專(zhuān)利名稱(chēng)：檢測(cè)器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性檢測(cè)系統(tǒng)，該磁性檢測(cè)系統(tǒng)包括電磁(EM)檢測(cè)系統(tǒng)， 并在包括步行通過(guò)式檢測(cè)器(walk-through detector)的安全檢測(cè)系統(tǒng)中具有 特別的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
已知提供了步行通過(guò)式金屬檢測(cè)器，該步行通過(guò)式金屬檢測(cè)器包括發(fā)射 器線圈的陣列和檢測(cè)器線圈的陣列。這些金屬檢測(cè)器使用線圈對(duì)之間的耦合 (coupling)來(lái)進(jìn)行操作，所述線圈對(duì)提供了其中一線圈對(duì)用于每個(gè)區(qū)段 (zone)的多區(qū)段系統(tǒng)，每一對(duì)作為獨(dú)立的金屬檢測(cè)器來(lái)操作。在現(xiàn)有系統(tǒng) 中，發(fā)射器線圏可以典型地處于一個(gè)面板中，而接收器線圈在相對(duì)的面板中。 雖然這樣的已知系統(tǒng)能夠檢測(cè)金屬物體的存在，但是非常缺乏在不同類(lèi) 型的物體之間進(jìn)行區(qū)分的能力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)系統(tǒng)，包括位于檢測(cè)區(qū)域周?chē)亩鄠€(gè)磁 場(chǎng)發(fā)生器和多個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)器，磁場(chǎng)檢測(cè)器可以是接收器線圈；和控制系統(tǒng)， 其可以被安排來(lái)例如通過(guò)在發(fā)射器線圈中生成電流來(lái)生成^f茲場(chǎng)，并且還可以 被安排來(lái)例如通過(guò)檢測(cè)接收器線圈中的感應(yīng)的信號(hào)來(lái)在每個(gè)檢測(cè)器處測(cè)量磁 場(chǎng)。所述系統(tǒng)還可以包括處理裝置，該處理裝置被安排來(lái)例如通過(guò)測(cè)量感應(yīng) 的信號(hào)來(lái)處理所生成的場(chǎng)的測(cè)量，以生成表征所述檢測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)集。
所述發(fā)生器可以是電導(dǎo)體，即，線圈，電流能夠通過(guò)所述電導(dǎo)體，以生 成磁場(chǎng)。所述檢測(cè)器可以是電導(dǎo)體，即，線圏，通過(guò)磁場(chǎng)中的改變將在所述 電導(dǎo)體中生成電流，由此使得該場(chǎng)能夠被檢測(cè)?？商鎿Q地，也能夠使用其他 形式的磁性檢測(cè)器，諸如固態(tài)磁力計(jì)。
所述數(shù)據(jù)可以是被安排來(lái)生成檢測(cè)區(qū)域的圖像的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像可 以是二維檢測(cè)區(qū)域的二維圖像，或者三維檢測(cè)區(qū)域的三維圖像?？商鎿Q地，或者同時(shí)，所述數(shù)據(jù)可以是用于表征檢測(cè)區(qū)域的表征數(shù)據(jù)(characterizing data)，在這種情況下，所述處理裝置可以被安排來(lái)分析所述數(shù)據(jù)，例如，以 便檢測(cè)預(yù)定類(lèi)型的物體的存在。
如果所述數(shù)據(jù)是圖像數(shù)據(jù)，則檢測(cè)區(qū)域可以被劃分為由圖像中的像素或 體元所代表的區(qū)段，并且來(lái)自像素或體元的數(shù)據(jù)能夠被組合以形成圖像數(shù)據(jù)。 如果所述數(shù)據(jù)僅是表征數(shù)據(jù)，則其還可以被安排來(lái)與檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)區(qū)段 相關(guān)。所述系統(tǒng)因此可以被安排來(lái)為特定區(qū)段生成警報(bào)，但具有在遠(yuǎn)離發(fā)生 器或檢測(cè)器的大物體和靠近發(fā)生器或檢測(cè)器的小物體之間進(jìn)行區(qū)分的改善的 能力。
所述檢測(cè)系統(tǒng)可以是安全檢測(cè)系統(tǒng)，其中線圈被安裝在支撐裝置上，所 述支撐裝置被安排來(lái)允許人員步行通過(guò)成像區(qū)域。
所述處理裝置可以被安排來(lái)在物體移動(dòng)通過(guò)成像區(qū)域時(shí)生成多個(gè)數(shù)據(jù) 集，并組合所述數(shù)據(jù)集以形成結(jié)果數(shù)據(jù)集。例如，所述物體可以是人員連同 他們的衣物、以及他們隨身攜帶的任何物品。
