СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ СКРЫТЫХ ПРЕДМЕТОВ ПРИ ПЕРСОНАЛЬНОМ ДОСМОТРЕ Российский патент 2022 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к способам обнаружения и идентификации скрытых неразрешенных предметов, переносимых человеком, перемещающимся в безостановочном структурированном потоке в зоне контроля, и может быть использовано при досмотре пассажиров на транспорте, а также для обеспечения безопасности в местах массового скопления людей, где возможно проведение террористических актов.

Основные направления развития бесконтактного досмотра - это усовершенствование металлодетекторов, рентгеновских и радиолокационных способов персонального досмотра. Наиболее активно развиваются радиолокационные способы досмотра, позволяющие провести безопасное сканирование стоящего в статической позе человека с разрешением, достаточным для определения места расположения металлических отражающих предметов. В таких комплексах все более активно используются миллиметровые и терагерцовые радиоволны, позволяющие улучшить разрешение систем. В частности, на транспорте активно используется система досмотра «Pro Vision» V-диапазона частот (Система досмотра пассажиров Provision, Borlas Security Systems), содержащая движущиеся линейные антенные решетки с приемо-передатчиками [http://borlassecurity.ru/produkty/sistema-skanirovaniya-posetiteley-provision-2/]. При работе этой системы человека в статической позе сканируют движущимися линейными антенными решетками с приемо-передатчиками.

Более современные комплексы позволяют избежать механического сканирования путем использования широкого полотна из приемо-передающих элементов и коммутации сигналов. Этот способ используется в досмотровых комплексах Rohde & Shwartz (Микроволновая система досмотра персонала Rohde&Schwarz. Режим доступа:

https://www.rohde-schwarz.com/ru/product/qps-productstartpage_63493-332676.html) и NucTech (Система досмотра персонала NucTechMW1000A на основе миллиметровых волн. Режим доступа: http://www.nuctech.com/ru/SitePages/ThDetailPage.aaspx?nk=PAS&k=IIICDI)

Недостатком данного способа является необходимость остановки досматриваемого в зоне действия комплекса в стационарной позе на несколько секунд во время сканирования. Кроме того, используемый способ требует обработки значительных массивов данных с широкого полотна приемников и передатчиков, стоимость которых высока.

Известны способы пассивного дистанционного обнаружения и визуализации предметов, скрытых под одеждой людей, использующие прием излучения в терагерцовом диапазоне при помощи сканирующего приемника и устройства для обеспечения приема распределенного излучения, позволяющего отображать источники с различными характеристиками теплового излучения [Патент РФ №2133971]. По распределению источников фонового или первичного излучения отображенных в виде карты интенсивности излучения на экране дисплея определяют наличие или отсутствие металлических предметов.

Известны способы досмотра, основанные на использовании сканирующих оптических систем и чувствительных матричных гетеродинных приемников, совмещенных с видеорегистраторами, с выводом на компьютер, которые обеспечивают грубое определение контура предмета и позволяют производить досмотр в структурированном потоке [Патент РФ №153772].

Недостатком способа приема пассивного излучения являются невысокое разрешение, низкая надежность, а также сложность алгоритмов определения формы предмета.

Известны способы, при которых используют активные радиолокационные системы на основе антенных решеток [Патент РФ №2521240]. Однако получение изображения предмета у досматриваемого человека в потоке сопряжено со значительными вычислительными трудностями. Кроме того, необходимо использовать дорогостоящую аппаратуру.

Известен способ повышения точности обзора при сокращении времени обзора в радиолокационных системах, предполагающий создание комплекса из двух радиолокационных станций (РЛС), одна из которых действует игольчатым пучком излучения, а вспомогательная определяет посредством широкого луча зоны, в которых объекты отсутствуют [Патент РФ №2403588]. Однако при использовании данного комплекса РЛС действуют одновременно, поэтому информационные потоки не сокращаются.

