(57)【要約】  知識ベースの映像分析及び理解と組み合せて、キャパシタンスの測定に基づく断層撮影システムを含む電気的断層撮影（ＥＣＴ）及び電気磁気断層撮影（ＥＭＴ）をベースとするセキュリティ走査装置。各装置は、感知ヘッド又はトランスジューサ、感知電子装置、映像再構成及び映像分析マイクロプロセッサ（マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ラップトップ、又はデスクトップＰＣ）、ディスプレイユニット、及び危険物質及び品目を識別するための付随のソフトウェアを備えている。セキュリティ走査装置は、ＥＣＴ及びＥＭＴでの映像解像度を向上させることができる。より多くのセンサ、より多くの感知回路、及び柔軟な／最適な測定プロトコルを使用して、より多くの独立した測定値を得ることができると共に、データ融合を実施して、ＥＣＴ及びＥＭＴの相補的感度を異なる材料特性に結合する一方、多数のセンサから映像属性が取得される物体を特徴付ける映像知識ベースを実施するアーキテクチャーを与えることができる。
2007527988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手荷物内に隠された危険物体を検出する方法において、
容量性及び誘導性センサに対して既知の物体を位置させるステップと、
複数の既知の物体の各々が付近に位置されたときに前記容量性及び誘導性センサの付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を記録するステップと、
各々の前記既知の物体に関するデータを含む映像及び知識データベースを構築するステップと、
未知の物体を含む手荷物を前記容量性及び誘導性センサに対して移動するステップと、
前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を、前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較するステップと、
前記物体が危険物体であるかどうか決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較する前記ステップは、
前記センサに与えられる異なる測定プロトコル及び異なる励振周波数により映像発生の性能を最適化するようにフィードバックを与える段階、
を含む請求項１に記載の隠された危険物体を検出する方法。
【請求項３】
前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較する前記ステップは、
前記センサに与えられる異なる測定プロトコル及び異なる励振周波数により映像発生の性能を最適化するように映像知識ベースからデータのフィードバックを与えて、危険物体の検出及び識別を含むリアルタイム映像分析を許す段階、
を含む請求項１に記載の隠された危険物体を検出する方法。
【請求項４】
各々の既知の物体に関するデータを含む映像及び知識データベースを構築する前記ステップは、
１）センサ信号の値から、(1)物体の縁のセグメントを特徴付ける強度の不連続性、又は(2)物体の内部材料の１つ以上のテクスチャーを特徴付ける隣接センサ信号の値の範囲、のいずれかを表すプリミティブのセットを発生する段階と、
２）多数のプリミティブを、それらプリミティブ値の空間的接近性及び類似性に基づいて互いに関連付けることにより高レベルプリミティブのセットを発生して、それら属性の値、例えば、相対的な位置、先鋭さ、巾、曲率、及び前記センサ信号から導出される他の特性により前記物体の縁のセグメント及び内部材料を表すようにする段階と、
３）共有された特性、例えば、縁及び内部材料の類似性に基づいて前記高レベルプリミティブを接合して、前記物体を定義する段階と、
４）前記物体の記述子の値のセット、例えば、物体のサイズ、その縁の曲率及び先鋭さ、金属のテクスチャー、独特の化学的なテクスチャー、例えば、硝酸塩のテクスチャーを、前記共有特性から発生する段階と、
５）少なくとも３つの他の同様の危険物体で前記段階１-４を繰り返す段階と、
６）同様の及び限定された範囲の値をもつ記述子に大きな重みを与えると共に、異なる又は大幅に変化する範囲の値をもつ記述子に小さな重みを与えるか又は重みを与えないように、前記記述子に重みを指定する段階と、
７）危険物体の各グループに対する記述子の値のセットを、記述子の値、範囲及び重みの単一セットであって、危険物体知識ベースにルールとして各々記憶されるべきセットへと減少する段階と、
を備えた請求項１に記載の隠された危険物体を検出する方法。
【請求項５】
感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法において、
感知スペースに隣接してセンサ手段の複数のアレイを位置させるステップと、
走査、識別及び像形成されるべき装置を前記感知スペースに位置させるステップと、
前記センサ手段の第１励振電極アレイの少なくとも１つの励振電極と第２検出電極アレイの各検出電極との間に、前記センサ手段の前記第１励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、複数の電界を発生するステップと、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割するステップと、
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からデータ取得システムへ信号を配送するステップと、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の前記装置の性質及び前記装置の識別を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項６】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、
前記センサ手段から生の映像データを取得する段階と、
前記生の映像データを処理する段階と、
情報を、材料の映像、形状、テクスチャー及び特性を含む他の情報とシームレスに一体化させ、次いで、データベースに記憶させるようにして表された特徴のセットとしてデータを抽出する段階と、
を含む請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項７】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、
特定の主題に関連した映像の集合から映像データベースを生成する段階と、
前記特定の主題に関連した他のデータで知識データベースを生成する段階であって、前記知識データベースは前記映像データベースをクロスリファレンスするような段階と、
を含む請求項６に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項８】
前記センサ手段は、電気的キャパシタンスセンサを含む、請求項１に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項９】
前記センサ手段の前記第１励振電極アレイに印加される入力信号は、高周波正弦波励振信号を含む、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１０】
前記感知スペース内の装置を検出しそして識別するために、前記データ収集システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、電気的断層撮影及び知識ベースの像形成のための位相感知復調を含む、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１１】
前記センサ手段は、並列センサアレイを伴う容量性スキャナを含む、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１２】
前記センサ手段は、前記感知スペースを取り巻く複数の電極を含む、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１３】
前記センサ手段は、複数の励振電極及び複数の検出電極がプレート上に装着された複数のキャパシタンスセンサアレイを備えた、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１４】
前記センサ手段は、２枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは各プレート上に複数の励振電極を含む、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１５】
前記センサ手段は、２枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは複数の検出電極を各プレート上に伴う、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１６】
前記センサ手段は、２枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは、各プレート上の複数の励振電極と、各プレート上の複数の検出電極とで構成される、請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１７】
前記センサ手段の第１励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の第１励振電極アレイの各励振電極と、第２検出電極アレイの各検出電極との間に複数の電界を発生する前記ステップは、
前記第１励振電極アレイの単一の励振電極を付勢し、そして前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの複数の検出電極各々からの信号をデータ取得システムへ配送する段階、
を含む請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１８】
前記センサ手段の第１励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の第１励振電極アレイの各励振電極と、第２検出電極アレイの各検出電極との間に複数の電界を発生する前記ステップは、
前記第１励振電極アレイの単一の励振電極を順次に付勢する段階、及び
前記複数の励振電極の各々が付勢されるときに、前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの複数の検出電極の各々からの信号をデータ取得システムへ配送する段階、
を含む請求項５に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項１９】
感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置において、
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイと、
前記センサ手段の励振電極に印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の少なくとも１つの励振電極と、第２検出電極アレイの複数の検出電極の各々との間に複数の電界を発生するための手段と、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割する手段と、
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムへ配送するための手段と、
前記データ取得システムによって受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、その装置の断面を像形成するための手段と、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段に関連した知識データベースであって、隠された物体を識別するために逆伝搬法にデータを使用するようにインデックスされるデータベースと、
を備えたセキュリティ走査装置。
【請求項２０】
前記感知スペースに隣接した感知手段の前記複数のアレイは、データ融合を実施して、ＥＣＴ及びＥＭＴ（おそらくＸ線を伴う）の相補的感度を異なる材料特性に結合できるように構成される、請求項１９に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２１】
