JP2005351811A - Detector for hazardous material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To specify an object, such as a hazardous material or the like in a short time, by subjecting the object to fluoroscopic observation in a moving body to be photographed, without affecting human bodies. <P>SOLUTION: Phased array antennas are arranged respectively in front of, at the back of, on right and left sides of, and above a prescribed space wherein a people intervenes, and under an aerial transceiver controller, electric waves are transmitted by the phased array antennas, and waves reflected by surfaces of the object are received, and a distance from the object and its positional information are derived from the reflected waves, and image data of the surfaces are generated. Then, in a control/image processing section, three-dimensional image data are generated from the image data of each surface, and the generated three-dimensional image data are analyzed, by being compared with model data in a database. Furthermore, model data, having relevance ratios which are not smaller than a prescribed value, are selected as remarkable reference data and displayed on an image display device along with the three-dimensional image data, corresponding to the relevance ratios. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、人が持ち運ぶ危険な目標物を探知し知らせるための危険物探知装置に関するものである。   The present invention relates to a dangerous object detection device for detecting and informing a dangerous target carried by a person.

近年、テロなどの災害が増え、携行する危険物に対するチェックが各所で要求されるようになった。空港の登場口ではある程度機械化された監視装置はあるが、人手によるところが多いのが一般的である。人手だけによる場合には、バッグなどの中身を調べる持ち物検査となるが、１件１件行うため手間がかかるのと人の通行を滞らせる要因となっていた。したがって、人手の介在を極力無くし、効率良く危険物を探知できるようにすることが望まれている。
一方、従来この種の監視に適用できる技術としては、実写映像と三次元モデル画像の一致状態を検出する技術（例えば、特許文献１参照）、複数の実写映像からの映像を用いて三次元画像を合成する技術（例えば、特許文献２参照）、複数の映像カメラからの撮像データを予め準備された三次元パターンと比較して対象物を判定する技術（例えば、特許文献３参照）など外観の実写映像を用いたものがある。また、携行者から分離された手荷物の中の物体の６面にＸ線を照射してそれぞれのＸ線画像を取得し、それらの画像を用いて三次元立体画像を得る技術（例えば、特許文献４参照）がある。 In recent years, the number of disasters such as terrorism has increased, and checks for dangerous goods to carry are now required at various locations. There are monitoring devices that are mechanized to some extent at the airport entrance, but they are usually manual. In the case of manual work alone, it is an inspection of belongings that examines the contents of bags and the like. However, since it is performed one by one, it takes time and causes a delay in human traffic. Therefore, it is desired to make it possible to detect dangerous objects efficiently with minimal human intervention.
On the other hand, as a technique that can be applied to this type of monitoring in the past, a technique for detecting a matching state between a live-action video and a three-dimensional model image (see, for example, Patent Document 1), and a three-dimensional image using video from a plurality of real-shot videos Such as a technique for synthesizing an object (for example, see Patent Document 2), a technique for comparing an imaging data from a plurality of video cameras with a three-dimensional pattern prepared in advance (for example, see Patent Document 3), and the like. Some use live-action video. In addition, a technique for obtaining X-ray images by irradiating six surfaces of an object in a baggage separated from a carryer to obtain respective X-ray images and using those images (for example, patent documents) 4).

特開平９−２３４４９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-23449 特開平８−１８８５８号公報JP-A-8-18858 特開平２００２−３７３０１９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-373019 特開平２００３−２０７４６４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-207464

従来の監視装置は以上のように構成されているが、映像カメラによる実写映像を用いた監視技術では、物体の外観しか捉えることができないので、危険物を露出させて携行している場合には有効であるが、バッグなどに入れて携行している場合には透視できないので中身を特定することは不可能である。一方、Ｘ線を用いて透視画像を抽出するものに関しては、物体のみに対しては有効であるが、被写体を一時的に停止させ、放射線であるＸ線を透過させて撮像することになるため、人体の被爆を避けなければならず、携行者ごと撮影することには適さないという問題があった。   Although conventional monitoring devices are configured as described above, monitoring technology using live-action video from a video camera can only capture the appearance of an object. Although it is effective, it is impossible to identify the contents because it cannot be seen through when carrying in a bag or the like. On the other hand, the method of extracting a fluoroscopic image using X-rays is effective only for an object, but the subject is temporarily stopped and imaging is performed by transmitting X-rays as radiation. However, there was a problem that it was not suitable for taking a picture of every person carrying it, because it was necessary to avoid exposure to the human body.