Известен способ исследования движущегося объекта с помощью различных устройств, предназначенных для поиска опасных предметов во время перемещения объекта через зону досмотра [Заявка на изобретение №2010115398]. Устройства используются последовательно, по мере естественного передвижения объекта.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого способа является способ досмотра по патенту РФ №2564693. Досмотр осуществляется во время естественного перемещения человека. Способ предполагает сложную компьютерную обработку больших массивов данных при синтезе апертур путем совмещения видеоизображения и полученного радиолокационного сигнала амплитудно-фазовой характеристики объекта.

Недостатком способа являются очень большие потоки данных, требующие существенных затрат на вычислительные операции, дорогостоящие устройства для сбора и обработки информации.

Цель предлагаемого технического решения - обеспечение безопасного персонального досмотра, сокращение объема и времени обработки информации.

Указанная цель достигается тем, что в способе обнаружения и идентификации скрытых предметов при персональном досмотре людей, естественно передвигающихся в структурированном безостановочном потоке, заключающемся в облучении микроволновым излучением контролируемой области с помощью излучателей, регистрации отраженного от контролируемой области сигнала, синхронной видеорегистрации передвигающихся людей видеорегистратором, обработке зарегистрированных сигналов системой обработки и отображении полученной информации, перемещение людей осуществляют последовательно как минимум через две зоны досмотра с установленными в них соответственно первой и второй взаимосвязанными автоматическими досмотровыми системами, работающими в миллиметровом диапазоне длин волн, при этом в первой зоне досмотра грубо и быстро определяют координаты возможных опасных предметов и их носителей, а во второй зоне досмотра получают точное радиоизображение помеченных первой досмотровой системой возможных опасных предметов и людей, переносящих предметы, согласовывают поток информации с производительностью системы обработки, идентифицируют опасные предметы и их носителей с помощью нейронной сети и накладывают радиоизображение идентифицированных опасных предметов и их носителей на видеоизображение; при этом в первой досмотровой системе используют не менее двух источников миллиметрового излучения и приемных устройств с антеннами, имеющими широкую диаграмму направленности, во второй досмотровой системе используют управляемую систему подсвета в миллиметровом диапазоне и приемную матричную камеру, оснащенную устройствами фокусировки и прицеливания, с антенной с узкой диаграммой направленности; кроме того, дополнительно осуществляют перемещение людей через третью зону досмотра с установленной в ней досмотровой системой, работающей в терагерцовом диапазоне длин волн.

Предлагаемый способ существенно повышает эффективность и качество (комфортность) досмотра.

При досмотре обеспечивается возможность получения и распознавания формы опасного предмета, скрытого под одеждой объекта, определения его размеров и местоположения. Промышленные технологии позволяют производить необходимые компоненты изделия, реализующего способ.

Под обеспечением досмотра людей в структурированном потоке понимается функциональный досмотр без остановки или замедления движения досматриваемых лиц при заданных траектории движения и расстоянием между людьми.

Под возможностью получения формы и распознавания положения объекта понимается изображение на экране компьютера образа достоверной, на уровне достижимого дифракционного разрешения, области, занимаемой предметом, скрытым на объекте досмотра под одеждой, наложенной на видеоизображение объекта с ошибкой не более нескольких миллиметров.

Под распознаванием формы опасного предмета понимается автоматическая классификация предмета согласно типам объектов, внесенных в базу данных во время обучения классификатора с высокой вероятностью.

Невысокая стоимость комплекса предполагает, что в системе генерируются потоки данных, доступные для обработки, при помощи стандартного персонального компьютера. Распознавание формы предмета и получение его образа не требуют использования суперкомпьютеров.

Создание промышленной технологии производства компонентов комплекса коммерчески привлекательно. Узлы и элементы комплекса, алгоритмы обработки данных значительно проще, чем те, что используются в аналогах и прототипе способа.

Предлагаемый способ основан на согласовании объема движущегося потока людей с возможностями используемых систем обработки - посредством использования комплекса досмотра, содержащего две и более автоматические досмотровые системы. По мере продвижения структурированного потока по зонам досмотра сокращается количество объектов, подлежащих досмотру, и следовательно - уменьшается объем обрабатываемой информации.