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムに配送するための前記手段は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体の構造、それらの属性の発生、及び種々の像形成技術を利用し得る多数の像発生ユニットへのフィードバック信号の発生に対して最適な技術を決定できるように構成される、請求項１９に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２２】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、装置の断面を像形成するための前記手段は、映像の属性が多数のセンサから取得される物体を特徴付けることのできる映像知識ベースを実施するためのアーキテクチャー及び手段を備えた、請求項１９に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２３】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性及び誘導性センサを含む、請求項１９に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２４】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性センサを含む、請求項１９に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２５】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、誘導性センサを含む、請求項１９に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、封筒、小包及び手荷物のような容器の中身のリアルタイム３Ｄ映像を与える装置及び方法の改良に係る。
【背景技術】
【０００２】
犯罪やテロに対する戦いは、当然、あらゆる文明社会にとってプライオリティの高いものであった。２００１年９月１１日以来、母国のセキュリティは、大衆の立ち入りを扱う空港や郵便局や他の区域に最大の注意を払っている。米国において、ＦＢＩ及びＣＩＡに加えて、近年、「デパートメント・オブ・ホームランド・セキュリティ（ＤＨＳ）」が創設され、更なる攻撃を防止するための米国政府のプライオリティを示している。英国では、空港にテロリストの襲撃の恐怖がしばしばある。
【０００３】
Ｘ線マシンは、航空路線の乗客の手荷物をチェックするのに通常使用され、異なる密度の物体を識別するのに有効であるが、著しい問題がある。（ａ）放射線被爆に関する問題があり、特に、Ｘ線スキャナで作業するセキュリティスタッフのメンバーは、おそらく、許容できない放射線を受ける。（ｂ）このマシンは、購入及び運転の経費が高く、運転コストは、Ｘ線マシン当り毎年約百万ドルと推定され、あまり現金が集中しない状況での使用が禁止される。（ｃ）ほとんどのＸ線マシンは、２Ｄ映像しか与えることができず、セキュリティスタッフのメンバーが危険物体を識別することを困難にする。発生された映像は、経験のある／訓練された人間が見又は評価しなければならない。というのは、確実にアラームをトリガーするための効率的な自動的方法が現在入手できないからである。（ｄ）Ｘ線マシンは、かさばると共に、非可搬式であり、セキュリティ要員は、Ｘ線マシンを使用して、捨てられたバッグを容易にチェックすることができない。それ故、それとは別の及び／又は相補的なセキュリティ走査ツールが求められている。
【０００４】
一般的な航空産業、例えば、小規模な空港や非標準的運営、及びスポーツイベント又は公共の劇場の場合に、Ｘ線マシンを日常使用することは現実的でない。セキュリティチェックに使用される最も普及したツールは、金属検出器である。金属検出器は、フェライト材料には非常に敏感であるが、形状及び／又はサイズに関する情報を与えることができず、且つ非金属物体（例えば、セラミックナイフ）や化学的物質（例えば、爆薬）を検出することができない。現在入手できる検出器のこれらの制限は、危険な物体及び材料の識別を妨げる。又、他の多数のケースでも、例えば、鉄道の駅や公共のビルやバスへの入場も管理するために、バッグや人々をセキュリティの理由でチェックすることが必要である。
【０００５】
郵便局も小荷物配送サービスも、現在、封筒、小包及び箱の中身をチェックするツールを有していない。爆弾、炭疽菌、銃及び他の不法物質が郵便局及び配送サービスを介して送付されている。これは、この問題に対処するための技術及びセキュリティ走査ツールを開発する必要があることを示している。爆発物や化学物質を検出するために、スミス・デテクションからのイオンスキャン(Ionscan)マシンのような種々の化学的センサが開発されている（エリオット及びジョーツ氏、２００３年）。しかしながら、爆発物又は化学的物質が充分に密封された場合には、化学的センサは、それらを検出しない。
【０００６】
米国では、インビジョン・テクノロジーズ・インクが、Ｘ線センサをベースとするセキュリティ用途のためのＣＴスキャナマシンを開発した（インビジョン、２００３年）。このようなマシンの感知原理は、一般に使用されるＸ線マシンと同じであるが、２Ｄ及び３Ｄの断層撮影映像を与えることができる。しかしながら、これらのマシンは、一般に使用されるＸ線マシンのあらゆる欠点、即ち放射線、高価及びかさばる、を有している。Ｘ線断層撮影センサは、受け容れられる映像を発生するのに使用できるデータセットを記録できるように、長い時間周期にわたって測定を行わねばならない。近年、インビジョン社は、四重極共振分析に基づく新規マシン、QScan QR500、を発表した。原理的に、これは、磁気共鳴像形成（ＭＲＩ）に類似している。磁石を使用する代わりに、四重極共振分析は、ターゲット材料の分子構造に対し、入念に同調された高周波の低強度パルスをプローブに使用する（インビジョン、２００３年）。しかしながら、この形式のマシンは、ある液体爆発材料のみの検出に限定され、サイズが大きく、重量があって、数トンに及ぶ。
【０００７】
貫通する非イオン化放射線、例えば、ミリメーター波をセキュリティチェックに使用することも提案されている（クイネチック、２００１年）。関連組織は、これが非有害放射線であると主張しているが、ミリメーター波又はマイクロ波放射線は、動作周波数が３５又は９５ＧＨｚと高いので、潜在的に有害であることが充分に確立されている（クイネチック、２００１年）。米国のパシフィック・ノースウェスト・ナショナル・ラボでは、ミリメーター波放射を使用する同様のスキャナも発表されている。このスキャナは、空港のセキュリティ要員が、プラスチック、爆発物及びセラミックナイフのような非金属の脅威物を含む隠された凶器の全スペクトルを「見る」ことを許すと宣言されている。まだ充分に対処されていない正当な安全性の問題として、個人が「マイクロ波を受ける」のを拒絶することが許される。これは、セキュリティ機関が誰でも走査するのを強要することを妨げる。
【０００８】
断層撮影は、病院において診断目的で広く使用されている。Ｘ線ＣＴスキャナは、人体内の対象物の２Ｄ及び３Ｄ映像を与えることができる。近年、工業プロセス断層撮影（ＩＰＴ）が急速に開発されている。ＩＰＴの原理は、医療用断層撮影に類似しているが、幾つかの重要な相違がある。（ａ）ＩＰＴシステムは、密度以外の特性、例えば、誘電体特性のコントラストを感知し、ひいては、異なるプラスチックを区別するように最適化でき、（ｂ）ＩＰＴシステムは、映像当り数十の測定値しか取得できない。これは、空間的解像度が比較的悪い映像しか与えないが、時間的解像度は、非常に良好で、ミリ秒の程度であり、そして（ｃ）ＩＰＴシステムは、小型で、ポータブルで、且つ比較的低コストである。
【０００９】
ＩＰＴ技術の中で、誘電率、導電率及び透磁率を測定し、ひいては、電気的キャパシタンス断層撮影（ＥＣＴ）、電気的抵抗断層撮影（ＥＲＴ）及び電気−磁気断層撮影（ＥＭＴ）と称される電気的断層撮影は、迅速応答で、低コストで、非侵入的及び／又は非侵襲的で、且つ敵対環境において頑丈であるといった多数の効果を発揮する。電気的断層撮影は、パイプライン中のガス／オイル２相流の像形成、空気圧コンベア及び流体化ベッドにおけるガス／固体分配、燃焼フレーム、液体／液体及び固体／液体混合プロセス、及び個人的地雷のような多数の調査用途に使用されている（ヨーク、２００１年）。電気的断層撮影の主たる欠点は、電子回路の感度が限定されているために、比較的少数の感知素子（通常、８、１２又は１６）しか使用しないことである。その結果、独立した測定値の数が、通常、例えば、＜１００に限定され、ひいては、現在の電気的断層撮影システムは、中程度の空間的映像解像度しか与えられない。
【００１０】
断層撮影は、工業及び医療の分野で、過去３５年にわたり不透明な物体の内部の映像を形成するのに使用されてきたが、現在の断層撮影技術の特性がその有用性を限定している。センサ自体に固有の問題は、（１）放射線を使用するセンサ装置のサイズ及び重量が非常に大きいこと、（２）走査される対象物の生きた組織の安全性、及び（３）センサ信号の解像度が低いことを含む。センサ信号を有用な情報に変換するプロセスに関連した他の問題は、（１）対象物の動きの制御をセンサ信号の捕獲サイクルと一体化すること、（２）装置全体のコスト、（３）センサ信号の発生と有用な映像の生成との間に長い時間が必要なこと、及び（４）異なる形式の材料間を区別できないことを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、運輸、運送及び郵便施設において、容器、特に手荷物の中身を非侵襲的にチェックするための新規で且つ改良されたセキュリティ走査装置が要望される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
手荷物又は他の包囲体内の隠された危険な物体を検出する方法及び装置は、一般に、容量性及び誘導性センサで既知の物体を走査することを含む。これらのセンサは、ポータブルでも固定でもよいトランスジューサ内又はその上に装着されるのが好ましい。複数の既知の物体の各々がセンサの付近に位置されたときに、センサ付近のキャパシタンス又はインダクタンスの変化がコンピュータデータベースに記録される。各々の既知の物体に関するデータを含む映像及び知識データベースが構築される。このデータベースは、インデックスされ、そしてデータは、隠された物体を像形成し識別するためのスーパーバイズされた学習の一形式である逆方向搬送に使用される。センサからの出力におけるエラーデータは、それ以前のものへのフィードバックとして使用され、到来重みを更新するのを許す。
【００１３】
容量性及び誘導性センサを使用して、未知の物体を含む手荷物を走査したときに、未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化が、映像及び知識データベースのデータと比較される。物体の性質、テクスチャー及び形状に関する限定されたデータは、コンピュータで励振信号を変更して、未知の物体の映像の生成と、物体が危険な物体であるかどうかの決定とを容易にさせる。フィードバックを与えることで、システムは、センサに配送される異なる測定プロトコル及び異なる励振周波数により映像発生の性能を最適化することができる。映像知識ベースの技術により、危険な物体の検出及び識別を含むリアルタイム映像分析を達成することができる。オペレータは、隠された物体の３Ｄ映像を回転して、迅速な識別を行うことができる。
【００１４】
「Image Creation in a Tomography System」と題するウィ・キャング・ヤン氏の英国特許第ＧＢ２３２９４７６号は、電気的キャパシタンス断層撮影を使用して得たデータから映像を生成する方法及び装置を開示している。この特許は、異なる相対的誘電率の誘電体材料を取り巻くコンジットの断面の映像を形成する電気的キャパシタンス断層撮影（ＥＣＴ）を開示している。この特許は、コンジットの外壁の周りに位置した電極を励振することにより、コンジットを横切る一連のキャパシタンス測定値が得られることを述べている。これらのキャパスタンス測定値を使用して、コンジットを通る区分の映像であって、コンジット内の誘電体材料の相対的割合及び位置を表す映像を構成する。
【００１５】