所述檢測(cè)系統(tǒng)可以包括移動(dòng)感測(cè)裝置或位置感測(cè)裝置，其被安排來(lái)測(cè)量 物體的至少一部分例如相對(duì)于所述發(fā)生器或^r測(cè)器、或所述物體的另 一部分 的位置和/或位置的改變，并且可以被安排來(lái)在組合所述數(shù)據(jù)集時(shí)使用所述位 置的改變。移動(dòng)感測(cè)裝置可以是攝像機(jī)(video camera)或其他成像系統(tǒng)，或 者可以包括其他形式的傳感器，諸如光敏元件，其中，由物體對(duì)光束的遮擋 可以被用來(lái)檢測(cè)所述物體的位置。
所述處理裝置可以被安排來(lái)組合所述數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生代表物體的層析成像 (tomographic)模型或圖像的層析成像數(shù)據(jù)集。
所述檢測(cè)系統(tǒng)可以包括位移感測(cè)裝置，該位移感測(cè)裝置被安排來(lái)檢測(cè)所 述物體的一部分遠(yuǎn)離參考位置的位移，并在組合所述數(shù)據(jù)集時(shí)校正所述位移。 這個(gè)感測(cè)裝置還可以包括成像系統(tǒng)，諸如攝像機(jī)，但是還可以包括其他形式 的傳感器。
所述參考位置可以是相對(duì)于所述物體的至少一部分的位置。所述位移可 以是相對(duì)于所述物體的至少 一部分的位移。


現(xiàn)在將參考附圖而僅作為示例來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖2是圖1的檢測(cè)系統(tǒng)的線圈陣列的透^L圖3是示出了由圖1的線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的計(jì)算的圖4a和4b是圖2的系統(tǒng)的某些線圈對(duì)的靈敏度測(cè)繪圖(sensitivity map );
圖5是示出了在一種操作模式中圖1的系統(tǒng)的操作的圖6是在相同操作模式中圖1的系統(tǒng)的再一個(gè)圖7是一般地示出了圖1的系統(tǒng)的線圈對(duì)的耦合隨著與那個(gè)系統(tǒng)的線圈 的距離如何變化的曲線圖8是對(duì)于圖1的系統(tǒng)的具體線圈對(duì)、與圖7曲線圖類(lèi)似的曲線圖的具 體示例；
圖9a、 9b和9c示出了在第一操作模式中的圖1的系統(tǒng)；
圖10a、 10b和10c示出了在第二操作模式中的圖1的系統(tǒng)；以及
圖11是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和2,檢測(cè)系統(tǒng)包括發(fā)射器線圈12的線性陣列10和接收器線 圈16的線性陣列14。陣列10、 14被安排在支撐框18的相對(duì)側(cè)，該支撐框 18限定了拱形結(jié)構(gòu)(arch)或門(mén)20，在其內(nèi)是人員可以步行通過(guò)的成像區(qū)域 22。存在相等數(shù)量的發(fā)射器和接收器線圈，在這種情況下每種線圈八個(gè)，并 且每個(gè)發(fā)射器線圈12與相應(yīng)接收器線圈16齊平并相對(duì)。
控制系統(tǒng)30被安排來(lái)在每個(gè)發(fā)射器線圈12中獨(dú)立地生成和控制變化電 流(varying electrical current)以生成磁場(chǎng)，并對(duì)于從每個(gè)發(fā)射器線圈生成的 該場(chǎng)，測(cè)量在每個(gè)接收器線圏16中生成的、以電流為形式的信號(hào)。門(mén)的大小 為220 mm深、2026 mm高和860 mm寬，假設(shè)它們分別與x、 y、 z軸重合。
簡(jiǎn)單的正方形線圈被用于發(fā)射器和接收器線圈兩者，每個(gè)線圏具有220 mmx 220mm正方形和1 mm深的大小。所述線圈在全部?jī)蓚€(gè)面板中以38 mm 的間隔相等地放置以保持對(duì)稱(chēng)，這使得層析成像分析更加容易。在x-Omm 處的中間平面被假設(shè)為具有(0, 0, -380)~(0， 2026， 380)大小的感測(cè)平 面。
控制系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)獲取和調(diào)節(jié)電子設(shè)備40和處理系統(tǒng)42,該數(shù)據(jù)獲 取和調(diào)節(jié)電子設(shè)備40被安排來(lái)從接收器線圈16收集數(shù)據(jù)，而該處理系統(tǒng)42采用主計(jì)算機(jī)的形式，被安排來(lái)執(zhí)行對(duì)來(lái)自接收器線圈16的調(diào)節(jié)的信號(hào)的處
理，以生成圖像并執(zhí)行;險(xiǎn)測(cè)算法。
還提供了兩臺(tái)攝像機(jī)44、 46，門(mén)20的每側(cè)有一臺(tái)，并且所述兩臺(tái)攝像機(jī)被定向以便它們兩者從不同角度對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行成像。攝像機(jī)44、 46還連接到計(jì)算機(jī)42。計(jì)算機(jī)42被安排來(lái)處理其從攝像機(jī)44、 46接收的視頻圖像信號(hào)、以及其從接收器線圈16接收的感應(yīng)信號(hào)，并如以下將更詳細(xì)描述的那樣對(duì)它們進(jìn)行處理。
