(57)【要約】高速３Ｄ近接場マイクロ波イメージング用のマルチスタティックアレイトポロジ及び画像再構成プロセスが提示される。併せて、この技法は、電気的に大きな開口部とビデオレート画像再構成の効率の良いハードウェア実現を可能にする。アレイトポロジは、マルチスタティックアレイのタイルを使用して、位相中心の規則的なグリッド上でシーンをサンプリングする。マルチスタティックからモノスタティックへの補正に続いて、サンプリングされたデータは、周知の高効率モノスタティック高速フーリエ変換（ＦＦＴ）イメージングアルゴリズムで処理される。本研究では、このアプローチを、高品質マイクロ波画像の形成により、実験的に記述し、検証した。この方式は、逆投影法よりも計算効率が２桁以上優れている。実際、４つの商用オフザシェルフ（ＣＯＴＳ）のグラフィック処理ユニット（ＧＰＵｓ）のクラスタが、人間サイズのシーンの３Ｄ画像を０．０４８秒から０．１０１秒でレンダリングすることは非常に効率的である。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像平面の近接場マイクロ波イメージングの方法であって、前記方法は、
マルチスタティックアレイを用いてマルチスタティックアレイデータを取得するステップ、
前記マルチスタティックアレイデータにマルチスタティック／モノスタティック補正を適用して、補正されたマルチスタティックアレイデータを形成するステップ、
前記補正されたマルチスタティックアレイデータをフーリエ変換してフーリエ領域データを形成するステップ、
前記フーリエ領域データに位相シフトを適用して位相シフトされたフーリエ領域データを形成するステップであって、前記位相シフトは、前記マルチスタティックアレイと前記像平面の間の距離に対応している前記位相シフトされたフーリエ領域データを形成するステップ、
前記位相シフトされたフーリエ領域データを逆フーリエ変換して、前記像平面の描写を形成するステップ、を含む、前記方法。
【請求項２】
前記マルチスタティックアレイは、複数のタイル様マルチスタティックアレイを備え、前記マルチスタティックアレイデータを取得するステップは、前記複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の各タイル様マルチスタティックアレイにおける送信機及び受信機の各対をサンプリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１波形を用いる前記複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の第１タイル様マルチスタティックアレイを用いて前記マルチスタティックアレイデータの第１部分を取得するステップ、
前記第１波形に直交する第２波形を用いる前記複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の第２タイル様マルチスタティックアレイを用いて前記マルチスタティックアレイデータの第２部分を取得するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各タイル様マルチスタティックアレイにおける送信機及び受信機の各対のサンプリングするステップは、前記複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の各タイル様マルチスタティックアレイにおける送信機及び受信機の各対のみをサンプリングするステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記マルチスタティックアレイデータを取得するステップは、前記マルチスタティックアレイ内の送信機及び受信機の複数の対によって画定される位相中心のグリッドをサンプリングするステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
位相中心の前記グリッドは、等価な位相中心の非冗長で規則的な間隔のグリッドである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記マルチスタティック／モノスタティック補正を適用するステップは、
前記マルチスタティックアレイによってサンプリングされた点状散乱体のマルチスタティック反射を推定するステップ、
前記マルチスタティックアレイの平面内でサンプリングされた前記点状散乱体のモノスタティック反射を推定するステップ、
前記マルチスタティックアレイデータに、前記点状散乱体の前記モノスタティック反射に対する前記点状散乱体の前記マルチスタティック反射の比率で重み付けするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記点状散乱体は、前記像平面のほぼ中心にある、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記マルチスタティックアレイデータを取得するステップ、前記マルチスタティック／モノスタティック補正を適用するステップ、前記補正されたマルチスタティックアレイデータをフーリエ変換するステップ、前記フーリエ領域データに前記位相シフトを適用するステップ、及び前記位相シフトされたフーリエ領域データを逆フーリエ変換するステップが、少なくとも約１０Ｈｚのレートで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記補正されたマルチスタティックアレイデータをフーリエ変換して前記フーリエ領域マルチスタティックアレイデータを形成する前に、前記補正されたマルチスタティック画像データを均一グリッド上に補間することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
シーンのイメージング用のシステムであって、前記システムは、
前記シーンを表すマルチスタティックアレイデータを取得するマルチスタティックアレイと、
前記マルチスタティックアレイに動作可能に結合され、前記マルチスタティックアレイデータを変換するトランシーバと、
前記トランシーバに動作可能に結合されたプロセッサであって、
前記マルチスタティックアレイデータにマルチスタティック／モノスタティック補正を適用して、補正されたマルチスタティックアレイデータを形成し、
前記補正されたマルチスタティックアレイデータをフーリエ変換してフーリエ領域データを形成し、
前記フーリエ領域データに位相シフトを適用して位相シフトされたフーリエ領域データを形成し、前記位相シフトは、前記マルチスタティックアレイと前記シーンの間の距離に対応しており、
前記位相シフトされたフーリエ領域データを逆フーリエ変換して、前記シーンの描写を形成する前記プロセッサを備える、前記システム。
【請求項１２】
前記マルチスタティックアレイは、複数のタイル様マルチスタティックアレイを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の各タイル様マルチスタティックアレイは、隣接する線形受信アレイとのみ通信するように構成された線形送信アレイを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数のタイル様マルチスタティックアレイは、
第１波形を放射及び受信するように構成された第１タイル様マルチスタティックアレイと、
前記第１波形に直交する第２波形を放射及び受信するように構成された第２タイル様マルチスタティックアレイを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記マルチスタティックアレイは、等価な位相中心の非冗長で均一なグリッドを画定する送信機及び受信機の複数の対を備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサは、
点状散乱体のマルチスタティックサンプリングされた反射を推定し、
前記点状散乱体のモノスタティックサンプリングされた反射を推定し、