ヤン氏の英国特許第ＧＢ２３２９４７６号は、コンジットの区分の周りに分布された電気的キャパシタンス断層撮影センサアレイを使用することにより、異なる相対的誘電率の誘電体材料を取り巻くコンジットの断面の映像を得る。センサアレイは、一連の電極を備え、コンジットの区分を横切る異なる電極対間のキャパシタンスの測定値を与える。これらのキャパシタンス測定値を使用し、直線的後方投影（ＬＢＰ）として知られている技術を使用して映像が生成される。
【００１６】
この英国特許は、誘電率の低い材料と誘電率の高い材料との混合物に対するＬＢＰアルゴリズムが、そこに開示された式により表されることを述べており、但し、
Ｎは、センサアレイを構成する測定電極の数であり、
Ｆ（ｐ）は、コンジットの断面内の位置ｐに存在する高誘電率材料の断片であり、
Ｓｊｊ（ｐ）は、コンジットの断面内の位置ｐにおける誘電率の変化に対する一対の電極の感度であり、
Ｃｉｊ’は、コンジットに誘電率の低い材料を充填したときの一対の電極間のキャパシタンスであり、
Ｃｉｊｈは、コンジットに誘電率の高い材料を充填したときの一対の電極間のキャパシタンスであり、
Ｃｉｊｍは、測定中の一対の電極間のキャパシタンスであり、そして
Ｒｊｊは、キャパシタンスの正規化された変化である。
【００１７】
変数Ｓｊｊ（ｐ）は、各電極対に対して誘電率の変化の作用を測定することによりコンジット内の各位置ｐについて決定される。それにより得られる１組の値は、一般に、感度マップと称され、各電極対に対して個別のマップが発生される。ＬＢＰアルゴリズムは、キャパシタンス測定値を重みファクタとして使用して各電極対に対する感度マップを直線的に重畳させることによりコンジットを通る区分の映像を形成する。
【００１８】
ＬＢＰ映像再構成アルゴリズムが、前記特許の図１に概略的に示されており、ここで、Ｘは、電極から測定された１組の正規化されたキャパシタンス変化を表し、Ｓは、１組の感度マップであり、そしてＦは、正規化された誘電率分布を表わす映像である。ＬＢＰ再構成アルゴリズムは、多変数の開ループシステムとして考えることができる。
【００１９】
ＬＢＰアルゴリズムは、正確な量的映像を発生することはできないが、有用な質的映像を与える。本発明の好ましい実施形態は、ＬＢＰアルゴリズムにより再構成された映像を使用して、その後の繰り返しプロセスに対する値の初期セットを与える。ＬＢＰアルゴリズムは、測定されたキャパシタンス値及び映像に関連した正確な数学式ではないので、ＬＢＰアルゴリズムにより再構成された映像は、実際の誘電率分布からある程度異なることになる。その結果、映像が分布を正確に表すと仮定すれば、再構成された映像から計算された正規化されたキャパシタンス変化は、センサから測定されたキャパシタンス変化とは異なることになる。測定されたキャパシタンス値と計算されたキャパシタンス値との差は、繰り返しプロセスに対する入力として使用される。
【００２０】
本発明は、参考としてここにその開示を全ての目的で援用する「Image Creation in a Tomography System」と題するウィ・キャング・ヤン氏の英国特許第ＧＢ２３２９４７６号に開示された改良に係る。
本発明の主たる目的は、ＥＣＴ及びＥＭＴで映像の解像度を向上させる方法及び装置であって、より多くの独立した測定値を得るために、より多くのセンサ、より多くの感知回路、及び柔軟な／最適な測定プロトコルが使用された方法及び装置を提供する。
【００２１】
本発明の別の目的は、ＥＣＴ及びＥＭＴの相補的感度を、おそらくＸ線と一緒に、異なる材料特性へ結合するためにデータ融合を実施する方法及び装置を提供することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体、２Ｄ及び３Ｄの構成、それらの属性の発生、及び種々の像形成技術を使用できる多数の映像発生ユニットへのフィードバック信号の発生に対して最適な技術を使用する方法及び装置を提供することである。
【００２３】
本発明の更に別の目的は、映像知識ベースのアーキテクチャー及び実施を使用する方法及び装置であって、多数のセンサから映像属性が取得される物体を特徴付けることのできる方法及び装置を提供することである。
【００２４】
本発明の更に別の目的は、非常に多数のセンサ、パラレル測定チャンネル及びパラレルデータ処理でリアルタイム動作を行うための方法及び装置を提供することである。
【００２５】
ここに述べる本発明は、これらの問題を解決するための方法及び装置であって、種々の用途において断層撮影の潜在的有用性を高める方法及び装置を提供し、その４つの好ましい実施形態、即ち（１）並列センサアレイを伴う３Ｄ容量性センサ、（２）平坦型センサキャパシタンスアレイ、（３）平坦型ホール効果センサアレイを伴う磁気スキャナ、及び（４）金属物体及び化学的物質を３Ｄ像形成するための多平面ＥＣＴ、について以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を更によく理解するために、本発明の４つの好ましい実施形態を示した添付図面を参照して以下に説明する。種々の図面全体にわたり、同じ部分が同じ参照番号で示されている。
【００２７】
図１を参照すれば、参照番号１５は、一般に、セキュリティ走査装置を示し、この装置は、コンピュータ２０と、データ取得モジュール３０と、インターフェイス４０と、トランスジューサ５０とを備え、このトランスジューサ５０には、その付近の容量性又は誘導性フィールドの変化を検出するためのセンサが装着されている。トランスジューサ５０は、ケーブル５１又はワイヤレストランシーバ（図示せず）によりデータ取得モジュール３０に接続されるのが好ましい。
【００２８】
好ましい実施形態において、セキュリティ走査装置１５は、電気的断層撮影（より詳細には、ＥＣＴ及びＥＭＴ）及び知識ベースの映像分析に基づくものであり、そして各装置は、感知ヘッドと、感知電子回路と、映像再構成及び映像分析マイクロプロセッサ（マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ラップトップ、又はデスクトップＰＣ）と、ディスプレイユニットと、付随のソフトウェアとを備えていることを理解されたい。
【００２９】
コンピュータ２０は、一時的又は永久的に内部記憶された命令セットに基づいてデータを処理する汎用マシンであるのが好ましい。コンピュータ２０は、パーソナルコンピュータ、ラップトップ又はハンドヘルド装置であるのが好ましい。しかしながら、コンピュータ２０は、いかなる構成をとってもよく、そしてＶＧＡディスプレイ又はモニタ２１、キーボード２２及びマウス２３のような入力／出力装置、データ記憶装置、及びデータを計算、比較及びコピーするためのＣＰＵプロセッサを、種々の周辺装置のためのスロットと共に備えているのが好ましい。
【００３０】
コンピュータ２０は、ワイドエリアネットワークを使用して、システムを更新すると共に、更新された定義、パッチ及び新たな特徴、装置ドライバ、及び中央サーバーから得られるシステム更新をチェックするための通信能力を有するのが好ましい。
【００３１】
図１、２及び１１に最も良く示すように、データ取得モジュール３０は、デジタル出力装置３２と、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）３４と、アナログ／デジタルコンバータ（ＤＡＣ）３６とを備えているのが好ましい。
【００３２】
ここに示す実施形態では、コンピュータ２０とデータ取得モジュール３０との間のインターフェイス４０は、図９−１８に示すようなＵＳＢインターフェイスである。
【００３３】
データ取得カードは、ＦＴ８Ｕ２４５ＡＭ集積回路（ＩＣ）チップを伴うＵＳＢインターフェイスモジュール（ＵＳＢ−ＩＦＭ）ＭＯＤ２に基づいて設計され、これは、スコットランドのフューチャー・テクノロジー・デバイシス・インターナショナル（ＦＴＤＩ）Ｌｔｄから入手できる［１］。ＵＳＢ−ＩＦＭが選択された理由は、周辺装置とＰＣ２０との間で８Ｍビット（１Ｍバイト）／秒までのレートでデータを転送する容易で且つコスト効率の良いやり方と、簡単なＦＩＦＯ構造とを与えるからである。それに付随するソフトウェアは、ＵＳＢのプロトコルに馴染みのないユーザがＩ／Ｏポートを経て他の装置を制御するのを容易にする。図９は、ＵＳＢ−ＩＦＭのブロック図である。
【００３４】
ＵＳＢ−ＩＦＭは、ＵＳＢリンクを経てＰＣ２０と通信すると共に、８ビットパラレルデータポート（Ｄ０−Ｄ７）を経て周辺装置と通信する。ＵＳＢ−ＩＦＭとＰＣ２０との間でデータを送信することに伴う全ての低レベルオペレーションであって、シリアルデータとパラレルデータとの間の遷移を含むオペレーションは、ＵＳＢ−ＩＦＭにより内部で取り扱われる。ＰＣ２０がＵＳＢ−ＩＦＭにデータを送信するときには、データは、ＦＩＦＯ受信バッファに記憶され、周辺装置によりデータポートから一度に１バイト読み取ることができる。ＵＳＢ−ＩＦＭへ送信されるＲＤ＃信号の各立ち上り縁は、図１０ａに示すように、新たなバイトをデータポートへ転送させる。周辺装置は、データポートに一度に１バイト書き込むことによりＰＣ２０へ送信するためにＵＳＢ−ＩＦＭにデータを送信する。ＵＳＢ−ＩＦＭに送信されたＷＲ信号の各立ち下り縁は、ＦＩＦＯ送信バッファへバイトを転送させる（図１０（ｂ）を参照）。
【００３５】
ＲＤ＃及びＷＲ信号は、周辺装置により発生されねばならない。２つの信号ＲＸＦ＃及びＴＸＥ＃は、データ流を制御するためにＵＳＢ−ＩＦＭにより自動的に発生される。ＴＸＥ＃フラグが「１」であるときは、データをＵＳＢ−ＩＦＭデータポートに書き込むことができない。同様に、ＲＸＦ＃フラグが「１」であるときは、ＵＳＢ−ＩＦＭデータポートからデータを読み取ることができない。
【００３６】
全データ取得システム３０が図１１に示され、これは、データ取得カード、信号ジェネレータカード、及び６個までのキャパシタンス測定カードを備え、これら測定カードは、各キャパシタンス電極に対して１つづつ、１２個のキャパシタンス測定チャンネルを与える。２つの直接デジタルシンセサイザー（ＤＤＳ）ＩＣチップ（ＡＤ７００８）を使用して、ピーク−ピークで１８Ｖの２つの同期された５００ｋＨｚ正弦波信号を発生し、その一方は、励振ソースとして、そしてその他方は、位相感知復調（ＰＳＤ）の基準信号として働く。アナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）（ＡＤＧ５２６）を使用して、各キャパシタンス測定チャンネルからＤＣ信号を順次に選択する。差動増幅器（ＩＮＡ１０５）は、１２ビットデジタル／アナログコンバータ３４により発生された適切な電圧を差し引いて、定在キャパシタンスを打ち消す。これで、信号は、測定されたキャパシタンス変化を表し、これは、更に増幅される。大きなダイナミック測定範囲を取り扱うには、１、２、４、８及び１６の選択可能な利得をもつＤＣ  ＰＧＡが必要とされる。アナログ信号は、最終的に、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）により１２ビットデジタル信号に変換され、次いで、ＰＣ２０へ２つのバイトで送信される。
【００３７】
定在キャパシタンスをバランスするのに使用されるオフセット信号は、データ取得カード上のＤＡＣ３４から到来する。オフセット信号は、０から５Ｖまで４０９６ステップで変化することができ、次のように表される。
2007527988.tif 000003
但し、Ｖrefは、ＤＡＣ３４の基準電圧であり、そしてＤは、デジタル入力である。
【００３８】
ＡＤＣは、オフセット双極動作用に構成され、Ｖm＝−１Ｖから４Ｖの範囲にわたって動作する。デジタルの読みは、次の式で与えられる。
2007527988.tif 000004
但し、Ｆは、ＡＤＣの全測定範囲である。
【００３９】
システムオペレーションは、データ取得カードのデジタル出力ポートにより制御され、次の機能を与える。
（１）励振及び検出電極を選択するＣＭＯＳスイッチの制御；
（２）励振及び基準信号の振幅及び周波数と、それら信号間の位相差の制御；
（３）キャパシタンス測定回路からＤＣ信号を順次選択するためのＭＵＸの制御；及び
（４）ＡＤＣの測定範囲を完全に使用するためのＰＧＡ利得の制御。
【００４０】
ＵＳＢ−ＩＦＭをデータ取得システムの電子ユニットにインターフェイスするための基本的な論理回路が図１２に示されている。この回路は、ＰＣ２０が任意のユニットを選択し、そしてその任意のユニットへデータを送信し又はそこからデータを受信することができるようにする。
【００４１】
