見圖3(d))等于h= l((e1/2-l)/(e1/2))，其中I是中間空間的厚度，其等于從第一邊界到第二邊界包含空腔(如果存在)的距離，如第一區(qū)域15所示(請參見圖3(C))，并且ε是中間空間的介電常數(shù)。通過從第一區(qū)域15的測量值中減去第二區(qū)域16的測量值，計(jì)算附加路徑h。
[0032]第一邊際信號和第二邊際信號能夠用于重構(gòu)人的兩個3DMW圖像，一個對應(yīng)于外套，而另一個對應(yīng)于人體，如上所述。然而，從可疑空間的第一邊際接收到的信號因?yàn)槠渲敌《赡苁艿絹碜缘诙呺H的信號的旁瓣(即，次最大)的干擾。優(yōu)選地，如果信號/噪聲比低，則附加地利用同步視頻圖像邊際(請參見圖1和4)。
[0033]能夠從各種不同的角度發(fā)射Mff輻射，并且類似地處理也從各種不同的角度傳播的反射輻射，以使得能夠累積附加數(shù)據(jù)以改善圖像以及探測處理的準(zhǔn)確性和分辨率。下面進(jìn)一步描述裝備的各種構(gòu)造。
[0034]同時的3D視頻與MW成像:此外，能夠與MW圖像同時地記錄目標(biāo)的3D視頻圖像。因此，在該優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的方法還包括:形成可疑空間的外層的3D光學(xué)圖像;使3D光學(xué)圖像與點(diǎn)A1、B1的位置同步，并且可選地與點(diǎn)Cl和Dl的位置同步;在3D光學(xué)圖像上確定對應(yīng)于點(diǎn)Al、B1的點(diǎn)Al ’、B1’，并且可選地確定對應(yīng)于點(diǎn)Cl和Dl的點(diǎn)Cl，和Dl，;計(jì)算差Pl，=(Α2-Α1 ’)、P2 ’ = (Β2-Β1 ’)，并且可選地計(jì)算Ρ3 ’ = (C2-C1 ’)和Ρ4’ = (D2-D1 ’)；以及將值Pl與Ρ1’、Ρ2與Ρ2’進(jìn)行比較，并且可選地將Ρ3與Ρ3’以及Ρ4與Ρ4’進(jìn)行比較。類似地，在本發(fā)明中，前面描述的系統(tǒng)是優(yōu)選的，該系統(tǒng)還包括:至少兩個相機(jī)，該至少兩個相機(jī)用于記錄可疑空間的光學(xué)圖像，并且被適配用于形成可疑空間的3D光學(xué)圖像；以及計(jì)算機(jī)，其被適配用于使3D光學(xué)圖像與可疑空間的由至少兩個微波源和至少一個微波接收機(jī)形成的、從外層反射的3D BI圖像在時間上同步和在數(shù)字空間中疊加。來自外層(點(diǎn)AI和BI)的反射信號可以比來自內(nèi)層(點(diǎn)A2和B2)的反射信號弱幾倍。從可疑空間的外層的3D光學(xué)圖像(由立體攝像機(jī)傳送的)提取的來自外層的點(diǎn)(Al’，B1’)能夠用于計(jì)算P1’和P2’，并且將Pl和P2進(jìn)行比較。
[0035]優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中采用多于100個微波源。還優(yōu)選地采用具有包括多個頻率的頻譜的微波源。
[0036]優(yōu)選地，至少兩個攝影機(jī)7和8(請參見圖1)記錄目標(biāo)的圖像，并且DSP單元5重構(gòu)對象的3D視頻圖像。光束不穿透外邊界(在在此的示例中，S卩，人的外套)。在時間方面使該3D視頻成像與3D微波成像同步。使3D視頻圖像重疊于外邊際的3D MW圖像上能夠?qū)崿F(xiàn)外邊際的位置的改善準(zhǔn)確性、以及對附加路徑h的改善計(jì)算。在一個實(shí)施例中，該系統(tǒng)還附加地配備有自動報警器，如果距離h高于預(yù)定閾值，并且因此懷疑存在隱藏對象，則自動報警器觸發(fā)聲音警報或者視頻警報。
[0037]在另一個實(shí)施例中，對安全官員和第一反應(yīng)者，將自動警報與懷疑人的照片、他/她的坐標(biāo)以及在他/她身上探測到的隱藏對象的位置相組合。該系統(tǒng)的分辨率足以探測人體上的潛在危險對象，而不侵犯任何隱私問題。
[0038]在又另一個實(shí)施例中，微波圖像處理軟件僅對目標(biāo)的引起關(guān)注的這些部分/對象創(chuàng)建警報(即，因?yàn)槲⒉▓D像探測導(dǎo)致在系統(tǒng)中創(chuàng)建警報)。并且，最終，該處理軟件從該視頻圖像中僅提取該目標(biāo)的引起關(guān)注的這些部分/對象。因此，在不重構(gòu)整個檢查區(qū)域以節(jié)省資源和時間的情況下，處理軟件創(chuàng)建這些部分/對象和對安全性和潛在威脅的探測重要的區(qū)域的、具有疊加的3D視頻圖像的3D微波圖像。
[0039]裝備構(gòu)造:能夠以不同的幾何結(jié)構(gòu)生產(chǎn)并且設(shè)置AMD，不同幾何結(jié)構(gòu)包含:(I)作為步道橋門，該步道橋門檢查多個移動的人(優(yōu)選地，以人互相不遮擋的方式，即，逐個地或者并排地)；或者(2)作為單個模塊，該單個模塊用于遠(yuǎn)距離檢查多個移動目標(biāo)。在各種情境下，AMD能用于公共交通環(huán)境中，并且可以作為獨(dú)立系統(tǒng)、或者與其他傳感器、視頻跟蹤和數(shù)據(jù)融和系統(tǒng)組合。能夠與自動門(例如，入口旋轉(zhuǎn)門)或者閘門組合地使用AMD，當(dāng)從AMD接收到實(shí)時自動警報時，該自動門或者閘門可以立即關(guān)閉。這種情境還使得可以將懷疑人與其他人立即分離。在用于在可疑空間中揭露隱藏對象的本方法的一個實(shí)施例中，可疑空間靜止(standing)，或者其正在以至少2km/h或者至少5km/h的平均步行速度移動。
