СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕДМЕТОВ, СКРЫТЫХ ПОД ОДЕЖДОЙ ЛЮДЕЙ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01V3/11 G08B13/18 H04N5/33 

Изобретение относится к сигнальным системам обеспечения безопасности при контроле доступа, а именно к системам дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, проходящих досмотр.

Известны системы аналогичного назначения, применяемые в настоящее время в аэропортах, охраняемых объектах и т.п. Наибольшее распространение получило устройство под названием "Metor", выпускаемое финской фирмой Metorex (патенты US N 4605898, N 4894619 и др.). Действие устройства "Metor" основано на восприятии и регистрации переменного электромагнитного поля, возникающего в чувствительном элементе устройства вследствие наличия в нем металлического предмета. Элементом устройства "Metor", воспринимающим электромагнитное поле, обязанное наличию металлического предмета, является приемная проволочная катушка, сопряженная с электронным узлом обработки, регистрирующим появление этого поля.

Упомянутое устройство обладает существенным ограничением: оно реагирует только на присутствие металлических предметов.

Задачей данного изобретения является создание способа и устройства с расширенными функциональными возможностями обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, а именно обеспечение обнаружения не только металлических, но и неметаллических предметов (например, взрывчатки и т.п.), которые могут быть скрыты под одеждой людей, проходящих дистанционный досмотр.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, включающий регистрацию изменения электромагнитного поля при наличии на теле человека предметов, подлежащих обнаружению, отличается тем, что при регистрации изменений электромагнитного поля используют радиоприемную антенну, луч которой фокусируют на участке поверхности тела человека и затем сканируют по поверхности тела человека, подлежащей осмотру, принимают от участка поверхности электромагнитные волны и измеряют интенсивность сигнала, соответствующего каждому просканированному участку поверхности тела человека, после чего отображают эту интенсивность в виде интенсивности свечения экрана дисплея и по распределению интенсивности свечения полученного изображения судят о наличии или отсутствии металлических или неметаллических предметов под одеждой людей.

Описанный способ осуществляется с помощью устройства, содержащего последовательно соединенные узел регистрации параметров электромагнитного поля, блок обработки и блок отображения информации и отличающегося тем, что узел регистрации параметров электромагнитного поля выполнен в виде радиометра и антенны, сопряженной с узлом сканирования, подключенным к блоку отображения информации, при этом антенна выполнена с возможностью фокусирования ее луча на участке поверхности тела человека, блок обработки выполнен в виде измерителя интенсивности выходного сигнала радиометра, а блок отображения информации выполнен с дисплеем с возможностью отображения на нем распределения интенсивности выходного сигнала радиометра в соответствии с положением узла сканирования.

Сущность изобретения поясняется описанием.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, выполненного в соответствии с предлагаемым способом; на фиг. 2 изображен пример конкретного выполнения устройства.

На фиг. 1 обозначено:
1 - узел регистрации параметров электромагнитного поля;
2 - антенна;
3 - радиометр;
4 - узел сканирования;
5 - измеритель интенсивности выходного сигнала (блок обработки);
6 - блок отображения интенсивности принятого излучения.

Устройство содержит последовательно соединенные узел 1 регистрации параметров электромагнитного поля принятого излучения, измеритель 5 интенсивности выходного сигнала радиометра (блок обработки) и блок отображения интенсивности принятого излучения.

Узел 1 в свою очередь состоит из антенны 2, сопряженной с узлом 4 сканирования луча антенны, и радиометра 3, выход которого соединен с измерителем 5 интенсивности выходного сигнала радиометра.

