СПОСОБ ДОСМОТРА СКРЫТЫХ ПРЕДМЕТОВ ПОД ОДЕЖДОЙ И В ПЕРЕНОСИМОМ БАГАЖЕ ЧЕЛОВЕКА, ПЕРЕДВИГАЮЩЕГОСЯ ЕСТЕСТВЕННО Российский патент 2015 года по МПК G01N22/00 

1. Область техники.

Изобретение относится к области дистанционного определения и классификации подозрительного объекта, скрытого под одеждой человека или в переносимом багаже, и может быть использовано для скрытого досмотра лиц, передвигающихся естественно.

2. Уровень техники.

Известен способ дистанционного обнаружения предметов, скрытых под одеждой людей, и устройство для его осуществления (патент RU 2133971). Изобретение заключается в том, что с помощью радиоприемной антенны, сфокусированной на небольшом участке поверхности 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 предметов.

Известен также способ по обнаружению скрытого объекта (патент RU 2371735). Изобретение включает в себя определение данных, соответствующих изображению индивидума посредством досмотра с помощью электромагнитного излучения в диапазоне частот от 200 МГц до 1 ТГц. Недостатком известных аналогов является невозможность обнаружения подозрительного объекта, скрытно переносимого движущимся человеком, и невозможность получения изображения цели и классификации ее типа.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ дистанционного досмотра цели в контролируемой области пространства (патент RU 2294549), предназначенный для обеспечения возможности скрытного дистанционного досмотра движущейся цели, а также в получении количественной информации о диэлектрической проницаемости и эквивалентной массе компонентов цели и их классификации по признаку проводник-диэлектрик. Способ включает в себя облучение области цели СВЧ-излучением с помощью двух или более элементарных излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала с помощью двух или более параллельных каналов регистрации, когерентную обработку зарегистрированного сигнала и отображение полученной в результате обработки информации, облучение контролируемой области и регистрацию отраженного от нее сигнала осуществляют в определенной полосе частот. Недостатком прототипа является невозможность получения изображения цели и классификации ее типа.

3. Сущность изобретения.

3.1. Задача.

Техническая задача состоит в устранении указанного недостатка за счет синхронной регистрации мгновенного положения передвигающегося человека или багажа, совместной обработки данных, зарегистрированных распределенной системой каналов регистрации и видеорегистратором, определения траектории каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку за время пересечения области видимости распределенной системы каналов регистрации, и представления результатов расчета в виде синтезированного радиоизображения.

3.2. Сущность способа.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа получение отраженного сигнала от человека с разных ракурсов достигается за счет естественного перемещения человека в области видимости распределенной системы элементарных излучателей и каналов регистрации, при этом одновременно с регистрацией отраженного СВЧ-излучения происходит синхронная видеорегистрация передвигающегося человека видеорегистратором, производится накопление и совместная обработка данных, зарегистрированных распределенной системой каналов регистрации и видеорегистратором, определение траектории каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку за время пересечения области видимости распределенной системы каналов регистрации, представление результатов расчета в виде синтезированного радиоизображения для произвольно задаваемого предыдущего момента времени и соответствующей этому моменту позе передвигающегося человека, где вычисление обобщенной функции неопределенности для каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, характеризующей радиолокационную отражательную способность данного пикселя, производится по формуле:

где

t_k - некоторый рассматриваемый момент времени;

t_k-1 - предыдущий момент времени;

р - индекс пикселя на растровом изображении человека на текущем кадре;

f_n - частота зондирования с индексом n;

l - индекс передающей антенны;

m - индекс приемной антенны;

R_p(t_k) - обобщенная функция неопределенности для пикселя с индексом p в момент времени t_k;

S(f_n,l,m,t_k) - сигнал, регистрируемый на частоте f_n каналом регистрации с индексом m от элементарного излучателя с индексом l в момент времени t_k;

- опорный сигнал, соответствующий частоте f_n, элементарного излучателя с координатами , канала регистратора с координатами и координате области зондирования, задаваемой вектором ;

- вектор, задающий координаты пикселя человека с индексом p в контролируемой области в момент времени t_k;

S* - комплексное сопряжение величины S.

4. Перечень фигур, чертежей и иных материалов.

На фиг.1 представлена геометрия расположения элементов досмотровой системы: 1 - естественно передвигающийся человек; 2 - линейки приемно-передающих элементов; 3 - видеорегистратор позы.

На фиг.2 показан действующий макет досмотровой системы: 1 - манекен с макетом пистолета под одеждой; 2 - тележка; 3 - линейный механический сканер; 4 - радиоволновой датчик.

На фиг.3 - радиоизображение манекена со спрятанным макетом пистолета у пояса, полученное на частоте 14,4 ГГц: 1 - макет пистолета.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

На фиг.1 представлена геометрия расположения элементов досмотровой системы, где 1 - естественно передвигающийся человек, 2 - линейки приемно-передающих элементов, 3 - видеорегистратор позы. При необходимости, регистрацию мгновенной позы в пространстве можно обеспечить используя видеорегистратор, измеряющий расстояние до каждого пикселя изображения сцены, как, например, игровой видеоконтроллер типа Microsoft Kinect. Выходными данными видеоконтроллера являются цветное изображение наблюдаемой сцены, каждый пиксель которого имеет дополнительный атрибут глубины.

Для технической реализации способа был изготовлен действующий макет досмотровой системы (фиг.2), где 1 - манекен с макетом пистолета под одеждой; 2 - тележка; 3 - линейный механический сканер; 4 - радиоволновой датчик. Была разработана линейка радиолокаторов со ступенчатым переключением частоты в диапазонах 3,6-4; 6,4-6,8; 14-15 ГГц. В этих радиолокаторах используются программируемые синтезаторы частоты и квадратурный приемник прямого преобразования, что позволяет достаточно точно устанавливать желаемую частоту и измерять фазу отраженного сигнала.

