(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体に少なくとも一つの物体を携帯し、長軸に沿って検査領域を歩いて通過する乗客を走査するためのポータルであって、
漏斗状の入口と、漏斗状の出口と、中央ポータルと、複数の処理ブロックとを備え、
前記漏斗状の入口は、前記長軸に対して第１の角度をなす２つの対向するパネルである第１セットを備え、第１の角度は５度〜８５度の範囲にあり、
前記漏斗状の出口は、前記長軸に対して第２の角度をなす２つの対向するパネルである第２セットを備え、第２の角度は５度〜８５度の範囲にあり、
前記中央ポータルは、互いに平行であり前記漏斗状の入口と前記漏斗状の出口との間に位置する２つの対向するパネルである第３セットを有し、前記２つの対向するパネルからそれぞれ構成される前記第１セット、前記第２セット及び前記第３セットは、前記検査領域を形成し、かつ複数の送信素子と複数の受信素子を有し、前記送信素子は、前記乗客がポータルを通過するときに前記乗客に向けてマイクロ波ビームを発射し、前記受信素子は、散乱マイクロ波ビームを乗客から受信し、２個以上の送信素子は、同時に動作中になり、乗客がポータルを通過している間、検査領域に対する複数の走査を発生し、
前記複数の処理ブロックは、前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子と関連して、散乱マイクロ波ビームを処理して、時間、位相又は周波数ドメイン情報の少なくとも一つを有するデータを出力し、
前記散乱マイクロ波ビームは、少なくとも一つの物体の前面、前記少なくとも一つの物体の後面、及び前記少なくとも一つの物体の前記前面に隣接する前記乗客の一部と前記発射マイクロ波ビームとの相互作用の結果であり、
前記時間、前記位相又は前記周波数ドメイン情報の少なくとも一つは、前記少なくとも一つの物体の位置、形状、大きさ、又は比誘電率を測定するために用いられることを特徴とするポータル。
【請求項２】
前記第１セットの２つの対向するパネルと、前記第２セットの２つの対向するパネルは、前記長軸に対して第１の角度及び第２の角度でそれぞれ設置され、前記第１の角度及び前記第２の角度は、２０度から６０度の範囲であることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項３】
前記第１セットの２つの対向するパネルと、前記第２セットの２つの対向するパネルと、前記第３セットの２つの対向するパネルは、高さほぼ２ｍであり、幅が０．４ｍ〜１．０ｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項４】
前記第１セットの２つの対向するパネルと、前記第２セットの２つの対向するパネルと、前記第３セットの２つの対向するパネルは、前記乗客の前面、後面、複数の側面を走査するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項５】
前記複数の走査は、１秒当たり５乃至１００フレームの割合で生成されることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項６】
前記マイクロ波ビームの周波数は２ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項７】
前記複数の送信素子と前記複数の受信素子との各々に接続されたアンテナを有し、前記アンテナの直径は１ｃｍ乃至１０ｃｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項８】
前記複数の送信素子は、連続したラスタースキャンパターンで起動されることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項９】
前記複数の送信素子は、疑似ランダムスキャンパターンで起動されることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの物体は、乗客のリアルタイムビデオ画像に重ね合わせられたアイコンとして表示されることを特徴とする請求項１記載のポータル。
【請求項１１】
前記アイコンは、前記少なくとも一つの物体の危険状態を示すために着色されていることを特徴とする請求項１０記載のポータル。
【請求項１２】
ポータルの検査領域の長軸に沿って歩いて通過する乗客を走査する方法であって、前記検査領域は、中央ポータルと、漏斗状入口と、漏斗状出口とによって規定され、前記中央ポータルは右パネルと左パネルを有し、前記右パネルと前記左パネルとは実質的に互いに平行に対向し、前記漏斗状入口は、前記中央ポータルの前記右パネルの前端に対して５度乃至８５度の角度をなす第１パネルと、前記中央ポータルの前記左パネルの前端に対して５度乃至８５度の角度をなす第２パネルとを有し、前記漏斗状出口は、前記中央ポータルの前記右パネルの後端に対して５度乃至８５度の角度をなす第１パネルと、前記中央ポータルの前記左パネルの後端に対して５度乃至８５度の角度をなす第２パネルとを有し、
前記方法は、
前記中央ポータル、前記漏斗状入口、前記漏斗状出口のそれぞれのパネルに設けられた複数の送信素子から前記乗客にＲＦビームを発射する工程と、
前記中央ポータル、前記漏斗状入口、前記漏斗状出口のそれぞれのパネルに設けられた複数の受信素子により、前記乗客から散乱したビームを受信する工程と、
前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子と関連する複数の処理ブロックを用いて、前記散乱ビームを処理して、時間、位相又は周波数ドメイン情報の少なくとも一つを有するデータを出力する工程と、を備え、
前記発射する工程では、２個以上の送信素子が同時に起動されて、前記乗客がポータルを通過している間に前記検査領域の複数の走査を発生し、
前記受信する工程では、前記散乱ビームは、前記乗客上にある少なくとも一つの物体の前面、前記少なくとも一つの物体の後面、及び前記少なくとも一つの物体の前記前面に隣接する乗客の一部と前記発射ＲＦビームとの相互作用の結果であり、
前記データを出力する工程では、前記時間、前記位相、又は前記周波数ドメイン情報の少なくとも一つは、前記少なくとも一つの物体の位置、形状、大きさ、又は比誘電率を測定するために用いられることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記漏斗状入口及び前記漏斗状出口のそれぞれの前記第１パネル及び前記第２パネルの前記角度は、２０度乃至６０度の範囲であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記中央ポータル、前記漏斗状入口、前記漏斗状出口のそれぞれの前記パネルは、高さがほぼ２ｍであり、幅が０．４ｍ乃至１．０ｍの範囲であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記中央ポータル、前記漏斗状入口、前記漏斗状出口のそれぞれの前記パネルは、実質的には前記乗客の前面、後面、複数の側面を走査することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の走査は、１秒当たり５乃至１００フレームの割合で生成されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記ＲＦビームの周波数は２ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の送信素子と受信素子との各々に接続されたアンテナを有し、前記アンテナの直径は１ｃｍ乃至１０ｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の送信素子は、連続したラスタースキャンパターンで起動されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の受信素子は、疑似ランダムスキャンパターンで起動されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの物体は、前記乗客のリアルタイムビデオ画像に重ね合わせられたアイコンとして表示されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