Устройство работает следующим образом. Луч антенны 2 фокусируют на участок, находящийся на предполагаемом положении обозреваемой поверхности. Узел сканирования 4, сопряженный с антенной, обеспечивает сканирование сфокусированного луча по всем участкам обозреваемой поверхности. Антенна 2 воспринимает электромагнитное излучение от участка этой поверхности, на котором сфокусирован луч, и передает его на радиометр 3, где оно усиливается и детектируется общепринятым образом (см. например, книгу Н.А. Есепкиной, Д.В. Королькова, Ю.Н. Парийского "Радиотелескопы и радиометры"), а затем поступает на измеритель 5 интенсивности выходного сигнала (блок обработки). Предпочтительным является преобразование в этом блоке сигнала в цифровую форму перед измерением его интенсивности (в этом случае соответствующий аналого-цифровой преобразователь обычного типа входит в состав блока обработки). Результаты измерений поступают из блока 5 на один из входов блока 6, где преобразуются в интенсивность электронного луча, вызывающего свечение точки экрана дисплея, входящего в состав блока отображения 6. С узла сканирования 4 данные о пространственном положении луча антенны на обозреваемой поверхности поступают на другие входы блока отображения 6 и управляют обычным образом разверткой электронного луча дисплея в этом блоке так, что движение светящейся точки на экране воспроизводит движение луча антенны по обозреваемой поверхности тела человека.

В результате на экране воспроизводится карта распределения интенсивности принятого электромагнитного излучения на обозреваемой поверхности тела человека. Контраст отдельных участков этого изображения характеризует наличие инородных предметов - как металлических, так и неметаллических.

Физические основы предложенного изобретения поясняются ниже.

Каждый участок обозреваемой поверхности тела человека испускает электромагнитные волны в радиодиапазоне, обусловленные тепловым излучением. Вместе с тем этот же участок поверхности отражает электромагнитные волны, излучаемые другими телами, окружающими обозреваемую поверхность ("фоновое излучение"). Это фоновое излучение может быть либо естественным тепловым излучением других объектов, отличающихся по температуре от обозреваемого тела человека, либо оно может быть создано искусственно и по структуре быть аналогичным тепловому излучению в том же радиодиапазоне.

Интенсивность радиотеплового излучения, принятого радиоприемной антенной, характеризуют абсолютной температурой T_пр (см., например, цитированную книгу "Радиотелескопы и радиометры"). Когда луч радиоприемной антенны 2 сфокусирован на участке тела, то антенна принимает электромагнитное излучение с интенсивностью, соответствующей абсолютной температуре

где T_т - истинная абсолютная температура тела, Г_т - коэффициент отражения электромагнитных волн от поверхности тела, T_ф - абсолютная температура, характеризующая фоновое электромагнитное излучение.

Соотношение, аналогичное (1), справедливо и для инородного объекта, находящегося на теле человека:

где T_об - истинная абсолютная температура объекта, Г_об - коэффициент отражения электромагнитных волн от поверхности объекта.

Разность характеризует температурный контраст между поверхностью тела человека и инородным объектом, находящимся на нем. Полагая для простоты T_т≈T_об и пренебрегая затуханием электромагнитных волн в одежде (незначительность этого затухания проверена экспериментально авторами в миллиметровом диапазоне волн, представляющем наибольший интерес для рассматриваемой задачи), а также переотражениями внутри объекта, получим следующую приближенную формулу для оценки измеренного радиометром температурного контраста между объектом и телом человека:

Из (3) следует, что разность (T_т-T_ф) желательно иметь возможно большей. Этого можно добиться снижая (при помощи кондиционера или специальных охладителей) температуру поставленных вокруг установки ширм, испускающих радиотепловое излучение.

Расчеты показывают, что при типичных значениях величин Г_т и Г_об в миллиметровом диапазоне волн, современные высокочувствительные радиометры этого диапазона обеспечивают надежную фиксацию величин ΔT, получающихся при обнаружении под одеждой человека как металлических, так и неметаллических (взрывчатка и т.п.) предметов, при времени обзора всей поверхности тела человека 5-10 сек.

Величину ΔT можно также искусственно значительно увеличить, если применить специальные облучатели для облучения тела электромагнитным излучением, имитирующим тепловое излучение при температуре T_ф, значительно превышающей T_т. По существу это будет уже не пассивная система, использующая чисто радиотепловые излучения, а активная система. Создание такой системы связано со значительными трудностями, главная из которых - обеспечение требуемого весьма большого переходного затухания между указанными облучателями, имеющими широкую диаграмму направленности, и приемной антенной. Поэтому рассматриваемый ниже пример конкретного выполнения устройства относится к чисто пассивной радиотепловой системе.