ＵＳＢ−ＩＦＭの出力ＲＸＦ＃は、インバータを経てＲＤ＃入力に接続される。ＵＳＢ−ＩＦＭの８ビットＩ／Ｏポート（Ｄ０−Ｄ７）は、ラッチ（１）（７４ＬＳ２７３）へ取り出され、このラッチは、ＲＤ＃信号が高レベルになるときにアクチベートされる。ラッチ（１）の出力は、２つの部分、即ち全電子ユニットに対する４ビットの読み取りデータバスとしてのビットＤ０−Ｄ３と、４−１６デコーダチップ（７４ＬＳ１５４）へ取り込まれる制御バスとしてのビットＤ４−Ｄ７とに分割され、その１６個の出力は、個々のユニットを選択するための制御ラインとして使用される。
【００４２】
オペレーションは、次の通りである。最初に、ＵＳＢ−ＩＦＭ受信バッファは空であり、従って、出力ＲＸＦ＃は「１」で、ＲＤ＃は「０」である。ＰＣ２０は、データバイトをＵＳＢ−ＩＦＭ受信バッファへ送信し、そしてＲＸＦ＃は、自動的に「０」にセットされる。短時間後に、ＲＤ＃及びラッチ（１）のＣＬＫは、インバータを経て「１」となる。データバイトは、ラッチ（１）にラッチされ、これも、ＲＸＦ＃を「１」にして、読み取られるべきそれ以上のデータが得られないことを示し、これは、次いで、短い遅延の後にＲＤ＃を低レベルにセットする。これで、システムは、ＰＣ２０からより多くのデータを受け取るか又はＰＣ２０へデータを送信する準備ができる。
【００４３】
ＰＣ２０は、命令ＦＴ＿Ｒｅａｄを使用してＵＳＢ−ＩＦＭ送信バッファからデータを一度に１バイト受信する。同様に、命令ＦＴ＿Ｗｒｉｔｅを使用してＵＳＢ−ＩＦＭ受信バッファへデータを一度に１バイト送信する。ＵＳＢ−ＩＦＭにより受信されたデータバイトは、論理回路により２つの部分、即ち読み取りデータバスとしての４つの最下位ビット（ＬＳＢ）、及び制御バスとしての４つの最上位ビット（ＭＳＢ）に分割される。
【００４４】
制御バスは、１６本の制御ラインの１つを選択するために４−１６デコーダへ取り出され、これは、テーブル１に示すようにデータ収集及び測定回路において１６個の異なるＩＣをアクチベートする。
テーブル１：制御ライン接続
2007527988.tif 000005
【００４５】
ＵＳＢ−ＩＦＭをＤＡＣ３４へインターフェイスするための完全論理回路が図１３に示されている。基本的ＵＳＢ論理インターフェイス回路（図１２を参照）の４ビット読み取りデータバス及び３つの制御ラインが使用される。主たる事柄は、４ビット読み取りデータバスから１２ビットデータ入力を供給することである。
【００４６】
４ビット読み取りデータバスは、２つの付加的なラッチ、即ちラッチ（２）及びラッチ（３）によりＤＡＣ３４へ１２ビット入力信号を与えるように拡張される。４ビット読み取りデータバスは、ＤＡＣ３４の入力バスＤ８−Ｄ１１、ラッチ（２）（その出力は入力バスＤ４−Ｄ７へ至る）、及びラッチ（３）（その出力は入力バスＤ０−Ｄ３へ至る）へ直結される。単安定チップ（７４ＨＣ１２３）が制御ライン（３）に挿入され、制御信号巾が正しいＤＡＣオペレーションに調整されるように確保する。制御ライン１、２及び３は、ラッチ（２）、（３）、及びＤＡＣ３４を各々アクチベートする。
【００４７】
１２ビット信号をＤＡＣ３４へロードする方法は、次の通りである。ＰＣ２０は、信号及びバイナリー２（ラッチ（３）の制御ライン）のビットＤ０−Ｄ３を含むバイトを送信する。ラッチ（３）がアクチベートされ、ビットＤ０−Ｄ３がＤＡＣ３４の対応入力に現われる。ＰＣ２０は、信号及びバイナリー１（ラッチ（２）の制御ライン）のビットＤ４−Ｄ７を含む第２バイトを送信する。ラッチ（２）がアクチベートされ、ビットＤ４−Ｄ７がＤＡＣ３４の対応入力に現われる。ＰＣ２０は、信号及びバイナリー３（ＤＡＣの制御ライン）のビットＤ８−Ｄ１１を含む第３バイトを送信する。信号のビットＤ８−Ｄ１１がＤＡＣの対応入力に現われ、従って、ここで、完全な１２ビット信号がＤＡＣ入力バスに現われる。制御ライン（３）の信号は、ここで、ＤＡＣ入力をロックアウトし、従って、アナログ出力が、ＰＣ２０により送信された値に保持される。
【００４８】
第１のＦＴ＿Ｗｒｉｔｅ命令は、データビットＤ０−Ｄ３をラッチ（３）へ送信し、そして第２の命令は、データビットＤ４−Ｄ７をラッチ（２）へ送信する。第３の命令は、データビットＤ８−Ｄ１１を送信し、そして完全なデータビットＤ０−Ｄ１１でＤＡＣ３４をアクチベートする。最終的な命令は、ユニットをアクチベートせず、アクティブな制御ラインを「１」にリセットするのに使用される。これは、全てのオペレーションの後に使用される。ＤＡＣオペレーションをテーブル２に要約する。
テーブル２：ＤＡＣオペレーション
2007527988.tif 000006
【００４９】
ＵＳＢ−ＩＦＭをＡＤＣにインターフェイスするための全論理回路設計が図１４に示されている。基本的ＵＳＢ論理インターフェイス回路（図１２）の８ビットＩ／Ｏデータバス及び制御ライン（５）が使用される。８本のＡＤＣ出力データラインＤ０−Ｄ３（又はＤ８−Ｄ１１）及びＤ４−Ｄ７が８ビットＩ／Ｏデータバスに接続される。制御ライン（５）は、Ｄフリップ−フロップ（７４ＬＳ７４）及びＡＮＤゲートを経てＡＤＣの／ＲＤ入力へ取り込まれる。
【００５０】
ＡＤＣから１２ビット信号を得る方法は、次の通りである。ＰＣ２０は、バイナリー５（ＡＤＣの制御ライン）を含むバイトをＵＳＢ−ＩＦＭへ送信して、ＡＤＣ変換をアクチベートし、そして／ＢＵＳＹ信号が低レベルになる。変換の終わりに、／ＢＵＳＹが高レベルとなり、ここで、新たなデータＤＢ０−ＤＢ７がＡＤＣの出力ラインに現われ（ＨＢＥＮが低レベルであるから）、そして３つの遅延チップ（７４ＨＣ１２３）を使用することにより一連の３つの遅延タイマーが開始される。第１遅延の後に、ＷＲ信号が発生され、これは、データＤＢ０−ＤＢ７をＵＳＢ−ＩＦＭ送信バッファに書き込ませる。第２の遅延ＨＢＥＮが高レベルにセットされた後、データＤＢ８−ＤＢ１１及び４個の０がＡＤＣデータ出力に現われる。第３の遅延の後、第２のＷＲ信号が発生され、これは、このデータＤＢ８−ＤＢ１１をＵＳＢ−ＩＦＭ送信バッファへ書き込ませる。ＰＣ２０は、ここで、ＵＳＢ−ＩＦＭ送信バッファからＡＤＣ変換結果を２バイトで読み取ることができる。ＦＴ＿Ｗｒｉｔｅ命令は、ＡＤＣをアクチベートし、又、その結果を２バイトとして論理回路を経てＵＳＢ−ＩＦＭ送信バッファへ送信する。ＦＴ＿Ｒｅａｄ命令は、これら２つのバイトをＰＣ２０へ送信する。これらは、いずれのユニットもアクチベートせず、又、読み取りデータバスにいずれのデータも送出しない。ＡＤＣオペレーションをテーブル３に要約する。
テーブル３：ＡＤＣオペレーション
2007527988.tif 000007
【００５１】
ＵＳＢ−ＩＦＭをＭＵＸにインターフェイスするための全論理回路設計が図１５に示されている。基本的ＵＳＢ論理インターフェイス回路（図１２）の４ビット読み取りデータバス及び２本の制御ラインが使用される。４ビット読み取りデータバスは、ラッチ（３）に接続され、その出力は、ＭＵＸの入力バスＡ０−Ａ３へ至る。制御ライン（２）及び（４）は、ラッチ（３）及びＭＵＸを各々アクチベートする。
【００５２】
ＭＵＸを動作する方法は、次の通りである。ＰＣ２０は、バイナリー２（ラッチ（３）の制御ライン）を含むバイトをＵＳＢ−ＩＦＭへ送信する。ラッチ（３）がアクチベートされ、読み取りデータバスのデータがＭＵＸの対応入力に現われる。ＰＣ２０は、バイナリー４（ＭＵＸの制御ライン）を含む第２バイトをＵＳＢ−ＩＦＭへ送信する。ＭＵＸがアクチベートされ、その出力は、４ビット読み取りデータバスのデータに基づいて１つのチャンネルを選択する。
【００５３】
ＵＳＢ−ＩＦＭをＤＣ  ＰＧＡにインターフェイスする全論理回路設計が図１６に示されている。基本的ＵＳＢ論理インターフェイス回路（図１２）の４ビット読み取りデータバス及び２つの制御ラインが使用される。４ビット読み取りデータバスは、ラッチ（２）に接続され、その最後の３つの出力は、ＤＣ  ＰＧＡの入力バスＡ１−Ａ３へ至る。制御ライン（１）及び（４）は、ラッチ（２）及びＤＣ  ＰＧＡを各々アクチベートする。
【００５４】
ＤＣ  ＰＧＡを動作する方法は、次の通りである。ＰＣ２０は、バイナリー１（ラッチ（２）の制御ライン）を含むバイトをＵＳＢ−ＩＦＭへ送信する。ラッチ（２）がアクチベートされ、そして読み取りデータバスのデータがＤＣ  ＰＧＡの対応入力に現われる。ＰＣ２０は、バイナリー４（ＤＣ  ＰＧＡの制御ライン）を含む第２バイトをＵＳＢ−ＩＦＭに送信する。ＤＣ  ＰＧＡがアクチベートされ、その出力は、最後の３ビット読み取りデータバスのデータに基づいて利得を選択する。制御ライン（４）は、ＭＵＸ及びＤＣ  ＰＧＡの両方をアクチベートすることに注意されたい。ＵＸ及びＤＣ  ＰＧＡのオペレーションをテーブル４に要約する。
テーブル４：ＭＵＸ及びＤＣ  ＰＧＡオペレーション
2007527988.tif 000008
【００５５】
第１の命令は、データビットＤ０−Ｄ３を、ラッチ（３）を経てＭＵＸの４つの入力チャンネル選択ビットへ送信する。第２の命令は、データビットＤ１−Ｄ３を、ラッチ（２）を経てＤＣ  ＰＧＡの３つの利得選択ビットに送信する。第３の命令は、ＭＵＸ及びＤＣ  ＰＧＡの両方をアクチベートする。
【００５６】
ＤＤＳチップＡＤ７００８は、複雑なデバイスであり、その制御は、データ取得システム内の他のユニットよりも複雑である。ＵＳＢデータ取得カードにより制御されるＤＤＳ信号ジェネレータボードの回路図が図１７に示されている。
【００５７】
ＤＤＳ出力正弦波の周波数、振幅及び位相は、データ入力（Ｄ０及びＤ７）を経て外部からロードしなければならない３つの内部レジスタと、パラレルアッセンブリレジスタとによりセットされる。ＤＤＳチップのデータ入力（Ｄ０−Ｄ７）は、ＤＤＳラッチを経て供給される。これらラッチへの入力は、ＵＳＢ及びデータ取得カードのデータラインから到来する（４ビット読み取りデータバス及びラッチ（３））。又、ＤＤＳラッチ出力の４つのＬＳＢは、ＤＤＳ転送論理入力ＴＣ０−ＴＣ３にも接続される。パラレルアッセンブリレジスタにデータが書き込まれると、これらのビットを、ＴＣ０−ＴＣ３に基づいて適当な内部レジスタにロードすることができる。
【００５８】
ＵＳＢデータ取得カードからの制御ライン（９）及び（１０）は、ＤＤＳラッチをセットするのに使用されるが、２つのＤＤＳチップのための制御信号（即ちＲＥＳＥＴ、／ＷＲ及びＲＯＡＤ）は、ＵＳＢデータ取得カードのデータラインからラッチ（４）（ビット８−１０）へ取り出される。
【００５９】
２つのＤＤＳチップを設定するためのオペレーションは、個々のラッチを経て各チップへデータを送信し、そしてテーブル５及び６に示すように、ラッチ（４）を経て３つのＤＤＳ制御入力をセットする（ＵＳＢデータ取得カード上で）ことを含む。
【００６０】
ＡＤ７００８への全ての制御信号は、６４コネクタを経てＵＳＢデータ取得カードのラッチ（４）に接続される。ＡＤ７００８が動作されると、制御バスが「０」にセットされ、そして読み取りデータバスが適当な制御入力をアクチベートするようにセットされる。
【００６１】
ＡＤ７００８のデータラインは、ＵＳＢデータ取得カードにより、２つのラッチＤＤＳラッチ（１）及びＤＤＳラッチ（２）を経て制御される。第１のＦＴ＿Ｗｒｉｔｅ命令は、データビットＤ０−Ｄ３をＵＳＢデータ取得カードのラッチ（３）へ送信する。第２の命令は、データビットＤ４−Ｄ７を送信し、そしてＤＤＳラッチの１つを完全なデータビットＤ０−Ｄ７でアクチベートする。
テーブル５：ＡＤ７００８の制御ラインオペレーション
2007527988.tif 000009
テーブル６：ＡＤ７００８のデータラインオペレーション
2007527988.tif 000010
【００６２】
ＵＳＢデータ取得カードのソフトウェアが、ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０で書かれており、これは、周辺装置やディスプレイをインターフェイスしたり、ユーザインターフェイスを設計したりするのに便利である。図１８は、ウインドウズユーザインターフェイスを示す。これは、次のような機能を有する。
（１）信号ジェネレータボードの制御；
（２）システムパラメータのメニュー及び設定の管理、並びにシステムの初期化；
（３）キャパシタンス測定ボードの制御、及びキャパシタンスデータの取得；
（４）自動ＤＣオフセット及び利得機能を得るためのＤＡＣ及びＡＤＣの制御；及び
（５）リアルタイムデータ取得。
【００６３】
以上のことから、この方法及び装置は、ＥＣＴシステムのための高速ＵＳＢデータ取得カードを提供することが容易に明らかであろう。ユーロケース及びユーロカード規格に適合するように電子回路が設計され且つＰＣＢが製造されている。カードは、１２個までのキャパシタンス測定チャンネル支持することができ、そしてシステムに首尾良く合体されている。ソフトウェアは、定在キャパシタンスを打ち消すためのＤＣオフセット、及びＤＣ増幅器利得設定を得るための自動的な校正と、映像再構成及び分析のための測定データの収集を、ユーザに馴染み易いＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）インターフェイスと一緒に備えている。