前記アイコンは、前記少なくとも一つの物体の危険状態を示すために着色されていることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本明細書は、２０１４年３月７日に出願され「超広帯域検出機」と題された米国特許予備出願第６１／９４９，７７５号を優先権のために参照する。米国特許予備出願第６１／９４９，７７５号は参照用に全体が取り込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、対人スクリーニングシステムに関し、特に、ポータルを歩いて通過するヒトに対して、間断なく低強度マイクロ波放射の集束ビームが発射される非電離放射を使用する特定材料検出のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
テロ行為は、旅行する公衆に脅威を与える。武器などの脅威装置や、爆発物などの危険物は、臨時雇いや熟練者、監視者による検出の可能性がほぼ無い状態でポケットに入れられたり、身体に紐で縛られたりして搬送される。故に、旅行者が空港、列車車庫、又は公共の建物などの重要な施設に入ったり通過するときに、旅行者に、上着、ベルト、札入れ、宝飾品、携帯電話及び靴を脱いだり、外すことを要求することが一般的になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記脱衣プロシージャは、時間がかかり、大衆には不便であり、施設の運営者には管理に費用を要する。
【０００５】
上着とアクセサリとは、脱いだり、外されたりすると、大抵、Ｘ線透過撮像システムを使用して走査され、ヒトは、ミリメータ波撮像システムやＸ線後方散乱撮像システムなどの異なる技術によって走査されて、走査されるべきヒトの身体の画像を生成する。身体の画像は、ヒトによって携行された部材によって生じた異常を含む。これらの異常は、パスポートやハンカチーフなどの無害の物体であったり、又は、爆発性材料などの相当の危険物である。目下、周知の技術は、検出された物体の形状を解析するために訓練されたアルゴリズムを必要として、それが危険物であるか否か、又はそれが無害であるか否かを判別する。しかしながら、形状のみからは、多数の潜在的な危険物や、本当に無害の物体の性質にアクセスすることは難しく、故に、誤った警告の割合が相当数になる傾向がある。
【０００６】
故に、必要なことは、非イオン化放射を使用する特定材料検出のためにシステムである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書は、長軸に沿って検査領域を歩いて通過する乗客を走査するためのポータルであって、乗客は、少なくとも一つの物体を身体に携帯し、ポータルは、漏斗状の入口と、漏斗状の出口と、中央ポータルと、複数の処理ブロックとを備えるポータルを開示する。漏斗状の入口は、長軸に対して第１の角度をなす２つの対向するパネルである第１セットを備え、第１の角度は５度〜８５度の範囲にある。漏斗状の出口は、長軸に対して第２の角度をなす２つの対向するパネルである第２セットを備え、第２の角度は５度〜８５度の範囲にある。中央ポータルは、互いに平行であり、漏斗状の入口と漏斗状の出口との間に位置する２つの対向するパネルである第３セットを有する。２つの対向するパネルからそれぞれ構成される第１セット、第２セット、第３セットは、検査領域を形成し、かつ複数の送信素子と複数の受信素子を有する。送信素子は、乗客がポータルを通過するときに乗客にマイクロ波ビームを発射する。受信素子は、乗客からの散乱マイクロ波ビームを受信する。２個以上の送信素子は、同時に起動されて、乗客がポータルを通過している間検査領域に対する複数の走査を発生する。複数の処理ブロックは、複数の送信素子及び複数の受信素子と関連して、散乱マイクロ波ビームを処理し、また時間、位相、又は周波数ドメイン情報の少なくとも一つを有するデータを出力する。散乱マイクロ波ビームは、少なくとも一つの物体の上面、少なくとも一つの物体の後面、及び少なくとも一つの物体の上面に隣接する乗客の一部と、発射マイクロ波ビームとの相互作用の結果である。時間、位相、又は周波数ドメイン情報の少なくとも一つは、少なくとも一つの物体の位置、形状、大きさ、又は比誘電率を測定するために用いられる。
【０００８】
実施の形態によっては、第１セットの２つの対向するパネルと、第２セットの２つの対向するパネルは、長軸に対して第１の角度及び第２の角度でそれぞれ設置され、第１の角度及び第２の角度は、２０度から６０度の範囲である。
【０００９】
様々な実施の形態では、第１セットの２つの対向するパネルと、第２セットの２つの対向するパネルと、第３セットの２つの対向するパネルは、高さがほぼ２ｍであり、幅が０．４ｍ〜１．０ｍの範囲である。
【００１０】
様々な実施の形態によれば、第１セットの２つの対向するパネルと、第２セットの２つの対向するパネルと、第３セットの２つの対向するパネルは、乗客の前面、後面、複数の側面を走査するように構成されている。
【００１１】
本明細書は、ポータルの検査領域の長軸に沿って歩いて通過する乗客を走査する方法も開示する。検査領域は、中央ポータルと、漏斗状入口と、漏斗状出口とによって規定され、中央ポータルは右パネルと左パネルを有し、右パネルと左パネルは実質的に互いに平行に対向する。漏斗状入口は、中央ポータルの右パネルの前端に対して５度乃至８５度の角度をなす第１パネルと、中央ポータルの左パネルの前端に対して５度乃至８５度の角度をなす第２パネルとを有する。漏斗状出口は、中央ポータルの右パネルの後端に対して５度乃至８５度の角度をなす第１パネルと、中央ポータルの左パネルの後端に対して５度乃至８５度の角度をなす第２パネルとを有する。当該方法は、中央ポータル、漏斗状入口、漏斗状出口のそれぞれのパネルに設けられた複数の送信素子から乗客に向けてＲＦビームを発射する工程と、中央ポータル、漏斗状入口、漏斗状出口のそれぞれのパネルに設けられた複数の受信素子により、乗客からの散乱ビームを受信する工程と、複数の送信素子及び複数の受信素子と関連する複数の処理ブロックを用いて、散乱ビームを処理して、時間、位相、又は周波数ドメイン情報の少なくとも一つを有するデータを出力する工程と、を備える。発射する工程では、２個以上の送信素子が同時に起動されて、乗客がポータルを通過している間検査領域に対する複数の走査を発生する。受信する工程では、散乱ビームは、乗客上にある少なくとも一つの物体の上面、少なくとも一つの物体の後面、及び少なくとも一つの物体の上面に隣接する乗客の一部と、発射ＲＦビームとの相互作用の結果である。データを出力する工程では、時間、位相、又は周波数ドメイン情報の少なくとも一つは、少なくとも一つの物体の位置、形状、大きさ、又は比誘電率を測定するために用いられる。
