KR100832466B1 - 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법 - Google Patents

수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법 Download PDF

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KR100832466B1 KR1020070001568A KR20070001568A KR100832466B1 KR 100832466 B1 KR100832466 B1 KR 100832466B1 KR 1020070001568 A KR1020070001568 A KR 1020070001568A KR 20070001568 A KR20070001568 A KR 20070001568A KR 100832466 B1 KR100832466 B1 KR 100832466B1
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이진구
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 휴대형으로 구성된 은닉 물체 감지 장치에 의해 인체 및 각 물체에서 발산하는 밀리미터파를 수동적으로 감지하여 영상을 구성하도록 하여 인체에 전혀 영향을 주지 않고 은닉 물체를 찾아낼 수 있도록 한 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 휴대 가능한 본체에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈이 직선형으로 배치되고, 가속도 센서를 이용하여 검색자의 스캔 속도에 관계없이 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파 영상을 획득하는 밀리미터파 은닉 물체 감지부;상기 밀리미터파 은닉 물체 감지부에 의해 획득한 영상 신호를 무선 수신하여 디스플레이하는 영상 출력 장치들;을 포함하고 구성된다.
Figure R1020070001568
밀리미터파, 휴대형 은닉 물체 감지 장치, 수동 밀리미터파, 가속도 센서

Description

수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법{Passive millimeter wave system and method for detecting concealed objects}
도 1은 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 표준형 안테나 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 카세그레인 안테나 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성도
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치를 구현하기 위한 캐리어 구성도
도 5a내지 도 5c는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 어셈블리 구조를 나타낸 구성도
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 전이 구조를 나타낸 구성도
도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 LNA 구성도
도 8은 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 검출기의 회로 구성도
도 9a는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법에 따른 영상 신호 처리 구성도
도 9b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법에 따른 신호 처리 과정을 나타낸 플로우 차트
도 10은 본 발명에 따른 휴대형 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 구성도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100. 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부 200. 영상 신호 처리부
10. 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈 11. 증폭부
12. A/D 변환부 13. 마이크로 컨트롤러
14. 무선 송신 모듈 15. 전원 공급부
16. 가속도 센서 21. 무선 수신 모듈
22. 제 1 영상 출력 장치 23. 제 2 영상 출력 장치
본 발명은 휴대형 은닉 물체 감지 장치에 관한 것으로, 구체적으로 인체 및 각 물체에서 발산하는 밀리미터파를 수동적으로 감지하여 영상을 구성하도록 하여 인체에 전혀 영향을 주지 않고 은닉 물체를 찾아낼 수 있도록 한 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공항이나 각종 회의장에서는 총기류 등의 금속성 물질을 탐지하여 위험물의 반입을 금지하기 위해 통상의 금속탐지기를 설치하는데, 상기 금속탐지기는 전자기 유도 현상을 이용하는 것으로 금속성 물질의 유무에 따라 변화되는 성질을 이용하여 총기 또는 기타 금속성 위험물을 탐지해 내는 장치이다.
금속 탐지기는 안전요원이 휴대하여 출입자의 금속류 소지 여부를 검색하는 휴대용 금속탐지기와, 게이트 형태의 구조물을 통해 출입자를 차례로 통과시킴에 따라 소지한 금속을 탐지해 내는 게이트형 금속탐지기가 있다.
그러나 이와 같은 금속 탐지기의 경우에는 비금속류 또는 외부 노이즈에 의한 부정확한 탐지에 의해 원하는 결과를 얻을 수 없는 문제가 있다.
또한, 안전 검색 등이 필요한 공항 등에서 사용되는 물품을 대상으로 하는 은닉 물체 감지 장치로는 대표적으로 X선 탐지기가 있다.
그러나 X선 탐지기의 경우에는 옷 속의 인체를 선명하게 표현하여 개인의 인권에 대한 침해의 우려가 있고 검색 시 인체에 엑스레이를 주사하므로 인체에 악 영향을 미치는 우려가 있는 문제점이 있었다.
그리고 또 다른 형태의 은닉 물체 감지 장치로는 밀리미터파를 이용한 감지 장치가 있는데, 이는 다음과 같은 원리를 이용한 것이다.