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、人体には影響を及ぼさず、かつ移動中の被写体からも危険物等の目標物を透視して三次元画像を生成し、目標物を短時間で特定することのできる危険物探知装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and generates a three-dimensional image that does not affect the human body and that is viewed through a target such as a dangerous object from a moving subject. An object of the present invention is to obtain a dangerous object detection device that can identify an object in a short time.

この発明に係る危険物探知装置は、人が介在する所定の空間の前後左右上に配置されたそれぞれのフェーズドアレーアンテナと、フェーズドアレーアンテナにより電波を送信して対象物の面の反射波をそれぞれ受信し、反射波から対象物の距離、位置情報を算出して面の画像データを生成するフェーズドアレーアンテナごとに設けられたアンテナ送受信制御手段と、予め測定して生成した三次元画像のモデルデータを格納するデータベースと、各面の画像データから三次元画像データを生成し、生成された三次元画像データを前記モデルデータと比較分析し、適合率が所定値以上のモデルデータを注目すべき参考データとして、その適合率と対応する三次元画像データと共に画像表示装置で表示させる画像処理手段とを備えたものである。   The dangerous object detection device according to the present invention includes a phased array antenna disposed on the front, back, left, and right of a predetermined space in which a person is interposed, and a reflected wave on the surface of the object by transmitting radio waves using the phased array antenna. Antenna transmission / reception control means provided for each phased array antenna that receives and generates the image data of the surface by calculating the distance and position information of the object from the reflected wave, and the model data of the three-dimensional image generated by measurement in advance 3D image data is generated from the image data of each surface and the image data of each surface, the generated 3D image data is compared with the model data, and model data with a matching rate equal to or higher than a predetermined value should be noted As the data, image processing means for displaying on the image display device together with the three-dimensional image data corresponding to the matching rate is provided.

この発明によれば、人体には影響を及ぼさず、人が所持している物体が金属であるかないかに関わらず、移動中の物体の形状を短時間で透視し確認することができるので、危険物の監視に適する効果がある。   According to the present invention, the human body is not affected, and the shape of the moving object can be seen through in a short time regardless of whether the object carried by the person is a metal or not. There is an effect suitable for monitoring of things.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による三次元画像を表示するための危険物探知装置の構成を示すブロック図である。
フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子を並べ、これらの素子で送信した電波の反射波を素子間に位相差を持たせて受信することにより指向性（分解能）を高めることができるものである。一つの面に対してできるだけ多くのアンテナ素子を並べて、指向性を向上させることができる。この発明では、人が介在する所定の空間の前後左右上に個別にフェーズドアレイアンテナ１０１〜１０５を配置し、ある位相に固定した電波を送信し、対象物の各面からの反射波を受信する。これらのフェーズドアレイアンテナ１０１〜１０５の配置例を図２に示す。図２（ａ）は、人の通過する駅構内、飛行機や船舶の登場口などの空間を想定して、その空間の前後左右上の５方向にフェーズドアレイアンテナ１０１〜１０５を配置した状態を示している。矢印は人の通行経路を示している。この場合の通行経路は、実際には壁などで規制されることによって形成されることになる。図２（ｂ）は、車両、飛行機、船舶内などの座席の空間に対してフェーズドアレイアンテナを配置した状態を示している。ただし、左右のアンテナ１０３、１０４は、ここでは省略して示している。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a dangerous object detection apparatus for displaying a three-dimensional image according to Embodiment 1 of the present invention.
A phased array antenna can enhance directivity (resolution) by arranging a plurality of antenna elements and receiving a reflected wave of a radio wave transmitted by these elements with a phase difference between the elements. Directivity can be improved by arranging as many antenna elements as possible on one surface. In the present invention, phased array antennas 101 to 105 are individually arranged on the front, rear, left, and right sides of a predetermined space in which a person is interposed, radio waves fixed at a certain phase are transmitted, and reflected waves from each surface of the object are received. . An arrangement example of these phased array antennas 101 to 105 is shown in FIG. FIG. 2A shows a state in which phased array antennas 101 to 105 are arranged in five directions on the front, rear, left, and right of the space assuming a space such as a station premises where people pass and an entrance of an airplane or a ship. ing. The arrow indicates the route of human traffic. In this case, the traffic route is actually formed by being restricted by a wall or the like. FIG. 2B shows a state in which the phased array antenna is arranged in a seat space such as a vehicle, an airplane, or a ship. However, the left and right antennas 103 and 104 are not shown here.