前記マルチスタティックアレイデータに、前記点状散乱体の前記モノスタティックサンプリングされた反射に対する前記点状散乱体の前記マルチスタティックサンプリングされた反射の比率で重み付けすることにより、前記マルチスタティック／モノスタティック補正を適用するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記点状散乱体は、前記シーンのほぼ中心にある、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、前記マルチスタティックアレイデータをフーリエ変換して前記フーリエ領域マルチスタティックアレイデータを形成する前に、前記マルチスタティックアレイデータを均一グリッド上に補間するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、少なくとも約１０Ｈｚのレートで、前記マルチスタティック／モノスタティック補正を適用し、前記補正されたマルチスタティックアレイデータをフーリエ変換し、前記フーリエ領域データに前記位相シフトを適用し、及び前記位相シフトされたフーリエ領域データを逆フーリエ変換するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月１７日に出願された「Ｍｕｌｔｉｓｔａｔｉｃ  Ａｒｒａｙ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ＦＦＴ−Ｂａｓｅｄ  Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ」（高速フーリエ変換に基づくフィールドイメージング用マルチスタティックアレイトポロジー）と題する米国特許出願第６２／２６８，５５９号に基づき、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に援用される。
【０００２】
政府支援
本発明は、合衆国空軍によって授与された契約ＦＡ８７２１−０５−Ｃ−０００２の下に、政府支援を受けてなされたものである。政府は本発明に対して一定の権原を有する。
【背景技術】
【０００３】
近接場マイクロ波イメージングは、非電離で費用対効果の高い検出方式であり、非破壊評価（ＮＤＥ）、医療診断、及び隠された武器の検出を含む、様々な用途に対応する。後者の用途において、大量輸送システム、スタジアム及び大規模公共イベントなどの歩行者の多い交通環境にて被写体を撮像することができる実用的なシステムの必要性が存在する。動きのある被写体の潜在的に一定の流れを処理するために、システムは被写体を非常に迅速に（数十ミリ秒ほど）測定し、被写体のマイクロ波画像をビデオレート（video rate）（例えば、毎秒１０フレーム以上）で再構成する必要がある。
【０００４】
被写体を迅速に測定し、ビデオレートでマイクロ波画像を再構成するという要求は、２つの大きな課題を提示する。第１の課題は、電気的大型アンテナアレイの費用対効果の高い実現である。高速な取得には、システムが完全に電子的であることを当然必要とする（例えば、センサを動かすことなくシーンを抽出する）。さらに、人間の被写体の適切な近接場照明のために、アレイは、おおよそ被写体のサイズ（例えば、１ｍから２ｍ）でなければならない。数十ＧＨｚで動作する高分解能システムにとって、これは口径サイズが１００λを超えることを意味する。
【０００５】
この課題を緩和するよく知られた範例は、マルチスタティックサンプリング(multistatic sampling)である。そのようなアレイトポロジ(array topologies)は、共同設置されておらず、固定距離で離れていない送信機及び受信機を使用する。これにより、
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送信素子及び
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受信素子を有するアレイが、空間的に別個の
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サンプルを形成することが可能になる。マルチスタティックサンプリングは、同一のサンプリングを達成するのに
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送受信素子を使用するモノスタティックサンプリング方式（送信機と受信機が同じ場所に配置される）とは対照的である。
【０００６】
第２の課題は、ビデオレートでの３次元（３Ｄ）マイクロ波画像形成である。逆投影アルゴリズムは、任意のマルチスタティック構成で使用可能だが、その計算要求は標準を超える。モノスタティックサンプリング方式でサンプリングされた画像を効率的に構成するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）イメージング方式が長い間使用されてきた。しかし、この方式をマルチスタティックでサンプリングされたデータに直接使用することはできない。Ｙ．Ａｌｖａｒｅｚ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｓｔａｔｉｃ  ｒａｄａｒ  ｓｙｓｔｅｍｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，  ｖｏｌ．６２，ｎｏ．８，ｐｐ．  １７９８−１８１０，  ２０１４で提示されたマルチスタティックアレイ用の修正されたＦＦＴイメージング方式は、逆投影よりも大幅な向上をもたらすが、単一の送信機と複数の受信機が使用されるトポロジ用に策定されている。複数の送信機及び受信機を備えたトポロジの場合、処理オーバーヘッドを犠牲にして、この方式が複数回実行される。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書で提示される装置及び方法には、データが補正された後にＦＦＴベースイメージングの使用を可能にするマルチスタティックアレイサンプリング方式及びスパースアンテナアレイトポロジ(sparse antenna array topology)が含まれる。このアレイトポロジは、ＦＦＴイメージングと組み合わせて（処理負荷を軽減する）、マルチスタティックサンプリングを使用する（要素数を削減する）ことを可能にする。この技術は、費用対効果の高い商用オフザシェルフ（ＣＯＴＳ）のハードウェア上のビデオレートで、人間の被写体のおおよそのサイズのシーンの高品質画像再構成を可能にする。
【０００８】
本技術の実施形態は、像平面の近接場マイクロ波イメージング用のシステム及び方法を含む。システム例は、マルチスタティックアレイ、マルチスタティックアレイに動作可能に結合されたトランシーバ、及びトランシーバに動作可能に結合されたプロセッサを含む。稼働の際に、マルチスタティックアレイはマルチスタティックアレイデータを取得して、トランシーバはマルチスタティックアレイデータを変換する。プロセッサは、マルチスタティックアレイデータにマルチスタティック／モノスタティック補正を適用して補正されたマルチスタティックアレイデータを形成し、補正されたマルチスタティックアレイデータをフーリエ変換してフーリエ領域データを形成し、フーリエ領域データに位相シフトを適用して位相シフトされたフーリエ領域データを形成する。位相シフトは、マルチスタティックアレイと像平面の間の距離に対応する。（マルチスタティック画像データは、フーリエ変換される前に、均一グリッド上に任意に補間されてもよい。）次に、プロセッサは、位相シフトされたフーリエ領域データを逆フーリエ変換して、像平面の描写を形成する。システムは、これらの工程を５Ｈｚ、１０Ｈｚ、またはそれ以上のレートで行うことができる。
【０００９】
ある場合には、マルチスタティックアレイは、複数のタイル様マルチスタティックアレイを備える。これらの場合、複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の各タイル様マルチスタティックアレイにおける送信機及び受信機の各対がサンプリングされ、マルチスタティックアレイデータを産出する。各タイル様マルチスタティックアレイにおける送信機及び受信機の各対のサンプリングは、複数のタイル様マルチスタティックアレイ内の各タイル様マルチスタティックアレイにおける送信機及び受信機の各対のみのサンプリングを含むことができる。例えば、タイル様マルチスタティックアレイは、隣接する線形受信アレイとのみ通信するように構成された線形送信アレイを含むことができる。これらのタイル様マルチスタティックアレイは、直交波形を放射及び受信することによって動作することができる（例えば、第１波形を放射及び受信する第１タイル様マルチスタティックアレイや、第１波形に直交する第２波形を放射及び受信する第２タイル様マルチスタティックアレイなどを用いる）。
