特許 7605687 所持物検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】所持物検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01V 3/12 20060101AFI20241217BHJP

   G01N 21/3563 20140101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

G01V3/12 A

G01N21/3563

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021079538

(22)【出願日】2021-05-10

(65)【公開番号】P2022173685

(43)【公開日】2022-11-22

【審査請求日】2024-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(72)【発明者】

【氏名】木村 章紘

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２４１３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４６２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２１９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１１０６７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１７８１６５０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｖ ３／１２

Ｇ０１Ｎ ２１／３５６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体から放射される黒体輻射を受信して画像化し、所持物を検査するパッシブ方式の所持物検査装置であって、
前記黒体輻射をハーフミラーで分割し、分割した黒体輻射をサイズの異なる集光ミラーで集光して対応する検出器にそれぞれ入力し、検出した画素サイズの異なる画像を合成処理して所持物を検査する、ことを特徴とする所持物検査装置。

【請求項2】

前記黒体輻射をポリゴンミラーにより走査して前記ハーフミラーに導く、ことを特徴とする請求項１に記載の所持物検査装置。

【請求項3】

前記ハーフミラーを透過した黒体輻射が入力される第１集光ミラーと、前記ハーフミラーで反射した黒体輻射が入力される第２集光ミラーとを更に備え、前記第１集光ミラーと前記第２集光ミラーのサイズが異なる、ことを特徴とする請求項２に記載の所持物検査装置。

【請求項4】

前記ハーフミラーで反射した黒体輻射を前記第２集光ミラーに導く第３ミラーを更に備える、ことを特徴とする請求項３に記載の所持物検査装置。

【請求項5】

前記ポリゴンミラーの回転速度は、前記第３ミラーの画素密度に応じて設定する、ことを特徴とする請求項４に記載の所持物検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体から放射される黒体輻射（熱雑音）を受信して画像化し、所持物を検査するパッシブ方式の所持物検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物体から放射される黒体輻射を受信して画像化する技術は、天文観測等で使われている。また、黒体輻射画像をセキュリティ向けのボディスキャナに応用する製品も知られている。例えば特許文献１には、被写体となる人体から放射されるミリ波帯の熱雑音を受信することで、被写体の画像を撮像するパッシブ方式のミリ波撮像装置及び撮像画像表示装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２１９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載されているようなパッシブ方式の装置は、受信強度と画素サイズ（解像度）とのトレードオフ問題がある。すなわち、受信する黒体輻射の強度は、ポリゴンミラーと集光ミラーの大きさに比例するが、ミラーの大きさに画素サイズも比例してしまうため、受信強度と解像度がトレードオフの関係になる。しかも、ポリゴンミラーでスキャンする場合は、垂直方向の角度によっても画素サイズが変化するため、受信強度と解像度が異なり撮像画像が不均一になる。

【0005】

このため、所持物検査においては小さい所持物の見落としが発生したり、所持物の検知率が低下したりする、という課題がある。

【0006】

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小さい所持物の見落としを低減し、所持物の検知率を向上できる所持物検査装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る所持物検査装置は、物体から放射される黒体輻射を受信して画像化し、所持物を検査するパッシブ方式の所持物検査装置であって、前記黒体輻射をハーフミラーで分割し、分割した黒体輻射をサイズの異なる集光ミラーで集光して対応する検出器にそれぞれ入力し、検出した画素サイズの異なる画像を合成処理して所持物を検査する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の所持物検査装置によれば、ハーフミラーを介して同時に画素サイズの違う画像を受信し、これら画素サイズの異なる画像を組み合せた合成画像化処理を行うことによって、小さい所持物の見落としを低減し、所持物の検知率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る所持物検査装置の概略構成図である。

【図2】図１における所持物検査装置をウォークスルー型にする場合の構成例について説明するための斜視図である。

【図3】図２を上方から見た平面図である。

【図4】図１乃至図３に示した所持物検査装置で人体の進入を検知したときの画像を示す図である。

【図5】図１乃至図３に示した所持物検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図6】図５に続く動作を説明するためのフローチャートである。

【図7】第１集光ミラーの画素配列について説明するための図である。

【図8】第２集光ミラーの画素配列について説明するための図である。

【図9】第１集光ミラーと第２集光ミラーを組み合わせた画素配列について説明するための図である。

【図10】図１乃至図３に示した所持物検査装置における検知画像と合成画像を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る所持物検査装置の概略構成を示している。この所持物検査装置は、被写体となる人体１から放射される黒体輻射２を、高速回転するポリゴンミラー３によりスキャン（走査）して検出するものである。ポリゴンミラー３で反射された黒体輻射２は、ハーフミラー４により反射及び透過される。透過した黒体輻射２は、第１集光ミラー５により第１アンテナ（ホーンアンテナ）６に導かれて受信される。一方、反射した黒体輻射２はミラー（第３ミラー）７と第２集光ミラー８を介して第２アンテナ（ホーンアンテナ）９に導かれて受信される。