[0040]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包含但并不局限于:(I)一定距離(例如，10米)的遠(yuǎn)距離探測；(2)實(shí)時檢查目標(biāo)(每秒十幀或者更多幀)；(3)—次檢查許多目標(biāo)(一次至少4一5個)；(4)隱秘檢查和安裝(能夠?qū)⒃撛O(shè)備遮蔽，例如，作為廣告板)；(5)安全操作和輻射(總微波功率小于公共區(qū)域允許的微波功率30倍)；(6)電介質(zhì)對象的特性(爆炸物的介電常數(shù)約為3或者大于3，而合法物品具有小于2.5的常數(shù))；(7)金屬對象的特性；(8)提供與所發(fā)現(xiàn)的對象關(guān)聯(lián)的警報等級；(9)自動威脅識別(ATR); (10)不侵犯隱私(3D微波圖像的分辨率低，并且ATR不需要顯示3D圖像)；(11)可選的3D視頻系統(tǒng)；以及(12)同時實(shí)時檢查身體和任何攜帶的行李(例如，手提行李、通過手柄移動的帶輪行李，等等)。
[0041]圖4提供詳細(xì)說明處理軟件采用的優(yōu)選算法的圖。該算法最終對裝接到或者隱藏在給定檢查目標(biāo)上的潛在威脅電介質(zhì)或者其他爆炸物發(fā)出警報，其用于創(chuàng)建重構(gòu)的微波圖像，其疊加了視頻圖像，用于關(guān)聯(lián)、探測和快速定位及獲取危險材料。存在接收、處理和/或發(fā)送信息的3個單元。微波數(shù)據(jù)處理單元100由數(shù)據(jù)獲取中心110和3D微波圖像恢復(fù)中心111構(gòu)成。立體視頻數(shù)據(jù)處理單元200由視頻數(shù)據(jù)獲取中心221、3D視頻圖像恢復(fù)中心222以及目標(biāo)區(qū)域定義器223構(gòu)成。分析與判定單元300由圖像分析中心333和報警中心334或者無報警中心335構(gòu)成。接收天線3、4接收從檢查區(qū)中的目標(biāo)反射的和/或透射通過檢查區(qū)中的目標(biāo)的微波數(shù)據(jù)。接收天線3、4與微波數(shù)據(jù)獲取中心110共享該數(shù)據(jù)，繼而，該微波數(shù)據(jù)獲取中心110進(jìn)一步將該數(shù)據(jù)發(fā)送到3D微波圖像恢復(fù)中心111。同時，與視頻數(shù)據(jù)獲取中心221共享攝影機(jī)7、8捕獲的立體視頻數(shù)據(jù)，繼而，視頻數(shù)據(jù)獲取中心221將該視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到3D視頻圖像恢復(fù)中心222。然后，3D視頻圖像恢復(fù)中心222通過目標(biāo)區(qū)域定義器223發(fā)送該視頻數(shù)據(jù)。目標(biāo)區(qū)域定義器223與3D微波圖像恢復(fù)中心111通信，以使微波數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)對應(yīng)(或者同步)，因此，允許發(fā)布與該時間跨度有關(guān)的信息、將該同步數(shù)據(jù)發(fā)送到分析與判定單元300。3D微波圖像和3D視頻圖像的常規(guī)分析在圖像分析中心333中進(jìn)行，該圖像分析中心3 33從立體視頻數(shù)據(jù)處理單元200的3D視頻圖像恢復(fù)中心222(在目標(biāo)區(qū)域定義器223過濾視頻數(shù)據(jù)之前和之后)、以及從微波數(shù)據(jù)處理單元100的3D微波圖像恢復(fù)中心111接收數(shù)據(jù)。最后，圖像分析中心333基于所有獲取數(shù)據(jù)并且利用在此描述的方法，確定是發(fā)出報警的信號334、還是不發(fā)出報警的信號335。
[0042]自動化威脅識別(ATR):如果在分析了在目標(biāo)上探測到(例如，隱藏在衣服下面或者行李內(nèi))的一個或者多個對象的體積、質(zhì)量、形狀和介電常數(shù)后，參數(shù)或者組合參數(shù)超過或者位于設(shè)立的或者預(yù)設(shè)的限制和閾值的邊界內(nèi)，則發(fā)出報警的信號。在處理了3D微波(和視頻圖像)后，自動發(fā)送報警信號，而無需操作員。能夠利用無線網(wǎng)絡(luò)、線纜網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)，將報警發(fā)送到任何監(jiān)視系統(tǒng)、安全系統(tǒng)或者復(fù)雜視頻跟蹤系統(tǒng)的給定顯示器/計(jì)算機(jī)。除了自動報警之外，能夠?qū)⑷魏螡撛谕{(和攜帶該威脅的人)的照片/視頻圖像、與他/她的位置坐標(biāo)一起傳送。
[0043]一定距離(最多10米)的遠(yuǎn)距離探測:為了獲得最小的微波圖像，要求至少一個發(fā)射天線和兩個接收天線，反之亦然，即，一個接收天線和兩個發(fā)射天線。為了在一定距離內(nèi)探測隱藏在移動的目標(biāo)上的對象，推薦發(fā)射天線和接收天線的陣列，而非一組發(fā)射天線和接收天線。發(fā)射天線和接收天線的陣列加寬了檢查區(qū)，通過增大系統(tǒng)孔徑提高了系統(tǒng)分辨率，并且改善信號/噪聲關(guān)聯(lián)性。例如，天線陣列的一個實(shí)施例包括256個元件，該256個元件組合為16行天線。每行包含16個基本天線(16 X 16)。該陣列還包含分立天線，該分立天線優(yōu)選地位于比使用的頻帶的最大頻率的波長的一半小的距離處。這是明確重構(gòu)3D微波圖像所需的。
[0044]基本天線的發(fā)射是連續(xù)的(或者脈沖式的)。反射信號同時由所有接收天線接收。如果正在使用幾個發(fā)射天線陣列同時工作，則利用低頻調(diào)制區(qū)分來自不同發(fā)射天線陣列的信號。為了改善信噪比，來自天線陣列的一個基本天線能夠在一個時刻發(fā)射16/32個選擇頻率中的一個。發(fā)射線寬較窄(即，線寬比頻率值小3個量級)，這樣使得該信號能夠與外部頻率和背景頻率不一致。