【００６４】
上述したように、コンピュータ２０は、特定用途に基づいて種々の構成をとることができる。例えば、空港のロビーに付添いのないまま放置された手荷物をチェックするような幾つかの用途にポータブルラップトップコンピュータを使用することができる。他の用途については、パーソナルコンピュータ２０を、ローカルエリアネットワークにおいて、又はインターネットを経てワイドエリアネットワークにおいて、スタンドアローンシステム、ワークステーション、及びファイルサーバーとして使用してもよい。
【００６５】
図１及び３に示されたトランスジューサ５０は、プラスチックシリンダー又はパイプ５２を備え、シリンダーの周囲には８個の電極５４が位置されている。同様の電気的キャパシタンス断層撮影（ＥＣＴ）トランスジューサが、参考としてここに援用する「Image Creation in a Tomography System」と題するウィ・キャング・ヤン氏の英国特許第ＧＢ２３２９４７６号に開示されている。この特許は、コンジット５２の外壁の周りに位置された電極５４を励振することにより得られるコンジットを横切る一連のキャパシタンス測定値を取り出すための装置の使用について述べている。これらキャパシタンス測定値は、コンジット５２を通る区分の映像であって、コンジット５２内の誘電体材料の相対的な割合及び位置を表す映像を構成するのに使用される。上記特許は、領域の内部特性を表わす映像を、その領域の周囲における電気的パラメータの測定値から、「ペンティウムコンピュータ」で迅速に実行される繰り返しフィードバックアルゴリズムから導出される映像補正データと組み合せて、生成するための方法を説明している。
【００６６】
キャスリーン・ヘネシー氏に発行された多数の特許は、プリント回路板の欠陥を検出するためにこれまで使用されている映像データベース知識データベースを開示している。これらの特許は、米国特許第５，５１５，４５３号、第５，５５３，１６８号、第５，７０３，９６９号、第６，０１４，４６１号、第６，０９１，８４６号、第６，２０５，２３９号、第６，２４６，７８７号、及び第６，２４６，７８８号を含み、それらの開示を参考としてここに援用する。
【００６７】
以下に詳細に述べるように、逆伝搬法を使用して、映像及び知識に基づくデータベースを構築するためのスーパーバイズされた学習が提供され、エラーデータをそれ以前のものへ逆伝搬法して、到来する重みを更新できるようにする。映像プリミティブに基づく映像インデックス及びサーチを使用して、隠されたアイテムの３Ｄリアルタイム映像を生成することができる。
【００６８】
危険な物体を検出するために物体の映像を形成しなくてよいことに注意するのが重要である。トランスジューサの信号は、物体の縁の勾配特性を検出するだけでなく、材料の中で隣接物体との区別を検出し且つ特徴付けるのに使用することもできる。映像の発生は、最初の断層撮影審査の後に人間のオペレータに視覚情報を与えるために必要とされるに過ぎない。物体及びそれらの特性は、視覚表示方法に使用できる次元を越えて、象徴的な超空間で表わすことができる。
【００６９】
米国特許第５，５１５，４５３号に開示された方法の更なる開発では、センサ／トランスジューサの前記パネルから得られた信号の測定値を使用して、物体の縁を描くと共に、前記物体内の材料の外部形状及びテクスチャーを特徴付ける。米国特許第６，０１４，４６１号、第６，０９１，８４６号及び第６，２０５，２３９号において半導体欠陥が特徴付けられるのと同様に、危険な物体の選択されたサンプルのセットを使用して、危険物体知識ベースが発生される。
【００７０】
危険物体知識ベース内の危険な物体に関するルールを発生するのに使用されるべき物体の各サンプルの特性は、次のステップ１−７により得られる。
【００７１】
ステップ１：（１）物体の縁のセグメントの強度特性における不連続性、又は（２）物体の内部材料の１つ以上のテクスチャーを特徴付ける隣接トランスジューサ信号の値の範囲、のいずれかを表すトランスジューサ信号の値からプリミティブのセットを発生する。
【００７２】
ステップ２：多数のプリミティブを、プリミティブ値の空間的接近性及び類似性に基づいて互いに関連付けて、前記物体の縁のセグメント及び内部材料を、それらの属性の値、例えば、相対的な位置、先鋭さ、巾、曲率、及び前記トランスジューサ信号から導出される他の特性で表すことにより、高レベルプリミティブのセットを発生する。
【００７３】
ステップ３：縁及び内部材料の類似性のような共有特性に基づいて前記高レベルプリミティブを接合して、物体を定義する。
【００７４】
ステップ４：物体のサイズ、その縁の曲率及び先鋭さ、金属性のテクスチャー、硝酸塩の独特の化学的なテクスチャー等、前記物体の記述子の値のセットを、以下のテーブル７に示すように、前記共有特性から発生する。
テーブル７：危険物体の特徴づけ
物体の    2D     3D立方   縁先鋭  物体の    縁の    内部          内部
ＩＤ      断面   体体積   さ＊    偏心度＊  曲率＊  テクスチャー  テクスチャー
0=円              係数＊        変動＊
100=ワーム
ナイフ１  104     223      93      64       16      -481           17
ナイフ２  108     231      87      71       19      -411           12
地雷１     52     304      21       6       91       53            22
地雷２     48     291      24       8       93       49            18
剃刀１     60     312      33      23       18       51            28
剃刀２     64     303      37      28       22       15            16
＊正規化、０−１００
1  金属は、負のキャパシタンスを示す。
2  剃刀１は、爆発物を含み、剃刀２は、含まない。
【００７５】
ステップ５：発散的特性が図２４ｂに示された異なる物体とは対照的に、特性の類似性が図２４ａのグラフに示された他の同様の危険物体について、ステップ１−４を、少なくとも３回、通常は、５回以下で繰り返す。
【００７６】
ステップ６：前記記述子に重みを指定し、以下のテーブル８に示すように、類似及び限定された範囲の値をもつ記述子には大きな重みを与え、異なる又は広く変化する範囲の値を持つ記述子には小さな重みを与えるか又は重みを与えない。
テーブル８：危険物体の特性に指定される重み
物体の    2D       3D立方     縁の    物体の    縁の  内部          内部
ＩＤ      断面積   体体積     先鋭さ  偏心度    曲率  テクスチャー  テクスチャー
係数          変動
ナイフ     11        14        94      61       16     11            18
地雷       32        28         6      44       42     91            23
剃刀Ｗ      6        14        23      14       18     88            11
【００７７】
ステップ７：危険物体の各グループに対する記述子の値のセットを、記述子の値の中間点及び重みの単一セットに減少し、このような各セットを、以下のテーブル９に示すように危険物体知識ベースのルールとして記憶する。
テーブル９：危険物体知識ベース：属性値中間点及び重み
2D      3D立方    縁の    物体の    縁の    内部          内部
ルール  断面積  体体積    先鋭さ  偏心度    曲率    テクスチャー  テクスチャー
係数          変動
MPt Wt  MPt Wt    MPt Wt  MPt Wt    MPt Wt  MPt  Wt       MPt Wt
ナイフ  106 11  227 14    93  94  64  61    16  16  -48  11       17  18
地雷    50  32  298 28    22  6   7   44    92  42   51  91       20  23
剃刀Ｗ  63  6   307 14    35  23  26  14    20  18   38  88       22  11
【００７８】
前記危険物体知識ベースの配布、使用、維持及び特定用途改善は、以下のステップ８−１２で説明する。
【００７９】
ステップ８：危険物体知識ベースが、広範囲な種々の物体、特性及びそれらの相対的重要性に関する累積された相対的情報を反映する危険物体に関するルールでポピュレーションされると、これを使用して、ステップ１−４をたどることにより小包及び手荷物内のような包囲されたエリア内の潜在的危険物体を検出しそして分類することができる。
【００８０】
ステップ９：通常サイズが１５０００バイト以下の危険物体知識ベースは、走査装置の特定実施形態に使用するためのセキュリティユニットに電子手段により配布される。
【００８１】
ステップ１０：危険物体知識ベースの修正は、物体の１つ以上のインスタンスの追加、削除又は交換により達成され、危険物体知識ベースにおけるルールのセットが再公式化され、即ち、通常数分しかかからず且つ容易に逆転することのできるプロセスとなる。
【００８２】
ステップ１１：危険物体知識ベースのマスターセットを生成して、検査サイトから離れた場所で同様の装置において修正し、そして任意の場所へ電子的に送信して、セキュリティネットワーク全体にわたり危険物体に関する最新のルールを与える。
【００８３】
ステップ１２：貨物や荷物のチェックのような異なるセキュリティタスクに対して、爆発物や促進剤を検出するように編集された危険物体知識ベースの多数のバージョンを生成して維持すると共に、ナイフのような先鋭な金属物体を検出するためのルールを追加した危険物体知識ベースの別のバージョンを機内持ち込み品目に対して生成する。
【００８４】
別々に又は組み合せて使用できるトランスジューサの多数の実施形態が図４、５、６及び１９−２３に示されている。
【００８５】
４つのセキュリティ走査装置を次の実施形態として以下に説明する。（１）並列センサアレイを伴う３Ｄ容量性スキャナ；（２）平坦なキャパシタンスセンサアレイを伴うシューズスキャナ；（３）平坦なホール効果センサアレイを伴う磁気スキャナ；及び（４）金属物体及び化学物質を３Ｄ像形成するための多平面ＥＣＴ。
【００８６】
実施形態１：並列センサアレイを伴う３Ｄ容量性スキャナ
従来のＥＣＴセンサは、断面を取り巻く多数の電極で構成される。別の設計は、一方が励振用そして他方が検出用の２枚の平行なプレートをキャパシタンスセンサアレイと共に使用し、各プレートに例えば２５６個（又は他の個数）の電極を設けることである。図１９に示すように、上部プレート１９ａにおいて１つの電極１９ｅが付勢されると、下部プレート１９ｂから例えば２５のキャパシタンス測定値を得ることができる。上部プレートの励振電極は順次に付勢され、例えば、１０００以上のキャパシタンス測定値を下部プレートの検出電極から収集することができる。セキュリティ分布（ヤン氏等、１９９９年）を得るために、限定差方法を使用することができ、これは、感知スペースの形状から限定素子方法（ＦＥＭ）より便利である。各電極は、例えば、３ｘ３＝９個（又は他の個数）のピクセルに分割することができる。励振プレートと検出プレートとの間のスペースをソフトウェアで多数の層に分割して、各層の厚みがピクセルの寸法と同様であるようにすることができる。このようにして、感知スペースを多数の小さな立方体に分割することができる。これは、真の３Ｄ映像再構成を可能にし、優れた空間的解像度を達成することができる。
【００８７】