При использовании многозонного комплекса досмотра, при малом информационном потоке, формируется выборка лиц для более детального досмотра с целью обеспечения высокой вероятности определения опасного предмета без замедления скорости потока. Входной поток информации при переходе от зоны досмотра с системой с более грубым разрешением к зоне досмотра с системой с более высоким разрешением существенно снижается. Такой досмотр обеспечивается путем использования многозонного комплекса, состоящего из двух и более досмотровых систем, последовательно действующих автоматически при перемещении объекта через зоны комплекса. Комплекс досмотра обеспечивает последовательную фильтрацию.

Каждая досмотровая система представляет собой устройство досмотра, связанное с устройствами последующих и предыдущих зон. Досмотровые системы работают последовательно, по мере самостоятельного перемещения объекта от одной зоны досмотра к другой. Каждая последующая досмотровая система обеспечивает улучшение разрешения при уточнении расположения скрытого предмета. Такое построение многозонного комплекса позволяет избежать обработки больших объемов данных путем последовательного ограничения области сканирования. Компьютеры досмотровых систем связаны с центральным управляющим компьютером комплекса. Досмотровая система первой зоны является системой миллиметрового диапазона длин волн, использующей широконаправленные антенны. Во второй зоне используется досмотровая система, имеющая узконаправленные матричные антенны. В третьей зоне может использоваться терагерцовая автоматическая досмотровая система с остронаправленной матричной антенной.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлен облик досмотрового комплекса, на фиг. 2 представлена схема досмотрового комплекса, реализующего заявленный способ:

1 - первая зона комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой;

2 - вторая зона комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой;

3 - третья зона комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой;

4 - пульт оператора комплекса досмотра;

5 - источник миллиметрового излучения;

6 - радиопоглощающий экран;

7 - приемное устройство;

8 - приемная матричная камера;

9 - управляемая система подсвета;

10 - видеорегистратор;

11 - радиоэкранирующий экран;

12 - приемо-передающее устройство.

Первая зона комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой (1) служит для быстрого обнаружения скрытого предмета и нахождения его местоположения в привязке к телу носителя с грубым разрешением, составляющим около 30 см. В первой зоне комплекса досмотра (1) оценивается размер скрытого предмета. Координаты обнаруженного опасного предмета передаются во вторую зону комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой (2) для настройки направления обзора этой системы, имеющей высокое разрешение. Для уточнения изображения предмета может использоваться третья зона комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой (3) и последующие зоны (не указаны на фиг.), данные с которых поступают в систему обработки и выводятся на пульт оператора комплекса досмотра (4).

В техническом исполнении автоматическая досмотровая система в первой зоне (1) представляет собой многопозиционную систему, которая содержит источники миллиметрового излучения (5), распределенные в пространстве, экранированном радиопоглощающим экраном (6), и приемные устройства (7), распределенные в пространстве.

В первой зоне комплекса досмотра (1) используют источники миллиметрового излучения и приемные устройства с широкой диаграммой направленности, посредством которых, путем сопоставления временных задержек сигналов приемных и передающих пар, определяют координаты предмета. Автоматическая досмотровая система в первой зоне комплекса досмотра (1) оснащена видеорегистратором, посредством которого фиксируют процессы, происходящие в структурированном потоке людей. При помощи АЦП и персонального компьютера в первой зоне комплекса досмотра (1) обрабатывают импульсные сигналы, определяют временные задержки сигналов и координаты опасного предмета. Результаты обработки полученных данных в первой зоне комплекса досмотра (1) передают во вторую зону комплекса досмотра (2) для сопровождения, портретирования и оценки опасности предмета, а также выводят на экран компьютера системы обработки.

Пол, потолок и стены помещения первой зоны комплекса досмотра (1) закрывают радиопоглощающим экраном (6) для подавления шумов от переотражений.

Вторая зона комплекса досмотра (2) предназначена для уточнения координат и определения контура предмета с разрешением до 3 см. Для этого используют автоматическую досмотровую систему 3-миллиметрового диапазона с приемными устройствами, обеспечивающими узкую (для обеспечения портретирования объекта) диаграмму направленности. Автоматическая досмотровая система во второй зоне комплекса (2) содержит приемную матричную камеру (8), управляемую систему подсвета (9) и видеорегистратор (10). Приемная матричная камера (8) оснащена устройствами фокусировки и сканирования.