【００１０】
マルチスタティックアレイデータは、マルチスタティックアレイ内の送信機及び受信機の複数の対によって画定される位相中心のグリッドをサンプリングすることによって取得することができる。この位相中心のグリッドは、等価な位相中心の非冗長で規則的な間隔のグリッドとすることができる。
【００１１】
マルチスタティック／モノスタティック補正は、マルチスタティックアレイによってサンプリングされた点状散乱体のマルチスタティック反射を推定し、マルチスタティックアレイの平面内でサンプリングされた点状散乱体のモノスタティック反射を推定し、及びマルチスタティックアレイデータに、点状散乱体のモノスタティック反射に対する点状散乱体のマルチスタティック反射の比率で重み付けすることによって適用することができる。点状散乱体は、像平面のほぼ中心にあってもよい。
【００１２】
前述の概念及び以下でより詳細に論じられる追加の概念（そのような概念が相互に矛盾しないことを条件とする）の全ての組み合わせが、本明細書で開示される発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書で開示される発明の主題の一部であると考えられる。また、参照により援用された任意の開示にも現れ得る、本明細書で明示的に使用される用語は、本明細書に開示された特定の概念と最も一致する意味で解釈されるべきであることを理解されたい。
【００１３】
当業者であれば、図面は主に説明のためのものであり、本明細書に記載された本発明の主題の範囲を限定するものではないことを理解するであろう。図面は必ずしも縮尺通りではない。いくつかの例では、本明細書で開示される本発明の主題の様々な態様は、種々の特徴の理解を容易にするために、図面に誇張または拡張されて示されている。図面において、同様の参照符号は、一般に同様の特徴（例えば、機能的に類似の及び／または構造的に類似の要素）を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ビデオレートでＦＦＴベースのフィールドイメージングを行うように構成されたマルチスタティックイメージングシステムのブロック図である。
【図２】「ｓｕｐｅｒｔｉｌｅｓ（スーパータイル）」で形成されたスパースアレイを有するマルチスタティックイメージングシステムの実際的な実装を示す図である。
【図３】図３Ａから図３Ｅは、図１及び図２のイメージングシステムと共に使用するのに適したタイル様のマルチスタティックアレイトポロジを示す図である。
【図４Ａ】マルチスタティックイメージングプロセスを示すブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ａのプロセスにおけるマルチスタティック／モノスタティック補正を示す図である。
【図４Ｃ】マルチスタティックＦＦＴイメージング（４３０）及び逆投影（４３１）を用いてレンダリングされた(rendered)、２５個の点状散乱体の模擬画像を示す図である。
【図４Ｄ】５６周波数ビン（実線）及び１６０周波数ビン（破線）によるＦＦＴベースイメージング（下部トレース）及び逆投影イメージング（上部トレース）の処理負荷対フレームレートのプロット図である。
【図５】１．５ｍアレイをエミュレートするため、種々の位置のグリッドでシーンを測定するための単一のアレイタイルを使用した実験セットアップを示す図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、図５に描かれたセットアップで取得され、図４Ａに示されたプロセスで再構成された画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書で開示されるアンテナアレイトポロジは、（１）高度にスパースであり、ハードウェアの効率のよい実装を可能にし、（２）計算効率のよい画像再構成プロセスに対応する。いくつかの既存のイメージングシステムはスパースアレイを使用するが、本明細書に提示されるサンプリング方式は、ＦＦＴイメージングに対応できる点で独特である。このことは画像形成のための計算コストをより低くし、セキュリティ、非破壊検査及び医療用途のためにビデオレートでの近接場マイクロ波イメージングまたは近接場ミリ波イメージングを行うのに適する。
【００１６】
本発明のアンテナアレイは、スパースで（例えば、従来のアンテナアレイの素子数のごくわずかな割合で）あることができるので、費用をかけることなく大きく（例えば、１００λよりも大きな口径に）することができる。このようなシステムは、約３ｍの最大範囲から５０ｍｓ未満で画像データを取り込むことができる。取り込まれたデータは補正をもって調整され、データを、同等の大きさのモノスタティック開口部によって取り込まれるデータに、より近似させる。補正の空間領域は限られているが、一般に人間サイズの領域は、データの単一補正で画像化することができる。次に、補正されたデータは、比類のない計算効率を有する技術である、モノスタティック高速フーリエ変換（ＦＦＴ）イメージングによって処理される。この計算効率のおかげによるところもあり、費用対効果の高いコンピューティングハードウェアを使用し、取り込まれたデータを使用して１０Ｈｚ以上のレートでマイクロ波またはミリ波画像を生成することができる。
【００１７】
図１は、マルチスタティックスイッチ式アンテナアレイ１１０、トランシーバ１２０、データ取得システム１３０及びコンピュータ１４０を用いるマイクロ波イメージングシステム１００を示す。トランシーバ１２０は、送信アンテナ素子１１２にスティミュラス(stimulus)を与え、シーンからの生成エコーが受信アンテナ素子１１６によって取り込まれる。エコーは、トランシーバ１２０によって中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされ、次いで、データ取得システム１３０によってデジタル化される。シーン１０の複雑な３Ｄ画像を形成するために、アンテナアレイが切り替えられ、スティミュラス周波数を変化させながら、多くのエコーが記録される。次いで、レーダーエコーのセットは、ビデオレートでシーン１０の３次元（３Ｄ）マイクロ波画像１４を生成するための効率的なＦＦＴベースイメージングプロセスを実施するコンピュータ１４０で処理される。さらに、マイクロ波イメージングシステム１００は、光学イメージング及び／またはアクティブまたはパッシブ測距のために、可視もしくは赤外線カメラ１５２または構造化光センサ１５４（例えば、ＭｉｃｒｏｓｏｆｔのＫｉｎｅｃｔ）などの任意の補助センサ１５０も含むことができる。
【００１８】
スイッチ式アンテナアレイ１１０は、１つ以上の送信スイッチ１１４に結合された１組のスイッチ式送信素子１１２と、１つ以上の受信スイッチ１１８に結合された、対応する１組のスイッチ式受信素子１１６を含む。スイッチ式送信素子１１２及びスイッチ式受信素子１１６は、以下でより詳細に説明するように、位相中心の均一なグリッドを画定する１組のタイル様境界アレイ（ＢＡｓ）などの１つ以上のスパースアレイを形成するように配置することができる。例えば、アレイ１１０は、スイッチングマトリクスに結合された１２９６個の送信素子を含むスイッチ式送信素子１１２と、１２９６個の受信素子を含むスイッチ式受信素子１１６を有する、約１．５ｍ×１．５ｍ（３０ＧＨｚでの１５０λ×１５０λ）の開口部に及ぶことができる。併せて、１２９６個の送信素子と１２９６個の受信素子が８２，９４４個の位相中心を画定するが、他の数の送信素子、受信素子及び位相中心もまた可能である。同時に、アレイ１１０は、９つのみの送信／受信チャネルを有することができ、その各々が１４４個の送信素子１１２と１４４個の受信素子１１６に応対する。
【００１９】