【００１２】
様々な実施の形態において、漏斗状入口、漏斗状出口のそれぞれの第１パネル及び第２パネルの角度は、２０度乃至６０度の範囲である。
【００１３】
様々な実施の形態において、中央ポータル、漏斗状入口、漏斗状出口のそれぞれのパネルは、高さがほぼ２ｍであり、幅が０．４ｍ乃至１．０ｍの範囲である。
【００１４】
実施の形態によっては、中央ポータル、漏斗状入口、漏斗状出口のそれぞれのパネルは、実質的には乗客の前面、後面、複数の側面を走査する。
【００１５】
本明細書は、更に、ポータルの検査領域の長軸に沿って歩いて通過する乗客を走査する方法を開示する。検査領域は、２つのパネルでそれぞれ構成される第１セット、第２セット、第３セットによって規定される。第１セットと第２セットのそれぞれのパネルは、長軸に対して角度をなして設置されて、それぞれがポータルの入口と出口を構成する。当該方法は、第１セット、第２セット、第３セットのそれぞれのパネルに設けられた複数の送信素子から乗客に向けてＲＦビームを発射する工程と、第１セット、第２セット、第３セットのそれぞれのパネルに設けられた複数の受信素子により、乗客から散乱したビームを受信する工程と、複数の送信素子及び複数の受信素子と関連する複数の処理ブロックを用いて、散乱したビームを処理して、少なくとも一つの物体の上面からの散乱ビームの受信と後面からの散乱ビームの受信との時間差を反映するデータを出力する工程とを備える。発射する工程では、２個以上の送信素子が同時に起動されて、乗客がポータルを通過している間検査領域に対する複数の走査を発生する。受信する工程では、散乱したビームは、乗客上にある少なくとも一つの物体の上面、少なくとも一つの物体の後面、及び少なくとも一つの物体の上面に隣接する乗客の一部と、発射されたＲＦビームとの相互作用の結果である。データの出力工程では、時間差は、少なくとも一つの物体の比誘電率を測定するために用いられる。
【００１６】
様々な実施の形態において、第１セット、第２セットのそれぞれのパネルは、２０度乃至６０度範囲の角度をなす。
【００１７】
様々な実施の形態において、第１セット、第２セット、第３セットのそれぞれのパネルは、高さがほぼ２ｍであり、幅が０．４ｍ乃至１．０ｍの範囲である。
【００１８】
実施の形態によっては、第１セット、第２セット、第３セットのそれぞれのパネルは、実質的には乗客の前面、後面、複数の側面を走査する。
【００１９】
様々な実施の形態において、検査領域の複数回の走査は、１秒当たり５乃至１００フレームの割合で生成される。
【００２０】
様々な実施の形態において、マイクロ波（又はＲＦ）ビームの周波数は、２ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲にある。
【００２１】
様々な実施の形態において、複数の送信素子及び複数の受信素子の各々と接続されたアンテナを有する。アンテナの直径は、１ｃｍ乃至１０ｃｍの範囲にある。
【００２２】
実施の形態によっては、複数の送信素子は、連続したラスタースキャンパターンで起動される。
【００２３】
実施の形態によっては、複数の送信素子は、疑似ランダムスキャンパターンで起動される。
【００２４】
様々な実施の形態において、乗客に携帯される少なくとも一つの物体は、乗客のリアルタイムビデオ画像に重ね合わされたアイコンとして表示される。アイコンは、少なくとも一つの物体の危険状態を示すために着色されている。
【００２５】
一の実施の形態において、ビームは、適切な長さスケール（例えば１ｃｍ乃至２０ｃｍ程度の物品）と相互作用し、その結果、ビームが散乱して一連のマイクロ波受信器で受信すると位相や振幅が変更される。送信装置のそれぞれは、検査される人に向けて時間ドメインにおける狭小パルスを発射し、相互作用したパルス信号が、人から多数の受信機へと、並行して信号を捕獲しながら伝搬する。それぞれの受信器で信号が検知された時間は、三次元（３Ｄ）空間において人又は物品との相互作用が生じたポイントまでの距離によって測定される。パルスを発射した特定の送信器の全てと全ての受信器とに対し、発射データの全てを一緒に収集することで、相互作用を起こした材料の種類と、相互作用が起きた三次元空間の場所との両方を特定することが可能である。最後に、相互作用信号の特性を解析することで、相互作用が起きている場所における材料の誘電率を測定でき、又は、物体の電磁的挙動を表す物体の電磁的テンソル特性を測定することが可能である。ひいては、存在する特定種類の危険性、又は無害な物体かを識別できる。
【００２６】
この低周波数マイクロ波放射の相互作用を用いることで、走査される人の身体の得られた画像を表示する必要がなくなる。ある実施の形態では、画像が形成されずに、公知の走査技術に影響するプライバシーの問題を避けることができる。加えて、データ自体は固有材料であり、危険物質に対する良好な検出可能性を提供でき、携帯電話、腕時計、パスポート、その他紙ベースの文書などのその他の物品については誤った警告の発生を低下できる。
【００２７】
本明細書に記載される方法は、本質的にはスピードが早い（マイクロ波の相互作用は、数百ピコ秒乃至数十ナノ秒の時間スケールで生じる）。それ故、通常の歩行速度での危険物の自動的検出をするためのリアルタイム走査システムへの適用に適している。
【００２８】
比較的低周波数（１ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚのオーダ）の放射を用いることで、マイクロ波ビームは、湿気を帯びた衣服や濡れた衣服を含む衣服やその他の誘電体を良好に通過する。湿気を帯びた衣服や濡れた衣服は、公知の画像ベースのミリメートル波及びテラヘルツベースの画像システムの高周波数では透過できない。超広帯域の送信及び受信アンテナを用いることで、広範なスペクトルの波長が発射でき、その結果、衣服のポケット又は人の表面にある危険物と強く相互作用するビーム成分が常時存在する。
【００２９】
そのために、本明細書は、マイクロ波ベースの超広帯域危険物検知システムを開示する。当該システムは、乗客がジャケット、ベルト、帽子、靴を脱がずに身につけたままで、超低無線周波数の出力密度にて、人に隠されたりその周囲にある危険装置や材料を積極的にリアルタイムで検知することを可能とする。
【００３０】
本明細書の上記またはその他の実施の形態は、添付図面や後述する記載によってより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、空港などの環境において乗客をスクリーニングするときの使用に適した超広帯域マイクロ波ベース走査・撮像システムの実施の形態を示す。
【図２】図２は、図１に示すシステムの平面図を示す。
【図３】図３は、時間（ｔ）軸に沿って伝搬し互いに直交する電場（Ｅ）成分及び磁場（Ｈ）成分を備えたラジオ周波数ビームを表す。