【0011】

上記第１集光ミラー５と第２集光ミラー８のサイズは異なっており、画素サイズが２倍程度の差となるように、例えば第１集光ミラー５と第２集光ミラー８の寸法比は２倍（面積比は４倍）である。集光ミラーのサイズで解像度が決まるので、第１アンテナ６で受信された黒体輻射２の受信強度は、第２アンテナ９で受信された黒体輻射２より強いが解像度は低い。これに対し、第２アンテナ９で受信された黒体輻射２の受信強度は、第１アンテナ６で受信された黒体輻射２より弱いが解像度は高い。

【0012】

また、ポリゴンミラー３の回転速度は、ミラー７の画素密度に応じて決定する。更に、ハーフミラー４の分配比率は、５：５とは限らず、第１、第２集光ミラー５，８の面積比を考慮して決定し、例えば第１、第２集光ミラー５，８の面積比と同じに設定する。

【0013】

第１アンテナ６で受信された黒体輻射２は、アンプ１０で増幅された後、検出器１１に入力されて検出される。同様に、第２アンテナ９で受信された黒体輻射２は、アンプ１２で増幅された後、検出器１３に入力されて検出される。これら検出器１１，１３による検出結果が処理部１４に入力され、画素サイズの異なる画像が合成処理される。この合成処理結果に基づいて、処理部１４が刃物や銃器、爆発物などの危険物を検知したときに、上位装置に処理結果を通知する。

【0014】

あるいは、合成処理した画像を表示装置１５に表示し、検査員が処理結果や表示画像から刃物や銃器、爆発物などの危険物を検知したときに、警報装置１６などを作動させて周囲に報知する。

【0015】

なお、処理部１４における画像のサンプリングレートは、各画素を組合せた画像合成の仕様に合わせると良い。また、画像化処理は、ミラー（第１、第２集光ミラー５，８）毎に実施することで解像度の改善が行える。加えて、各ミラーで取得した画素を組合せた合成画像も判定に用いることで、検出精度を高めることができる。

【0016】

図２は、図１における所持物検査装置をウォークスルー型で構成する場合の構成例を示している。また、図３は、図２を上方から見た平面図である。図２及び図３に矢印で示す通路２０の前方の左右と後方の左右にそれぞれ、センサユニット２１－１～２１－４が配置されており、通路２０を矢印方向に向かって歩行する人体１からの黒体輻射２を検出し、検出した黒体輻射２に基づき所持物を検査する。これらセンサユニット２１－１～２１－４はそれぞれ、上ユニット２１－１ａ～２１－４ａと下ユニット２１－１ｂ～２１－４ｂで構成されている。

【0017】

人体１の左前方に配置されたセンサユニット２１－１は、人体１がセンサユニット２１－１～２１－４間に位置した状態で、人体１の正面の左側半分を検知し、人体１の右前方に配置されたセンサユニット２１－２は、人体１の正面の右側半分を検知する。一方、人体１の左後方に配置されたセンサユニット２１－３は、人体１がセンサユニット２１－１～２１－４間に位置した状態で、人体１の背面の左側半分を検知し、人体１の右後方に配置されたセンサユニット２１－４は、人体１の背面の左側半分を検知する。
そして、上述したセンサユニット２１－１～２１－４で検知した黒体輻射２を合成画像化処理し、所持物を検査する。

【0018】

図４は、図１乃至図３の所持物検査装置で人体１の進入を検知したときの画像を示すもので、上下２ユニットによる縦ラインスキャンの撮像イメージである。センサユニット２１－１（上センサ２１－１ａと下センサ２１－１ｂ）で左前半分の画像が撮像され、センサユニット２１－２（上センサ２１－２ａと下センサ２１－２ｂ）で右前半分の画像が撮像される。図示しないが背面側も同様に、センサユニット２１－３（上センサ２１－３ａと下センサ２１－３ｂ）で左後半分の画像が撮像され、センサユニット２１－４（上センサ２１－４ａと下センサ２１－４ｂ）で右後半分の画像が撮像される。

【0019】

図４（ａ）は、センサユニット２１－１，２１－２の検出範囲をそれぞれ破線で示しており、これら検出範囲の上部と下部が上ユニット２１－１ａ，２１－２ａと下ユニット２１－１ｂ，２１－２ｂで検出される。

【0020】

図４（ｂ）は、図４（ａ）の画像の解像度を、上下方向に直径の異なる円（破線で示す）２２で表しており、直径の小さな円は解像度が高く、大きな円は解像度が低い。各センサユニット２１－１ａ，２１－２ａ，２１－１ｂ，２１－２ｂは、人体１が正面のときにポリゴンミラー３に対して黒体輻射２が斜め４５°に入射され、円２２のサイズが小さくなり（解像度が高くなり）、角度がきつくなると円２２のサイズが大きくなる（解像度が低くなる）。よって、各センサユニット２１－１ａ，２１－２ａ，２１－１ｂ，２１－２ｂは、中央部分の解像度が高く、両端の解像度が低くなる。