一例では、スイッチ式アンテナアレイ１１０の受信部分は、１１個のＳＰ４Ｔスイッチ１１８で実装され、これらは受信アンテナ素子１１６用の２４路スイッチを形成するために使用される。埋め込まれたストリップ線路は、スイッチ１１８と受信アンテナ素子１１６を接続し、送信アンテナ素子１１２とのクロストークの可能性を低減する。さらに、受信アレイは、ＳＰ４Ｔスイッチの最初の列の後方に低ノイズアンプ（ＬＮＡｓ）を使用することができる。送信アレイは、複数のアンプの代わりに２４路スイッチ全体の入力に単一アンプを使用することを除けば、同様のレイアウトを使用することができる。スイッチ１１８の制御は、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）などの適切なプロセッサを使用することによって達成することができる。ＣＰＬＤには、アレイの２４のスイッチ状態に対するスイッチバイアスが格納されており、これらのスイッチ状態は、「Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｓｔｅｐ（エレメントステップ）」コネクタにパルスを送信することによって順番に切り替えることができる。状態リストは、「Ｒｅｓｅｔ（リセット）」入力のパルスによってリセットされる。この制御方式は単純で、取得速度に依存しない。
【００２０】
スイッチ式送信素子１１２は、送信スイッチ（複数可）１１４を介してトランシーバ１２０内の無線周波数（ＲＦ）シンセサイザ１２２に結合される。ＲＦシンセサイザ１２２は、２４ＧＨｚから３０ＧＨｚの単一トーンなどの送信波形を生成し、それをスイッチ式送信素子１１２が、以下により詳細に説明するように、シーン１０に向けて放射する。スイッチ式受信素子１１６は、シーン内の物体によって反射及び／または散乱されたＲＦ放射線を受信する。スイッチ式受信素子１１６は、受信したＲＦ放射線を受信スイッチ（複数可）１１８を介してトランシーバ１２０内のダウンコンバータ１２４に結合する。このダウンコンバータ１２４は、受信したＲＦ放射線を、局部発振器（ＬＯ）を用いてミキシングし、ＲＦ電子技術の分野でよく理解されている中間周波数（ＩＦ）信号（例えば約４０ＭＨｚ）を生成する。データ収集システム１３０内のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１３２は、ＩＦ信号をデジタル化し、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１３４または他のプロセッサによって時間領域から単一の複素数値の点に変換され、次いでバッファ１３６に格納される。
【００２１】
動作の際に、システム１００は、特定の周波数でシーンを探査し、反射または散乱の応答を取り込み、取り込んだ応答を約２００ｎｓ以下の時間内に（すなわち、５ＭＨｚ以上のレートで）ダウンコンバートしてデジタル化する。システム１００は、周波数範囲内の各周波数ステップごとにこの取得プロセスを繰り返し、全ての周波数ステップにわたってフレーム全体を可能な限り取り込む。フレーム取り込み時間は、周期（この例では２００ｎｓ）、送受信対の数及び周波数ステップの数の積を、アクティブ送信アンテナの数及びアクティブ受信アンテナの数の積で除算したものに等しい。
【００２２】
コンピュータ１４０または他の適切な処理システムは、バッファ１３６に格納されたデータを、イメージング領域１０内の物体またはシーンのレンダリングまたは画像１４に変換する。場合によっては、コンピュータは、データに対してマルチスタティック／モノスタティック補正を適用し、次いで、以下でより詳細に説明する高効率ＦＦＴイメージング技法を使用して画像再構成を行う、１つ以上のグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵｓ）１４２を含む。コンピュータ１４０は、液晶ディスプレイなどの２次元（２Ｄ）ディスプレイ、または立体ディスプレイなどの３Ｄディスプレイを含むことができるユーザインタフェース１４４を介して、ユーザに再構成画像１４を表示する。
【００２３】
システム１００はまた、可視または赤外線カメラ１５２及び構造化光センサ１５４（例えば、ＭｉｃｒｏｓｏｆｔのＫｉｎｅｃｔセンサ）などの１つ以上の任意の補助センサ１５０を含むことができる。これらの補助センサは、システム１００がマイクロ波の応答を取得している間に、イメージング領域１０の１つ以上の深度マップを取得することができる。コンピュータ１４０は、補助センサ１５０からのデータを融合して、シーンのより洗練されたレンダリングを作成することができる。また、コンピュータ１４０は、補助センサ１５０からのデータを使用して、ＦＦＴベースの画像処理用にイメージング領域１０を制約または制限する際の使用のために、イメージング領域１０の深度マップを作成することもできる。また、補助センサ１５０からのデータは、イメージング領域のサイズ、形状、及び／または位置を制限するために、コンピュータ１４０及び／またはユーザによって使用されることもでき、計算負荷を潜在的に低減させる。
【００２４】
他のマルチスタティックマイクロ波イメージングシステムと比較して、図１に示すイメージングシステム１００（以下に説明するアレイサンプリング及び画像再構成技術を使用する）は、制御しやすい処理負荷で、３Ｄマイクロ波画像を生成することができる。場合によっては、システム１００のＦＦＴベースのイメージング技術は、一般的な逆投影技術よりも計算要求が２桁以上少ない。結果として、システム１００は、データ内の周波数ポイントの数、イメージング領域のサイズ及び空間解像度、ならびにＧＰＵｓ１４２の処理能力に応じて、３Ｄ画像をビデオレートでレンダリングすることができる。
【００２５】
マルチスタティックＦＦＴベースイメージングのためのスーパータイル
図２は、本明細書に記載のアレイ設計及びイメージング技術を具体化したスタンドオフマイクロ波イメージングの実際的な実装２００を示す。このシステム２００は、矩形のアレイ（他の形状も可能である）に配置され、測距カメラ２５０または他の測距デバイスにも結合され得るコンピュータ／デジタルインターフェース２４０に対して動作可能に結合される１組の「ｓｕｐｅｒｔｉｌｅｓ（スーパータイル）」２０２を含む。各スーパータイル２０２は、対応する送信アンテナ２１２、送信スイッチ２１４、受信アンテナ２１６及び受信スイッチ２１８を有する、タイル様境界アレイなどの、対応するスイッチ式マルチスタティックアンテナアレイ２１０を含む、全開口部の仕切りである。各スーパータイル２０２はまた、対応するトランシーバ２２０及びデータ取得ブロック２３０を含む。
【００２６】
併せて、各スーパータイル２０２内のアンテナアレイ２１０、トランシーバ２２０及びデータ取得ブロック２３０は、図１に関して上述したアンテナアレイ１１０、トランシーバ１２０及びデータ取得ブロック１３０と同様に動作して、マイクロ波またはミリ波データを取得及びデジタル化する。スーパータイル２０２は、ＲＦ信号を換えることなく動作することができ、すなわち、スーパータイル２０２は、純粋にデジタル入力及び出力用に構成することができる。さらに、スーパータイル２０２は、例えば、周波数多重化波形などの直交ＲＦ波形を送信及び受信することによって、互いに独立して動作することもできる。スーパータイルがすべて同じ構成であれば、この範例はモジュール化され、スケーラブルな実現を可能にする。
【００２７】
コンピュータ／デジタルインターフェース２４０は、マルチスタティック／モノスタティック補正／補償を適用し、次に上記及び下記のようなフーリエ変換ビーム伝搬技術を適用することによって、デジタルデータを処理する。得られたマイクロ波画像は、場合によっては、カメラ２５０によって取得された可視または赤外線画像から生成された深度マップを可能な限り使用して融合され、３Ｄマイクロ波画像が生成される。これらの画像を、ビデオレートまたはビデオレートに近いレートで、リアルタイムにレンダリングすることができる。
【００２８】
マルチスタティックアレイトポロジ