Использование специально изготовленной антенны с широкой диаграммой направленности позволяет регистрировать отраженный от объекта сигнал в широком диапазоне углов, что в итоге позволяет получить максимальную эффективную синтетическую апертуру и достичь наилучшего разрешения.

Измерения отраженного сигнала в различных точках пространства производились с помощью линейного механического сканера 3, который позволяет перемещать радиолокатор вдоль линии или в плоскости. Механическое перемещение единственного радиоволнового датчика 4 позволяет получить такие же данные, как и при использовании многочисленных разнесенных датчиков, но с минимальными производственными затратами.

Для обслуживания радиоволнового датчика 4 и управления линейным механическим сканером 3 было разработано соответствующее встроенное программное обеспечение. В ходе выполнения экспериментальных исследований были реализованы эффективные вычислительные алгоритмы обработки одночастотных и многочастотных голограмм, алгоритмы корреляционной обработки. С использованием этих алгоритмов были получены радиоизображения предметов, в том числе укрытых в непрозрачной среде, с высоким разрешением.

На действующем макете досмотровой системы были проведены эксперименты по регистрации микроволновых голограмм. Использование разработанных эффективных алгоритмов обработки сигнала позволило получить радиоизображения с высоким пространственным разрешением в плоскости зондирования. Пример восстановленного изображения манекена, под одеждой которого находится макет пистолета 1, приведен на фиг.3 (радиоизображение получено на частоте 14,4 ГГц).

Опираясь на полученные в ходе выполнения экспериментов результаты, можно указать на значительные перспективы использования рассмотренной технологии получения синтетических радиоизображений с обратным апертурным синтезом в системах досмотра человека и переносимого багажа в движении. Преимуществами таких систем, по сравнению с предлагающимися в настоящее время пассивными системами досмотра человека в движении, будут лучшее качество получаемых радиолокационных изображений, пригодных для автоматического обнаружения цели и классификации скрытых объектов, особенно под плотной и влажной одеждой человека, перемещающегося естественно, и переносимом им багаже.

Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предлагаемое изобретение, обладающее новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия «изобретательский уровень», из уровня техники неизвестен также механизм достижения технического результата, раскрытого в материалах заявки.

Использование: для досмотра скрытых предметов под одеждой и в переносимом багаже человека. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют облучение СВЧ-излучением контролируемой области с помощью одного или более элементарных излучателей, региструют отраженный от контролируемой области сигнал с помощью одного или более каналов регистрации, обрабатывают зарегистрированный сигнал и отображают полученную в результате обработки информацию, при этом получение отраженного сигнала от человека с разных ракурсов достигается за счет естественного перемещения человека в области видимости распределенной системы элементарных излучателей и каналов регистрации, при этом одновременно с регистрацией отраженного СВЧ-излучения происходит синхронная видеорегистрация передвигающегося человека видеорегистратором, производится накопление и совместная обработка данных, зарегистрированных распределенной системой каналов регистрации и видеорегистратором, определение траектории каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, за время пересечения области видимости распределенной системы каналов регистрации, представление результатов расчета в виде синтезированного радиоизображения для произвольно задаваемого предыдущего момента времени и соответствующей этому моменту позе передвигающегося человека, где вычисление обобщенной функции неопределенности для каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, характеризующей радиолокационную отражательную способность данного пикселя, производится по определенной формуле. Технический результат: обеспечение возможности получения изображения цели и классификации ее типа. 3 ил.

Способ досмотра скрытых предметов под одеждой и в переносимом багаже человека, передвигающегося естественно, заключающийся в облучении СВЧ-излучением контролируемой области с помощью одного или более элементарных излучателей, регистрации отраженного от контролируемой области сигнала с помощью одного или более каналов регистрации, обработке зарегистрированного сигнала и отображении полученной в результате обработки информации, отличающийся тем, что получение отраженного сигнала от человека с разных ракурсов достигается за счет естественного перемещения человека в области видимости распределенной системы элементарных излучателей и каналов регистрации, при этом одновременно с регистрацией отраженного СВЧ-излучения происходит синхронная видеорегистрация передвигающегося человека видеорегистратором, производится накопление и совместная обработка данных, зарегистрированных распределенной системой каналов регистрации и видеорегистратором, определение траектории каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, за время пересечения области видимости распределенной системы каналов регистрации, представление результатов расчета в виде синтезированного радиоизображения для произвольно задаваемого предыдущего момента времени и соответствующей этому моменту позе передвигающегося человека, где вычисление обобщенной функции неопределенности для каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, характеризующей радиолокационную отражательную способность данного пикселя, производится по формуле:

где: t_k - некоторый рассматриваемый момент времени; t_k-1 - предыдущий момент времени; p - индекс пикселя на растровом изображении человека на текущем кадре; f_n - частота зондирования с индексом n; l - индекс передающей антенны; m - индекс приемной антенны;
R_p(t_k) - обобщенная функция неопределенности для пикселя с индексом p в момент времени t_k; S(f_n, l, m, t_k) - сигнал, регистрируемый на частоте f_n каналом регистрации с индексом m от элементарного излучателя с индексом l в момент времени t_k; - опорный сигнал, соответствующий частоте f_n, элементарного излучателя с координатами , канала регистратора с координатами $${\overrightarrow{r}}_{2m}$$ и координате области зондирования, задаваемой вектором $$\overrightarrow{r}$$ ; $${\overrightarrow{r}}_p(t_k)$$ - вектор, задающий координаты пикселя человека с индексом p в контролируемой области в момент времени t_k; S^* - комплексное сопряжение величины S.