可以通過(guò)用正弦變化的AC信號(hào)來(lái)激勵(lì)(energize)發(fā)射器線圏12之一來(lái)獲得測(cè)量，由此創(chuàng)建-茲場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)通過(guò)該場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)電物體或鐵磁物體而被改變，并且作為結(jié)果的場(chǎng)改變用檢測(cè)線圈16的陣列來(lái)進(jìn)行測(cè)量。如果在該物體周?chē)樞虻丶?lì)發(fā)射器線圈12的系列，并且對(duì)于每個(gè)發(fā)射器線圈，用每個(gè)接收器線圈測(cè)量該場(chǎng)，則可能使用適當(dāng)?shù)闹亟ㄜ浖ㄟ^(guò)組合作為結(jié)果的檢測(cè)信號(hào)來(lái)生成該物體的圖像。檢測(cè)線圈的數(shù)量和位置對(duì)圖像質(zhì)量具有顯著的影響。
可以生成靈敏度測(cè)繪圖，該靈敏度測(cè)繪圖示出了特定激發(fā)檢測(cè)(excitation-detection)線圈組合對(duì)物體空間內(nèi)的^象素才尤動(dòng)(perturbation)(即，成像區(qū)域的每個(gè)像素內(nèi)的擾動(dòng))的空間靈敏度。靈敏度測(cè)繪圖被廣泛用于解決圖像重建中的逆問(wèn)題(inverse problem),這是因?yàn)樗鼈兠枋隽藢?duì)于給定傳感器陣列的像素?cái)_動(dòng)的唯一傳導(dǎo)率分布。這些測(cè)繪圖可以通過(guò)直接測(cè)量、分析近似(analytical approximation )，或通過(guò)數(shù)值方案(numerical approach)來(lái)計(jì)算。在這種情況下，靈敏度測(cè)繪圖是從理論上使用Biot-Savart定律方案根據(jù)簡(jiǎn)化模型而計(jì)算的B場(chǎng)值(B field values )的點(diǎn)積(dot production)中產(chǎn)生的，并使用Maxwell Ansoft軟件與FEM仿真進(jìn)行比較。
如圖3中所示，Biot-Savart定律揭示了根據(jù)以下公式，通過(guò)一小段帶有電流/的電線d丄，將產(chǎn)生》茲場(chǎng)B:<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，d丄的方向朝著電流的方向，而向量r從小段電流指向其中計(jì)算磁場(chǎng)的觀測(cè)點(diǎn)P。對(duì)于在線圈中流動(dòng)的電流，總是需要積分以找出通過(guò)線圏的整個(gè)回路產(chǎn)生的該點(diǎn)的總磁場(chǎng)。常數(shù)/z。是自由空間的磁導(dǎo)率(permeability),即，4丌x lOwH/m。
對(duì)于線圈對(duì)，線圈之間的靈敏度可以通過(guò)與公式5, . A成比例來(lái)計(jì)算，
其中5,和A是當(dāng)勵(lì)^磁線圈(0和感測(cè)線圏(y)分別用單位電流激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)密度。
對(duì)于正方形線圈對(duì)、使用下列步驟可以對(duì)B場(chǎng)、然后靈敏度測(cè)繪圖計(jì)算實(shí)施一程序
定義傳感器陣列的線圈，主要是線圈轉(zhuǎn)折點(diǎn)的(x, y, z)坐標(biāo)。
將線圏分割為許多小的電流元素(current element )，然后確定每個(gè)元素
的起點(diǎn)和終點(diǎn)(x, y， z)位置。使用方程(l)，在點(diǎn)P(x， y, z)計(jì)算B場(chǎng)的x， y和z分量。繼續(xù)該計(jì)算，直到對(duì)于全部勵(lì)-磁線圈和^r測(cè)線圈計(jì)算了感測(cè)平面上的所
有點(diǎn)處的B場(chǎng)為止。通過(guò)取得由勵(lì)磁線圈和檢測(cè)線圈產(chǎn)生的該場(chǎng)的點(diǎn)積來(lái)確定對(duì)于這個(gè)特定
線圈對(duì)的靈敏度測(cè)繪圖。測(cè)繪圖生成的計(jì)算時(shí)間主要由橫跨感測(cè)平面上劃分的像素?cái)?shù)量決定?？紤]到計(jì)算時(shí)間和分辨率之間的折衷，門(mén)的高度(y軸)和寬度(z軸)分別被
相等地劃分為51乘20的格子，對(duì)于每個(gè)靈敏度測(cè)繪圖產(chǎn)生了 1020個(gè)像素。在這個(gè)實(shí)施例中，這種分拆制造了近似4 cm x 4 cm的測(cè)繪圖分辨率(mapresolution )。