図３Ａに、アレイトポロジが概念的に示される。示されるように、アレイトポロジはアンテナタイルの連続したモザイク細工である。各タイルはマルチスタティックアンテナアレイである。つまり、送信アンテナと受信アンテナが同じ場所に配置されておらず、固定距離で離れていない。各タイルの長さ（Ｌ）は、イメージング範囲（Ｒ）よりもかなり小さく、例えばＬ＜Ｒ／４である。以下の例で説明するように、各アレイタイルは、規則的に間隔を置いて配置された位相中心のグリッド上のシーンをサンプリングする。その効果は、全開口部がより大きな位相中心のグリッド上のシーンをサンプリングすることである。位相中心サンプリングは、アレイタイル内でのみ起こり、送信アンテナ素子と受信アンテナ素子の間の距離が、タイル長の２の平方根倍未満
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に制限されることにさらに留意されたい。
【００２９】
図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ図１及び図２に示すマイクロ波イメージングシステム１００及び２００と互換性があるマルチスタティックアレイトポロジ例を示す。示されるように、トポロジは境界アレイ（ＢＡｓ）３１１のタイル様の配置である。各ＢＡ３１１は、側面に送信機３１２の線形アレイ、上下に受信機３１６の線形アレイ、及び開いた内部を有するマルチスタティックアレイ配置である。この場合、送信アレイ３１２は垂直に向けられ、受信アレイ３１６は水平に配列されるが、他の配置も可能である。ＢＡタイル３１１は、隣接するＢＡｓ３１１が線形送信アレイ３１２または線形受信アレイ３１６を共有するように配置される。すなわち、横に並んで配置された一対のＢＡｓ３１１は、線形送信アレイ３１２を共有し、上下に配置された一対のＢＡｓ３１１は、線形受信アレイ３１６を共有する。
【００３０】
各ＢＡ３１１は、非冗長の位相中心３１３の規則的に間隔を置いて配置されたグリッドを用いてシーンをサンプリングする。ＢＡ３１１内の送信素子及び受信素子の各対は、送信素子と受信素子を接続する線分の中点に、対応する位相中心３１３を画定する。まとめると、所与のＢＡ３１１内の送信素子及び受信素子の対の全てが、図３Ｂに示すように、ＢＡ３１１の内部のグリッドに沿って配列された位相中心３１３を形成する。グリッドには、タイルの中央に位相中心の行と列が無いことに留意されたい。しかし、この行と列の欠落が画質に与える影響はごくわずかである。
【００３１】
タイル様のＢＡレイアウトは、開口部の範囲をカバーする位相中心の規則的に間隔を置いたグリッドを用いてシーンをサンプリングする。位相中心サンプリングはタイル内でのみ行われる。換言すれば、線形送信アレイは、隣接する線形受信アレイとだけ通信する。このことは、送信及び受信アンテナ対の間の距離を狭める。
【００３２】
図３Ｂ及び図３Ｃに示す例では、送信素子及び受信素子は、１０ｍｍまたは３０ＧＨｚでの１λ分だけ離れている。その結果得られる位相中心グリッドは、すなわち、０．５λの間隔で配置される。この結果、モノスタティック構成（例えば、シーンが送信／受信アンテナの均一なグリッドでサンプリングされる）によって生成されるものとほぼ同じサンプリングがもたらされる。ただし、タイル様のＢＡｓ３１０は、同一の開口部をカバーするモノスタティック構成に比べ、はるかに少ないアンテナ素子を含む。図示の例では、開口部は４８０個の送信アンテナと４８０個の受信アンテナを有するが、３６８６４個の空間的に別個の位相中心を形成する。
【００３３】
図３Ｄ及び図３Ｅは、それぞれ図１及び図２に示すマイクロ波イメージングシステム１００及び２００と互換性のある別のマルチスタティックアレイトポロジ例を示す。このトポロジは、マルチスタティックアレイ３１７のタイル様の配置である。各タイルに、４つのブロックの送信素子３１８（各コーナーに１つ）と、タイル内の受信素子３１９のグリッドを含む。タイル３１７は、隣接するタイルが送信素子のブロック３１８を共有するように配置される。
【００３４】
各タイル３１７は、等価な非冗長の位相中心３２０の規則的に間隔を置いたグリッドを用いてシーンをサンプリングする。タイル３１７内の送信素子及び受信素子の各対は、送信素子と受信素子を接続する線分の中点に、対応する位相中心３２０を画定する。まとめると、所与のタイル３１７内の送信素子及び受信素子の対が、図３Ｄに示すように、タイル３１７の内部のグリッドに沿って配列された位相中心３２０を形成する。グリッドには、タイルの中央に位相中心の行と列が無いことに留意されたい。この場合もやはり、この行と列の欠落が画質に与える影響はごくわずかである。このように、タイル様レイアウトは、開口部の範囲をカバーする位相中心のグリッドを用いてシーンをサンプリングする。
【００３５】
位相中心サンプリングはタイル内でのみ行われることに留意されたい。言い換えれば、送信アンテナのブロックは、受信アンテナの隣接ブロックとのみ通信する。このことは、送信及び受信アンテナ対の間の距離を狭める。
【００３６】
図３Ｄ及び図３Ｅに示す例では、送信素子は１０ｍｍ（３０ＧＨｚでの１λ）の間隔を置いて配置され、一方、受信素子は３０ｍｍ（３０ＧＨｚでの３λ）の間隔を置いて配置される。その結果得られる位相中心グリッドは、すなわち、０．５λの間隔で配置される。この結果、モノスタティック構成（例えば、シーンが送信／受信アンテナの均一なグリッドでサンプリングされる）によって生成されるものとほぼ同じサンプリングがもたらされる。ただし、タイル様のアレイ３２１は、同一の開口部をカバーするモノスタティック構成に比べ、はるかに少ないアンテナ素子を含む。図示の例では、開口部は２２５個の送信アンテナと１０２４個の受信アンテナを有するが、３６８６４個の空間的に別個の位相中心を形成する。この例では、性能に何の影響も与えることなく、送信素子及び受信素子の位置を入れ替えることができることに留意されたい。
【００３７】
各マルチスタティックアレイは、図１に示すようにトランシーバ１２０に結合される。トランシーバ１２０内の送信機１２２は、送信スイッチ１１４を介して送信素子１１２を時間多重化方式で駆動する。最初に一つの送信素子１１２が信号を送信し、続いて別の、という具合に続く。同様に、受信素子１１６は、トランシーバ１２０内の受信機１２４に結合された受信スイッチ１１８で時間多重化され、シーンから反射及び散乱された波をサンプリングする。あるいは、複数の受信素子は、送信素子が切り替えられると同時にシーン反射を記録することができる（より迅速な取得をもたらす）。さらに、直交波形を使用して、複数の送信アンテナを同時に作動させることができる。
【００３８】
マルチスタティックＦＦＴベースイメージング
上述したように、マルチスタティックアレイトポロジを使用して、大きなイメージング開口部に必要とされるアンテナ素子の数を大幅に削減し、ハードウェアコストを軽減することができる。しかし、マルチスタティックサンプリング方式では、効率的な再構成が課題として残っている。非常に計算量の多い逆投影法は、任意のマルチスタティック方式に使用できるが、より効率的なＦＦＴ法は、一般には直接使用できない。この章で説明するイメージング手法は、データ補正が適用された後に、ＦＦＴベースの方法を使用することが可能である。このプロセスは、比較的計算量が少ないため、ＣＯＴＳコンピューティングハードウェアでのビデオレート画像形成が可能である。
【００３９】
図４Ａは、本発明のマルチスタティックＦＦＴベースイメージングプロセス４００を示す。プロセス４００は、図３Ａから図３Ｅに示すマルチスタティックアレイなどでＲＦ画像データ（４０２）を取得することから始まる。場合によっては、マルチスタティックアレイ内の種々のタイルは、直交波形を放射及び受信することによって、同時に、または時間的に重複した仕方で、動作することができる。前述のように、マルチスタティックアレイは、開口部全体をカバーする位相中心の規則的に間隔を置いたグリッド上でシーンをサンプリングする。各位相中心は１回だけサンプリングされる（すなわち、トポロジは非冗長性のサンプリングを行う）。
【００４０】
各周波数ポイントについて、反射データは２Ｄ行列
2018537679.tif 000008
に整形される。ここで、インデックスｎｘ及びｎｙは位相中心のｘ及びｙ位置に対応する。各アレイタイル中央の行及び列における欠落した位相中心の反射は、ゼロに設定される。次に、サンプリングされたデータセットは、補正係数４０５を使用したマルチスタティック／モノスタティック補正（４０４）を受ける。参照点は、イメージング領域の中心に、