모든 물체는 그 절대온도에 비례해서 넓은 대역의 열잡음을 방사하고 있고, 수동 밀리미터파를 이용한 은닉 물체 감지 장치는 이 열잡음 중에서 밀리미터파 대역의 스펙트럼 강도를 수신해서 영상을 형성한다.
여기서, 밀리미터파란 그 파장이 밀리미터 단위인 신호를 말한다. 이 밀리미 터파 신호는 의복 등을 투과할 수가 있기 때문에, 수동 밀리미터파 영상 시스템을 사용하면 의복 내부의 인체 및 소지품이 방사하고 있는 절대온도에 비례하는 열잡음 중 밀리미터파를 수신하여 영상의 형성이 가능하다.
이와 같은 종래 기술의 밀리미터파 이미지 시스템은 렌즈 또는 기타의 방법을 통하여 맺혀진 물체의 상을 이미지 센서가 주사하여 신호를 획득하고 이를 하나의 영상으로 구성하는 것으로, 현재 군사 목적의 기술 개발이 실질적으로 이루어지고 있으나, 민간 부문에서의 적용 기술 개발은 이제 초기 단계이다.
또한, 실제 안전을 위한 검색에 밀리미터파를 이용한 감지 장치가 사용되기 위해서는 휴대가 가능한 형태로 시스템이 개발되어야 하나, 실제 회로 구성 및 신호 감지/처리 단계에서의 기술 개발이 이루어지지 않고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 은닉 물체 감지 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 인체 및 각 물체에서 발산하는 밀리미터파를 수동적으로 감지하여 영상을 구성하도록 하여 인체에 전혀 영향을 주지 않고 은닉 물체를 찾아낼 수 있도록 한 휴대형 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 안테나와 일체형으로 구성 전자 소자 부품들이 캐리어형으로 집적된 일직선 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 막대형으로 제작하고, 가속도센서를 이용하여 검색대를 통과하는 사람을 근접 스캔하여 인체로부터 방출되는 밀리미터파를 세로 방향으로 일정한 간격을 두고 획득할 수 있도록한 휴대형 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 획득한 수동 밀리미터파 신호를 재구성, 전체 영상으로 시스템에 부착된 소형 디스플레이에 출력하는 휴대형 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치를 제작하고 이 시스템에 장착된 무선 송수신 시스템을 이용하여 다른 컴퓨터에 무선으로 데이터를 송수신하여 보안 검색의 중앙관리가 가능하도록 하는 보안 환경을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치는 휴대 가능한 본체에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈이 직선형으로 배치되고, 본체의 이동시의 가속도를 측정하여 밀리미터파 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용하기 위한 본체의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 출력하는 가속도 센서를 포함하고, 상기 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 상기 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 통하여 구해진 밀리미터파 영상이 재구성되도록 제어하여, 검색자의 스캔 속도에 관계없이 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파 영상을 획득하는 밀리미터파 은닉 물체 감지부;
상기 밀리미터파 은닉 물체 감지부에 의해 획득한 영상 신호를 무선 수신하여 디스플레이하는 영상 출력 장치들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치는 일렬로 배열 구성되어 검색자의 스캔 동작에 따라 검색 대상으로부터 방출되는 밀리미터파를 검색 범위를 균일하게 분할하여 획득하는 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈;검색자에 의한 스캔시에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 이동을 감지하여 밀리미터파 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용하기 위한 본체의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 출력하는 가속도 센서;상기 가속도 센서의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 상기 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 통하여 구해진 밀리미터파 영상이 재구성되도록 제어하여, 검색자의 스캔 속도에 관계없이 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파 영상을 획득할 수 있도록 제어하는 마이크로컨트롤러;상기 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 신호를 무선 송신하는 무선 송신 모듈;을 포함하고, 이들이 휴대 가능한 본체에 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법은 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 포함하는 본체를 검색 대상에 근접하여 스캔하는 단계;근접 스캔 동작시에 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 획득하는 단계;검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파를 획득하는 단계;본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 구해진 밀리미터파 영상을 재구성하는 단계;재구성된 영상을 본체의 디스플레이 화면에 실시간으로 표시하고 무선으로 다른 위치의 영상 출력 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 구성도이다.