圖4a示出了當(dāng)?shù)撞堪l(fā)射器線圈(線圏1)被激發(fā)，而與其直接相對(duì)的接收器線圈(線圈9)作為檢測(cè)器時(shí)，通過(guò)在前面部分中給出的方案產(chǎn)生的系統(tǒng)的一個(gè)基本測(cè)繪圖。圖4b示出了當(dāng)線圏l被激發(fā)，并且從底部數(shù)第六個(gè)接收器線圈(線圈16)作為檢測(cè)器時(shí)的測(cè)繪圖。雖然其它測(cè)繪圖沒(méi)有在這里給出，但是它們的一般格式可以從這些測(cè)繪圖中看出。為了適當(dāng)?shù)拇硇?，所述測(cè)繪圖使用對(duì)于20 x 51個(gè)像素的面函數(shù)(surf function)來(lái)產(chǎn)生。
測(cè)繪圖分布示出了一般的趨勢(shì)?？傮w靈敏度隨著在B場(chǎng)強(qiáng)度中示出的信號(hào)改變方面上進(jìn)一步分開(kāi)所述勵(lì)磁線圏和檢測(cè)線圏而降低。對(duì)于每個(gè)線圏對(duì)，如其絕對(duì)值所示，由于在接近線圈的區(qū)域中耦合的加強(qiáng)的磁場(chǎng)，所以靈敏度在這些位置中增加。
取決于感測(cè)平面，線圈陣列的響應(yīng)是非常三維的。
假設(shè)物體材料在電和磁屬性方面是線性的和各向同性的，電磁感應(yīng)問(wèn)題的物理原理可以被描述為擴(kuò)散方程，對(duì)于正弦波形激發(fā)的情況，該擴(kuò)散方程
以磁矢勢(shì)(magnetic vector potential) j寫(xiě)作，
▽2J + y.—=-《， (2)
這里，/^表示通過(guò)勵(lì)磁線圈的源電流密度(A/m2)。在已獲得矢勢(shì)j之后，可以使用S-Vx」來(lái)計(jì)算B場(chǎng)。數(shù)字分析法被用在一個(gè)實(shí)施例中，其可以使用電磁有限元素法(finite element method， FEM)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
傳感器幾何學(xué)使用商業(yè)3D有限元素包來(lái)仿真，其通過(guò)將場(chǎng)問(wèn)題分割為一系列小的四面體元素，通過(guò)這些四面體元素來(lái)近似場(chǎng)值，以提供對(duì)該問(wèn)題的分段式求解。問(wèn)題區(qū)域被解決，該問(wèn)題區(qū)域是傳感器模型的體積(volume)的9倍，以保證所施加的邊界條件不會(huì)過(guò)分限制該求解。周?chē)目諝獗环峙湔婵盏牟牧闲再|(zhì)。
在傳感器模型中，線圈被簡(jiǎn)化為具有l(wèi)Ommx lOmm正方形橫截面的單一導(dǎo)體。總共網(wǎng)格化(mesh) 了 59053個(gè)四面體元素，以保證在經(jīng)過(guò)13次計(jì)算之后，仿真收斂到0.25%的目標(biāo)誤差。 一個(gè)線圈激發(fā)仿真的時(shí)間為大約2小時(shí)，由此需要總共32小時(shí)用于16個(gè)線圈激發(fā)(8個(gè)發(fā)射器和8個(gè)接收器)。
利用從仿真中提取的B場(chǎng)計(jì)算的基本靈敏度測(cè)繪圖類(lèi)似于圖4a和圖4b中的靈敏度測(cè)繪圖。FEM中具有1 cm正方形橫截面的導(dǎo)體等效于Biot-Savart方案中100匝的線圈。對(duì)于圖4和圖6中所示相同線圈對(duì)，兩者的測(cè)繪圖顯示出很好地符合了在8%內(nèi)的幅值誤差。
EMT的逆問(wèn)題是將測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，這代表了傳導(dǎo)率分布。這典型地是一種不適定的(ill-posed)和病態(tài)的(ill-conditioned)問(wèn)題，因?yàn)楠?dú)立測(cè)量的數(shù)量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于圖像的像素?cái)?shù)量。軟場(chǎng)效應(yīng)(soft field effect)使得重建更加復(fù)雜，由此物體材料改變?cè)儐?wèn)場(chǎng)的幅值和方向兩者。
但是，對(duì)于像素值中的小改變，我們能夠用D二SD來(lái)做出線性近似，其中D是測(cè)量向量(長(zhǎng)度M，其中M是發(fā)射器/接收器對(duì)的數(shù)量)，P是圖像像素向量(長(zhǎng)度N，其中N是像素?cái)?shù)量)，并且矩陣S已知為在MxN基礎(chǔ)上的靈敏度矩陣(也稱(chēng)為Jacobian矩陣)。Jacobian矩陣S能夠由相關(guān)線圈對(duì)的靈敏度系數(shù)來(lái)形成。例如，在這個(gè)實(shí)施例中，S矩陣為64x 1020的矩陣，其中64代表8x8個(gè)測(cè)量，而1020為圖像像素。矩陣A通常不求逆(inverted )，因?yàn)槠湟话悴皇钦叫蔚?，并且在任何情況下都是病態(tài)的。需要一些正則化(regularisation),而不是計(jì)算最小二乘解(least -squaressolution) P，由于S的病態(tài)，該P(yáng)將是不穩(wěn)定的。在一個(gè)實(shí)施例中，使用了Tikhonov正則化的求解