2018537679.tif 000009
によって与えられる位置に定義される。補正されたデータセットは、式（３）によって与えられる。
2018537679.tif 000010
【００４１】
Ｒｕ（ｎｘ，ｎｙ）は、
2018537679.tif 000011
に配置された１つの点状散乱体のみを含むシーンを探査する場合にマルチスタティックデザインが受け取るであろう、計算された反射セットである。
2018537679.tif 000012
【００４２】
2018537679.tif 000013
は送信アンテナの位置であり、
2018537679.tif 000014
は受信アンテナの位置であることに留意されたい。
2018537679.tif 000015
は、点状散乱体のシーンのイメージングを行うモノスタティック開口部によって受信されるであろう、計算された反射セットである。ここで、サンプリングは、マルチスタティック開口部の位相中心グリッド
2018537679.tif 000016
上で行われる。
2018537679.tif 000017
【００４３】
補正されたデータは、次いでＦＦＴ処理のために、ゼロが埋め込まれ、２Ｎのサイズになるように補間される（４０６）。ここでＮは２の累乗である。（マルチスタティック／モノスタティック補正が適用される前に、データを補間することもできる。）例えば、３００×３００の位相中心をサポートする開口部は、５１２×５１２のサイズになるように埋め込まれる。ゼロ充填データは、「モノスタティック」フーリエイメージングプロセス４２０の一部として、ＦＦＴ（４０８）、像平面への位相シフト（４１０）、及び逆ＦＦＴ（４１２）を受ける。この「モノスタティック」イメージングプロセス４２０は、測定された各周波数に対して繰り返され、３Ｄイメージング領域内の各深度スライスで周波数にわたって、画像が融合またはまとめられ（４１４）、出力画像が生成される。
【００４４】
マルチスタティック／モノスタティック補正の導出
図４Ｂは、図４ＡのマルチスタティックＦＦＴベースのイメージングプロセス４００のステップ４０４で適用されるマルチスタティック／モノスタティック補正の導出を示す。図４Ｂの上部に示すように、マルチスタティック配置（ここでは受信素子１から３で示す）では、各受信素子は、単一の送信素子から放射され、シーン内の物体（例えば、バックパックを着けた人）によって散乱及び／または反射された放射線をサンプリングする。この検出された放射線は、被測定界
2018537679.tif 000018
として表される。
【００４５】
図４Ｂの中央のパネルは、マルチスタティックアレイの受信素子として動作するときに、素子１から３が、どのようにしてイメージング領域のほぼ中央に位置する点状散乱体から散乱された放射線を検出するかを示す。これらの計算されたマルチスタティックサンプリング反射は、
2018537679.tif 000019
として表される。逆に、図４Ｂの下部パネルは、素子１から３が、独立したモノスタティック素子として動作する場合に、イメージング領域のほぼ中央に（例えば、直角プリズム形状の領域の中心に）位置する点状散乱体から散乱された放射線を、どのように検出するかを示す。これらの計算されたモノスタティックサンプリング反射は、
2018537679.tif 000020
として表される。被測定界
2018537679.tif 000021
に、計算されたモノスタティックサンプリング反射
2018537679.tif 000022
に対する計算されたマルチスタティックサンプリング反射
2018537679.tif 000023
の比率を掛け合わせることにより、図４Ａに示すマルチスタティックＦＦＴベースのイメージングプロセス４００で適用されるマルチスタティック／モノスタティック補正係数４０５が得られる。
【００４６】
マルチスタティックからモノスタティックへの補正は、有限のイメージング領域にわたって有効である。しかしながら、以下に与えられる実験結果によって示されるように、人間の大きさの領域に対しては、単一の補正で十分である。ＢＡタイルのサイズが増加するにつれて、補正の精度が低くなる可能性がある。より大きなイメージング領域は、サブ領域への分解によって実現された。
【００４７】
逆投影技術との比較
リアルタイムイメージング機能のために、画像再構成はビデオレートで、またはそれに近いレートで行われるべきである。幸運にも、本明細書で開示されるＦＦＴベースの技術は、容易に利用可能な、適切にプログラムされたコンピュータハードウェア（例えば、ＧＰＵｓ）を使用して、逆投影よりも数桁速く行うことができる再構成を提供する。場合によっては、ＦＦＴベース構成を、ＣＯＴＳコンピューティングハードウェアを使用してビデオレートで行うことができる。
【００４８】
提示した方法を一般的な逆投影技術と比較するために、図３Ｃに示すアレイを用いて、グリッド内に配置された２５個の点状散乱体のセットを画像化するシミュレーションを検討する。図４Ｃは、結果として生じた画像を示しており、ＦＦＴイメージングを使用して得られた画像（４３０）と、逆投影を使用して得られた画像（４３１）を示す。逆投影による計算については、各ピクセルの画像は次式によって与えられた。
2018537679.tif 000024
2018537679.tif 000025
は送信アンテナの位置であり、
2018537679.tif 000026
は受信アンテナの位置であることに留意されたい。
【００４９】
シミュレーションは、２４ＧＨｚから３０ＧＨｚ（３２ステップ）の範囲のスティミュラスを想定しており、提示の画像は４０ｄＢのダイナミックレンジを有する。示されるように、画像はほぼ同じである。しかし、それぞれの場合に必要とされる計算作業負荷の分析は、ＦＦＴ法による画像の形成には０．５７ＧＦＬＯＰ（ギガフローティングポイントオペレーション）を必要とする一方で、逆投影には５１２ＧＦＬＯＰを必要とすることを示す。計算負荷を計算するために使用される計算作業負荷値は、Ｍ．Ａｒａｋａｗａ，  ”Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｌｏａｄｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｍｏｎｌｙ  Ｕｓｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｋｅｒｎｅｌｓ，  ｓｅｒ．”  Ｐｒｏｊｅｃｔ  Ｒｅｐｏｒｔ，  ＭＩＴ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，  ２００６からのものであり、その全体が参照により本明細書に援用される。
【００５０】
図４Ｄは、５６個及び１６０個の周波数ステップによるＦＦＴイメージング及び逆投影の処理負荷対フレームレートのプロット図である。この分析では、アレイは、図３Ｂ及び図３Ｃに示されるものと同様に５×５のタイルアレイであり、イメージング領域は２１の深度平面を有する。ＦＦＴイメージングは、１Ｈｚから１０Ｈｚの範囲のフレームレートにわたって、５６個及び１６０個の周波数ステップの双方で、逆投影よりも約２桁速い。
【００５１】
マルチスタティックＦＦＴベースイメージングの実験的検証
図５は、提示した技法を検証するための実験的セットアップを示す。セットアップには、シングルスイッチ式マルチスタティックアレイタイル、トランシーバ、データ取得システム及びプロセッサが含まれる。０．２５ｍのアレイタイルをｘ−ｙスキャナ上に置き、６×６グリッドの位置に移動させる。各位置で、システムは、アレイタイルによって支持された位相中心のグリッドを用いてシーンをサンプリングする。これらの位置からのデータは、１．５ｍのタイル様アレイで得られる画像を形成するように処理される。
【００５２】
図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ａのセットアップで取得されたデータから再構成された画像を示す。本明細書で開示されるＦＦＴ技術を使用して画像を再構成するために、４台のＮｖｉｄｉａ  ＧｅＦｏｒｃｅ  Ｔｉｔａｎ  Ｘグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵｓ）を備えたＣＯＴＳコンピュータを使用した。シーン（衣装を着せた人体模型の背面図）は明確に再構成されている。