На фиг. 2 представлен пример конкретного выполнения устройства в соответствии со структурной схемой фиг. 1.

На фиг. 2 помимо ранее поименованных узлов обозначено:
7 - отражатель сканирующего устройства;
8 - камера;
9 - платформа;
10 - облучатель зеркальной антенны;
11 - ширма с вертикальной щелью;
12 - обозреваемое тело;
13 - датчик угла сканирования;
14 - регистратор линейного перемещения.

Антенна, способ фокусирования и метод сканирования луча могут быть выполнены различным образом. Известны, например, антенны в виде фазированных решеток (ФАР) с множеством излучателей и фазовращателей, обеспечивающих фокусировку луча и его сканирование.

Размер фокального пятна на обозреваемом объекте равен где λ - длина волны; R - расстояние от антенны до объекта; D - размер раскрыва антенны. Поэтому для предлагаемого в данном изобретении устройства предпочтительным является применение миллиметрового диапазона волн, что позволяет достигнуть поставленной цели при минимальных габаритах устройства. В миллиметровом диапазоне использование ФАР приводит к серьезным усложнениям и удорожанию устройства. Поэтому в данном конкретном примере предлагаемого устройства антенна 2 выполнена в виде зеркальной. Положение ее облучателя 10 при настройке устройства (или непосредственно в процессе сканирования луча) устанавливается так, чтобы дальний фокус антенны находился на требуемом расстоянии от зеркала (устройство перемещения облучателя при сканировании на фиг. 2 не показано, поскольку это может быть выполнено любым известным способом).

Узел сканирования 4 луча антенны на фиг. 2 изображен в виде многогранной (трехгранной) вращающейся призмы с металлическими отражающими гранями (отражателями) 7. Однако это может быть просто качающийся плоский металлический лист - отражатель. Металлический отражатель охватывает весь луч антенны, отражает его и направляет на поверхность объекта, где он фокусируется в фокальной точке Ф₁, возможно ближе к осматриваемой поверхности тела. При вращении призмы с отражателями (или при угловом покачивании одного отражателя - листа) луч антенны быстро сканирует в вертикальной плоскости, проходя беспрепятственно через узкую длинную вертикальную щель в ширме 11 и воспринимая электромагнитное излучение участка обозреваемого тела 12, на котором сфокусирован луч.

Информация о положении луча при его сканировании в вертикальной плоскости может быть получена с помощью датчика угла 13 любого известного типа. Например, датчик может быть выполнен в виде диска с прорезями, размещенного на оси призмы; по одну сторону от прорезей находится источник (светодиод), по другую - светоприемник (фотодиод); счетчик импульсов на выходе фотодиода выдает в цифровом коде данные об угловом положении диска. В упрощенном виде может быть всего одна прорезь, соответствующая определенному угловому положению диска.

Сканирование луча по обозреваемой поверхности тела человека по горизонтали осуществляется либо путем медленного перемещения платформы 9, на которой стоит человек, либо перемещением по горизонтали (параллельно осматриваемой поверхности) камеры 8 с узлом 1. Скорости сканирования по вертикали и по горизонтали согласованы так, чтобы за время однократного прохождения луча по вертикали луч переместился на часть фокального пятна по горизонтали.

Информация о положении луча на обозреваемой поверхности по горизонтали (то есть данные о перемещении платформы 9 или камеры 8) может быть получена с помощью регистратора линейного перемещения 14 любого известного типа. Регистратор простейшего вида может быть построен аналогично описанному регистратору углового положения.

Выходные данные с узла сканирования поступают в блок 6 отображения интенсивности принятого излучения, где по этим данным вычисляется требуемое положение электронного луча на экране дисплея и воспроизводится на экране движение луча антенны по обозреваемой поверхности тела.