P=(STS+aI)"STD
其是lD-A.Pll2+a2llD『的最小值，其中|卜|= j^[并且上標(biāo)T指示轉(zhuǎn)置。I是單位
矩陣。這里，a>0是正則化參數(shù)，其控制在使數(shù)據(jù)合適和求解的平滑之間的平衡。
其他實(shí)施例涉及其他正則化方法，包括迭代求解法(例如，Landweber或共軛梯度最小二乘法)、全變差正則化(Total Variation Regularization)、截?cái)嗥娈愔捣纸?truncated singular value decomposition )。 此夕卜，{象素值的范圍能夠受到約束。其它重建技術(shù)可以被相等地使用。
因此，能夠通過(guò)使用許多不同的技術(shù)來(lái)從來(lái)自傳感器線圈16的信號(hào)中生成成像區(qū)域的二維圖像。
在其中對(duì)于檢測(cè)特定區(qū)段中某一大小的物體不需要圖像但是需要改善的精度的情況下，上述方法被修改，使得像素被區(qū)段取代，并且使用從多個(gè)被驅(qū)動(dòng)的和感測(cè)的線圏中測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算每個(gè)區(qū)段中傳導(dǎo)材料體積的聯(lián)立方程的求解。
參考圖5和圖6，在一種操作模式中，控制系統(tǒng)被安排來(lái)在人員50步行通過(guò)門(mén)20時(shí)生成他們的平面圖。為此，它在人員50移動(dòng)通過(guò)門(mén)20時(shí)^l行多次掃描，并且對(duì)于每次掃描，使用攝像機(jī)44、 46來(lái)確定人員的位置，并且控制系統(tǒng)定義了在其中定位了人員的標(biāo)稱(chēng)的(nominal)圖像平面52a、 52b、 52c、52d，并且其形成了用于那個(gè)掃描的圖像平面。因此，如果能夠獲取圖像數(shù)據(jù)Dl、 D2、 D3，則對(duì)于每次掃描可以獲取單獨(dú)的集合(separate set),每個(gè)集合包括二維圖像的每個(gè)像素的值。
當(dāng)已經(jīng)獲取總數(shù)N個(gè)數(shù)據(jù)集時(shí)，它們可以被控制系統(tǒng)組合以形成單一的組合數(shù)據(jù)集。這是平面圖像數(shù)據(jù)集，其中，對(duì)于每個(gè)像素的數(shù)據(jù)都是來(lái)自每個(gè)圖像集的相應(yīng)值的組合，即
DT顧^[D丁!,DT2D73......DTN]然后，該系統(tǒng)被安排來(lái)使用下式找出像素值P:
"NEW CNEW1
其中SNEW是對(duì)于每個(gè)發(fā)射器/接收器線圈對(duì)的三維靈敏度矩陣，其對(duì)于成像平面的每個(gè)位置給出了對(duì)于圖像的每個(gè)像素的靈敏度。使用稍早描述的方法，利用當(dāng)人員通過(guò)檢測(cè)器時(shí)來(lái)自線圏組合和信號(hào)簡(jiǎn)檔的測(cè)量，這個(gè)關(guān)系可以被求逆，以找出圖像P。
參考圖7,對(duì)于每個(gè)發(fā)射器/接收器線圈對(duì)的靈敏度以可以計(jì)算或測(cè)量的方式隨著距離d而變化。圖8示出了在圖1和圖2的系統(tǒng)中線圈對(duì)之一的示例。
參考圖9a、 9b和9c，在另一個(gè)操作模式中，控制系統(tǒng)被安排來(lái)重復(fù)地控制到發(fā)射器線圈12的信號(hào)，并且監(jiān)視來(lái)自接收器線圈16的信號(hào)，以便在人員50步行通過(guò)門(mén)框20并因而通過(guò)成像區(qū)域時(shí)，生成成像區(qū)域22的一系列平面圖像。對(duì)于每個(gè)平面圖像，在相應(yīng)的發(fā)射周期依次激活每個(gè)發(fā)射器線圏12，在每個(gè)發(fā)射周期期間，測(cè)量并記錄來(lái)自每個(gè)檢測(cè)器線圈16的信號(hào)。這些對(duì)發(fā)射器線圈和檢測(cè)器線圏的所有組合的測(cè)量被組合以形成測(cè)量矩陣。然后，這與靈敏度矩陣一起被用來(lái)確定組成平面圖像的圖像像素的像素向量。
在對(duì)于這個(gè)時(shí)分復(fù)用實(shí)施例的修改中，為了減少掃描時(shí)間、并因而能夠增加對(duì)于通過(guò)掃描器的單一人員可以收集的掃描數(shù)據(jù)量，使用了頻分復(fù)用。這可以與時(shí)分復(fù)用一起使用或取代時(shí)分復(fù)用。在這種情況下，發(fā)射器線圈12的兩個(gè)或更多個(gè)被安排來(lái)同時(shí)進(jìn)行發(fā)射，每個(gè)均在其自己的頻率中進(jìn)行發(fā)射。這些同時(shí)發(fā)射將產(chǎn)生包括來(lái)自每個(gè)激活的發(fā)射器線圈的分量的每個(gè)接收器線圈12中的信號(hào)。利用適當(dāng)?shù)臑V波，可以在這些分量的不同頻率的基礎(chǔ)上來(lái)分開(kāi)或區(qū)別它們，以便能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)發(fā)射器/接收器對(duì)做出測(cè)量。更一般地，其他調(diào)制方案可以被采用來(lái)區(qū)別特定線圈組合之間的耦合。