【００５３】
図６Ａは、１６０個の周波数ポイントを使用して、２４ＧＨｚから２８ＧＨｚのスティミュラスを用いて形成され、一方で図６Ｂは、２４ＧＨｚから２６．８ＧＨｚのスティミュラスで５６個の周波数ステップを使用して形成された。両方のイメージングシナリオにおいて、３Ｄ画像が０．０１５ｍ間隔で、２１枚の深度スライスで実現された。図６Ａに提示したイメージングシナリオ（５１２×５１２ＦＦＴサイズ、１６０周波数ポイント、及び２１枚の深度スライス）については、計算時間は０．１０１秒と観測された。図６Ｂに示す５６個の周波数ポイントの場合については、計算時間は０．０４８秒と観測された。これらの結果は、提示された技術を使用して、ＣＯＴＳコンピューティングハードウェアで人間サイズの領域のリアルタイム画像再構成が可能であることを示している。
【００５４】
結び
様々な本発明の実施形態を本明細書に記載し説明してきたが、当業者であれば、本明細書に記載された機能を実行し、及び／または結果及び／または１つ以上の利点を得るための様々な他の手段及び／または構造を容易に想到し、そのような変形及び／または修正の各々は、本明細書に記載される本発明の実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載される全てのパラメータ、寸法、材料及び構成が例示的なものであり、また、実際のパラメータ、寸法、材料及び／または構成が、特定の用途または本発明の教示が使用される用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者であれば、本明細書に記載の具体的な発明の実施形態の多くの等価物を認識するであろうし、あるいは通例の実験のみを用いて確認することができる。したがって、前述の実施形態は単なる例示として提示され、添付の特許請求の範囲及びそれと均等の範囲内で、本発明の実施形態は、具体的に記載され請求される以外の方法で実施され得ることが理解されるべきである。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載される個々の特徴、システム、物品、材料、キット及び／または方法を対象とする。さらに、そのような特徴、システム、物品、キット及び／または方法が相互に矛盾しない場合、そのような特徴、システム、物品、キット及び／または方法の２つ以上の任意の組み合わせは、本開示の発明の範囲内に含まれる。
【００５５】
上述の実施形態は、多数の方法のうちのいずれかで実施することができる。例えば、本明細書に開示された技術を設計し製造するための実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせを使用して実現することができる。ソフトウェアで実装される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータに提供されても複数のコンピュータに分散されていてもよく、任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集合上で実行することができる。
【００５６】
さらに、コンピュータは、ラックマウント型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータまたはタブレット型コンピュータなど、いくつかの形態のいずれかで具体化され得ることを理解されたい。さらに、コンピュータは、一般にコンピュータとはみなされないが、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマートフォン、または任意の他の適切な携帯もしくは固定電子デバイスを含む、適切な処理能力を有する装置に埋め込まれてもよい。
【００５７】
また、コンピュータは、１つ以上の入力及び出力デバイスを有することができる。これらのデバイスは、とりわけ、ユーザインタフェースを提供するために使用することができる。ユーザインタフェースを提供するために使用できる出力デバイスの例には、出力の視覚的提供のためのプリンタまたはディスプレイスクリーン、及び出力の可聴式提供のためのスピーカまたは他の音生成デバイスが含まれる。ユーザインタフェースに使用できる入力デバイスの例には、キーボードならびにマウス、タッチパッド及びデジタル化タブレットなどのポインティングデバイスが含まれる。別の例として、コンピュータは、音声認識または他の可聴形式で入力情報を受信することができる。
【００５８】
このようなコンピュータは、企業ネットワークなどのローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワーク、及び、インテリジェントネットワーク（ＩＮ）またはインターネットを含む、任意の適切な形態の１つ以上のネットワークによって相互接続されてもよい。そのようなネットワークは、任意の適切な技術に基づいていてもよく、任意の適切なプロトコルに従って動作してもよく、及び無線ネットワーク、有線ネットワークまたは光ファイバネットワークを含んでもよい。
【００５９】
本明細書に概説した様々な方法またはプロセス（例えば、上記開示した技術を設計し、作成する）は、様々なオペレーティングシステムまたはプラットフォームのうちの任意の１つを使用する１つ以上のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、このようなソフトウェアは、多数の適切なプログラミング言語及び／またはプログラミングツールまたはスクリプトツールのいずれかを使用して記述することができ、フレームワークまたは仮想マシン上で実行される、実行可能な機械語コードまたは中間コードとしてコンパイルすることもできる。
【００６０】
この点に関して、様々な発明概念は、１つ以上のコンピュータまたは他のプロセッサ上で実行されるときに、上述した本発明の様々な実施形態を実施する方法を行う、１つ以上のプログラムで符号化されるコンピュータ可読記憶媒体（または複数のコンピュータ可読記憶媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイもしくは他の半導体デバイスの回路構成、または他の非一時的な媒体もしくは有形のコンピュータ記憶媒体）として具体化することができる。１つまたは複数のコンピュータ可読媒体は、そこに記憶された１つまたは複数のプログラムが１つ以上の種々のコンピュータまたは他のプロセッサにロードされて、上述した本発明の様々な態様を実施することができるように、運搬可能であってもよい。
【００６１】
「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、本明細書では、上述した実施形態の様々な態様を実施する目的でコンピュータまたは他のプロセッサをプログラムするために使用される任意のタイプのコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令のセットを指す、一般的な意味で使用される。さらに、１つの態様によれば、本発明の方法を実施する際に実行される１つ以上のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータまたはプロセッサ上に存在する必要はなく、本発明の様々な態様を実施するために多数の様々なコンピュータまたはプロセッサの間にモジュラ式で分散されてもよいことを理解されたい。
【００６２】
コンピュータ実行可能命令は、１つ以上のコンピュータまたは他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールなど、多くの形態であってもよい。ほとんどの場合、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。通常はプログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望されるように組み合わされ、または分散されてもよい。