【図４Ａ】図４Ａは、危険サイズ物体から反射する高周波数（ミリメータ波、又はテラヘルツ）ビームを示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、危険サイズ物質と相互作用する低エネルギ（マイクロ波）ビームを示す。
【図５】図５は、方向性アンテナによって生成される典型的なラジオ周波数ビームを示す。
【図６】図６は、周波数ドメインにおけるラジオ周波数パワーの広帯域パルスにマッピングされる、時間ドメインにおけるラジオ周波数パワーのガウシャン状短パルスを示す。
【図７】図７は、危険物が前部に位置するヒトの体表面に向けてマイクロ波エネルギのビームを発射する送信アンテナ（Ｔｘ）を示す。
【図８】図８は、送信ビームＴｘが、受信ビームＲｘと、中間周波数位相及び強度検出器を介して混合されるベクトルネットワークアナライザを示す。
【図９】図９は、アンテナパネルのドアサイズアレイに亘る送信シークエンシングパターンを示す。
【図１０】図１０は、図１の超広帯域マイクロ波ベース走査・撮像システムのためのデータ取得システムアーキテクチャの一例を示す。
【図１１】図１１は、デカルト座標系について方向に依存した３次元フィールド相互作用で物体を表す方法を示す。
【図１２】図１２は、乗客が図１の走査・撮像システムを歩いて通過するときの、乗客のライブビデオ画像の頂部のアイコンとして、危険物及び無害の物体が表示される方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書の上記及びその他の特徴及び効果は、添付図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を参照することによって理解され得る。
【００３３】
本明細書は、複数の実施の形態を対象とする。以下の開示は、当業者が本発明を実施可能とするように提供される。本明細書にて使用される言語は、本明細書にて使用される用語の意味を超えて請求の範囲を制限するように使用したり、又は、特定の実施の形態の否認として解釈すべきではない。本明細書にて規定される一般的な原理は、本発明の請求の範囲から逸脱せずに、他の実施の形態や適用例にも適用できる。また、使用される技術用語及び表現は、例示的な実施の形態を記載する目的のためであり、限定として考慮すべきではない。このように、本発明は、多数の代替例、変更例、開示された原理及び特徴と一致する等価例を含む最も広範囲な権利範囲と一致する。明確性を目的として、本発明と関係する技術分野において周知の技術材料に関する詳細は、本発明を不必要に混乱させないようにするために、詳細には記載しない。出願の明細書及び請求の範囲において、「有する」、「含む」及び「備える」の各用語とその形式は、用語が関係するリストにある部材に必然的に限定されない。
【００３４】
図１は、乗客に対し衣服やアクセサリの取り外しを要求せずに、空港環境内での乗客のスクリーニングの使用に適した超広帯域マイクロ波ベース走査・撮像システム１００の実施の形態を示す。一実施の形態において、システム１００は、ポータル又はアーチ道を通過する歩行の形態を取るように構成される。このポータル又はアーチ道は、互いに対向して実質的に「Ｖ」又は「漏斗」形状の入口１１５を形成する２つの検出パネル１０５ａ、１０５ｂの第１の組と、互いに対向して実質的に「Ｖ」又は「漏斗」形状の出口１２０を形成する２つの検出パネル１１０ａ、１１０ｂの第２の組と、第１の組と第２の組との間の、中央ポータル・領域の２つの側面を形成する、互いに対向する２つの検出パネル１３０ａ、１３０ｂの第３の組とを有し、さらに、オプションとして屋根、カバー、又はフード１２５を有する。本実施の形態により、検出パネル１０５ａ、１０５ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１３０ａ、１３０ｂの第１、第２及び第３の組は、複数の送信及び受信素子Ｔｘ／Ｒｘを有する。システム１００は、動作中は歩行を可能とし、故に、サイドパネル１３０ａ、１３０ｂ及び入口・出口パネル１０５ａ、１０５ｂ、１１０ａ、１１０ｂは、これらパネルを通過する乗客に対して高くなる。様々な実施の形態において、各パネル（１０５ａ、１０５ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ）は、高さがおよそ２ｍであり、０．４から１．０ｍまでの範囲の幅を有する。
【００３５】
実施の形態によっては、実質的に「Ｖ」又は漏斗形状の入口１１５及び出口１２９は、第１及び第２の組の検出パネル１０５ａ、１０５ｂ、１１０ａ、１１０ｂによって形成される。検出パネル１０５ａ、１０５ｂ、１１０ａ、１１０ｂは、ポータル内の乗客の移動の方向に沿った中心の長軸１３５に対して「パネル角度」にインストールされ、位置され、又は配置されている。実施の形態によっては、入口漏斗１１５の第１及び第２パネル１０５ａ、１０５ｂは、中央ポータルのパネル１３０ａ、１３０ｂの各前端部１２８ａ、１２８ｂに対して「パネル角度」に配置されている。同様に、出口漏斗１２０の第１及び第２パネル１１０ａ、１１０ｂは、中央ポータルのパネル１３０ａ、１３０ｂの各後端部１３２ａ、１３２ｂに対して「パネル角度」に配置されている。このように、中央ポータルは、入口及び出口漏斗１１５、１２０の間に配置され、中央ポータル・領域の（左右側部を形成する）左右のパネル１３０ａ、１３０ｂは、互いに平行に構成されている。
【００３６】
パネル１０５ａ、１０５ｂ、１１０ａ、１１０ｂが、中心の長軸１３５や中央ポータルのパネル１３０ａ、１３０ｂの前後端部に対して配置される「パネル角度」の選択は、送信機・受信素子の角度分散（送信機・受信素子の分散角度が広くなると、「パネル角度」は浅くなる）、ポータル・システム１００の最大許容幅（これは、多くは検査ポータルの物理的レイアウトに関係する）及び検査下の乗客の表面カバレッジの均一性（入口パネル１０５ａ、１０５ｂは、乗客の身体の前表面を走査し、中央パネル１３０ａ、１３０ｂは、乗客の身体の側面を走査し、出口パネル１１０ａ、１１０ｂは、乗客の身体の後部を走査すると理解する）等の複数のファクタの最適化に依存することを理解すべきである。様々な実施の形態において、「パネル角度」は、５から８０度までの範囲、好ましくは２０から６０度までの範囲である。
【００３７】
超広帯域マイクロ波ベース撮像・走査システム１００の動作時に、乗客（不図示）は、２つの検出パネル１０５ａ、１０５ｂに向かって歩く。乗客が、入口１１５から離れているとき、入口の一側、すなわちパネル１０５ａの送信素子（Ｔｘ）は、入口１１５の両側(パネル１０５ａ、１０５ｂ）の受信素子（Ｒｘ）に向かう相互作用ビームになる。乗客が入口１１５に接近するとき、相互作用ビームの分布は、送信ビームが発せられたパネルにより向けられる。距離を隔てて、乗客の前部はスキャンされ、乗客がパネル１０５ａ、１０５ｂの中に入り歩くとき、相互作用の大部分は、乗客の２つの側部に起因する。このように、乗客が走査システム１００の中を歩くとき、対向するパネルに送信されたり、または同じパネルに反射により戻る信号の量は、変化する。システム１００内に乗客がいなければ、全ての信号は、一方のパネルから他方のパネルに送信されるビームに起因する。しかしながら、乗客がシステム１００内にいるとき、信号の一部は、例えば、互いに対向する入口パネル１０５ａ、１０５ｂの間の乗客の胸部の前表面から反射されたり散乱される。または、信号の全てが、同じパネルに（例えば、中央サイドパネル１３０ａ、１３０ｂに対し乗客の腕の側部から）反射や散乱により戻ったりする。図１に示されるように、次に、乗客は、出口１２０に入る。出口１２０は、検出パネル１１０ａ、１１０ｂを有する。出口１２０は、最初に、乗客の２つの側部についての情報を獲得し、次に、乗客の後表面からの情報を獲得する。このように、全表面スキャンが乗客の３Ｄ形状に亘って行われる。送受信データの全てが、好ましくはタイムスタンプされるため、各データセットは、相対的な順序での整理（組織化）が可能になる。