Управление автоматической досмотровой системой во второй зоне комплекса (2) осуществляют при помощи компьютера согласно результатам обработки информации, полученной в первой зоне комплекса досмотра (1), в автоматическом режиме. При помощи приемной матричной камеры (8), оснащенной устройствами фокусировки и сканирования, обеспечивают захват, сопровождение и визуализацию опасного предмета во время движения.

Подсвет осуществляют с помощью управляемей системы подсвета (9). Освещение объекта получают с разных ракурсов.

Пол, потолок и стены помещения второй зоны комплекса досмотра (2) покрывают радиоэкранирующим экраном (11) для внутреннего переотражения излучения устройства подсвета и подавления шумов, создаваемых излучением в первой зоне комплекса досмотра (1).

Радиоизображение во второй зоне комплекса досмотра (2) получают посредством приемной матричной камеры (8) с антенной узкой направленности, генерирующей при сканировании значительные потоки данных. Полное сканирование опасных объектов обеспечивается целеуказаниями, передаваемыми от системы обработки сигналов первой зоны (1).

Автоматическая досмотровая система в первой зоне комплекса (1) обеспечивает определение и передачу координат объекта. Автоматическая досмотровая система во второй зоне (2) обеспечивает захват, сопровождение и накопление образов предмета путем управления устройствами подсвета, приемной матричной камерой (8) с устройствами фокусировки и сканирования.

Совместная работа досмотровых систем в первой и второй зонах комплекса (1), (2) обеспечивает уточнение координат и получение более точного изображения предмета с разрешением до нескольких сантиметров, наложенного на видеоизображение.

Для получения изображения предмета с разрешением до нескольких миллиметров используют автоматическую досмотровую систему в третьей зоне комплекса (3). В третьей зоне комплекса досмотра (3) получают радиоизображение в терагерцовом диапазоне длин волн и при необходимости производят захват и накопление образов объекта с последующим распознанием предмета по базе данных. Автоматическая досмотровая система в третьей зоне комплекса (3) содержит лазерный источник терагерцового сигнала, устройство сканирования и приемную камеру, собранные в сканирующее приемо-передающее устройство (12). Ориентацию приемной камеры и направление подсветки определяют с использованием данных, полученных автоматической досмотровой системой во второй зоне комплекса (2). Автоматические досмотровые системы во второй (2) и третьей (3) зонах связаны посредством компьютера. С помощью автоматической досмотровой системы в третьей зоне (3) уменьшают поток данных, поступающий в систему обработки. В третьей зоне комплекса (3) при помощи системы обработки автоматически определяют точную форму предмета, выполняют его идентификацию по базе данных, осуществляют наложение полученной формы на видеоизображение, выводят результат на компьютер пульта оператора комплекса досмотра (4).

Способ осуществляют следующим образом. Перед началом работы комплекса производят загрузку управляющего компьютера, осуществляют включение, проверку и настройку автоматических досмотровых систем комплекса. Передвигающийся естественно объект досмотра, имеющий скрытый предмет, по мере приближения к области расположения автоматической досмотровой системы в первой зоне комплекса (1) освещается источниками миллиметрового излучения (5).

При перемещении объекта досмотра в первой зоне (1) автоматически производят многократный захват отраженного сигнала от предмета и от объекта досмотра приемными устройствами (7), разделяют сигналы от объекта досмотра и от скрытого предмета, рассчитывают координаты предмета с помощью системы обработки сигналов, совмещают предмет, расположенный в области вычисленных координат, и изображение объекта на экране компьютера.

Найденные приблизительные координаты предмета автоматически передают во вторую зону комплекса досмотра (2), где, согласно этим координатам, производят настройку управляемой системы подсвета (9) и обзора приемной матричной камеры (8). С помощью управляемой системы подсвета (9) выполняют сканирование в рассчитанном угловом диапазоне для захвата сигнала от опасного предмета.

