CN106526683B - 金属弱磁探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属弱磁探测方法，采用磁传感器来感应被测目标通过探测区域时的磁场变化，利用金属通过探测区域时会引起探测区域磁场异常变化的原理，来鉴别被探测目标是否含有金属物体；而磁传感器两列设计，从不同位置感应磁场强度，能够避免单一方向探测时因物体电磁特性的叠加而导致的漏检；磁传感器无需激励源，不会产生电磁辐射比较安全。

Description

金属弱磁探测方法
技术领域
本发明涉及一种金属弱磁探测方法。
背景技术
目前国内外金属探测方法主要有：电磁感应型、X射线检测型和微波检测型。主要设备有安检X光机、金属安检门、便携式手持金属探测仪、台式金属探测器等仪器。
其中，电磁感应型是金属探测中应用最广泛的一类，基本原理是通过检测金属对交变电磁场的干扰来检测金属。但当存在两种或两种以上磁特性、电特性不同的金属，极有可能导致感应磁场相抵消，最终导致漏报。
X射线检测型(如X射线行李安检机)，根据被检测物对X射线的吸收程度来判定物品中所含异物的形状、位置、种类，但是该设备长期运行会出现图像分辨率下降问题。
微波检测型通过检测微波的反射、透射、衍射、干涉等物理特性的改变，以及被检材料的电磁特性，实现检测目的，如太赫兹成像技术。但是目前最大的困难还是没有高功率便携式连续可调的成本较低的THz发射源和满足现实要求的滤光片，另外也没有能够常温下直接探测太赫兹射线的被动式探测器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属弱磁探测方法，基于金属物体在地磁场作用下产生磁异常这一自然现象，在不主动发射探测波、不存在任何的电离或电磁辐射的情况下，实现对金属物体的探测。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种金属弱磁探测方法，具体包括如下步骤：
1)由多个磁传感器实时获取被探测区域的弱磁信息；其中，所述所述磁传感器以j、k两列设置，j列比k列离被探测区域入口近；
2)信号采集器将磁传感器发送的电信号转换为数字信号；
3)控制器根据步骤2)所述的数字信号计算出j、k两列磁传感器各探测点的磁异常梯度数据；
4)将j、k两列同行磁传感器的磁异常梯度数据差值的求和平均值S与阈值范围(-A,A)进行比较，若求和平均值超出阈值范围即S＞A或S＜-A，则判定为有金属物体进入被探测区域；如果求和平均值在阈值范围内即S∈(-A,A)，则进入步骤5)；其中，求和平均值n为磁传感器的行数，Sji为j列i行磁传感器相应的磁异常梯度数据，Ski为k列i行磁传感器相应的磁异常梯度数据；
5)若S∈(-A,A)是在检测过程S＞A→S∈(-A,A)→S＜-A中出现的，则判定为有金属物体进入被探测区域；否则判定为没有金属物体进入被探测区域。
与现有技术相比，本发明的优点在于采用磁传感器来感应被测目标通过探测区域时的磁场变化，利用金属通过探测区域时会引起探测区域磁场异常变化的原理，来鉴别被探测目标是否含有金属物体；而磁传感器两列设计，从不同位置感应磁场强度，能够避免单一方向探测时因物体电磁特性的叠加而导致的漏检；磁传感器无需激励源，不会产生电磁辐射比较安全。
作为改进，在探测出金属物体进入被探测区域时，根据磁梯度值将金属物体以二维彩色图像在控制器显示器界面显示，显示金属物体的大致形状以方便操作人员判断，不整体显示被探测目标，保护了乘客的隐私。
其中，金属物体以二维彩色图像显示是指，在磁梯度值进行阈值分割和归一化处理并进行邻域平均后，基于RGB彩色空间以红色到蓝色的变化表示磁异常强度从强到弱的变化。磁梯度值阈值分割和归一化处理的具体方法为：S1设磁梯度数据的归一化函数为f(x)＝a*x2+b*x+c，根据3西格玛原则求阈值线；其中，f(x)为磁梯度值，自变量x为磁梯度值f(x)对应到RGB彩色空间二维彩色图像中的像素值，a、b、c分别为成像系数；S2定义超阈值线的磁梯度值中的最大磁梯度值fmax对应的自变量x值为1，fmax＝a*1+b*1+c；定义超阈值线的磁梯度值中的最小磁梯度值fmin对应的自变量x值为0.2，fmin＝a*(0.2)2+b*0.2+c；定义阈值线以内的磁梯度值f(x)＝0；S3根据上述三个定义求出一个一元二次方程，获得成像系数a、b、c的数值；S4然后将各磁异常梯度数据对应的RGB彩色空间二维彩色图像的像素值根据f(x)＝a*x2+b*x+c一一映射到(0，1)内。