그리고 도 2는 본 발명에 따른 표준형 안테나 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 카세그레인 안테나 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성도이다.
본 발명은 은닉 물체 검색을 위한 수동 밀리미터파 영상을 획득하기 위하여일직선 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 휴대형으로 사용할 수 있도록 소형으로 제작하고 이를 휴대 가능한 본체에 구성하는 것에 의해 검색자가 검색 대 상에 근접시켜 스캔할 수 있도록한 것이다.
또한, 본체에는 가속도센서를 구성하여 스캔하는 범위를 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 즉, 본체의 이동 속도에 따라 균등하게 분할하여 분할된 각 부분의 영상 신호를 취득할 수 있도록한 것이다.
이와 같이 스캔한 물체의 분할된 각 부분의 신호를 취합하여 이를 전체 영상으로 편집 재구성하여 검색의 정확성을 높일 수 있는 소형 휴대형 은닉 물체 감지 시스템을 구현한다.
본 발명에 따른 휴대형 수동 밀리미터파 영상 시스템은 영상을 획득하기 위하여 물체에 근접 스캔을 하므로 렌즈 등과 같은 밀리미터파의 집속을 위한 장치가 없이 안테나를 포함하는 각각 독립적으로 동작하는 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 선형으로 연속 배열하는 형태로 구성한다.
또한, 시스템의 소형화를 구현하기 위하여 증폭을 위한 증폭기와 증폭된 전력을 전압으로 전환하는 검지기 부분의 소자들을 캐리어형으로 집적하여 각각의 캐리어형의 모듈에서 나오는 신호를 디지털 신호처리 프로세서에서 재구성하는 방법으로 휴대형 실시간 수동 밀리미터파 영상 시스템을 구현한다.
본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치는 도 1에서와 같이, 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)와, 획득한 영상의 처리 및 출력을 위한 영상 신호 처리부(200)로 크게 구성된다.
휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)는 일렬로 배열 구성되어 검색자의 스캔에 따라 검색 대상으로부터 방출되는 밀리미터파를 검색 범위를 균일하게 분할하여 획득하는 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(10)과, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(10)로보터 나오는 직류전압을 증폭하는 증폭부(11)와, 증폭된 직류 전압을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(12)와, 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)의 내부에 구성되고, 검색자에 의한 스캔시에 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)의 가속도를 측정하여 밀리미터파 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용하기 위한 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 출력하는 가속도 센서(16)와, 상기 가속도 센서(16)에서 출력되는 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(10)을 통하여 구해진 밀리미터파 영상이 재구성되도록 제어하는 마이크로컨트롤러(13)와, 본체에 구성되어 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)에 의해 획득된 영상을 표시하는 LCD 액정 화면(도시하지 않음)과, 마이크로컨트롤러(13)에서 처리된 데이터를 무선으로 전송하는 무선 송신 모듈(14) 그리고 이와 같은 영상 획득을 위한 동작시의 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(15)를 포함하고 구성된다.
여기서, 전원 공급부(15)는 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치에 전원을 공급하는 부분으로 충전이 가능하고 경량 및 소형화를 위해 리튬-폴리머 배터리를 사용한다.
이와 같은 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)의 외형은 도 10에서와 같이 구성된다.
그리고 영상 신호 처리부(200)는 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지부(100)의 무선 송신 모듈(14)에서 전송된 데이터를 수신하는 무선 수신 모듈(21)과 수신된 데이터를 처리하여 영상으로 구성하는 제 1,2 영상 출력 장치(22)(23)로 구성된다.
여기서, 제 1,2 영상 출력 장치(22)(23)는 컴퓨터 또는 PDA와 같은 휴대형 단말기로 구성된다.