【００３８】
走査データの収集・検出を最適化するために、システム１００内での乗客の各位置に対し最も最適且つ最良の送信機・受信機の対を選択することが効果的である。この最も最適且つ最良の送信機・受信機の対は、システム１００内の乗客の位置及び乗客の体型の両方に依存して変化する。故に、実施の形態によっては、最も最適且つ最良の送信機・受信機の対は、走査システム１００内の各位置での対象物の性質の判定のために、乗客の体型及び位置に基づいて、予め評価されたり、予め計算される。次に、これらの対が、後のデータ解析のために選択される。
【００３９】
乗客がシステム１００の中を歩いて通過するとき、乗客の各相互作用面の位置は連続的に変化することは、当業者には明らかである。故に、本明細書の概念により、乗客、検出空間や検出領域（すなわち、第１、第２及び第３の組の検出パネルによって確定される通路）は、システム１００の内部を乗客が通行する間に複数回に亘りスキャンされたり、サンプリングされたりする。すべての受信機での並行データ収集を伴う各送信パルスに対するデータ収集は、ナノ秒の期間の間（１００ｎｓ未満）に発生し、大抵は、システム１００内に１００から１０００の送信素子が存在するため、１ミリ秒未満の期間の間にデータ収集を終えることが可能である。完全なデータ収集操作は、「１フレーム」のデータの生成と考えられる。本概念により、各送信機に対して、複数のスキャンデータ測定値、又は繰り返し・複数スキャンデータ測定値が、採用されて、改良された信号対ノイズ比を取得する。一方、全体的なフレーム速度は、１秒あたり５〜１００フレームの値に維持される。従って、乗客が０．２ｍ／ｓと２ｍ／ｓとの間の速度で歩くとき、システムは、早く歩く乗客に対しては１秒あたり少なくとも５検査フレームを提供し、高い信号対ノイズ比信号取得となる。移動が遅い乗客に対しては１秒当たり１００フレームを超え、信号対ノイズ比信号取得を減らす。これらのフレーム速度で、システム１００は、移動する乗客に対し高い完全性のデータセットを、複数回取得する。故に、当該分野において周知の静止「ポーズ・アンド・スキャン」システムとは対照的に、システムを通過する効果的な歩行を可能とする。
【００４０】
このように、本概念により、システム１００は、マルチフレーム検査モードで動作する。このマルチフレーム検査モードでは、乗客がポータルを通過するとき、複数の走査データセットが乗客のために収集されて、危険性のタイプ及び位置の複数の測定値を提供し、乗客の身体の位置・領域の走査が難しい、又は隠されたプロービングを可能とする。
【００４１】
図２は、乗客２０２がスキャナ２００の中を歩くときの走査・撮像システム２００の平面及び上面図を示す。図２は、入口２１５及び出口２２０で２つの「Ｖ」に角度付けられた、又は漏斗形状の走査領域を明確に示す。乗客２０２は、図２の底部から接近し、図２の上部に向けて通常の速度で歩行する。ドアサイズのパネル２０５、２１０上のＲＦ送信・受信素子は、乗客がスクリーニング装置２００の中へと歩くとき乗客２０２の前部に向けてビームを発射し、乗客がスクリーニング装置２００から出るとき乗客の後部に向けてビームを発射する。
【００４２】
図３は、時間（ｔ）の経過に伴い伝搬し且つ互いに直交する電場（Ｅ）成分３０５及び磁場（Ｈ）成分３１０の両方を有する無線周波数を示す。図３に示されるように、グラフ３００によって、所定周波数の電磁放射が、電場（Ｅ）成分３０５及び磁場（Ｈ）成分３１０を有し、これら成分が同一の方向に伝搬し、放射の２つのベクトル成分３０５、３１０が互いに直交していることは、当業者には周知である。かかる電磁放射が散乱プロセスを介して材料と相互作用するとき、放射ビームのＥ及びＨ成分３０５、３１０の相対位相及び振幅は、特定タイプの材料特性（誘電率ε、導電率σ及び透磁率μ）及び相互作用の性質の性質（表面又はバルク）による影響を受ける。
【００４３】
図４Ａは、危険サイズの物体（例えば、パスポート、携帯電話、コイン等）４０３から反射する高周波数（ミリメータ波、又はテラヘルツ）電磁放射入射ビーム４０５を示す。放射ビーム４０５の波長は、物体４０３に比較して小さく、その結果、生じる相互作用は、物体４０３の表面のみであり、故に、材料情報が相互作用ビーム４０８から得られない。当業者は、物体に入射する電磁放射の波長が、相互作用する物体の寸法に比較して小さいとき、表面の相互作用が優位となることを理解する。
【００４４】
ｃ＝ｆλ  
（ｃ＝光速、ｆ＝放射の周波数、及びλ＝放射の波長）なので、
複数の関連した波長に対する周波数は、以下のように計算できる。
【００４５】
【表１】
0006594331.tif 000002
【００４６】
１００ＧＨｚのオーダの周波数を有する放射を使用する周知のミリメータ波ベースの撮像システムに対し、関係する波長は数ミリメータのみであり、危険物及び無害物体（パスポート、携帯電話、コイン等）との全ての相互作用の殆どが、表面のみに起因する。このように、かかるシステムは、物体の画像を作ることが可能であるが、これらのイメージは、誘電率の不連続性が検出されること以外には、材料についてのデータを殆ど伝えない。
【００４７】
図４Ｂは、危険性サイズの物体４０３と相互作用する低エネルギ（マイクロ波）入射ビーム４１０を示す。ここで、波長は、危険物及び無害物体４０３のサイズと実質的に類似し（又はコンパチブルであり）、その結果、入射ビーム４１０と相互作用ビーム４１５との間の物体４０３のバルクに強い相互作用が存在する。このように、相互作用する電磁放射の波長がバルクの物体の寸法に近いとき、図４Ｂに示されるように、入射放射４１０と物体４０３との間に強いカップリングが存在する。入射電磁放射４１０の周波数で散乱された信号４１５を介して観察されるように、この相互作用は、入射電磁放射４１０の振幅と同様に、Ｅ及びＨ成分の位相に影響を及ぼす。本明細書において、このバルク材料相互作用は、危険性サインを作るときに利用される。上記表から、２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲の周波数で動作するシステムは、複数の危険物の検出に適していることが分かる。
【００４８】
図５は、方向性アンテナによって生成される無線周波数ビームの代表例を示す。対象のメイン信号５０５は、０度方向に伝搬するが、バックローブ５１０は、１８０度方向に生成される。ここで、重要なビーム５０５は、反対方向、すなわち後方へ伝搬するが、一次ビーム５０５は、前方方向に沿って形成される。アンテナの直径及び形状は、電磁ビームのフォーカシングに影響することが周知であり、直径が大きくなると、それに伴い、フォーカシングはより良くなる。本明細書の撮像・走査システムにおいて、アンテナの直径は、比較的小さく（大抵は１ｃｍから１０ｃｍまでの範囲）、故に、形成されるビームは、乗客の妥当な領域を照射するために相対的に焦点が合わされず、（乗客と共に搬送される）危険物の配置は、本明細書にて後述される図１０の回路・システム１０００等の、信号処理回路・システム及びデータ取得の時間ドメイン性質によって復元される。様々な実施の形態において、ブロッキング（放射吸収）スクリーンが、アンテナの後方に配置されて、アンテナの主要視野に無い物体との放射の相互作用を防止する。