キャパシタンス及びロス・コンダクタンスの両成分を異なる周波数及び異なる位相で測定することができる。測定回路は、正弦波励振及び位相感知復調を使用するＡＣベースのＥＣＴシステム設計に基づくものでよい（ヤン及びヨーク氏、１９９９年）。キャパシタンス成分を測定するために、高周波数の励振信号（例えば、１ＭＨｚ）を、最適感知フィールドに対して１つ以上の励振電極に印加することができ、そして直角位相信号を、検出電極から位相感知復調により測定することができる。ロス・コンダクタンス成分を測定するために、低周波数信号（例えば、１０ｋＨｚ）を印加して、同相信号を測定することができる。測定プロトコルは、映像解像度のために最適な属性を伴うデータセットを得るように最適化することができる（ポリドリデ及びマッカン氏、２００２年）。リアルタイム像形成を達成するために、パラレルデータ取得チャンネルを使用することができる。
【００８８】
銃やナイフ（金属又はセラミック）のような多数の危険物体は、その形状のみで独特に特徴付けることができる。爆発物のような他のものは、材料の独特の電気的特性により識別することができる。他方、ある無害の物体は、１組のワイヤのように疑わしい形状を有しているか或いはヘアスプレーのように材料の性質が疑わしいものであるために、偽の肯定アラームをトリガーすることがある。自動検査又は走査技術を採用するためには、偽の肯定アラームを排除することが重要である。形状によるだけでなく、材料の電気的特性にもよって物体を特徴付けるための知識ベースの映像分析の能力は、半導体ウェハ検査におけるその適用が示しているように、偽の肯定アラームを実質的に減少することができる（リン氏２００１年、ファン氏２００２年）。
【００８９】
断層撮影センサから得られる情報を最大限活用するために、キャパシタンス及びロス・コンダクタンスデータを特徴のセットとして処理又は抽出することができ、特徴は、この情報を、材料の映像、形状、テクスチャー及び特性のような他の情報とシームレスに一体化するように表わすことができ、次いで、データベースに記憶することができる。これにより、センサからのデータを物体の関連特性に指定することができ、システムは、関連データから導出されたルールを抽出し、公式化しそして使用することができる。キャパシタンス及びロス・コンダクタンスデータは、これで、キャパシタンス及びロス・コンダクタンスプロフィールの類似性に関連して、物体及びその特性に関する動的な知識ベースの一部分となり得る。
【００９０】
この装置の開発は、生の映像データを取得し、ノイズをフィルタリングし、そして特徴を抽出することを含む。このために、知識ベース機能に対するソフトウェア及びハードウェアファシリティが必要となる。又、形状の描写、物体の構造及びフィードバックの能力に関して各映像発生技術の性能を評価するための情報を与えることもできる。又、この装置の開発は、危険物体の全３Ｄ映像の知識ベース特性を取得し、そして広範囲なフィールドテストを行って、使用の観点で受け容れられるシステム性能を確保することも含み得る。知識ベースは、自動焦点ファシリティのようにＥＣＴシステムへフィードバックを与えて、システムが異なる測定プロトコル及び異なる励振周波数により映像発生の性能を最適化できるようにする。映像知識ベース技術により、危険物体の検出及び識別を含むリアルタイム映像分析を達成することができる。
【００９１】
この装置は、空港で書類かばんを、そして郵便局や小包配送サービスにおいて封筒及び／又は小包をチェックするのに使用できる（これに限定されない）。物体は、２枚のプレート間に置くことができる。金属又はセラミックナイフや爆発物材料が中にある場合には、像形成システムがその中身を３Ｄ映像として示し、それらを識別することができる。この装置は、犯罪者が爆弾や炭疽菌や他の危険な材料を、空港や郵便局や小包配送サービスを介して送付するのを防止する種類の第１のものである。又、この装置は、空港において大きな問題となる放置された書類かばんをチェックするためのポータブル装置として使用されてもよい。
【００９２】
実施形態２：平坦なキャパシタンスセンサアレイを伴うシューズスキャナ
過去に、テロリストは、シューズに爆発物を隠すことに頼っており、これは、「シューズ爆弾」と称された。特に、米国の多くの空港では、全ての乗客が、セキュリティ要員によるチェックのためにシューズを脱がねばならない。この方法には明らかに問題がある。（ａ）靴底又はヒール内に隠された爆発物を発見できない；（ｂ）時間がかかり、追加のスタッフが必要であり、且つ長い行列ができる；（ｃ）この経験は、航空機の乗客及びセキュリティスタッフの両方にとって不快である。
【００９３】
キャパシタンスセンサアレイを使用すると、砂の中に埋もれたプラスチック又は金属物体を示す２Ｄ映像を発生できることが実験で示されている。２５６センサアレイでは、足の形状を視覚化し、サイズを決定できることが示されている。
【００９４】
実施形態２としての感知パッドは、順次の付勢される例えば２５６（又は任意の個数）の電極で構成できる。１つの電極が付勢されたときに、例えば、２４個（又は他の個数）の周囲電極から電極間キャパシタンスを測定することができる。縁付近の励振電極は、２４の周囲電極をもたないことを考えると、２５６ｘ２４＝６１４４未満の測定値しかない。実施形態１と同様に、限定差シミュレーションにより感度分布を見出すことができる。映像再構成アルゴリズムは、２Ｄ及び３Ｄディスプレイに対して実施することができる。測定プロトコルと、感度分布についての事前の知識とにより、高い映像解像度を期待することができる。実施形態１と同様に、各電極は、９個（又は他の個数）のピクセルに分割することができ、２Ｄ映像において例えば２３０４個のピクセルを、そして３Ｄ映像においてそれより多数の立方体を与えることができる。実施形態１について提案された解決策と同様に、金属、セラミック、爆発物、及び他の危険材料を考慮して、知識ベースの映像分析を適用することができる。シューズスキャナとして使用するのに加えて、例えば、従来の金属検出器及びプラスチック地雷検出に置き換わるための映像ツールとして他のポータブル用途に対してハンドヘルドバージョンも考えられる。
【００９５】
実施形態３：平坦なホール効果センサアレイを伴う磁気スキャナ
現在の金属検出器は金属の存在しか検出できないが、本発明の磁気スキャナは、金属物体（１つ又は複数）のサイズ及び／又は形状に関する情報を与えることができる。このセンサは、図２０に示すように、ＡＣ磁界を発生するための例えば９個（又は他の個数）のコイル２０ｃと、検出器としての例えば２８個（又は他の個数）のホール効果センサ２０ｄとで構成される。コイル２０ｃは、順次に付勢することができる。１つのコイル２０ｃが付勢されると、２８個（又は他の個数）のホール効果センサ２０ｄから例えば２８個（又は他の個数）の測定値を得ることができる。全部で、例えば２５２個の測定値がセンサから得られる。この２５２個の測定値から映像を再構成するには、３Ｄ感度マップが必要となる。
【００９６】
センサパネルは、図２に示すように、例えば１０ｋＨｚの磁界を発生するための例えば９個（又は他の個数）のコイルと、検出器としての２８個のホール効果センサとで構成される。例えば歪入りのインジウム−ガリウム−砒素（ＩｎＧａＡｓ）ヘテロ構造で作られたセンサ、又は他のホール効果センサは、サイズが小さく（例えば、１．５ｘ３ｍｍ）、そして大きなダイナミックレンジ（例えば、１テスラまで）で高い解像度（例えば、０．１μテスラ）を与える（ハンド及びミッソー氏、２００３年）。コイルは、順次付勢することができる。１つのコイルが付勢されたときに、ホール効果センサから２８個の測定値を取り出すことができる。全部で、例えば、２５２個の測定値をセンサパネルから取り出すことができる。データ取得システムは、トランスジューサ回路を除くと、キャパシタンスを測定するのに使用されるものと同様でよい。
【００９７】
上記２５２個の測定値から映像を再構成するには、３Ｄ感度分布が必要とされ、これは、例えば、アンソフト・インク（米国）からの限定エレメントソフトウェアパッケージを使用して計算することができる。対象物が多数の異なる角度から質問された後に、測定されたデータを使用して、金属物体（１つ又は複数）の２Ｄ及び／又は３Ｄ映像を再構成することができる。この装置は、データ取得、映像再構成、映像処理及び映像表示のために、ＰＣ２０又は他の形式のデスクトップコンピュータを使用して設計することができる。図２１−２３に示すハンドヘルドツール６０は、マイクロコントローラ、ＤＳＰ、又は他の形式のマイクロプロセッサを、ＬＣＤディスプレイパネルと共に使用するもので、バッテリで作動される。これは、人々及び小さなバッグを走査するためにセキュリティ要員により使用することができる。又、本発明の装置は、金属地雷の検出にも使用できる。この場合も、従来の金属検出器に勝るこの装置の効果は、金属物体の形状及び／又はサイズを示す映像を与えると共に、偽警報を減少できることである。従来の金属検出器を使用した地雷検出の成功率は、０．１％程度であることに注意されたい（アロソップ氏、２０００年）。実施形態１及び２と同様に、知識ベースの映像分析を実施形態３にも適用することができる。将来、この装置は、平坦なキャパシタンスベースの像形成装置（実施形態２）と組み合わされて、データ及び映像の融合により改善された映像を得ることができる。
【００９８】
図２１−２３に示すように、本発明のハンドヘルド装置は、次のものを含む複数の層を有するのが好ましい。
層１：ＬＣＤディスプレイ及びキーパッド
層２：感知電子装置及びＤＳＰ
層３：磁気シールド
層４：励振コイル
層５：前置増幅器及びＭＵＸ
層６：ホール効果センサ
本発明の装置は、平坦なキャパシタンス像形成センサアレイと組み合せて、改善された映像を得ることができる。
【００９９】
実施形態４：金属物体及び化学物質を３Ｄ像形成するための多平面ＥＣＴ
過去において、ガス（τr＝１．０）及びオイル（τr＝２．１）のような異なる誘電率の誘電体材料を像形成するためのＥＣＴ技術が開発された。金属は、負のキャパシタンス変化を表す非常に強力な信号を発生することが観察された。映像の再構成中にキャパシタンスデータを単に反転するだけで、既存のＥＣＴシステムで金属物体が見られることが実験で立証された。これは、ＥＣＴシステムをセキュリティスキャナとして使用して、断面において金属物体を検出し、位置決めしそしてその映像を形成できることを示している。重要な問題は、映像の解像度を改善し、そして金属物体を確実に識別することである。実施形態４では、３Ｄ像形成のためのセンサは、キャパシタンス電極の例えば４個（又は他の個数）のリングで構成され、各リングには例えば１６個（又は他の個数）の電極が含まれる。これら電極は、丸い又は長方形のトンネルを包囲することができる。実施形態１及び２と同様に、キャパシタンス及びロス・コンダクタンスの両成分をセンサアレイから測定して、より多くの独立した測定値を得て、危険物体又は材料をより確実に識別することができる。
【０１００】
金属物体は、誘電体材料とは完全に異なるキャパシタンス変化を生じるので、金属物体の映像を再構成するには、金属物体に特有の感度分布を見出すことが必要である。ロス・コンダクタンスの測定値を使用して、適当な映像を再構成することもできる。両方の場合に、例えば、アンソフト社のソフトウェア或いは他のＦＥＭ又は限定差ソフトウェアを使用して、３Ｄの感度分布を計算する必要がある。２つの映像を、映像融合により一緒に一体化して、金属物体の更に正確な表示を発生することができる。
【０１０１】
各電極リングからの測定データのセットから２Ｄ映像を再構成することができ、次いで、全電極リングからの例えば４個の映像を一緒に積み重ねて３Ｄ映像を与えることができる。空港で使用するために、例えば、直径が６０ｃｍのトンネルを設計し、各リングが、例えば長さ１０ｃｍの電極を例えば１６個（又は他の個数）有し、その中にハンドバックを入れられるようにすることができる。システムを２1/2Ｄ像形成のために動作するときには、各リング内の上記１６個の電極が例えば１２０個のキャパシタンス測定値及び例えば１２０個のロス・コンダクタンス測定値を与えることができる。例えば、ランドウェーバの繰り返しアルゴリズム又は他の映像再構成アルゴリズムを使用してキャパシタンスデータから４つの映像を再構成することができ（ヤン氏等、１９９９年、ヤン及びペン氏、２００３年）、そしてロス・コンダクタンスデータから４つの映像を再構成することができる。次いで、キャパシタンス映像及びロス・コンダクタンス映像から２つの仮想３Ｄ映像を各々構成することができる。最終的に、２つの映像を一緒に融合することにより３Ｄ映像を発生することができる。真の３Ｄ映像を得るために、測定プロトコルは、従来の解決策より非常に複雑なものになり得る。この場合に、１つの電極又は電極のグループが付勢されると、全てのリングの他の全ての電極からキャパシタンス及びロス・コンダクタンスの測定を行うことができる。更に多くの独立した測定データをセンサから得ることができると共に、改善された映像を抽出することができる。実施形態１、２及び３と同様に、知識ベースの映像分析を実施形態４に適用することができる。