이와 같이 본 발명에 따른 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치는 마이크로컨트롤러(13)가 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈(10)이 감지한 신호와 가속도 센서(16)에서 감지한 신호를 처리하여 영상을 구성하고 본체에 구성된 LCD 액정 화면에 밀리미터파 수동 이미지를 디스플레이하거나, 무선 송신 모듈을 통해서 컴퓨터나 PDA와 같은 휴대형 단말기로 구성되는 제 1,2 영상 출력 장치(22)(23)로 전송한다.
무선 송신 및 수신 모듈은 감시 장치에서 획득한 데이터를 송수신하는 장치로 ISM 밴드의 주파수를 사용하여 전송한다.
이와 같은 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성은 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 표준형 안테나 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성을 나타낸 도 2에서와 같이, 검색 대상으로부터 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하는 표준형 안테나(25)와, 상기 안테나(25)를 통해 수신된 신호를 일정레벨로 증폭하는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)(26)와, 상기 저잡음 증폭기(26)를 통해 증폭된 신호를 직류(DC) 전압으로 변환하도록 검출하는 검출기(27)로 구성된다.
그리고 본 발명에 따른 카세그레인 안테나 형태의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성을 나타낸 도 3에서와 같이, 검색 대상으로부터 방출되는 안테나 개구면에 평행한 밀리미터파 신호를 수신하는 카세그레인 안테나(28)와, 상기 카세그레인 안테나(28)를 통해 수신된 신호를 일정레벨로 증폭하는 저잡음 증폭기(29) 와, 상기 저잡음 증폭기(29)를 통해 증폭된 신호를 직류(DC) 전압으로 변환하도록 검출하는 검출기(30)로 구성된다.
상기한 카세그레인(cassegrain) 안테나(28)는 주지와 같이 2개의 반사기(주반사기 및 부반사기)를 조합한 안테나로서, 안테나 개구면에 평행한 밀리미터파 신호를 수신한다.
이와 같은 본 발명에 따른 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치는 밀리미터 이미지 센서 모듈(10)을 막대형 구조에 일렬로 부착하고, 검색하려는 사람을 대상으로 하여 위에서 아래로 스캔하면서 방출되는 밀리미터파를 획득한다.
가속도 센서(16)를 부착하여 감지 장치가 이동하는 위치와 시간을 계산하고, 획득한 밀리미터파 신호를 휴대형 기기 자체에 장착된 소형 디스플레이에 구현하며, 무선으로 컴퓨터나 PDA와 같은 휴대형 단말기에 데이터를 전송하여 중앙의 보안 관리 시스템과 연동시켜 운영할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 구성에 관하여 상세히 설명한다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치를 구현하기 위한 캐리어 구성도이고, 도 5a내지 도 5c는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 어셈블리 구조를 나타낸 구성도이다.
그리고 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 전이 구조를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치에 사용되는 밀리미터 파 수동 이미지 센서 모듈은 크기를 소형화, 집적화시키기 위하여 도 4a와 도 4b에서와 같이, 안테나를 제외한 이미지 센서 모듈과 송수신부를 캐리어(carrier) 형태의 단일 모듈에 구현한다.
여기서, 캐리어 제작에 사용될 기판은 유전율이 2.2, Loss Tangent가 0.0009인 기판이며, 가공은 PCB 제작용 밀링머신을 이용한다.
구체적으로 제작에 사용될 캐리어는 도 4b에서와 같이, 크기가 298*700 mil이고 15 mil 두께의 몰리브덴으로 제작한다. 전체 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈은 이러한 캐리어를 이용한 단위 회로의 캐스케이드(Cascade) 형태로 제작하는 것이 바람직하다.
이와 같은 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 제작하기 위한 MMIC 칩 본딩은 도 5a에서와 같이, 기판 속에 cavity 형태로 hole을 낸 뒤 MMIC(Monolithic Microwave IC)를 부착하여 본딩하는 형태이다.
즉, 캐리어상에 적층되는 듀로이드(Duroid) 기판에 캐비티(cavity) 형태의 홀을 구성하고, 상기 홀 영역에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈이 구성되는 MMIC가 부착되어 주변 회로와 본딩되는 구조이다.
도 5b는 도 5c의 (가)부분의 확대 구성을 나타낸 것이다.