アンテナ送受信制御部（アンテナ送受信制御手段）１６は、フェーズドアレイアンテナ１０１〜１０５のそれぞれに対して設けられており、各フェーズドアレイアンテナの送受信データに対して位相を制御し、反射波から対象物の距離、位置情報を算出して面の画像データを生成する手段である。フェーズドアレイアンテナ１０１を例に説明すると、図３に示すように、フェーズドアレイアンテナ１０１は、電波を被写体１に対して送信し、その反射波を受信するが、そのため、アンテナ送受信制御部１６により位相差を変化させた方向に送受信を行わせる。すなわち、電波の位相を変化させて、真正面からだけでなく、それ以外の方向に対して電波を放射し、同様にして受信する場合、送信方向に合わせて位相を固定し、位相が正しく重なるような方向からきた電波に対してのみ、反射波を得るようにフェーズドアレイアンテナ１０１を制御している。この位相の制御は、制御・画像処理部１０からフェーズドアレイアンテナ制御信号が与えられることにより、アンテナ送受信制御部１６で制御して位相器３４で位相の重み付けを行うことでなされる。この位相重みの付け具合により、平面の形状だけでなく、より詳細な面の形状を知ることができる。   The antenna transmission / reception control unit (antenna transmission / reception control means) 16 is provided for each of the phased array antennas 101 to 105, controls the phase of transmission / reception data of each phased array antenna, and detects the object from the reflected wave. It is a means for calculating the distance and position information and generating image data of the surface. The phased array antenna 101 will be described as an example. As shown in FIG. 3, the phased array antenna 101 transmits radio waves to the subject 1 and receives the reflected waves. Transmit and receive in the direction in which the phase difference is changed. In other words, when changing the phase of the radio wave and radiating the radio wave not only from the front but also in other directions and receiving in the same way, fix the phase according to the transmission direction so that the phases overlap correctly The phased array antenna 101 is controlled so as to obtain a reflected wave only for radio waves coming from different directions. This phase control is performed by weighting the phase by the phase shifter 34 under the control of the antenna transmission / reception control unit 16 when a phased array antenna control signal is given from the control / image processing unit 10. With this phase weighting, not only the shape of the plane but also the more detailed shape of the surface can be known.

アンテナ送受信制御部１６では、反射波を受信すると、電波の速度と電波を送信して受信するまでの時間に基づいてアンテナ面から被写体の反射面までの距離を計測する。また、位相器３４で制御した位相差から送信した点と反射した点のなす傾斜角度を算出し、この距離と傾斜角度から反射点の位置情報を得る。これら、距離と位置情報より、後で被写体の全体面の形１７と厚み１８、すなわち体積を算出することができる。
また、アンテナ送受信制御部１６は、反射波から反射係数を求める。この場合、無限に高硬度の物質からの反射波の電波強度φ０と、ターゲット（バッグ内に収容されている危険物なども含まれる）となる物質の反射波の電波強度φ１との比φ１／φ０を反射係数として求める。この反射係数から物質を割り出すことができる。 When the antenna transmission / reception control unit 16 receives the reflected wave, the antenna transmission / reception control unit 16 measures the distance from the antenna surface to the reflecting surface of the subject based on the speed of the radio wave and the time until the radio wave is transmitted and received. Further, the tilt angle formed between the transmitted point and the reflected point is calculated from the phase difference controlled by the phase shifter 34, and the position information of the reflection point is obtained from this distance and the tilt angle. From these distance and position information, the shape 17 and thickness 18 of the entire surface of the subject, that is, the volume can be calculated later.
Further, the antenna transmission / reception control unit 16 obtains a reflection coefficient from the reflected wave. The ratio in this case, an RSSI phi 0 of the reflected wave from an infinitely high hardness material, an RSSI phi 1 of the reflected wave of a substance as a target (such as hazardous materials contained in the bag are also included) Obtain φ 1 / φ 0 as a reflection coefficient. The substance can be determined from this reflection coefficient.