При обнаружении объекта со скрытым предметом под одеждой во второй зоне комплекса (2) передают сигнал, отраженный от объекта при некоторых углах сканирования, и переводят автоматизированную досмотровую систему (2) в режим сопровождения и восстановления изображения, в течение которого при более мощной подсветке определяют форму и область расположения опасного предмета путем некогерентного накопления и анализа принятых сигналов, производят классификацию предмета.

На экран компьютера автоматической досмотровой системы во второй зоне (2) выводят радиоизображение предмета, полученное приемной матричной камерой (8), наложенное на изображение, полученное видеорегистратором (10). На всех этапах сопровождения с помощью автоматической досмотровой системы во второй зоне (2) анализируют радиоизображение предмета для его классификации, сравнивают с запрещенными предметами по базе данных.

При распознавании объекта как вероятно опасного передают сигнал на пульт оператора комплекса досмотра (4) и в третью зону комплекса досмотра с автоматической досмотровой системой (3), где объект подвергают уточняющему сканированию терагерцовым излучением при помощи автоматической досмотровой системы (3), обеспечивающей высокое разрешение. Обнаруженные координаты и форму предмета выводят на экран компьютера оператора с наложением на видеоизображение в соответствии с результатами классификации.

Использование: для обнаружения и идентификации скрытых предметов при персональном досмотре людей, естественно передвигающихся в структурированном безостановочном потоке. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют облучение микроволновым излучением контролируемой области с помощью излучателей, регистрацию отраженного от контролируемой области сигнала, синхронную видеорегистрацию передвигающихся людей видеорегистратором, обработку зарегистрированных сигналов системой обработки и отображение полученной информации, при этом перемещение людей осуществляют последовательно как минимум через две зоны досмотра с установленными в них соответственно первой и второй взаимосвязанными автоматическими досмотровыми системами, работающими в миллиметровом диапазоне длин волн, при этом в первой зоне досмотра грубо и быстро определяют координаты возможных опасных предметов и их носителей, а во второй зоне досмотра получают точное радиоизображение помеченных первой досмотровой системой возможных опасных предметов и людей, переносящих предметы, согласовывают поток информации с производительностью системы обработки, идентифицируют опасные предметы и их носителей с помощью нейронной сети и накладывают радиоизображение идентифицированных опасных предметов и их носителей на видеоизображение. Технический результат: обеспечение безопасного персонального безостановочного досмотра людей, сокращение объема и времени обработки информации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения и идентификации скрытых предметов при персональном досмотре людей, естественно передвигающихся в структурированном безостановочном потоке, заключающийся в облучении микроволновым излучением контролируемой области с помощью излучателей, регистрации отраженного от контролируемой области сигнала, синхронной видеорегистрации передвигающихся людей видеорегистратором, обработке зарегистрированных сигналов системой обработки и отображении полученной информации, отличающийся тем, что перемещение людей осуществляют последовательно как минимум через две зоны досмотра с установленными в них соответственно первой и второй взаимосвязанными автоматическими досмотровыми системами, работающими в миллиметровом диапазоне длин волн, при этом в первой зоне досмотра грубо и быстро определяют координаты возможных опасных предметов и их носителей, а во второй зоне досмотра получают точное радиоизображение помеченных первой досмотровой системой возможных опасных предметов и людей, переносящих предметы, согласовывают поток информации с производительностью системы обработки, идентифицируют опасные предметы и их носителей с помощью нейронной сети и накладывают радиоизображение идентифицированных опасных предметов и их носителей на видеоизображение.

2. Способ обнаружения и идентификации скрытых предметов п. 1, отличающийся тем, что в первой досмотровой системе используют не менее двух источников миллиметрового излучения и приемных устройств с антеннами, имеющими широкую диаграмму направленности, а во второй досмотровой системе используют управляемую систему подсвета в миллиметровом диапазоне и приемную матричную камеру, оснащенную устройствами фокусировки и прицеливания, с антенной с узкой диаграммой направленности.

3. Способ обнаружения и идентификации скрытых предметов п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют перемещение людей через третью зону досмотра с установленной в ней досмотровой системой, работающей в терагерцевом диапазоне длин волн.