[0045]接收天線陣列包含分立天線，該分立天線位于這樣的位置，使得接收到反射信號的區(qū)/區(qū)域(從天線的角度)允許從運(yùn)動目標(biāo)的不同側(cè)(或者方位)獲得3D微波圖像。分立天線的數(shù)量由期望的同步孔徑的質(zhì)量、分辨率、信噪比和資源確定。在實(shí)時情況下，3D微波圖像重構(gòu)速度能夠約為每秒10幀/圖像。從全部發(fā)射一接收天線對[1024 X 8]且在全部16/32個選擇頻率的、幅值一相位分布數(shù)據(jù)的記錄速度使得可以在一幀記錄時間期間將運(yùn)動目標(biāo)看作幾乎靜態(tài)的、或者準(zhǔn)靜態(tài)的。數(shù)據(jù)處理和3D微波圖像(幀)重構(gòu)的速度由可用資源確定。例如因?yàn)橛?jì)算資源在不同處理器(以及并行計(jì)算)之間的分布而實(shí)現(xiàn)獲得的每秒10幀/圖像的速度，不同的處理器同時工作、但針對不同的任務(wù)，不同任務(wù)可以包括數(shù)據(jù)獲取處理、ED微波圖像重構(gòu)和處理、以及3D視頻圖像處理與同步。
[0046]實(shí)時檢查與探測速率:在此解釋用于本發(fā)明所監(jiān)視的移動目標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取和處理的示例性條件和速率:測量I幀(在該實(shí)施例中，即，從所有發(fā)射一接收天線對[1024x8]且在全部16/32個選擇頻率獲得幅值一相位分布數(shù)據(jù)，以重構(gòu)3D微波和3D視頻圖像)所需的時間應(yīng)當(dāng)小于目標(biāo)在所采用的頻率范圍內(nèi)的最大頻率處的波長的1/8移動所需的時間。用于I幀測量的時間小于2毫秒。幀處理(重構(gòu)為3D微波圖像和3D視頻圖像上的100 X 100X 32(HX WXD)個點(diǎn))花費(fèi)約100毫秒。最大頻率(即，18GHz或者1.6cm)處的波長的八分之一(1/8)是約
0.2厘米。目標(biāo)的平均移動速度是例如51^/11(或者1.4111/8、或14(^/1^)。在當(dāng)前的數(shù)據(jù)獲取與處理的速度下，本發(fā)明能夠每秒創(chuàng)建約10幀。
[0047]同時檢查許多目標(biāo):如果在檢查區(qū)內(nèi)有幾個目標(biāo)、或者有幾個目標(biāo)正移動通過檢查區(qū)，則系統(tǒng)運(yùn)行，并且以相同的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取，從而花費(fèi)與對于一個目標(biāo)相同的時間量。然而，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行3D微波和3D視頻圖像重構(gòu)時，其自動定位檢查區(qū)域中的所有目標(biāo)和對象，因此，要求更多的計(jì)算資源。因此，優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)特定質(zhì)量、速度或者分辨率以保持計(jì)算速度，仍實(shí)時地執(zhí)行3D微波和3D視頻圖像重構(gòu)。例如，通過降低重構(gòu)幀頻率(例如，從每秒10幀調(diào)節(jié)到每秒5幀)，或者通過降低重構(gòu)微波圖像的點(diǎn)的數(shù)量，能夠保持計(jì)算速度。作為一種選擇，增加計(jì)算資源可以解決同時有許多目標(biāo)的問題，而無需降低任何特定質(zhì)量、速度或者分辨率。采用視頻數(shù)據(jù)也能夠幫助降低實(shí)際處理的微波數(shù)據(jù)的量(例如，僅檢查探測到對象的區(qū)域)，因此，同時對探測到的每個目標(biāo)執(zhí)行分立的檢查。
[0048]在分析與判定單元中進(jìn)行了分析后，發(fā)出報警的信號。該單元分析存儲于計(jì)算機(jī)存儲器中的幾幀，并且發(fā)出具有“危險”對象的目標(biāo)的信號。連續(xù)建立幀的“歷史”，并且將其存儲于計(jì)算機(jī)存儲器中。每個幀或者每組幀都具有示出其獲取時間的時間戳。發(fā)出報警的信號，并且實(shí)時地自動發(fā)送報警。如果處理來自歷史的幾個幀，則與收到幀的時間相比，可能發(fā)生幾分之一秒的可能延遲。在目標(biāo)保留在檢查區(qū)中或者在檢查區(qū)中移動的時間內(nèi)，幀的“歷史”保留在計(jì)算機(jī)存儲器中。如果在給定時刻檢查區(qū)內(nèi)部沒有目標(biāo)，則系統(tǒng)在“備用”模式下運(yùn)行。目標(biāo)一進(jìn)入檢查區(qū)，系統(tǒng)就自動切換到數(shù)據(jù)獲取模式并且開始處理數(shù)據(jù)。當(dāng)目標(biāo)在檢查區(qū)域中移動時(距設(shè)備至多10米的距離)，系統(tǒng)平均獲取、重構(gòu)約100幀并將其記錄為“歷史”(速度是每秒10幀)。當(dāng)目標(biāo)(例如，人)在他/她移動期間被天線“看到”時，從不同的方位示出這些幀中的他/她。如果在處理幀時，目標(biāo)移動(其中處理包含來自記錄的幀“歷史”的這些幀)，則能夠探測到隱藏對象一一當(dāng)人站立在適當(dāng)位置時不能探測到的對象。
[0049]隱秘檢查和裝置:為了使設(shè)備的運(yùn)行不引人注意，可以將系統(tǒng)遮蔽為典型廣告板。該板能夠由被微波穿透的材料制成(例如，塑料、木材、織物，等等)。