【０１０２】
以上の説明から、次のことが明らかとなろう。
１．電気的断層撮影（より詳細にはＥＣＴ及びＥＭＴ）及び知識ベースの映像分析をベースとするセキュリティ走査装置であって、感知ヘッド、感知電子装置、映像再構成及び映像分析マイクロプロセッサ（マイクロコントローラ、ＤＳＰ、ラップトップ、又はデスクトップＰＣのいずれか）、ディスプレイユニット及び付属のソフトウェアを各々備えた装置は、従来の装置に勝る顕著な効果を発揮する。
【０１０３】
２．セキュリティ走査装置は、ＥＣＴ及びＥＭＴに伴う映像解像度を向上させることができる。より多くの独立した測定値を得るために、より多くのセンサ、より多くの感知回路、及び柔軟で／最適な測定プロトコルを使用することができる。
【０１０４】
３．セキュリティ走査装置は、データ融合を実施して、ＥＣＴ及びＥＭＴ（おそらくＸ線を伴う）の相補的感度を、異なる材料特性に結合することができる。
【０１０５】
４．セキュリティ走査装置は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体の構造、それらの属性の発生、及び種々様々な像形成技術を使用できる多数の映像発生ユニットへのフィードバック信号の発生、に対して最適な技術を決定することができる。
【０１０６】
５．セキュリティ走査装置は、多数のセンサから映像属性が取得される物体を特徴付けることのできる映像知識ベースを実施するアーキテクチャー及び手段を提供する。
【０１０７】
６．セキュリティ走査装置は、パラレル測定チャンネル及びパラレルデータ処理を必要とする非常に多数のセンサでリアルタイムに動作することができる。
【０１０８】
７．セキュリティ走査装置は、危険物体（例えば、銃及びナイフ、金属又はセラミック）及び化学物質（例えば、爆発物）の断層撮影又は非断層撮影映像を２Ｄ又は３Ｄで与えるもので、危険物体及び化学物質を識別するために知識ベースの映像を分析して理解することによりサポートされる。
【０１０９】
８．セキュリティ走査装置は、空港、郵便局、及び公衆の出入りを扱う他の区域、例えば、公共の劇場、鉄道の駅、公共のビル、スポーツイベント、及び他の無防備な会場において使用することができる。
【０１１０】
「左」、「右」、「時計方向」、「反時計方向」、「水平」、「垂直」、「アップ」、「ダウン」等の用語は、図面を参照して使用したときには、一般に、例示された実施形態における部品の向きを指すもので、必ずしも、使用中の向きではない。これらの用語は、相対的な位置及び／又は向きを便宜上指すものに過ぎず、何ら限定を意味するものではないことを理解されたい。
【０１１１】
本発明の種々の実施形態を図示して説明したが、本発明の概念から逸脱せずに変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明は、上述した例又は実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】セキュリティ走査装置を示す斜視図である。
【図２】セキュリティ走査装置を示すブロック図である。
【図３】実質的に図１の３−３線に沿った断面図である。
【図４】センサのスイッチを示す回路図である。
【図５】多数の磁気感知素子をもつホールトランスジューサの概略図である。
【図６】多数のコイル及び磁気感知素子をもつホール感知装置の概略図である。
【図７】（ａ）は、階層状分布を示すグラフであり、（ｂ）は、コア分布を示すグラフであり、そして（ｃ）は、環状分布を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、階層状分布の映像であり、（ｂ）は、コア分布の映像であり、そして（ｃ）は、環状分布の映像である。
【図９】ＵＳＢ−ＩＦＭの内部ブック図である。
【図１０】ＵＳＢ−ＩＦＭタイミング図である。
【図１１】ＵＳＢインターフェイスカードを示すデータ取得システムの図である。
【図１２】ＵＳＢ−ＩＦＭ論理インターフェイス回路を示す図である。
【図１３】ＵＳＢ−ＩＦＭをＤＡＣにインターフェイスする図である。
【図１４】ＵＳＢ−ＩＦＭをＡＤＣにインターフェイスする図である。
【図１５】ＵＳＢ−ＩＦＭをＭＵＸにインターフェイスする図である。
【図１６】ＵＳＢ−ＩＦＭをＤＣ  ＰＧＡにインターフェイスする図である。
【図１７】ＤＤＳ信号ジェネレータボードを示す図である。
【図１８】ウインドウズユーザインターフェイスを示す図である。
【図１９】一方が励振用で、他方が検出用の２枚の平行プレートと、各プレート上のキャパシタンスセンサアレイとを示す概略図である。
【図２０】励振コイル及びホール効果センサをもつ磁気スキャナの概略図である。
【図２１】ハンドヘルドスキャナの正投影図である。
【図２２】多数の層をもつハンドヘルドスキャナの拡大側面図である。
【図２３】ハンドヘルドスキャナの上面図である。
【図２４ａ】同様の物体の記述子の値の整列状態を示すグラフである。
【図２４ｂ】異なる物体間の記述子の値の発散状態を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
2007527988.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月11日(2007.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置において、
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイと、
前記センサ手段の励振電極に印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の少なくとも１つの励振電極と、第２検出電極アレイの複数の検出電極の各々との間に複数の電界を発生するための手段と、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割するための、異なるセンサ信号に基づくソフトウェアと、
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムへ配送するための手段と、
前記データ取得システムによって受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、その装置の断面を像形成するための手段と、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段に関連した知識データベースであって、隠された物体を識別するために逆伝搬法にデータを使用するようにインデックスされるデータベースと、
を備えたセキュリティ走査装置。
【請求項２】
前記感知スペースに隣接した感知手段の前記複数のアレイは、データ融合を実施して、ＥＣＴ及びＥＭＴの相補的感度を異なる材料特性に結合できるように構成される、請求項１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項３】
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムに配送するための前記手段は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体の構造、それらの属性の発生、及び種々の像形成技術を利用する多数の像発生ユニットへのフィードバック信号の発生に対して最適な技術を決定できるように構成される、請求項１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項４】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、装置の断面を像形成するための前記手段は、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付ける映像知識ベースを実施するためのアーキテクチャー及び手段を備えた、請求項１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項５】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性及び誘導性センサを含む、請求項１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項６】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性センサを含む、請求項１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項７】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、誘導性センサを含む、請求項１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項８】
感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置において、
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイと、
前記センサ手段の励振電極に印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の少なくとも１つの励振電極と、第２検出電極アレイの複数の検出電極の各々との間に複数の電界を発生するための手段と、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割する手段と、
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムへ配送するための手段と、
前記データ取得システムによって受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、その装置の断面を像形成するための手段と、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段に関連した知識データベースであって、隠された物体を識別するために逆伝搬法にデータを使用するようにインデックスされるデータベースと、
を備え、
前記データ取得システムによって受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、その装置の断面を像形成するための手段は、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付ける映像知識ベースを実施するためのアーキテクチャー及び手段を備えたことを特徴とするセキュリティ走査装置。
【請求項９】
前記感知スペースに隣接した感知手段の前記複数のアレイは、データ融合を実施して、ＥＣＴ及びＥＭＴの相補的感度を異なる材料特性に結合できるように構成される、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１０】
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からの信号をデータ取得システムに配送するための前記手段は、ノイズフィルタリング、特徴抽出、物体の構造、それらの属性の発生、及び種々の像形成技術を利用する多数の像発生ユニットへのフィードバック信号の発生に対して最適な技術を決定できるように構成される、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１１】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段に関連した前記データベースは、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付けるように構成され、
映像及び知識データベースは、各々の既知の物体に関するデータを含むように、以下のステップに従って構築されるものであり、前記ステップは、
１）センサ信号の値から、(1)物体の縁のセグメントを特徴付ける強度の不連続性、又は(2)物体の内部材料の１つ以上のテクスチャーを特徴付ける隣接センサ信号の値の範囲、のいずれかを表すプリミティブのセットを発生する段階と、