【００４９】
本明細書の走査・撮像システムの概念により、送信及び受信素子は、信号が検出されない乗客の領域を最小限にするために、検査下の乗客の最適領域カバレッジを与えるように構成されている。検査下の乗客の最適表面領域カバレッジを獲得するために、複数の送信機が用いられ、各送信機が乗客の様々な部分を照射するために作動される。並行して、受信機の複数の広範囲領域アレイが使用されて、起動された送信素子の各々から発せられる放射ビームに相当する散乱放射を収集する。危険性のサインが、再構成され、セグメント化され、分類されるのは、収集された散乱放射から測定された複数の測定値である。
【００５０】
図６は、時間ドメイン（左手側）での無線周波数パワーの短ガウシャン状パルス６０５を示し、当該パルス６０５は、大抵は１ｎｓ未満の周期の周波数ドメイン（右手側）での無線周波数パワーの広帯域幅パルス６１０に投影される。周波数空間において、パルスは、カットオフ周波数内の多くのＧＨｚにまで延びるワイドガウシャンに相当する。このシミュレーティングパルス６０５は、広周波数レスポンスを備えた適切なアンテナに適用されると、（本明細書の走査・撮像システムにおいて使用される）超広帯域幅のマイクロ波ビームを提供する。このマイクロ波ビームは、乗客と相互に作用する。
【００５１】
パルス６０５は、非常に狭いので、受信アンテナは、相互作用したビームパルスの到着を、パルスの飛行時間のために若干遅れて検出する。このパルスは、光速（真空中では３×１０8 m/s）で移動する。参照用に、真空中の様々な全移動距離に対する複数の例示的なパルス遅延時間を、以下の表に示す。
【００５２】
【表２】
0006594331.tif 000003
【００５３】
２０ｐｓの時間分解能を備えた検出器は、僅か数ミリメータの空間位置の精度を与える。信号収集システムの概略図を図７に示す。図７は、ヒト７１５の体表面に向けてマイクロ波エネルギのビーム７０７を発射する送信アンテナ（Ｔｘ）７０５を示す。ヒト７１５の前部には、危険物（不図示）が配置されている。相互作用された信号７０９は、ヒト７１５に接する危険物（不図示）から散乱されて、受信アンテナ（Ｒｘ）７１０に戻る。送信パルス７０７は、受信パルス７０９になり、受信パルス７０９は、送信されたときからの時間遅延Δｔで受信機７１０に戻る。
【００５４】
図７の信号収集システムは、単一の信号送信素子Ｔｘ７０５を示す。信号送信素子Ｔｘ７０５は、時刻ｔ＝０で短ＲＦパルス７０７を生成する。パルス７０７は、物体に伝搬し、ビーム７０７は、相互作用を生じて、受信素子Ｒｘ７１０に戻る。受信素子Ｒｘ７１０は、時間Δｔ後にパルスを生成する。しかしながら、図１に超広帯域マイクロ波ベースのイメージングシステム１００は、複数の受信素子を使用し、戻りパルスの時間に相当する複数のデータポイントを取得する。戻りパルスは、複数の受信素子の各々に並行して記憶される。形態によって、複数のデータポイントから相互作用の場所の三角測量が可能となる。複数の相互作用物体がある、図１の超広帯域マイクロ波ベース撮像システム１００を使用して乗客を走査する場合などの、より複雑な状況（例えば、乗客の体表面や、乗客の体表面から離れたポケットの中にある危険物）においては、複数のパルス相互作用、例えば、危険物の前面から一の相互作用、危険物の後面から一の相互作用、さらに乗客の体表面から一の相互作用が、みられる。
【００５５】
危険物を通過するＲＦビームの伝搬速度は、その誘電特性に依存するので（伝搬速度は、物体を通過するときに減速される）、乗客の体表面は、危険物の比誘電率・誘電特性に正比例して当該物体の背後に窪んでいるように見える。この情報は、次の信号分析プロシージャにおいて、危険物の位置、形状、サイズ及びタイプを復元するために使用される。本実施の形態により、各送信素子から検出・受信素子のアレイへの超広帯域無線周波数の投射によって、乗客のポケットや体表面に位置する潜在的な危険物の物理的配置及び寸法を、当業者には周知の単純線トレーシング法を使用して測定することができる。又は、周波数ドメインにおいて、無線周波数信号と誘電性物質との最強の相互作用は、ＲＦビームの波長の整数の約数で発生することは、当業者には周知である。故に、一の実施の形態において、物体の寸法は、反射ＲＦビームのスペクトル分析によって測定される。ここで、物体の減衰による複数の切欠きが、物体の寸法の特徴である。
【００５６】
潜在的な危険物に対し法線方向、又は略法線方向に入射するＲＦビームに対し、ビームの一部は、物体の前面から散乱され、ビームの一部は、危険物の中を伝搬し、乗客の身体の導電面（すなわち、危険物の後面から）から２次反射を生成する。体表面から反射された信号は、危険物を通過して後方へ伝搬し、故に、受信機へと伝搬する。危険物の中を通過した後で受信機に到達する反射信号は、危険物の前面に近接する領域から受信機に到達する信号に比較して、遅れを生じる。この遅延の程度は、少なくとも、(1)危険物の物理的厚さ（厚みが増すにつれて、遅延も長くなる）、及び(2)危険物の誘電率（物体の比誘電率が大きくなると、遅延も長くなる）に依存する。本実施の形態により、危険物の測定された厚みによって反射信号を正規化することによって（例えば、視線から測定されるような）、潜在的な危険物の比誘電率は測定される。
【００５７】
別のデータ取得方法において、信号収集は、周波数ドメインで行われる。ここで、連続波正弦波信号は、送信アンテナＴｘへと送られ、検査下の物体と相互作用するビームが形成される。相互作用ビームは、受信アンテナＲｘで検出される。ここで、受信信号は、送信信号及び中間周波数基準信号と混合される。バンドバスフィルタは、基準周波数の周辺に適用され、その結果である変調波形位相及び振幅は、対象物の相互作用のタイプを判別するために、標準低周波数アナログ・ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）によってサンプリングされる。送信ビーム周波数をスイープすることによって、長さスケールの範囲に亘る相互作用を測定でき、故に、ビームが相互に作用する物体の鮮明な絵を作り上げることが可能である。
【００５８】
図１の超広帯域マイクロ波ベース撮像システム１００において、複数の送信機及び複数の受信機があり、各ベース周波数での位相及び振幅データから、各危険物の３Ｄの位置が、乗客の体表面と共に測定される。これは、各々が関連マイクロ波周波数スペクトラムの様々な部分内で動作する、多数の送信機が同時に機能しているという点で、効果的である。
【００５９】
さらなる実施の形態において、疑似ランダムバイナリシーケンスなどの別の技術が用いられて、（制限された解像度、高速、ＡＤＣを経由した受信信号を、送信バイナリコードと、クロスで関連づけることによって得られた）時間ドメイン反応を得る。
【００６０】