[0050]3D視頻系統(tǒng):在本發(fā)明中優(yōu)選地采用3D視頻系統(tǒng)。優(yōu)選地采用至少兩個攝影機(jī)，使得可以實(shí)時地重構(gòu)檢查空間的“深度圖”。該深度圖與3D微波圖像一起用于處理并且形成普通同步3D坐標(biāo)系統(tǒng)。3D視頻圖像用于:(D探測/定位檢查區(qū)域內(nèi)的人；(2)定位和限定檢查區(qū)域中必須重構(gòu)、處理和/或同步目標(biāo)對象(例如，隱藏在人身體上或者行李中的對象)的微波圖像的特定區(qū)域/空間；(3)獲得微波圖像上的第一邊際(S卩，空氣/電介質(zhì)邊際)，其與視頻圖像“衣服/電介質(zhì)邊際”相同；(4)將自動報警信號和潛在威脅(例如，恐怖分子)的照片/視頻數(shù)據(jù)(包含但并不局限于他/她的空間坐標(biāo))傳送到回應(yīng)官員。照片/視頻圖像可以是彩色的、或黑白的。在目標(biāo)在檢查區(qū)域、或者微波/視頻系統(tǒng)的操作區(qū)域中移動時，計(jì)算機(jī)能夠在其存儲器中存儲系統(tǒng)從不同視角或者方位接收到的微波圖像和視頻圖像(例如，每秒10幀)。該信息比關(guān)于檢查區(qū)域內(nèi)的靜態(tài)(不移動)目標(biāo)的信息更好且更有用。探測算法利用移動目標(biāo)(即，較好)信息分析存儲于幀歷史中的幾幀。采用不同的視角，存在的幀越多，系統(tǒng)所具有的用于自動探測危險對象的信息就越多，并且探測過程將更有效且更準(zhǔn)確。
[0051 ] AMD構(gòu)造選擇:本發(fā)明能夠(I)連續(xù)地運(yùn)行，或者(2)在由外部觸發(fā)(例如，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入檢查區(qū)域、或者微波/視頻系統(tǒng)的操作區(qū)域時)激活的“備用”模式中運(yùn)行。該設(shè)備能夠在室內(nèi)或者室外、以及在不同照明條件下(例如，如果幾乎無光，則能夠采用IR相機(jī))運(yùn)行。能夠根據(jù)系統(tǒng)在特定地方的特定使用情況，采用不同構(gòu)造(能夠?qū)l(fā)射和接收天線陣列相對于彼此不同地定位)，設(shè)置該系統(tǒng)。
[0052]“平面”構(gòu)造(請參見圖5)指將發(fā)射和接收天線陣列固定于裝備I的一個框架或者模塊上。在“平面”構(gòu)造中，系統(tǒng)僅利用一種技術(shù)來探測隱藏在目標(biāo)上或者行李(例如，背包、袋子、手提箱等)中的潛在危險對象，該技術(shù)是(微波天線陣列發(fā)射的)初級輻射從目標(biāo)的“反射”。在“平面”構(gòu)造中，檢查區(qū)域比在“橋門”構(gòu)造中寬(下面解釋)，因此，潛在地使得其對于同時以幾米的距離遠(yuǎn)距離探測一個人20或者幾個人20和21身上的危險對象來說更有用。利用“平面”構(gòu)造，能夠構(gòu)建3D MW圖像，并且對存在隱藏電介質(zhì)對象的計(jì)算取決于從目標(biāo)的第一邊際和第二邊際的反射之間的相位差。應(yīng)當(dāng)注意，位于相對于檢查區(qū)域和目標(biāo)的不同角度的微波信號接收機(jī)和發(fā)射機(jī)組約多，將產(chǎn)生越準(zhǔn)確且越多的信息結(jié)果。
[0053]“橋門”構(gòu)造(請參見圖6)指接收天線和發(fā)射天線位于所謂橋門(S卩，步道區(qū)域)的兩側(cè)、且定位在朝向目標(biāo)的移動方向的一角度。在該構(gòu)造中，系統(tǒng)利用兩種技術(shù)來探測隱藏在目標(biāo)上或者行李中的潛在危險對象。第一種技術(shù)是(由微波天線陣列發(fā)射的)初級輻射從目標(biāo)的“反射”，而第二種技術(shù)是初級微波輻射“透射”通過該對象。圖6(a)示出如何采用“反射”技術(shù)，而圖6(b)示出如何采用“透射”技術(shù)。對于反射技術(shù)，以與平面構(gòu)造類似的方式(即，基于反射微波的相位差)，執(zhí)行隱藏對象的探測。對于透射技術(shù)，微波信號將穿過隱藏電介質(zhì)對象(如果存在)，并且因此，不發(fā)生微波反射。相反，與信號發(fā)射機(jī)相對地設(shè)立信號接收機(jī)/探測器，以便接收透射通過位于身體上或行李中的隱藏電介質(zhì)對象發(fā)射的微波。如果穿過對象的波存在相位延遲，則通過測量相位延遲實(shí)現(xiàn)對象的探測和厚度計(jì)算。不基于透射技術(shù)構(gòu)建3D MW圖像；相反，其簡單地測量穿過隱藏對象的微波的相位延遲(如果存在)。相位延遲由微波透射通過具有高介電常數(shù)(例如，對于爆炸材料，約為3)而導(dǎo)致。還應(yīng)當(dāng)注意，位于相對于檢查區(qū)域的不同角度的微波信號接收機(jī)和發(fā)射機(jī)組(例如，不直接垂直于移動目標(biāo)的方向)越多將產(chǎn)生越準(zhǔn)確且越多的信息結(jié)果。
[0054]在“橋門”構(gòu)造中，探測算法采用來自兩種技術(shù)的處理數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠利用僅由兩種技術(shù)(透射或者反射)中的一種技術(shù)接收到的數(shù)據(jù)發(fā)出報警的信號，或者作為一種選擇，系統(tǒng)能夠利用普通報警器發(fā)送信號，這通過對兩個信號(如果對于兩種技術(shù)中的一種，存在一報警信號)應(yīng)用的“或”邏輯確定。探測算法同時使用來自通過“反射”模式創(chuàng)建的一個或者幾個微波圖像的數(shù)據(jù)。在位于給定橋門單元的、相對于目標(biāo)的移動方向的左側(cè)一半或者右側(cè)一半處的發(fā)射/接收天線發(fā)射/接收信號時，形成不同微波圖像。在位于不同塊(橋門單元的兩個半部)的發(fā)射/接收天線發(fā)射/接收信號時，形成交疊(crossover)微波圖像。當(dāng)左側(cè)發(fā)射信號時，右側(cè)接收信號，反之亦然(請參見圖7)。