２）多数のプリミティブを、それらプリミティブ値の空間的接近性及び類似性に基づいて互いに関連付けることにより高レベルプリミティブのセットを発生して、それら属性の値、例えば、相対的な位置、先鋭さ、巾、曲率、及び前記センサ信号から導出される他の特性により前記物体の縁のセグメント及び内部材料を表すようにする段階と、
３）共有された特性、例えば、縁及び内部材料の類似性に基づいて前記高レベルプリミティブを接合して、前記物体を定義する段階と、
４）前記物体の記述子の値のセット、例えば、物体のサイズ、その縁の曲率及び先鋭さ、金属のテクスチャー、独特の化学的なテクスチャー、例えば、硝酸塩のテクスチャーを、前記共有特性から発生する段階と、
５）少なくとも３つの他の同様の危険物体で前記段階１-４を繰り返す段階と、
６）同様の及び限定された範囲の値をもつ記述子に大きな重みを与えると共に、異なる又は大幅に変化する範囲の値をもつ記述子に小さな重みを与えるか又は重みを与えないように、前記記述子に重みを指定する段階と、
７）危険物体の各グループに対する記述子の値のセットを、記述子の値、範囲及び重みの単一セットであって、危険物体知識データベースにルールとして各々記憶されるべきセットへと減少する段階と、
を含むものである、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１２】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性及び誘導性センサを含む、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１３】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段に関連した前記データベースは、多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付けるように構成され、
映像及び知識データベースは、各々の既知の物体に関するデータを含むように、以下のステップに従って構築されるものであり、前記ステップは、
容量性及び誘導性センサに対して既知の物体を位置させるステップと、
複数の既知の物体の各々が付近に位置されたときに前記容量性及び誘導性センサの付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を記録するステップと、
各々の前記既知の物体に関するデータを含む映像及び知識データベースを構築するステップと、
未知の物体を含む手荷物を前記容量性及び誘導性センサに対して移動するステップと、  前記未知の物体の付近のキャパシタンス及びインダクタンスの変化を、前記映像及び知識データベースにおけるデータと比較するステップと、
前記物体が危険物体であるかどうか決定するステップと、
を含むものである、請求項１２に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１４】
多数のセンサからそれの映像の属性が取得される物体を特徴付ける前記映像知識ベースを実施するための手段は、
危険物体及び化学物質の断層撮影映像及び非断層撮影映像を、２Ｄ又は３Ｄで与える手段であって、危険物体及び化学物質を識別するための知識ベースの映像分析及び理解よってサポートされるものである手段を含む、請求項１１に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１５】
感知スペースに隣接したセンサ手段の前記複数のアレイは、容量性センサを含む、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの励振電極と、複数の検出電極の各々との間に複数の電界を発生するための前記手段は、高周波正弦波励振信号を前記記励振電極に配送する手段を含む、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１７】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段は、電気的断層撮影及び知識ベースの像形成のための位相感知復調を含む、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１８】
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイは、並列センサアレイを伴う容量性スキャナを含む、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項１９】
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイは、前記感知スペースを取り巻く複数の電極を含む、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２０】
前記感知スペースに隣接するセンサ手段の複数のアレイは、複数の励振電極及び複数の検出電極がプレート上に装着された複数のキャパシタンスセンサアレイを備えた、請求項８に記載の感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するためのセキュリティ走査装置。
【請求項２１】
感知スペース内の装置の中身を走査し、識別しそして像形成するための電気的キャパシタンス断層撮影（ＥＣＴ）システムであって、
前記感知スペースに隣接する励振及び検出電極のアレイと、
励振電極と複数の検出電極の各々との間のキャパシタンスの変化の測定を可能にするための前記励振電極の少なくとも１つに信号を印加するように構成された励振信号発生器と、
キャパシタンス信号を各検出電極からデータ取得システムへ配送するための手段と、
前記データ取得システムによって受け取られたキャパシタンス信号を分析して、前記感知スペース内の装置の性質を決定すると共に、その装置の断面を像形成するための手段と、を有し、
前記データ取得システムによって受け取られた前記キャパシタンス信号は、前記感知スペース内の装置が誘電体材料であるときに正であり、前記感知スペース内の装置が金属であるときに負であってキャパシタンスの負の変化を表わし、前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記手段は、キャパシタンス信号を使用して金属の装置の像形成を可能にするために映像の再構成中にキャパシタンスデータを反転させるように構成されていることを特徴とする、電気的キャパシタンス断層撮影（ＥＣＴ）システム。
【請求項２２】
感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法において、
感知スペースに隣接してセンサ手段の複数のアレイを位置させるステップと、
走査、識別及び像形成されるべき装置を前記感知スペースに位置させるステップと、
前記センサ手段の第１励振電極アレイの少なくとも１つの励振電極と第２検出電極アレイの各検出電極との間に、前記センサ手段の前記第１励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、複数の電界を発生するステップと、
前記感知スペースを多層の小さな立方体に分割するステップと、
前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの各検出電極からデータ取得システムへ信号を配送するステップと、
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析して、前記感知スペース内の前記装置の性質及び前記装置の識別を決定するステップと、
を備えた方法。
【請求項２３】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、
前記センサ手段から生の映像データを取得する段階と、
前記生の映像データを処理する段階と、
情報を、材料の映像、形状、テクスチャー及び特性を含む他の情報とシームレスに一体化させ、次いで、データベースに記憶させるようにして表された特徴のセットとしてデータを抽出する段階と、
を含む請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項２４】
前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、
特定の主題に関連した映像の集合から映像データベースを生成する段階と、
前記特定の主題に関連した他のデータで知識データベースを生成する段階であって、前記知識データベースは前記映像データベースをクロスリファレンスするような段階と、
を含む請求項２３に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項２５】
前記センサ手段は、電気的キャパシタンスセンサを含む、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項２６】
前記センサ手段の前記第１励振電極アレイに印加される入力信号は、高周波正弦波励振信号を含む、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項２７】
前記感知スペース内の装置を検出しそして識別するために、前記データ取得システムにより受け取られた信号を分析する前記ステップは、電気的断層撮影及び知識ベースの像形成のための位相感知復調を含む、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項２８】
前記センサ手段は、並列センサアレイを伴う容量性スキャナを含む、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項２９】
前記センサ手段は、前記感知スペースを取り巻く複数の電極を含む、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項３０】
前記センサ手段は、複数の励振電極及び複数の検出電極がプレート上に装着された複数のキャパシタンスセンサアレイを備えた、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項３１】
前記センサ手段は、２枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは各プレート上に複数の励振電極を含む、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項３２】
前記センサ手段は、２枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは複数の検出電極を各プレート上に伴う、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項３３】
前記センサ手段は、２枚の平行プレートを含み、その一方は励振用で、その他方は検出用であり、キャパシタンスセンサアレイは、各プレート上の複数の励振電極と、各プレート上の複数の検出電極とで構成される、請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項３４】
前記センサ手段の第１励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の第１励振電極アレイの各励振電極と、第２検出電極アレイの各検出電極との間に複数の電界を発生する前記ステップは、
前記第１励振電極アレイの単一の励振電極を付勢し、そして前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの複数の検出電極各々からの信号をデータ取得システムへ配送する段階、を含む請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【請求項３５】
前記センサ手段の第１励振電極アレイに印加される入力信号に応答して、前記センサ手段の第１励振電極アレイの各励振電極と、第２検出電極アレイの各検出電極との間に複数の電界を発生する前記ステップは、
前記第１励振電極アレイの単一の励振電極を順次に付勢する段階、及び
前記複数の励振電極の各々が付勢されるときに、前記センサ手段の前記第２検出電極アレイの複数の検出電極の各々からの信号をデータ取得システムへ配送する段階、
を含む請求項２２に記載の感知スペース内の装置を走査し、識別しそして像形成する方法。
【国際調査報告】
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