当業者には、別のデータ収集方法が用いられ、本明細書の権利範囲内に含まれることは、明らかである。例えば、制限された個数の送信機ビームの方向性についての操作が、多数の固定送信ビームの簡単な切替の代わりに使用される。
【００６１】
複数タイプのアンテナが、本明細書の走査・撮像システムにおいて使用されるが、アンテナの望ましい特性は、十分な超広帯域、広角送信、分極の規定された方向及び性質（円形又は線形）、様々な周波数成分が同一の局部集中された点源から発せられるような、規定された位相中心と、標準電子アセンブリ技術と互換性のある組み立ての容易さとを含む。アンテナは、使用されるデータ収集法と適合性があるべきであり、例えば、時間ドメイン収集法は、狭インパルス応答を有し共鳴が小さいアンテナを必要とする。当業者には、別のアンテナ形態を使用してもよく、また、これらも、本明細書の権利範囲内に含まれることは明らかである。図示の目的のために可能なアンテナタイプの例は、ホーン、ビバルディ構成、コーン、装荷双極子及びスパイラルを含むが、これらに限定されない。
【００６２】
危険性復元アルゴリズムの計算効率及び絶対精度を最大にするために、本明細書の走査・撮像システムは、送信及び受信アンテナの最適なレイアウトを利用する。ａ）各アンテナが受信モードと送信モードとの間でスイッチ可能な、規則的に離間されたアンテナ、又はｂ）交互疑似ランダムアレイの何れかを使用することができる。両タイプのアレイは、長所及び短所を有する。規則的なアレイは、製造する視点からより簡単な実施を提供するが、危険物の位置及びタイプが復元される投影データセットに制限を課す。対照的に、疑似ランダムアレイは、製造が難しいが、正確な危険性復元を支援する投影データセットにより大きな多様性を提供する。
【００６３】
別の観点により、本明細書の走査・撮像システムは、最適な走査シーケンスを使用する。例えば、唯一の送信機が常時使用可能であるか否か、又は送信機の動作が、時間、周波数、位置又はこれらの全てにおいて、即座にインターリーブされるべきか否かを決定することが必要である。時間でのインターリーブは、関連する電子データ取得システムが「不感時間」になり、このデータが受信素子から読み出されている間に、所定の送信機が動作しないことが必要とされれば、有益である。周波数でのインターリーブは、周波数ドメインデータ収集が使用されるとき、有益である。位置によるインターリービングは、検査下の乗客の頭部及び脚部などで送信素子が広範囲に離れて位置するときに、有益である。この場合、時間ドメインサンプリングモードでの２つのビーム（頭部に向けられる第１ビームと脚部に向けられる第２ビーム）からの信号クロストークは、簡単には重ならない。その理由は、第１及び第２ビームに起因して受信機に到着する相互作用信号に対して要する時間が異なるからである。
【００６４】
並列データ収集は、これによって、１つ以上の送信機がいつでも起動され、又は、時間についてインターリーブされた送信機の場合は周期が、送信素子の個数が増えるときに光速走査時間を生成する観点からは有益である。
【００６５】
図８は、ベクトルネットワークアナライザ８００の実施の形態を示す。アナライザ８００において、ビーム８０６は、送信素子Ｔｘ８０５から送信され、受信ビーム８１１と混合され、受信素子Ｒｘ８１０によって受信され、中間周波数位相及び振幅検出器８１５を通過する。この場合、低周波数アナログ・ディジタルコンバータ（ＡＣＤ）８２０が使用されて、送信マイクロ波信号８０６と受信マイクロ波信号８１１との間の位相及び振幅情報がそれぞれ記録される。
【００６６】
図９は、本実施の形態によるアンテナパネル（図１の走査・撮像システム１００のパネル１０５、１１０、１３０等）のドアサイズのアレイに亘る送信シーケンスパターンを示す。図９の左側に、パネル９０５の左下から右上までのシーケンシャルラスタパターンが示される。図９の右側に、疑似ランダム送信パターンに対する最初の位置のいくつかが、パネル９１０の上に示されている。このように、パネル９０５は、ラスタ走査パターンの例を提供する。ラスタ走査パターンにおいて、送信機は、パネル９０５の左底部から、複数の送受信素子を含み、右上部までに、順に起動される。係る走査シーケンスは、停止している乗客の危険物を検出するためには望ましい。しかしながら、走査されるべき乗客が歩いているとき、パネル９１０において例示された準ランダムパターンを使用することが効果的である。その理由は、これが、４次元（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）投影空間のより良いサンプリングを提供し、送信機からアンテナへと通過するビームの軌跡と乗客の軌跡との間の相関が少ないからである。従って、本明細書の好ましい実施の形態は、検出器パネルでの送信機の疑似ランダム又は非連続パターンを使用する。
【００６７】
何れかの走査モードにおいて、本明細書の走査・撮像システムの全データ収集効率を最大にするために、複数のアクティブ送信機で並行データ収集法を適用することが可能である。
【００６８】
図１０は、本明細書の撮像・走査システムのためのデータ取得システム又は回路１０００の実施の形態を示す。本実施の形態において、送信（Ｔｘ）増幅機及び受信（Ｒｘ）増幅機は、共通のアンテナに接続されている。送信している間、受信チャネルは切断される。Ｔｘ／Ｒｘ増幅機は、それぞれのディジタル信号処理（ＤＳＰ）ブロックに接続される。ＤＳＰは、ホストデータ取得システム（ＤＡＱ）から正確なタイミングと位相制御情報とを受け取る。ＤＳＰブロックからの処理データは、ＤＡＱによって管理されて、高帯域投影データの生成になる。高帯域投影データは、分析のための危険性復元及び検出プロセッサまで送られる。
【００６９】
図１０を参照すると、各アンテナ１０１５は、送信回路１００５Ｔｘと受信回路１０１０Ｒｘとに接続されている。受信回路１０１０は、入力部と直列のスイッチを含み、送信機が動作しているときに、受信入力回路を切断する。同様に、送信機は、出力部と直列のスイッチを含み、送信機が機能していないときに、アンテナから送信機を切り離す。故に、送信機は、受信入力回路に負荷を与えない。Ｔｘ回路１００５及びＲｘ回路１０１０の増幅機は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１０２０に接続されている。１対のＴｘ及びＲｘに対し、１のＤＳＰ１０２０が接続される。ＤＳＰ素子１０２０は、大抵は、アナログ・ディジタルコンバータ、ディジタル・アナログコンバータ、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、マイクロプロセッサ、及び完全カスタム混合信号集積回路を含むディジタル及びアナログ回路から形成されている。ＤＳＰ１０２０の機能は、送信出力信号を生成し、受信入力信号を調整して処理し、ディジタル出力投影データストリームを提供することである。ディジタル出力投影データストリームは、相互作用したビームについての、時間、位相、又は周波数ドメイン情報を伝達する。これらの情報は、次の危険性復元アルゴリズムの有効な実行に必要である。高帯域データ取得システム（ＤＡＱ）１０２５は、対をなすＴｘ／Ｒｘ１００５、１０１０から発射データの収集を管理し、正確なタイミング情報ｔを提供して、各システム素子の正確な同期を保証する。概して、高速タイミングシステムに対するケースのように、ＤＡＱ１０２５は、入力タイムスタンプと、比較的低周波数で低いタイミングジッターを備えた正確なクロックとをとる。そして、周知の時間ｔを送り、次に、リターンメッセージが戻ってＤＡＱ１０２５によって受信される時間を記録することによって、対をなすＴｘ／Ｒｘ１００５、１０１０によって表される時間を自己較正する。次に、タイムオフセットが、この全ループ時間の半分でとられる。