作为改进，在实时探测过程中，将当前时刻的磁异常成像尺寸与设定的阀值做比较，超出阀值时报警；其中，磁异常成像尺寸是指当前时刻磁异常梯度数据对应的RGB彩色空间二维彩色图像的像素值超过0.2的个数。
作为优选，所述的磁传感器为磁芯由铁基非晶合金制成的磁通门传感器，精度达到0.1nT，对磁场变化异常灵敏。
作为改进，所述磁通门传感器为12个，两列磁通门传感器之间的距离为50cm；同列磁通门传感器之间的行距小于15cm。
作为改进，所述控制器还连接有扬声器和警示灯。
附图说明
图1为本发明使用的金属探测装置的立体示意图。
图2为本发明使用的金属探测装置的后视示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本优选实施例为一种金属弱磁探测方法，具体包括如下步骤：1)由多个磁传感器实时获取被探测区域的弱磁信息；其中，所述磁传感器以j、k两列设置，j列比k列离被探测区域入口近；
2)信号采集器将磁传感器发送的电信号转换为数字信号；
3)控制器根据步骤2)所述的数字信号计算出j、k两列磁传感器各探测点的磁异常梯度数据；
4)将j、k两列同行磁传感器的磁异常梯度数据差值的求和平均值S与阈值范围(-A,A)进行比较，若求和平均值超出阈值范围即S＞A或S＜-A，则判定为有金属物体进入被探测区域；如果求和平均值在阈值范围内即S∈(-A,A)，则进入步骤5)；其中，求和平均值n为磁传感器的行数，Sji为j列i行磁传感器相应的磁异常梯度数据，Ski为k列i行磁传感器相应的磁异常梯度数据；
5)若S∈(-A,A)是在检测过程S＞A→S∈(-A,A)→S＜-A中出现的，则判定为有金属物体进入被探测区域；否则判定为没有金属物体进入被探测区域。
本方法使用金属探测装置利用金属物体被地磁场磁化后产生感应磁场并叠加在平缓变化的地磁场之上的自然现象，在金属通过探测区域时会引起探测区域磁场异常变化的原理，来鉴别被探测目标是否含有金属物品，无金属物品通过探测区域时磁场变化缓慢，金属物品通过探测区域时磁场发生剧烈变化，当金属物处于磁传感器正方向时，磁场信号达到极值。金属探测装置具体如图1和2所示包括机体1，机体1背面设有用于获取探测区域弱磁信号的12个两排排列的磁通门传感器11阵列，两排磁通门传感器之间的距离最优为50cm，其中同排磁通门传感器之间的行距小于15cm，磁通门传感器11的磁芯由铁基非晶合金制成，精度达到0.1nT；机体1内设有用于将磁通门传感器11发出的电信号转换为数字信息的信号采集器(图中未示出)和将数字信息转换为二维图像用于显示检测结果的控制器(图中未示出)；磁通门传感器11通过信号采集器与控制器连接。另外，金属探测装置还包括摄像头13、扬声器14、警示灯15、报警按钮16和键盘17。摄像头13、扬声器14和警示灯15分别与控制器连接，用于提醒操作工人注意有金属物品通过。报警按钮16与控制器连接，控制器通过网络与公安***连接，可设置人工或自动报警；键盘17可以修改参数，设置扬声器14和警示灯15工作的阀值。