이와 같은 구성을 갖는 캐리어 타입 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 전체의 대략적인 크기는 50mm x 25mm 정도이며, 안테나가 연결되는 프로브를 이용한 마이크로스트립-도파관 전이구조, LNA, 검출기로 구성된다.
습기를 차단하는 특성을 갖도록 유전체가 도파관 속으로 침투되게 하여 습기 를 차단하고 프로브를 보호하는 구조이다.
이때 도파관의 불연속으로 인해 생기는 공진은 충분한 Via를 사용하여 제거한다.
본 발명에서 설계한 전이구조는 도 6a와 도 6b에서와 같으며 측정 결과 30에서 40 ㎓ 대역에서 0.8 ㏈의 삽입손실과 15 ㏈ 이상의 반사손실을 얻었다. 단일 전이구조의 경우 전송선로의 손실을 감안하면 0.3 ㏈ 이하의 손실 갖는다.
그리고 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 LNA 구성은 다음과 같다.
도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 LNA 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 검출기의 회로 구성도이다.
본 발명에서 LNA는 20-40 ㎓ 대역에서 사용 가능한 소자로 구성하고, 본 발명에 따른 LNA 구성은 도 7b에서와 같다.
높은 이득으로 인해 발생할 수 있는 발진은 증폭기 사이에 감쇄기를 삽입하거나 외부 하우징에 흡수체를 부착하여 제거된다.
그리고 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치의 검출기(detector)는 제로 바이어스 쇼트키 다이오드(Zero-bias Schottky Diode)를 사용하고 입력 신호가 소신호일때 선형 영역에서 동작한다. 검출기의 회로의 구성은 도 8에서와 같다.
이하에서 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법에 따른 영상 신호 처리 과정을 구체적으로 설명한다.
도 9a는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법에 따른 영상 신호 처리 구성도이고, 도 9b는 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법에 따른 신호 처리 과정을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명에 따른 휴대형 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법은 옷 속에 총이나 칼 등의 금속 무기는 물론 플라스틱 폭약이나 마약 등을 은닉한 사람을 복장을 착용한 그대로 근접 스캔하는 일반적인 검문 검색 방법을 통하여 스캔하는 각각의 물체가 방사하는 밀리미터파를 감지하여 영상으로 구성하는 것이다.
또한, 휴대형 기기에 디스플레이 장치를 구성하여 수동 밀리미터파 영상을 검색자가 직접 확인하면서 스캔을 하여 검색의 정확성을 높일 수 있고, 무선 송수신 시스템을 부착하여 다른 위치에 있는 컴퓨터에 데이터를 전송할 수 있어 보안 검색 시스템의 중앙 관리가 가능하도록한 것이다.
먼저, 옷 속에 총이나 칼 등의 금속 무기는 물론 플라스틱 폭약이나 마약 등을 은닉한 것으로 의심되는 검색 대상자를 복장을 착용한 그대로의 상태에서 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 포함하는 본체를 근접 스캔한다.(S901)
근접 스캔 동작시에 본체에 구비된 가속도 센서에서 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 획득하고(S902), 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈에서는 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 이용하여 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파를 획득한다.(S903)
여기서, 가속도 센서에서는 검색을 하기위해 감시 장치를 이동시킬 때 감시 장치에서 발생하는 가속도를 측정하여 감시 장치의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 저장하여 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용한다.
밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈에서 구해진 밀리미터파 신호는 OP-Amp로 구성된 증폭부에 의해 증폭되고, A/D 변환부에서 증폭된 직류 전압을 디지털 신호로 변환하여 마이크로컨트롤러로 출력한다.
신호 처리를 위한 마이크로컨트롤러에서는 가속도 센서에 의해 구해진 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 통하여 구해진 밀리미터파 영상을 재구성한다.(S904)
밀리미터파 영상을 재구성은 물체의 부분 영상 취득과 부분 영상의 합성을 통한 전체 영상 구현을 포함한다.