[0055]在分析時采用幾個微波圖像(從橋門的左側(cè)和右側(cè)以及從交疊圖像接收到的)允許目標(biāo)(例如，人類)身體和隱藏對象的更多視角，提高了自動報警信號的準(zhǔn)確性和探測速率。這樣，系統(tǒng)能夠探測僅從橋門的某一半(例如，目標(biāo)的背側(cè)一半、側(cè)面一半和前側(cè)一半)不能看到的對象。在“橋門”構(gòu)造中，探測算法允許在“反射”模式下同時探測位于目標(biāo)的側(cè)面或者前面的對象，并且允許在“透射”模式下同時探測位于目標(biāo)的背側(cè)或者前側(cè)的對象。在具有成對地位于相對于目標(biāo)的移動方向的不同側(cè)(即，左側(cè)和右側(cè))的兩倍數(shù)量的發(fā)射/接收天線陣列(請參見圖8)的“橋門”構(gòu)造中，從不同視角和從所有側(cè)(前側(cè)、背側(cè)、左側(cè)和右偵D接收目標(biāo)的圖像。探測算法允許在“反射”模式下探測位于身體的側(cè)面或者前側(cè)和背側(cè)的對象，而允許在“透射”模式下探測位于身體的前側(cè)/背側(cè)的對象。在這種情況下(請參考圖8)，單個圖像和交疊圖像的數(shù)量增大，因此自動報警信號的準(zhǔn)確性和探測速率也提高。能夠探測隱藏在身體的任何地方的對象(即，偽3D全息圖像)。
[0056]在采用兩倍數(shù)量的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的“平面”構(gòu)造中(其中第一和第二單元正在不同方向發(fā)射/接收微波輻射)，當(dāng)目標(biāo)朝向系統(tǒng)移動時，探測目標(biāo)前側(cè)的危險對象，而在目標(biāo)移動離開系統(tǒng)時，探測身體背側(cè)(例如，背包中)的對象。在這種“平面”構(gòu)造中，同時從前側(cè)和背側(cè)執(zhí)行探測(請參見圖9)。
[0057]此外，可能存在一起且組合地采用兩種構(gòu)造模式的情形(S卩，至少一個橋門構(gòu)造和至少一個平面構(gòu)造)。下面的兩個實(shí)施例提供如何能夠?qū)⑵矫婺Ｊ较到y(tǒng)與橋門模式系統(tǒng)組合以用于進(jìn)一步探測的示例，但并不局限于此。
[0058]在“平面”構(gòu)造中，對移動的人的身體上的危險對象執(zhí)行初級遠(yuǎn)距離探測。將自動報警信號發(fā)送到“橋門”系統(tǒng)，該“橋門”系統(tǒng)利用兩種技術(shù)(反射和透射)，檢查檢查區(qū)域中的所有目標(biāo)、或者僅檢查“平面”構(gòu)造系統(tǒng)選出的這些目標(biāo)。在這種情形中(對于各種裝備的示例請參見圖10和11)，危險對象探測的概率和準(zhǔn)確性升高，并且錯誤報警率低。低錯誤報警率是非常重要的方面，尤其對于在具有大客流的公共交通設(shè)施或區(qū)域中運(yùn)行的探測系統(tǒng)。高錯誤報警率將潛在地使公共交通樞紐完全不能運(yùn)行，破壞公眾事件，等等。
[0059]在“橋門”構(gòu)造中，利用兩種技術(shù)(反射和透射)，對隱藏在移動目標(biāo)前側(cè)和背側(cè)的危險對象執(zhí)行初級探測。將自動報警信號發(fā)送到“平面”系統(tǒng)，該“平面”系統(tǒng)對檢查區(qū)域中的所有目標(biāo)、或者僅對“橋門”系統(tǒng)選出的這些目標(biāo)執(zhí)行次級(secondary)探測。在這種情形下(對于各種裝備的示例請參見圖10和11)，危險對象探測的概率和準(zhǔn)確性也升高，并且類似地，錯誤報警率低。為了實(shí)現(xiàn)這種情形，在以“橋門”構(gòu)造的系統(tǒng)后面，可以布置自動門、閘門、關(guān)卡等，以將人們劃分為兩個人流。第一人流可以包含第一系統(tǒng)在其上探測到危險對象的目標(biāo)，并且將這些目標(biāo)發(fā)送到采用另一種構(gòu)造(“平面”或者“橋門”)用于進(jìn)行次級檢查的第二系統(tǒng)。
[0060]當(dāng)以“平面”和“橋門”構(gòu)造的幾個系統(tǒng)同時在檢查區(qū)域的不同部分中(例如，在交通車站、或者公共事件入口)運(yùn)行并且探測危險對象時，將自動報警信號發(fā)送到安全系統(tǒng)的中心控制板。與報警信號一起傳送響應(yīng)設(shè)備的數(shù)量、照片/視頻圖像和懷疑目標(biāo)的坐標(biāo)。對于特定情況，系統(tǒng)能夠配備有特殊機(jī)械設(shè)備、門、旋轉(zhuǎn)門、關(guān)卡等，它們都能用于在發(fā)出報警的信號時自動阻擋懷疑目標(biāo)/人、改變懷疑目標(biāo)/人的路線、分離或者隔離懷疑目標(biāo)/人。存在的都與一個控制與數(shù)據(jù)處理單元協(xié)調(diào)和連接的系統(tǒng)越多，能越有效地分布數(shù)據(jù)處理資源，并且探測的概率和準(zhǔn)確性將越高，同時還能夠使錯誤報警最少。
[0061]在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，通過在附加接收機(jī)登記穿過可疑空間而沒有反射的Mff輻射的幅值和相位，將由發(fā)射機(jī)發(fā)射并且穿過可疑空間而沒有從兩層的任何反射的MW輻射用于改善該方法的準(zhǔn)確性，其中穿過可疑空間的Mff輻射的幅值和相位用于確定穿過可疑空間的Mff輻射的光學(xué)長度、相比于穿過發(fā)射機(jī)與附加接收機(jī)之間的自由空間的Mff輻射的變化。
[0062]此外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選地包括附加MW接收機(jī)，該附加MW接收機(jī)登記穿過可疑空間和內(nèi)層及外層而沒有反射的MW信號；并且，報警器被適配用于在附加接收機(jī)已經(jīng)登記了進(jìn)入的穿過可疑空間的MW信號的光學(xué)長度的增大(或者變化)的情況下，指示內(nèi)層與外層之間可能存在隱藏電介質(zhì)對象，光學(xué)長度的增大是因?yàn)樵诳梢煽臻g中存在具有高介電常數(shù)的對象而導(dǎo)致的。