通过磁通门传感器11实时采集到的探测区域磁场信息，计算出磁异常时的磁梯度值和磁场峰值，结合阈值分割和邻域平均等算法将检测结果在机体1正面控制器显示器12界面上的RGB彩色空间以二维彩色图像显示，以红色到蓝色的变化表示磁异常强度从强到弱的变化；为了使人眼对磁异常更容易识别判断和图像更平滑，图像处理时采用了阈值分割和归一化方法。磁梯度值阈值分割和归一化处理的具体方法为：S1设磁梯度数据的归一化函数为f(x)＝a*x2+b*x+c，根据3西格玛原则求阈值线；其中，f(x)为磁梯度值，自变量x为磁梯度值f(x)对应到RGB彩色空间二维彩色图像中的像素值，a、b、c分别为成像系数；S2定义超阈值线的磁梯度值中的最大磁梯度值fmax对应的自变量x值为1，fmax＝a*1+b*1+c；定义超阈值线的磁梯度值中的最小磁梯度值fmin对应的自变量x值为0.2，fmin＝a*(0.2)2+b*0.2+c；定义阈值线以内的磁梯度值f(x)＝0；S3根据上述三个定义求出一个一元二次方程，获得成像系数a、b、c的数值；S4然后将各磁异常梯度数据对应的RGB彩色空间二维彩色图像的像素值根据f(x)＝a*x2+b*x+c一一映射到(0，1)内。在实时探测过程中，将当前时刻的磁异常成像尺寸与设定的阀值做比较，超出阀值时报警；其中，磁异常成像尺寸是指当前时刻磁异常梯度数据对应的RGB彩色空间二维彩色图像的像素值超过0.2的个数。

Claims (8)

1.一种金属弱磁探测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)由多个磁传感器实时获取被探测区域的弱磁信息；其中，所述磁传感器以j、k两列设置，j列比k列离被探测区域入口近；
2)信号采集器将磁传感器发送的电信号转换为数字信号；
3)控制器根据步骤2)所述的数字信号计算出j、k两列磁传感器各探测点的磁异常梯度数据；
4)将j、k两列同行磁传感器的磁异常梯度数据差值的求和平均值S与阈值范围(-A,A)进行比较，若求和平均值超出阈值范围即S＞A或S＜-A，则判定为有金属物体进入被探测区域；如果求和平均值在阈值范围内即S∈(-A,A)，则进入步骤5)；其中，求和平均值n为磁传感器的行数，Sji为j列i行磁传感器相应的磁异常梯度数据，Ski为k列i行磁传感器相应的磁异常梯度数据；
5)若S∈(-A,A)是在检测过程S＞A→S∈(-A,A)→S＜-A中出现的，则判定为有金属物体进入被探测区域；否则判定为没有金属物体进入被探测区域。
2.根据权利要求1所述的金属弱磁探测方法，其特征在于：在探测出金属物体进入被探测区域时，根据磁梯度值将金属物体以二维彩色图像在控制器显示器界面显示。
3.根据权利要求2所述的金属弱磁探测方法，其特征在于：金属物体以二维彩色图像显示是指，在磁梯度值进行阈值分割和归一化处理并进行邻域平均后，基于RGB彩色空间以红色到蓝色的变化表示磁异常强度从强到弱的变化。
4.根据权利要求3所述的金属弱磁探测方法，其特征在于，磁梯度值阈值分割和归一化处理的具体方法为：S1设磁梯度数据的归一化函数为f(x)＝a*x2+b*x+c，根据3西格玛原则求阈值线；其中，f(x)为磁梯度值，自变量x为磁梯度值f(x)对应到RGB彩色空间二维彩色图像中的像素值，a、b、c分别为成像系数；S2定义超阈值线的磁梯度值中的最大磁梯度值fmax对应的自变量x值为1，fmax＝a*1+b*1+c；定义超阈值线的磁梯度值中的最小磁梯度值fmin对应的自变量x值为0.2，fmin＝a*(0.2)2+b*0.2+c；定义阈值线以内的磁梯度值f(x)＝0；S3根据上述三个定义求出一个一元二次方程，获得成像系数a、b、c的数值；S4然后将各磁异常梯度数据对应的RGB彩色空间二维彩色图像的像素值根据f(x)＝a*x2+b*x+c一一映射到(0，1)内。
5.根据权利要求4所述的金属弱磁探测方法，其特征在于：在实时探测过程中，将当前时刻的磁异常成像尺寸与设定的阀值做比较，超出阀值时报警；其中，磁异常成像尺寸是指当前时刻磁异常梯度数据对应的RGB彩色空间二维彩色图像的像素值超过0.2的个数。
6.根据权利要求1所述的金属弱磁探测方法，其特征在于：所述的磁传感器为磁芯由铁基非晶合金制成的磁通门传感器。
7.根据权利要求6所述的金属弱磁探测方法，其特征在于：所述磁通门传感器为12个，两列磁通门传感器之间的距离为50cm；同列磁通门传感器之间的行距小于15cm。
8.根据权利要求7所述的金属弱磁探测方法，其特征在于：所述控制器还连接有扬声器和警示灯。
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