이와 같이 재구성된 영상은 본체 구성된 디스플레이 화면에 실시간으로 표시되고 무선으로 다른 위치의 영상 출력 장치로 전송된다.(S905)
그리고 다른 위치의 영상 출력 장치는 무선 수신된 영상 신호를 실시간으로 디스플레이하고(S906), 중앙 보안 관리 시스템과 연동하여 해당 영상의 편집 및 분석 그리고 저장한다.(S907)
이와 같은 본 발명에 따른 휴대형 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 이를 이용한 은닉 물체 감지 방법 및 신호 처리 과정에서는 검색 대상을 근접 스캔하므로서 밀리미터파를 집속하는 렌즈 등의 장치가 필요없이 선형의 이미지 센서 모듈을 단순하게 배치하여 실시간 수동 밀리미터파 영상을 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법은 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈에 방향성을 가진 안테나를 부착하여 물체 특정 부분만의 신호 취득이 가능한 밀리미터파 영상 시스템을 제공한다.
또한, 밀리미터파 영상을 구현하기 위한 주사형 밀리미터파 영상 시스템과 차별화되는 물체의 부분 영상 취득과 부분 영상의 합성을 통한 전체 영상 구현이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 휴대형 실시간 수동 밀리미터파 영상 시스템은 공항 등에서 권총 등의 위험물 소지를 체크하는 안전 검색 시스템, 건물 내의 침입감지 시스템, 비접촉형 카드 시스템, 화재 시 건물 내부 탐색 시스템으로도 사용할 수 있으며 밀리미터파가 안개나 수증기 등에 의한 감쇠가 적기 때문에 안개 발생 시 자동차의 전방 확인용 레이더, 위치확인 시스템 등으로서도 사용할 수 있어 매우 유용하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치를 휴대형으로 제작하여 검색 대상자를 근접 스캔하는 것에 의해 검색의 정확성을 높일 수 있다.
둘째, 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치를 휴대형으로 제작하는 것에 의해 근접 스캔이 가능하여 밀리미터파 집속 렌즈를 사용하지 않고, 방향성 안테나가 부착된 밀리미터파 영상 획득 장치를 구현하므로 장치의 소형화가 가능하다.
셋째, 밀리미터파 영상이 은닉 물체의 감지에만 적합하여 인권 침해에 대한 논란의 소지가 없고 인체 및 각 물체에서 발산하는 밀리미터파를 수동적으로 감지하여 영상을 구성하기 때문에 인체에 전혀 영향을 주지 않는다.
넷째, 무선 송수신 시스템을 부착하여 다른 위치에 있는 컴퓨터에 데이터를 전송할 수 있어 보안 검색 시스템의 중앙 관리를 가능하게 하는 효과가 있다.
다섯째, 물체의 부분 영상 취득과 부분 영상의 합성을 통한 전체 영상 구현이 가능하므로, 간단한 구조로 밀리미미터파 영상 시스템을 구현할 수 있다.
여섯째, 수신부의 부품 및 소자를 캐리어 타입으로 제작하여 시스템을 소형화하고, 시판 부품 사용에 의해 고가 밀리미터파 영상 시스템의 제작 가격을 낮추는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 밀리미터파를 이용한 은닉 물체 감지 장치에 있어서,
    휴대 가능한 본체에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈이 직선형으로 배치되고, 본체의 이동시의 가속도를 측정하여 밀리미터파 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용하기 위한 본체의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 출력하는 가속도 센서를 포함하고, 상기 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 상기 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 통하여 구해진 밀리미터파 영상이 재구성되도록 제어하여, 검색자의 스캔 속도에 관계없이 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파 영상을 획득하는 밀리미터파 은닉 물체 감지부;
    상기 밀리미터파 은닉 물체 감지부에 의해 획득한 영상 신호를 무선 수신하여 디스플레이하는 영상 출력 장치들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  2. 밀리미터파를 이용한 은닉 물체 감지 장치에 있어서,
    일렬로 배열 구성되어 검색자의 스캔 동작에 따라 검색 대상으로부터 방출되는 밀리미터파를 검색 범위를 균일하게 분할하여 획득하는 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈;
    검색자에 의한 스캔시에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈의 이동을 감지하여 밀리미터파 영상을 구성할 때 영상 신호의 동조 정보로 사용하기 위한 본체의 이동 위치와 시간에 대한 정보를 출력하는 가속도 센서;
    상기 가속도 센서의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 상기 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 통하여 구해진 밀리미터파 영상이 재구성되도록 제어하여, 검색자의 스캔 속도에 관계없이 검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파 영상을 획득할 수 있도록 제어하는 마이크로컨트롤러;