【００６３】
また、データ構造は、任意の適切な形態でコンピュータ可読媒体に格納することができる。説明を簡単にするために、データ構造は、データ構造内の位置によって関連するフィールドを有することを示してもよい。そのような関係は、フィールドの記憶域を、コンピュータ可読媒体内の、フィールド間の関係を取り次ぐ位置に割り当てることによって同様に達成することができる。また一方、データ構造のフィールド内の情報間の関係を確立するために、ポインタ、タグ、またはデータ要素間の関係を確立する他の機構の使用を含む、任意の適切な機構を使用してもよい。
【００６４】
また、様々な発明概念を１つ以上の方法として具体化することができ、その一例が提供されている。方法の一部として行われる作用は、任意の適切な方法で順序付けられる。したがって、例示的な実施形態では連続的な作用として示されているが、作用が図示された順序とは異なる順序で実行される実施形態が構築されてもよく、いくつかの作用を同時に実行することを含んでいてもよい。
【００６５】
本明細書において定義され、使用される全ての定義は、辞書の定義、参照により援用される文献中の定義、及び／または定義された用語の通常の意味を使い分けると理解されるべきである。
【００６６】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、明確に反対の指示がない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【００６７】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される「及び／または」という語句は、そのように結合された要素、すなわち、ある場合には結合的に存在し、他の場合には離接的に存在する要素の「一方または両方」を意味すると理解されるべきである。「及び／または」と列挙された複数の要素は、すなわち、そのように結合された要素の「１つまたは複数の」と同じように解釈されるべきである。具体的に特定された要素と関連するかどうかにかかわらず、「及び／または」句によって具体的に特定される要素以外の他の要素が任意に存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」などの非制限型言語と併せて使用される場合、「Ａ及び／またはＢ」への言及は、一実施形態ではＡのみ（場合によってはＢ）を、別の実施形態ではＢのみ（必要に応じて、Ａ以外の要素を含む）を、さらに別の実施形態ではＡ及びＢの両方（必要に応じて他の要素を含む）を、などと指すことができる。
【００６８】
本明細書及び特許請求の範囲で使用される「または」は、上で定義した「及び／または」と同じ意味を有すると理解すべきである。例えば、リスト内の項目を分離するとき、「または」または「及び／または」は包括的であると解釈されるべきであり、すなわち、要素の数またはリストのうちの、少なくとも１つを含むが、２つ以上もまた含み、場合によっては追加の非リスト項目を含む。「ｏｎｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ」もしくは「ｅｘａｃｔｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ」、または、特許請求の範囲において使用される場合、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ（〜からなる）」などの、明確に反対の指示をする用語のみが、数または要素のリストのうちの１つの要素を含むことを指す。一般に、本明細書で使用される用語「ｏｒ」という用語は、「ｅｉｔｈｅｒ」、「ｏｎｅ  ｏｆ」、「ｏｎｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ」または「ｅｘａｃｔｌｙ  ｏｎｅ  ｏｆ」などの排他的な用語が先行する場合、排他的な選択肢（すなわち、「一方または他方であるが両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈される。特許請求の範囲で使用される場合、「Ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ」は、特許法の分野で使用される通常の意味を有するものとする。
【００６９】
本明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、１つ以上の要素のリストを参照して「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」という語句は、要素のリスト内の任意の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであり、必ずしも要素のリスト内に具体的に列挙された各要素の少なくとも１つを含む必要はなく、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義はまた、識別された要素に関連しているかどうかにかかわらず、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」という語句が指す要素のリスト内で具体的に識別される要素以外の要素が任意に存在することを可能にする。したがって、非限定的な例として、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」（または同等に「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または同等に「Ａ及び／またはＢの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、少なくとも１つ、任意に２つ以上のＡを指すことができ、Ｂは含まない（さらに任意にＢ以外の要素を含む）。別の実施形態では、少なくとも１つ、任意に２つ以上のＢを指すことができ、Ａは含まない（さらに任意にＡ以外の要素を含む）。さらに別の実施形態では、少なくとも１つ、任意に２つ以上のＡを指すことができ、及び、少なくとも１つ、任意に２つ以上のＢを指すことができる（さらに任意に他の要素を含む）。
【００７０】
上記の明細書と同様に特許請求の範囲において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（運ぶ）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（含む）」、「ｈｏｌｄｉｎｇ（保持する）」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ（構成する）」などの全ての移行句は、非制限的である、すなわち、それを含むがそれに限定されることはないということを意味する、と理解されるべきである。「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ（〜からなる）」及び「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ（本質的に〜からなる）」という移行句のみが、米国特許商標庁の特許審査便覧第２１１１．０３項に記載されているように、それぞれ限定的または半限定的な移行句であるものとする。
【図１】
2018537679.tif 000027
【図２】
2018537679.tif 000028
【図３−１】
2018537679.tif 000029
【図３−２】
2018537679.tif 000030
【図３−３】
2018537679.tif 000031
【図４Ａ】
2018537679.tif 000032
【図４Ｂ】
2018537679.tif 000033
【図４Ｃ】
2018537679.tif 000034
【図４Ｄ】
2018537679.tif 000035
【図５】
2018537679.tif 000036
【図６】
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【国際調査報告】
2018537679.tif 000038