Поверхность ширмы 11 покрыта материалом, поглощающим электромагнитные волны в используемом диапазоне волн, и охлаждается воздухом от кондиционера (или с помощью специальных охладителей) так, чтобы температура этой поверхности была возможно ниже температуры тела человека.

Именно поверхность ширмы и определяет температуру фона T в формуле (3), выражающей контраст между поверхностью тела человека и инородным объектом, расположенным на теле. По отображению этого контраста на экране дисплея в блоке 6 проводится обнаружение инородного объекта на поверхности тела человека. Для осмотра поверхности тела во весь рост может потребоваться два устройства, располагаемых по вертикали.

Для уменьшения требований к глубине резкости фокусировки луча предусмотрена возможность оперативного уменьшения промежутка между телом человека 12 и ширмой 11, механически жестко связанной с узлом 1. (Это может быть осуществлено, например, перемещением камеры 18 по направлению к осматриваемому человеку персоналом либо автоматически под действием пружины.) Как уже указывалось, фокусировка по глубине резкости при необходимости может быть проведена путем перемещения облучателя 10 в процессе сканирования.

Вторая установка, аналогичная описанной, располагается позади обозреваемого человека для его осмотра со стороны спины.

В приведенном примере быстрое сканирование луча по обозреваемой поверхности происходит по вертикали, а медленное - по горизонтали. Возможен вариант выполнения установки, при котором быстрое сканирование происходит по горизонтали, а медленное - по вертикали (путем перемещения всей установки по вертикали). В зависимости от требований потребителя может быть выбран тот или иной вариант выполнения устройства.

Изобретения относятся к сигнальным системам обеспечения безопасности при контроле доступа, конкретно к системам дистанционного обнаружения объектов, скрытых под одеждой людей, проходящих осмотр. Достигаемый технический результат - создание способа и устройства с расширенными функциональными возможностями обнаружения предметов, скрытых под одеждой, а именно обнаружение не только металлических, но и неметаллических предметов типа взрывчатки, скрытой под одеждой. Указанный результат достигается тем, что с помощью радиоприемной антенны, сфокусированной на небольшом участке поверхности тела человека, принимают электромагнитные волны, излученные этим участком, затем с помощью радиометра и сопряженного с ним блока обработки измеряют интенсивность принятого сигнала, регистрируя при этом положение луча. Измеренную интенсивность принятого сигнала отображают в виде интенсивности свечения экрана дисплея и по распределению интенсивности определяют наличие или отсутствие металлических или неметаллических предметов. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, включающий регистрацию изменения электромагнитного поля при наличии на теле человека предметов, подлежащих обнаружению, отличающийся тем, что при регистрации электромагнитного поля используют радиоприемную антенну, луч радиоприемной антенны фокусируют на рассматриваемом участке поверхности тела, между телом и антенной помещают ширму, покрытую материалом, поглощающим электромагнитные волны, с щелью для прохождения луча антенны, температуру материала поддерживают отличной от температуры человеческого тела, сфокусированный луч радиоприемной антенны сканируют по всем участкам рассматриваемой поверхности тела, принимают от каждого такого участка радиотепловое излучение, после чего измеряют интенсивность принятого сигнала и по различию этой интенсивности в различных точках поверхности тела судят о наличии или отсутствии металлических или неметаллических предметов на поверхности тела. 2. Устройство для обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, содержащее последовательно соединенные узел регистрации электромагнитного поля, блок обработки и блок отображения информации, отличающееся тем, что узел регистрации электромагнитного поля выполнен в виде радиометра и радиоприемной антенны, снабженной узлом сканирования, подключенным к блоку отображения информации, антенна выполнена с возможностью фокусирования ее луча в процессе сканирования на участке поверхности тела человека, между этой поверхностью и радиоприемной антенной помещена ширма с щелью для прохождения луча антенны, окружающая устройство и покрытая материалом, поглощающим электромагнитные волны, выполненная с возможностью поддержания этого материала при температуре, отличной от температуры тела человека.