[0063]安全操作和輻射:本發(fā)明的總微波功率是2V/m(1GHz )，其比公共區(qū)域允許的微波功率(61 V/m)小30倍。
[0064]隱私問題:3D微波圖像的分辨率低，并且ATR不需要顯示3D圖像。為了自動形成報警信號(ATR)，操作員不需要手動查看顯示器上的2D/3D微波或視頻圖像。微波圖像分辨率例如約為4cm(相對于使用的頻率范圍)，并且，不可能顯示/記錄位于系統(tǒng)的操作區(qū)域中的人身體的任何部分。
[0065]系統(tǒng)分辨率:平面構(gòu)造中的系統(tǒng)分辨率由平均頻率(13GHz)、到對象的距離以及給定孔徑的尺寸(例如，在不考慮孔徑合成的情況下，在距離為I米時，平面構(gòu)造中的系統(tǒng)分辨率是4X4cm)確定。在垂直于第一邊界和第二邊界的方向上的系統(tǒng)分辨率由使用的頻率范圍(8 — 18GHz)的帶寬確定(例如，深度上的系統(tǒng)分辨率是I cm或者I.5cm) ο
[0066]出于說明和描述的目的提供了對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述。不旨在窮舉的、或使本發(fā)明局限于所公開的具體形式。顯然，許多修改和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
[0067]本發(fā)明還涉及:
[0068]實(shí)施例1:一種用于揭露可疑空間中的隱藏電介質(zhì)對象的方法，包括:
[0069]從Mff源朝向可疑空間發(fā)送微波(Mff)信號，該信號部分地在空氣與中間空間的外層之間的第一邊界上反射，信號的剩余部分幾乎全部在中間空間與人體之間的第二邊界上反射，
[0070]在Mff接收機(jī)接收從第一邊界和第二邊界反射回的Mff信號的第一和第二響應(yīng);該第一和第二響應(yīng)信號是可疑人的第一和第二3D Mff圖像；
[0071]確定至少兩組兩個點(diǎn)之間的至少兩個光學(xué)路徑Pl和P2，其中Pl = (A2-A1)并且P2= (B2-B1);其中Al是第一Mff波束從第一邊界反射的點(diǎn)，而A2是同一第一波束從第二邊界反射的點(diǎn)，其中BI是第二MW波束從第一邊界反射的點(diǎn)，而B2是同一第二MW波束從第二邊界反射的點(diǎn)，
[0072 ]其中該光學(xué)路徑是微波輻射在中間空間的介質(zhì)中的路徑；
[0073]如果Pl與P2之間的差因?yàn)锽2與BI之間的中間空間中升高的介電常數(shù)而大于閾值，則確定在第一邊界與第二邊界之間存在隱藏電介質(zhì)對象。
[0074]實(shí)施例2:實(shí)施例1的方法，其中該閾值約為Icm。
[0075]實(shí)施例3:實(shí)施例1或者2的方法，還包括:由第三和第四響應(yīng)信號至少形成第三和第四3D MW圖像，其中從與第一和第二響應(yīng)信號的角度不同的角度接收第三和第四響應(yīng)信號;并且確定至少另外兩個光學(xué)路徑P3和P4，其中P3 = (C2-C1)，而P4=(D2-D1)，其中Cl是第三MW波束從第一邊界反射的點(diǎn)，而C2是同一第三波束從第一邊界反射的點(diǎn)，其中Dl是第四Mff波束從第一邊界反射的點(diǎn)，而D2是同一第四MW波束從第二邊界反射的點(diǎn)，因此，提高圖像質(zhì)量并且增加用于確定存在隱藏電介質(zhì)對象的信息。
[0076]實(shí)施例4:實(shí)施例1至3中的任何一項(xiàng)的方法，還包括通過以下步驟使用穿過中間空間而沒有從人體反射的Mff輻射:
[0077]登記在穿過中間空間而沒有從人體反射的MW輻射的幅值和相位；
[0078]如果所登記的信號中的相位延遲超過相位閾值，則確定存在隱藏電介質(zhì)對象，該延遲因?yàn)橥ㄟ^具有增大的介電常數(shù)的中間空間而導(dǎo)致。
[0079]實(shí)施例5:實(shí)施例1至4中的任何一項(xiàng)的方法，還包括:形成可疑人的3D光學(xué)范圍圖像;在相同時間點(diǎn)，使3D光學(xué)范圍圖像與3D MW圖像同步；以及使3D光學(xué)范圍圖像與第一3DMff圖像疊加，因此，改善確定存在隱藏電介質(zhì)對象的準(zhǔn)確性。
[0080]實(shí)施例6:實(shí)施例1至5中的任何一項(xiàng)的方法，其中隱藏對象是爆炸材料或者其成分。
[0081 ]實(shí)施例7:實(shí)施例1至6中的任何一項(xiàng)的方法，其中所述Mff源具有包括多個頻率的頻
L曰O
[0082]實(shí)施例8:實(shí)施例1至7中的任何一項(xiàng)的方法，其中MW源掃描該區(qū)域，因此形成圖像。
[0083]實(shí)施例9:實(shí)施例1至8中的任何一項(xiàng)的方法，其中使用100個以上的MW源形成3D圖像。
[0084]實(shí)施例10:實(shí)施例1至9中的任何一項(xiàng)的方法，其中考慮到從可疑人反射的電磁場的幅值信息和相位信息，數(shù)字信號處理器(DSP)執(zhí)行相干處理，該相干處理計(jì)算3D Mff圖像。
[0085]實(shí)施例11:實(shí)施例1至10中的任何一項(xiàng)的方法，其中該方法用于揭露移動人群中隱藏的自殺式炸彈。
[0086]實(shí)施例12:實(shí)施例1至11中的任何一項(xiàng)的方法，其中該方法用于同時檢查至少兩個可疑人。
[0087]實(shí)施例13:實(shí)施例1至12中的任何一項(xiàng)的方法，其中可疑人以至少5km/小時的速度移動。
[0088]實(shí)施例14:一種用于揭露可疑區(qū)域中的隱藏電介質(zhì)對象的系統(tǒng)，包括:
[0089]至少兩個微波(MW)源和至少一個MW接收機(jī)，用于形成可疑區(qū)域的3D MW圖像；
[0090]其中通過從MW源朝向可疑人發(fā)射MW信號，形成所述3D微波圖像，其中每個MW信號部分地從空氣與中間空間之間的第一邊界反射，而MW信號的剩余部分穿過中間空間，其中Mff信號的剩余部分幾乎全部從中間空間與可疑人的人體之間的第二邊界反射，其中所述MW接收機(jī)接收從所述第一和第二邊界反射的信號；
[0091]計(jì)算機(jī)/計(jì)算器，用于確定至少兩組兩個點(diǎn)之間的至少兩個光學(xué)路徑Pl和P2，其中Pl = (A2-A1)并且P2= (B2-B1);其中Al是第一MW波束從第一邊界反射的點(diǎn)，而A2是同一第一MW波束從第二邊界反射的點(diǎn)；其中BI是第二MW波束從第一邊界反射的點(diǎn)，而B2是同一第二Mff波束從第二邊界反射的點(diǎn);其中該光學(xué)路徑是微波輻射在中間空間介質(zhì)中的路徑；
[0092]以及報警器，用于當(dāng)Pl與P2之間的差因?yàn)辄c(diǎn)B2與BI之間的中間空間中升高的介電常數(shù)而大于閾值時，指示在第一邊界與第二邊界之間可能存在隱藏電介質(zhì)對象。
[0093]實(shí)施例15:實(shí)施例14的系統(tǒng)，還包括:
[0094]至少兩個相機(jī)，用于記錄可疑人的光學(xué)圖像并且形成可疑人的3D光學(xué)范圍圖像；
[0095]以及計(jì)算機(jī)，用于使3D光學(xué)圖像與從第一邊界反射的3DMW圖像在時間上同步和在數(shù)字空間中疊加，因此，改善確定第一邊界位置的準(zhǔn)確性并且改進(jìn)對隱藏對象的探測。
[0096]實(shí)施例16:實(shí)施例14或者15的系統(tǒng)，還包括:
[0097]附加MW接收機(jī)，用于登記穿過中間空間而沒有反射的MW信號；
[0098]以及報警器，用于在附加接收機(jī)已經(jīng)登記了通過中間空間的進(jìn)入Mff信號的相位延遲的情況下，指示在第一邊界與第二邊界之間可能存在隱藏電介質(zhì)對象;該延遲是因?yàn)樵谥虚g空間中存在具有升高的介電常數(shù)的對象而導(dǎo)致的。
[0099]實(shí)施例17:實(shí)施例14至16中的任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中隱藏對象是爆炸材料或者其成分。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
[0100]此外，在此使用單詞“示例”或“示例性”指用作示例、實(shí)例或者說明。無需將在此描述為“示例性”的任何方面或設(shè)計(jì)看作優(yōu)于或者好于其他方面或者設(shè)計(jì)。相反，使用單詞“示例”或者“示例性”旨在以具體方式說明概念。如本申請書中使用的，術(shù)語“或者”旨在指包含性“或”、而非排他性“或” O即，除非另有說明、或者根據(jù)上下文清楚的，否則，“X采用A或者B”旨在指自然的包含型置換(inclusive permutat1n)中的任何一個。即，如果X采用A;X采用B;或者X既采用A又采用B，則在上述實(shí)例中的任何一個中滿足“X采用A或者B”。此外，如本申請和所附權(quán)利要求書中使用的冠詞“一個”和“一”通常應(yīng)當(dāng)理解為指“一個或者多個”，除非另有說明或者從上下文明白指單數(shù)形式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于揭露可疑空間中的隱藏對象的方法，其中所述可疑空間位于內(nèi)層與外層之間，所述方法包括: 從微波(MW)源朝向所述可疑空間發(fā)送MW信號，所述信號部分地在所述外層上反射，且部分地在所述內(nèi)層上反射； 在Mff接收機(jī)接收從所述外層和所述內(nèi)層反射回的MW信號的第一和第二響應(yīng)，第一和第二響應(yīng)信號對應(yīng)于第一和第二3D Mff圖像，其中第一3D MW圖像對應(yīng)于所述可疑空間的所述外層，并且第二3D Mff圖像對應(yīng)于所述可疑空間的所述內(nèi)層； 確定至少兩個距離Pl和P2，其中P1 = (A2-A1)并且P2=(B2-B1)，其中Al是第一 MW波束從所述外層反射的點(diǎn)，而A2是同一第一MW波束從所述內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中BI是第二MW波束從所述外層反射的點(diǎn)，而B2是同一第二MW波束從所述內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中Al和BI互相間隔開預(yù)定值S; 計(jì)算Pl與P2之間的差D; 將所述差D與預(yù)定閾值T進(jìn)行比較； 如果所述差D大于所述閾值T，則進(jìn)行指示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閾值T是在垂直于內(nèi)層和外層的方向上的深度上的系統(tǒng)分辨率。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，還包括:由第三和第四響應(yīng)信號確定至少第三和第四距離P3和P4，其中P3=(C2-C1)，而P4=(D2-D1)，其中Cl是第三MW波束從所述外層反射的點(diǎn)，而C2是同一第三波束從所述內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中Dl是第四MW波束從所述外層反射的點(diǎn)，而D2是同一第四Mff波束從所述內(nèi)層反射的點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中通過在附加接收機(jī)登記由發(fā)射機(jī)發(fā)射并且穿過可疑空間而沒有從兩層反射的MW輻射的幅值和相位，穿過所述可疑空間而沒有反射的所述MW輻射用于改善所述方法的準(zhǔn)確性，其中穿過所述可疑空間的所述MW輻射的幅值和相位用于確定穿過所述可疑空間的所述Mff輻射的光學(xué)長度、相對于穿過所述發(fā)射機(jī)與所述附加接收機(jī)之間的自由空間的Mff輻射的變化。