在上述操作模式中，所述系統(tǒng)被安排來(lái)建立人員50的二維圖像。但是，當(dāng)人員步行通過(guò)門(mén)框12時(shí)，他們的手臂52和腿54相對(duì)于他們的身體56在縱向x方向上移動(dòng)，并因此通過(guò)該人員身體56的中間垂直平面在他們行走時(shí)將包含人員身體的不同部分。因此，參考圖9a、 9b和9c,在另一種操作模式中，處理器42被安排來(lái)分析在從線圏12、 16生成EM圖像的每個(gè)時(shí)刻處記錄的人員的視頻圖像幀，以便識(shí)別人員50的哪部分處于單一成像平面內(nèi)，并因此處于EM圖像內(nèi)，以及那些部分已經(jīng)在相對(duì)于通過(guò)人員的中間平面的x
方向上位移了多遠(yuǎn)。然后，可以組合來(lái)自每個(gè)平面圖像的、與人員的每個(gè)部分相關(guān)的圖像數(shù)據(jù)，以便建立與其中兩個(gè)手臂和兩腿排在一個(gè)平面中的、處
于直立姿態(tài)的人員有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)集。例如，如圖9a所示，當(dāng)人員的在前(leading)手臂和腿進(jìn)入成像區(qū)域時(shí)拍攝的EM圖像將包含與那條手臂和腿相關(guān)的數(shù)據(jù)，而如圖9c所示，當(dāng)人員的拖后(trailing)手臂和腿離開(kāi)成像區(qū)域時(shí)拍攝的EM圖像將包含與那條手臂和腿相關(guān)的數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)可以與如圖9b所示的、來(lái)自當(dāng)人員位于成像區(qū)域22內(nèi)中間時(shí)生成的EM圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，以便建立包括與人員所有部分、以及他們隨身攜帶的任何物品相關(guān)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集。這個(gè)數(shù)據(jù)集能夠被用來(lái)生成給人觀看的圖像，而且還可以用合適的圖像處理算法來(lái)進(jìn)行分析，以確定其是否包含代表了威脅(threat)的特征，例如，該數(shù)據(jù)是否表明該人員攜帶有槍支或刀具。
應(yīng)當(dāng)清楚，在這個(gè)模式中，由于最終圖像數(shù)據(jù)集是平面圖像，該視頻圖像被用來(lái)確定每個(gè)EM圖像的每個(gè)成像的特征與那個(gè)平面內(nèi)參考位置的位移，并且處理器42被安排來(lái)將每個(gè)特征移回到其參考位置。像x方向上的位移一樣，在y和z方向上的位移也可以被4企測(cè)和校正，用于生成最終數(shù)據(jù)集。
參考圖10a、 10b和10c，在另一種操作模式中，處理器42被安排來(lái)分析視頻圖像，以確定人員50相對(duì)于成像區(qū)域22和線圈12、 16的位置，并因此識(shí)別已經(jīng)由EM圖像成像的、通過(guò)人員的不同平面，以及它們?cè)谌藛T50內(nèi)的相對(duì)位置。然后，處理器42被安排來(lái)組合平面EM圖像數(shù)據(jù)集以形成包括他們隨身攜帶的任何物品的人員的3維層析成像圖像數(shù)據(jù)集。再次，這可以被用來(lái)顯示圖像，并通過(guò)適當(dāng)?shù)膱D像處理算法進(jìn)行分析，以識(shí)別任何可能的威脅。
參考圖11，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，掃描系統(tǒng)包括基本上位于地板結(jié)構(gòu)113中單一平面內(nèi)的單一線圈陣列112，要掃描的人員可以在該地板結(jié)構(gòu)113上行走。在這種情況下，每個(gè)線圏可以通過(guò)控制系統(tǒng)而使得電流通過(guò)其，從而該線圈作為發(fā)射線圏；并且每個(gè)線圈還可以使得通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)測(cè)量通過(guò)其的電流，從而該線圈作為接收器線圏。當(dāng)人員在掃描器上步行時(shí)，獲取在這種情況下是三維的圖像數(shù)據(jù)集的序列，每個(gè)圖像數(shù)據(jù)集都對(duì)應(yīng)于單一的三維圖像幀。因此，每個(gè)圖像將包括許多體積元素或體元。對(duì)于每個(gè)圖像幀，每個(gè)線圏被依次激活作為發(fā)射器線圈，并且對(duì)于每個(gè)放射線圏，測(cè)量和記錄在每個(gè)其他線圈中產(chǎn)生的信號(hào)，其他線圏然后用作接收線圏。這產(chǎn)生了測(cè)量 的集合或矩陣， 一個(gè)集合或矩陣用于每個(gè)發(fā)射器、接收器對(duì)，其可以與靈敏 度矩陣一起使用以生成如在第一實(shí)施例中的圖像數(shù)據(jù)集、或其他用于分析的 數(shù)據(jù)集。如第一實(shí)施例中一樣，來(lái)自圖像幀的圖像數(shù)據(jù)集可以被組合。視頻 成像可以再次被用來(lái)確定每幀中人員的位置和人員的不同部分的位置，使得 當(dāng)組合所述幀時(shí)那些位置在幀之間的改變可以被校正。