アンテナ送受信制御部１６では、受信した反射波から面の画像データを構成する前に、ノイズを除去するためのフィルタリングを行う。一般的に、ノイズの周波数帯域は信号の周波数帯域よりも高周波であるのでローパスフィルタを用いる。また、反射波をデータとするように自己相関関数をとる。次に、フィルタリング処理により画質改善されたデータで面を構成し、前後左右上の五面の各画像データを制御・画像処理部（画像処理手段）１０に出力する。   The antenna transmission / reception control unit 16 performs filtering for removing noise before constructing the image data of the surface from the received reflected wave. Generally, since the frequency band of noise is higher than the frequency band of signals, a low-pass filter is used. Also, an autocorrelation function is taken so that the reflected wave is data. Next, a plane is constituted by data whose image quality has been improved by the filtering process, and the image data of the five planes on the front, rear, left and right are output to the control / image processing section (image processing means) 10.

制御・画像処理部１０では、図４に示す手順に従って処理が行われる。
各面の画像データが入力されると（ステップＳＴ４１）、各データの所持する位置情報に基づいて三次元空間に前後左右上になるよう配置して、三次元画像データを作成する（ステップＳＴ４２）。次に、作成された三次元画像データに関して、構成された三次元画像から体積、中心線を抽出し、形状分析を行う。ここで、データベース部２０には、予めこの危険物探知装置を用いて計測生成した様々な種類の物体の三次元画像化したモデルデータが格納されている。このデータベース部２０からモデルデータを読み出し、その体積、中心線を現在観測して生成した三次元画像データの体積、中心線との比較を行い分析する（ステップＳＴ４３）。この場合、対象物がバッグ内にあって外部から確認できないものである場合、反射係数も加えて分析を行う。分析して割り出した適合率が、例えば９０パーセント以上のモデルデータについては、三次元画像データに最も近似している注目すべき参考データとし（ステップＳＴ４４）、その適合率と対応する三次元画像データと共に形状分析結果として画像表示装置３０に出力し表示させる（ステップＳＴ４５）。一方、形状分析において、適合率が９０パーセント未満の作成した三次元画像データに関しては、新規データとしてその体積、中心線、反射係数と共にデータベース部２０に蓄積し、同時に、画像表示装置３０で表示させ、確認と注意を促す（ステップＳＴ４６）。なお、ステップＳＴ４４において、適合率が９０パーセント以上で、画像表示装置３０により表示する場合、同時に画面上または音で警報を出すようにしてもよいし、また、適合するモデルデータが示す名称（例えばナイフ、拳銃など）を同時に表示させるようにしてもよい。 The control / image processing unit 10 performs processing according to the procedure shown in FIG.
When the image data of each surface is input (step ST41), the three-dimensional image data is created by arranging them in the three-dimensional space in the front, rear, left, and right directions based on the positional information possessed by each data (step ST42). . Next, with respect to the created three-dimensional image data, a volume and a center line are extracted from the constructed three-dimensional image, and shape analysis is performed. Here, the database unit 20 stores model data obtained by three-dimensional imaging of various types of objects measured and generated in advance using the dangerous object detection apparatus. The model data is read out from the database unit 20, and the volume and centerline of the model data are currently observed and compared with the volume and centerline of the generated 3D image data and analyzed (step ST43). In this case, when the object is in the bag and cannot be confirmed from the outside, the reflection coefficient is also added for analysis. For model data with a precision of 90% or more determined by analysis, for example, reference data that should be noted most closely to the three-dimensional image data (step ST44), and the three-dimensional image data corresponding to the precision At the same time, it is output and displayed as a shape analysis result on the image display device 30 (step ST45). On the other hand, in the shape analysis, the created three-dimensional image data having a precision of less than 90% is stored as new data in the database unit 20 together with its volume, center line, and reflection coefficient, and simultaneously displayed on the image display device 30. Confirmation and attention are urged (step ST46). In step ST44, when the matching rate is 90% or higher and the image is displayed by the image display device 30, an alarm may be issued simultaneously on the screen or with a sound, or the name (for example, the matching model data indicates) Knives, pistols, etc.) may be displayed simultaneously.

マンマシンインタフェース部３１は、キーボードやマウスのような入力手段からなり、各面の画像合成を最適化するために、制御・画像処理部１０を介して対応するフェーズドアレイアンテナの位相を入力し、変更することができる。また、各面の画像データから有効な三次元合成を行うように入力操作も行えるものである。   The man-machine interface unit 31 includes input means such as a keyboard and a mouse, and inputs the phase of the corresponding phased array antenna via the control / image processing unit 10 in order to optimize image synthesis on each surface. Can be changed. In addition, an input operation can be performed so as to perform effective three-dimensional synthesis from the image data of each surface.