【００７０】
常時、他の表面領域よりも突き進みにくい表面領域（例えば、乗客がスキャナ内を歩くときの乗客の腿の間）がある傾向があり、特別な注意が、これらの領域を効率的にスキャンするために払われる必要がある。従って、様々な実施の形態において、乗客が本明細書の走査・撮像システム（図１及び２）を通過するときに、複数の走査データが乗客のために集められる。各走査は、乗客の身体の様々な部分（例えば、胴体の前後に振られる腕）に相当するデータを有する。これらの走査データセットの各々からのデータは、効率的に結合されて、身体の完全カバレッジを与える。さらに、乗客が走査システムの角度が付された、又は漏斗状の入口及び出口領域（図２の２１５、２２０）を歩いて通過するとき、送信及び受信素子からのビームは、本明細書の走査・撮像システムを可能とするワイドビーム角度を利用して、乗客の身体に接する凹状の特徴・領域の改良され効率的な走査を提供する。様々な実施の形態において、ビーム角度は、１０及び８０の間の範囲にある。あまりにも狭いビームは、鏡面反射になり、画像を処理するために使用されるアルゴリズムの成功を制限する。あまりにも広いビームは、受信機の中への単位面積あたりの低パワーとなり、信号対ノイズ比に影響する。
【００７１】
投影データが、様々な時間及び周波数範囲で複数の送信機及び受信機アンテナに対し取得されると、次のステップは、潜在的な危険物の位置、向き及び材料タイプを復元することである。このプロセスは、多くの場合、３つのステージで行われる。
【００７２】
１．投影データからの３Ｄ形状復元
２．各物体への３Ｄ形状データの分割
３．危険カテゴリ又は非危険カテゴリへの各分割物体の分類
【００７３】
投影データセットから３Ｄ形状情報を判別するために、様々な逆問題解法技術が採用される。例えば、投影データは、標準数値行列反転のための行列形式に配置される。又は     、強制反復解法が使用される。これは、基本行列反転よりも、よりコンピュータ的に効率的である。
【００７４】
解法又は行列反転問題を抑制するために、アルゴリズムに、検査下の乗客の三次元形状を提供することが効率的である。これは、ビデオカメラシステムを使用することによって効率的に達成される。当該システムにおいて、乗客が本明細書の走査・撮像システムを歩いて通過するときに、赤外線ビームのグリッドが、乗客の表面へと投影される。そして、ビデオカメラによって観察されたこれらのビームの歪みから、表面の輪郭が測定できる。たいていの場合、２台以上のカメラが、乗客の完全３Ｄ表面輪郭を得るために必要となる。拡散赤外ペンシルビームを体表面に投影したり、相互作用するスポット間の距離をこれらのビームから測定するなど、他の機構は、当業者には周知である。
【００７５】
次に、（乗客に携帯される）危険物は、図１１に示されるような３Ｄデカルト行列などの適宜の座標系を単位にして記載される。円筒座標系などの別の座標系も有効である。図１１に示されるデカルト座標系１１００の場合、ナイフ１１０５は、一方向（座標系１１１０のｚ軸、座標系１１１５のｙ軸、座標系１１２０のｘ軸）に長いことが分かるが、他の方向（座標系１１１０のｘ、ｙ軸、座標系１１１５のｘ、ｚ軸、座標系１１２０のｙ、ｚ軸）には狭い。空間情報と同様に、位相及び周波数情報を考慮すると、検査下の物体のテンソル特性を測定できる。セグメント化された物体の各々を記述するテンソルのセットは、分類ステージにおいて使用されて、脅威の深刻さ（無害、良性、爆発性、武器）と、脅威のタイプ（携帯電話、パスポート、爆発材料、ナイフ等）とを判別する。ｋ近傍法（ＫＮＮ）等の分類技術は、当業者には周知であり、測定されたテンソルのセットの脅威の性質を判別するために使用される。そして、モデルと測定値との間の残留誤差も使用されて、分類についての信頼パラメータを提供する。
【００７６】
本明細書の撮像・走査システムのさらなる概念において、乗客が重ねられたアイコンと共に走査・撮像システムの中を歩くとき、脅威データは、乗客の１つ以上のビデオ画像、又はライブビデオ画像の形態でオペレータに表される。アイコンは、その色によって脅威の深刻さ（例えば、無害＝緑色、良性＝黄色、爆発性＝赤色、武器＝青色）と、形状によって脅威のタイプ（例えば、ベルトバックルアイコン、電話アイコン、爆発物アイコン、ピストルアイコン）とを示す。図１２は、乗客１２１０が本明細書の走査・撮像システムを歩いて通過するときに、（ベルトバックル、携帯電話、腕時計など、なお、これらに制限されない）脅威及び無害物体が、乗客１２１０のライブビデオ画像のトップにアイコン１２０５として表示される方法を示す。図１２は、一例として、手首に電子腕時計を装着し、ズボンを止めるためのベルトを身につけ、胸ポケットに携帯電話を入れた乗客１２１０を示す。腕時計、ベルト、携帯電話の全てがアイコン１２０５で表されている。これら３つのアイコン１２０５は、それぞれ無害物体を表す緑色に着色されている。大抵は、オペレータには、２つのビデオ画像が表示される。一方は乗客１２１０の前部を示し、他方は乗客１２１０の後部を示す。脅威アイコン１２０５は、脅威再現プロセスによって判別されるように、前方や後方画像上で正しい位置に表示される。
【００７７】
図１に戻って参照すると、高スループットの展開において、ビデオ撮像システムも使用されて、別の乗客から生じた出力信号を分離する。例えば、一人の乗客に対する走査は、別の乗客が漏斗状又はＶ形状入口１１５へと殆ど入りつつも、その一人の乗客が走査・撮像システム１００を出たときに略完了する。乗客のＩＤによって潜在する投影データを分離することによって、適切な間隔（例えば１ｍ）がその乗客と別の乗客との間にある限りは、同時に、同一の走査・撮像システム１００内の複数の乗客の走査をサポートすることが可能である。
【００７８】
当業者には明らかなように、撮像・走査システム１００は、周辺騒音、外部浮遊高周波数電磁場、携帯電話信号、ＷｉＦｉ信号、及び存在し得る他のＲＦノイズの除去用に較正されている。ひとたびシステム１００が較正されると、正規化ルーティンが適用されて、タイミング訂正、Ｔｘ及びＲｘ利得変化及び回路ジッターなどのシステマチックシステム変数の訂正を行う。係る訂正（較正及び正規化）は、一の実施の形態において、図１０に示すＤＳＰブロック１０２０の内部で適用される。
【００７９】
上記例は、本明細書のシステムの多数の適用例の単なる例示である。本発明の実施の形態の数例を記載したけれど、本発明は、本発明の権利範囲から逸脱せずに多数の他の特定の形態において実施されることを理解すべきである。故に、本実施の形態は、例示であって、限定的ではなく、また、本発明は、請求の範囲に記載した権利範囲内で変更されることがある。
【図１】
0006594331.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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