在對(duì)于這個(gè)實(shí)施例的修改中，線圈112的平面陣列只-波用作發(fā)射器線圈， 并且檢測(cè)器線圈的平面陣列或其他檢測(cè)器被安排在線圈112上的天花板中。
雖然這些發(fā)射器和接收器陣列以類(lèi)似于圖2的線性陣列的方式進(jìn)行操作，但
是每個(gè)圖像數(shù)據(jù)集代表三維圖像。如果該系統(tǒng)被用來(lái)生成用于除了成像之外 的分析的數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)集包括與人員步行通過(guò)的掃描空間或成像空間的許 多體積元素或體元相關(guān)的數(shù)據(jù)。在此外的實(shí)施例中，發(fā)射器和接收器陣列可 以位于掃描空間或成像空間的相對(duì)側(cè)的墻上，或者在建筑物家具中，或者甚 至在各種各樣的配置中。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)系統(tǒng)，包括位于檢測(cè)區(qū)域附近的多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器和多個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)器；和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被安排來(lái)使用所述發(fā)生器生成磁場(chǎng)，并且對(duì)于每個(gè)發(fā)生器，使用每個(gè)檢測(cè)器對(duì)所生成的磁場(chǎng)做出測(cè)量；和處理裝置，該處理裝置被安排來(lái)對(duì)所述測(cè)量進(jìn)行處理，以生成表征所述檢測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)集。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)是安全^r測(cè)系統(tǒng)，其中所 述發(fā)生器和檢測(cè)器被安裝在支撐裝置上，該支撐裝置被安排來(lái)允許人員步行 通過(guò)成像區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述處理裝置被安排來(lái)在 物體移動(dòng)通過(guò)所述成像區(qū)域時(shí)生成多個(gè)數(shù)據(jù)集，并組合所述數(shù)據(jù)集以形成結(jié) 果數(shù)據(jù)集。
4. 如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)系統(tǒng)，還包括移動(dòng)感測(cè)裝置，其被安排來(lái) 測(cè)量物體的至少一部分相對(duì)于所述發(fā)生器和檢測(cè)器的位置的改變，以及在組合所述數(shù)據(jù)集時(shí)使用所述位置的改變。
5. 如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)集被組合以形成組合 數(shù)據(jù)集，該組合數(shù)據(jù)集包括用于元素平面中每個(gè)元素的數(shù)據(jù)，其中，所述用 于每個(gè)元素的數(shù)據(jù)包括來(lái)自每個(gè)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述處理裝置被安排來(lái)組合所 述數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生代表所述物體的層析成像數(shù)據(jù)集。
7. 如權(quán)利要求3至6中的任何一個(gè)所述的檢測(cè)系統(tǒng)，包括位移感測(cè)裝 置，其被安排來(lái)檢測(cè)所述物體的一部分遠(yuǎn)離參考位置的位移，以及當(dāng)組合所 迷數(shù)據(jù)集時(shí)校正所述位移。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述參考位置是相對(duì)于所述物體的 至少一部分的位置，所述位移是相對(duì)于所述物體的至少一部分的位移。
9. 如前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器包括檢 測(cè)器線圈，并且所述控制系統(tǒng)被安排來(lái)通過(guò)檢測(cè)在所述檢測(cè)器線圈中感應(yīng)的 電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