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一項(xiàng)所述的方法，還包括:形成所述可疑空間的外層的3D光學(xué)圖像;使所述3D光學(xué)圖像與所述點(diǎn)A1、B1的位置同步，并且可選地與所述點(diǎn)Cl和Dl的位置同步;在所述3D光學(xué)圖像上確定對應(yīng)于所述點(diǎn)Al、B1的點(diǎn)Al’、B1’、以及可選地確定對應(yīng)于點(diǎn)Cl和Dl的點(diǎn)Cl，和Dl，；計(jì)算差Pl，= (Α2-Α1，)、P2，= (Β2-Β1，)，并且可選地計(jì)算Ρ3，=(C2-C1 ’)和Ρ4’ = (D2-D1 ’)；以及將值Pl與Pl ’、Ρ2與Ρ2’進(jìn)行比較，并且可選地將Ρ3與Ρ3’以及Ρ4與Ρ4’進(jìn)行比較。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述隱藏對象是爆炸材料或者其成分。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述Mff源具有包括多個頻率的頻4並L曰O8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中采用100個以上的Mff源。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中數(shù)字信號處理器(DSP)考慮到從可疑空間反射的電磁場的幅值信息和相位信息，執(zhí)行相干處理，所述相干處理計(jì)算所述3D麗圖像。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法用于揭露移動人群中隱藏的自殺式炸彈。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述可疑空間靜止、或者正在以至少5km/h的平均步行速度移動。12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述可疑空間在人的身體與所述人的衣服之間、或者在人的衣服的兩層之間。13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述外層由空氣與人的外衣之間的邊界形成。14.一種用于揭露可疑空間中的電介質(zhì)對象的系統(tǒng)，其中所述可疑空間位于內(nèi)層與外層之間，所述系統(tǒng)包括: 至少兩個微波(MW)源和至少一個MW接收機(jī)，用于形成所述可疑空間的3D MW圖像，其中通過從所述MW源朝向所述可疑空間發(fā)射MW信號，形成所述3D微波圖像，其中每個MW信號部分地從所述外層反射，并且所述MW信號的剩余部分穿過所述可疑空間，其中所述MW信號的所述剩余部分部分地從所述內(nèi)層反射，其中所述MW接收機(jī)接收所述外層和內(nèi)層反射的信號； 計(jì)算機(jī)/計(jì)算器， 一被適配用于確定在至少兩組點(diǎn)之間的至少兩個距離Pl和P2，其中Pl = (A2-A1)并且P2 = (B2-B1)，Al是第一Mff波束從所述外層反射的點(diǎn)，而A2是同一第一MW波束從所述內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中BI是第二MW波束從所述外層反射的點(diǎn)，而B2是同一第二MW波束從所述內(nèi)層反射的點(diǎn)，其中至少兩組兩個點(diǎn)互相間隔開預(yù)定值S;并且 一被適配用于計(jì)算Pl與P2之間的差D，并且將所述差D與預(yù)定閾值T進(jìn)行比較；以及 報警器，被適配用于當(dāng)Pl與P2之間的差大于閾值T時，指示在所述內(nèi)層與所述外層之間可能有隱藏電介質(zhì)對象。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括: 至少兩個相機(jī)，用于記錄所述可疑空間的光學(xué)圖像，并且被適配用于形成所述可疑空間的3D光學(xué)圖像；以及 計(jì)算機(jī)，被適配用于使所述3D光學(xué)圖像、與所述可疑空間的由所述至少兩個微波源和至少一個微波接收機(jī)形成的、從所述外層反射的所述3D MW圖像在時間上同步和在數(shù)字空間中疊加。16.根據(jù)權(quán)利要求14或者15所述的系統(tǒng)，還包括: 附加MW接收機(jī)，用于登記穿過所述可疑空間和所述內(nèi)層及所述外層而沒有反射的MW信號；以及 報警器，被適配用于當(dāng)所述附加接收機(jī)已經(jīng)登記了穿過所述可疑空間的進(jìn)入的Mff信號的光學(xué)長度的增大(或者變化)時指示在所述內(nèi)層與所述外層之間可能有隱藏電介質(zhì)對象，所述光學(xué)長度的增大是因?yàn)樵谒隹梢煽臻g中存在具有升高的介電常數(shù)的對象而導(dǎo)致的。17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述隱藏對象是爆炸材料或者其成分。
【文檔編號】G01V8/10GK105829920SQ201480068243
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月17日
【發(fā)明人】A.庫茲涅佐夫, V.埃弗亞諾夫, I.戈?duì)柺部品?
【申請人】阿普斯泰克系統(tǒng)美國有限責(zé)任公司