以上のように、この実施の形態１によれば、人が介在する所定の空間の前後左右上にそれぞれのフェーズドアレーアンテナを配置し、アンテナ送受信制御部により、フェーズドアレーアンテナにより電波を送信して対象物の面の反射波をそれぞれ受信し、反射波から対象物の距離、位置情報を算出して面の画像データを生成し、制御・画像処理部により、各面の画像データから三次元画像データを生成し、生成された三次元画像データをデータベースのモデルデータと比較分析し、適合率が所定値以上のモデルデータを注目すべき参考データとして、その適合率と対応する三次元画像データと共に画像表示装置で表示させるようにしている。したがって、人が所持している物体が金属であるかないかに関わらず、その物体の形状まで短時間で確認することができる。また、面の画像データから形状を三次元合成するため、目視だけの確認だけでなく、同一形状の物体との比較分析も可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the respective phased array antennas are arranged on the front, rear, left, and right sides of a predetermined space in which a person is interposed, and the antenna transmission / reception control unit transmits radio waves using the phased array antenna. Receiving each reflected wave of the surface of the object, calculating the distance and position information of the object from the reflected wave and generating the image data of the surface, the control / image processing unit, from the image data of each surface, 3D image Data is generated, the generated 3D image data is compared and analyzed with model data in the database, and model data with a precision ratio of a predetermined value or more is used as reference data for attention, together with the 3D image data corresponding to the precision ratio. The image is displayed on the image display device. Therefore, it is possible to confirm the shape of the object in a short time regardless of whether the object carried by the person is a metal or not. Further, since the shape is three-dimensionally synthesized from the image data of the surface, not only visual confirmation but also comparative analysis with an object having the same shape is possible.

この発明の実施の形態１による危険物探知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the dangerous material detection apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態に係るフェーズドアレイアンテナの配置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of arrangement | positioning of the phased array antenna which concerns on embodiment of this invention. この発明の実施の形態１に係る送受信アンテナの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating operation | movement of the transmission / reception antenna which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る制御・画像処理部の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the control and image processing part which concerns on Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 制御・画像処理部、１６ アンテナ送受信制御部、２０ データベース部、３０ 画像表示装置、３１ マンマシンインタフェース部、３４ 位相器、１０１〜１０５ フェーズドアレイアンテナ。   10 control / image processing unit, 16 antenna transmission / reception control unit, 20 database unit, 30 image display device, 31 man-machine interface unit, 34 phase shifter, 101-105 phased array antenna.

Claims (3)

人が介在する所定の空間の前後左右上に配置されたそれぞれのフェーズドアレーアンテナと、
フェーズドアレーアンテナにより電波を送信して対象物の面の反射波をそれぞれ受信し、反射波から対象物の距離、位置情報を算出して面の画像データを生成するフェーズドアレーアンテナごとに設けられたアンテナ送受信制御手段と、
予め測定して生成した三次元画像のモデルデータを格納するデータベースと、
前記各面の画像データから三次元画像データを生成し、生成された三次元画像データを前記モデルデータと比較分析し、適合率が所定値以上のモデルデータを注目すべき参考データとして、その適合率と対応する三次元画像データと共に画像表示装置で表示させる画像処理手段とを備えたことを特徴とする危険物探知装置。 Each phased array antenna disposed on the front, back, left, and right of a predetermined space where humans intervene,
Provided for each phased array antenna that transmits radio waves by the phased array antenna, receives the reflected waves of the surface of the object, calculates the distance and position information of the object from the reflected waves, and generates surface image data Antenna transmission / reception control means;
A database for storing model data of a three-dimensional image generated by measurement in advance;
3D image data is generated from the image data of each surface, the generated 3D image data is compared and analyzed with the model data, and model data having an accuracy rate of a predetermined value or more is used as reference data to be noted, and its conformity An apparatus for detecting a dangerous object, comprising: image processing means for displaying on a display device together with three-dimensional image data corresponding to a rate. 所定の空間は、人の通過する駅構内、飛行機や船舶の登場口であることを特徴とする請求項１記載の危険物探知装置。   2. The dangerous object detection device according to claim 1, wherein the predetermined space is a station premises through which a person passes, an entrance of an airplane or a ship. 所定の空間は、車両、飛行機、船舶内の座席スペースであることを特徴とする請求項１記載の危険物探知装置。   The dangerous object detection device according to claim 1, wherein the predetermined space is a seat space in a vehicle, an airplane, or a ship.
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