10. 如權(quán)利要求1至9中的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)生器包 括發(fā)生器線圈，并且所述控制系統(tǒng)被安排來(lái)通過(guò)在所述發(fā)生器線圈中生成電流來(lái)生成磁場(chǎng)。
11. 如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)生器中的至 少 一 個(gè)被安排來(lái)還作為檢測(cè)器而進(jìn)行操作。
12. 如前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)生器或檢測(cè)器中的至少 一些被安排在平面陣列中。
13. 如前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)生器和檢 測(cè)器位于地板或墻壁結(jié)構(gòu)或建筑物家具中。
14. 一種分析物體的方法，包括提供位于檢測(cè)區(qū)域周?chē)亩鄠€(gè)磁場(chǎng)發(fā) 生器和多個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)器；使用每個(gè)發(fā)生器生成磁場(chǎng)；對(duì)于每個(gè)發(fā)生器，使用 每個(gè)檢測(cè)器測(cè)量所產(chǎn)生的磁場(chǎng)；以及對(duì)所述測(cè)量進(jìn)行處理，以生成表征所述 檢測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)集。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述發(fā)生器和檢測(cè)器被安裝在支 撐裝置上，該支撐裝置被安排來(lái)允許人員步行通過(guò)所述檢測(cè)區(qū)域。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的方法，包括在物體移動(dòng)通過(guò)所述檢測(cè) 區(qū)域時(shí)生成多個(gè)數(shù)據(jù)集，并組合所述數(shù)據(jù)集以形成結(jié)果圖像數(shù)據(jù)集。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括測(cè)量物體的至少一部分相對(duì)于 所述發(fā)生器和檢測(cè)器的位置的改變，以及在組合所述數(shù)據(jù)集時(shí)使用所述位置 的改變。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，包括組合所述數(shù)據(jù)集以產(chǎn)生代表所述 物體的層析成像數(shù)據(jù)集。
19. 如權(quán)利要求16至18中的任何一個(gè)所述的方法，包括檢測(cè)所述物 體的一部分遠(yuǎn)離參考位置的位移，以及當(dāng)組合所述數(shù)據(jù)集時(shí)校正所述位移。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述參考位置是相對(duì)于所述物體 的至少一部分的位置，所述位移是相對(duì)于所述物體的至少一部分的位移。
21. 如權(quán)利要求14至20中的任何一個(gè)所述的方法，其中，所述發(fā)生器 包括發(fā)生器線圈，并且通過(guò)在所述發(fā)生器線圈中生成電流來(lái)生成磁場(chǎng)。
22. 如權(quán)利要求14至20中的任何一個(gè)所述的方法，其中，所述檢測(cè)器 包括檢測(cè)器線圈，并且通過(guò)檢測(cè)所述檢測(cè)器線圏中的感應(yīng)的信號(hào)來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。
全文摘要
檢測(cè)系統(tǒng)包括位于檢測(cè)區(qū)域附近的多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器和多個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)器；和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)被安排來(lái)使用所述發(fā)生器生成磁場(chǎng)，并且對(duì)于每個(gè)發(fā)生器，使用每個(gè)檢測(cè)器對(duì)所生成的磁場(chǎng)做出測(cè)量；和處理裝置，該處理裝置被安排來(lái)對(duì)所述測(cè)量進(jìn)行處理，以生成表征所述檢測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)集。
文檔編號(hào)G01V3/08GK101688925SQ200880008448
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日
發(fā)明者威廉·萊昂哈特, 阿諾索尼·佩頓, 馬憲東 申請(qǐng)人:拉皮斯坎系統(tǒng)股份有限公司