    상기 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 신호를 무선 송신하는 무선 송신 모듈;을 포함하고, 이들이 휴대 가능한 본체에 구성되는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 본체에는 획득된 영상이 디스플레이되는 디스플레이 수단이 더 구비되어, 검색자가 검색을 위한 스캔과 동시에 획득 영상을 확인하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 본체에는 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈로부터 나오는 직류전압을 증폭하는 증폭부와, 증폭된 직류 전압을 디지털 신호로 변환하여 마이크로컨트롤러로 출력하는 A/D 변환부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 무선 송신 모듈에 의해 전송된 신호를 수신하는 무선 수신 모듈과,
    상기 무선 수신 모듈에 의해 수신된 신호를 처리하여 디스플레이하는 영상 출력 장치들이 구비되어,
    다른 검색자들에 의한 은닉 물체 검색 및 획득 영상의 편집, 보정, 저장을 수행하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈은,
    검색 대상으로부터 방출되는 밀리미터파 신호를 수신하는 표준형 안테나와,
    상기 안테나를 통해 수신된 신호를 일정레벨로 증폭하는 저잡음 증폭기와,
    상기 저잡음 증폭기를 통해 증폭된 신호를 직류(DC) 전압으로 변환하도록 검출하는 검출기로 구성되는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈은,
    검색 대상으로부터 방출되는 안테나 개구면에 평행한 밀리미터파 신호를 수신하는 카세그레인 안테나와,
    상기 카세그레인 안테나를 통해 수신된 신호를 일정레벨로 증폭하는 저잡음 증폭기와,
    상기 저잡음 증폭기를 통해 증폭된 신호를 직류(DC) 전압으로 변환하도록 검출하는 검출기로 구성되는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈은,
    안테나를 제외한 이미지 센서 모듈과 송수신부가 캐리어(carrier) 형태의 단일 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  9. 제 2 항에 있어서, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈은,
    캐리어상에 적층되는 듀로이드 기판에 캐비티 형태의 홀을 구성하고, 상기 홀 영역에 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈이 구성되는 MMIC가 부착되어 주변 회로와 본딩되는 구조인 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈은 프로브를 이용한 마이크로스트립 도파관 전이 구조, 저잡음 증폭기, 검출기를 포함하고,
    상기 전이 구조에 안테나가 연결되는 형태인 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 저잡음 증폭기에서 높은 이득으로 인해 발생할 수 있는 발진을 증폭기 사이에 감쇄기를 삽입하여 억제하거나, 외부 하우징에 흡수체를 부착하여 제거하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 검출기는 입력 신호가 소신호일때 선형 영역에서 동작하는 제로 바이어스 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 장치.
  13. 밀리미터파 수동 이미지 센서 모듈을 포함하는 본체를 검색 대상에 근접하여 스캔하는 단계;
    근접 스캔 동작시에 본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 획득하는 단계;
    검색 대상을 균일하게 분할하여 밀리미터파를 획득하는 단계;
    본체의 이동 위치 및 이동 시간에 관한 정보를 기준으로 구해진 밀리미터파 영상을 재구성하는 단계;
    재구성된 영상을 본체의 디스플레이 화면에 실시간으로 표시하고 무선으로 다른 위치의 영상 출력 장치로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 무선 전송된 영상 신호를 수신하는 다른 위치의 영상 출력 장치는 해당 영상을 실시간으로 디스플레이하고, 중앙 보안 관리 시스템과 연동하여 해당 영상의 편집 및 분석 그리고 저장하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 밀리미터파 영상의 재구성은 물체의 부분 영상 취득과 부분 영상의 합성을 통한 전체 영상 구현을 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 밀리미터파 은닉 물체 감지 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020041186A (ko) 2000-11-27 2002-06-01 이진구 엑스선 신호와 밀리미터파 신호를 이용한 검색장치
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