【0021】

図５及び図６は、図１乃至図３に示した所持物検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。センサユニット２１－３，２１－４間を人が通過すると、人体１の進入が検知され（ステップＳ１）、ポリゴンミラー３が回転駆動される（ステップＳ２）。ステップＳ３～Ｓ８では、ポリゴンミラー３のミラー角度を上限から下限まで順次設定し、第１集光ミラー５（ミラー大）の検出レベルと、第２集光ミラー８（ミラー小）の検出レベルをそれぞれ取得する。

【0022】

すなわち、ステップＳ３においては、ポリゴンミラー３のミラー角度を上限に設定し、第１集光ミラー５で集光した黒体輻射２を、検出器１１で検出して処理部１４で取得するとともに、第２集光ミラー８で集光した黒体輻射２を、検出器１３で検出して処理部１４で取得する。ステップＳ４においては、ポリゴンミラー３のミラー角度を「上限－１」に設定し、第１集光ミラー５で集光した黒体輻射２を、検出器１１で検出して処理部１４で取得するとともに、第２集光ミラー８で集光した黒体輻射２を、検出器１３で検出して処理部１４で取得する。ステップＳ５においては、ポリゴンミラー３のミラー角度を「上限－２」に設定し、第１集光ミラー５で集光した黒体輻射２を、検出器１１で検出して処理部１４で取得するとともに、第２集光ミラー８で集光した黒体輻射２を、検出器１３で検出して処理部１４で取得する。

【0023】

以下、同様にポリゴンミラー３のミラー角度を上限から順次低下させていき、第１集光ミラー５で集光した黒体輻射２を、検出器１１で検出して処理部１４で取得するとともに、第２集光ミラー８で集光した黒体輻射２を、検出器１３で検出して処理部１４で取得する（ステップＳ６）。ステップＳ７においては、ポリゴンミラー３のミラー角度を「下限－１」に設定し、第１集光ミラー５で集光した黒体輻射２を、検出器１１で検出して処理部１４で取得するとともに、第２集光ミラー８で集光した黒体輻射２を、検出器１３で検出して処理部１４で取得する。更にステップＳ８においては、ポリゴンミラー３のミラー角度を「下限」に設定し、第１集光ミラー５で集光した黒体輻射２を、検出器１１で検出して処理部１４で取得するとともに、第２集光ミラー８で集光した黒体輻射２を、検出器１３で検出して処理部１４で取得する。

【0024】

次のステップＳ９では、第１集光ミラー５の画像配列の現在時刻列に、上限から下限の検出結果を保存する。このステップＳ９で保存した第１集光ミラー５の画像配列を図７に示す。処理部１４には、「現在時刻ｔ」、所定時間前の「ｔ－１」、更に所定時間前の「ｔ－２」、…が保存されており、「現在時刻ｔ」に対して所定時間後の「ｔ＋１」、更に所定時間後の「ｔ＋２」、…に、以後取得される検出結果が保存される。

【0025】

「現在時刻」には、サイズの大きな第１集光ミラー５の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、「上限－４」、…、「下限－４」、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置までの画像が保存されている。また、時刻「ｔ－１」には、第１集光ミラー５の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、「上限－４」、…、「下限－４」、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置までの画像が保存されている。更に、時刻「ｔ－２」には、第１集光ミラー５の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、「上限－４」、…、「下限－４」、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置までの画像が保存されている。

【0026】

ステップＳ１０では、同様に第２集光ミラー８の画像配列の現在時刻列に、上限から下限の検出レベルを保存する。このステップＳ１０で保存した第２集光ミラー８の画像配列を図８に示す。処理部１４には、「現在時刻ｔ」に対して所定時間前の「ｔ－１」、更に所定時間前の「ｔ－２」、…が保存されており、「現在時刻ｔ」に対して所定時間後の「ｔ＋１」、更に所定時間後の「ｔ＋２」、…に、以後取得される検出結果が保存される。

【0027】

「現在時刻」には、サイズの小さな第２集光ミラー８の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、「上限－４」、…、「下限－４」、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置までの画像が保存されている。また、時刻「ｔ－１」には、第２集光ミラー８の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、「上限－４」、…、「下限－４」、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置までの画像が保存されている。更に、時刻「ｔ－２」には、第２集光ミラー８の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、「上限－４」、…、「下限－４」、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置までの画像が保存されている。

【0028】

その後、画像配列の現在時刻列に、上部分と下部分は第２集光ミラー８、中央部分は第１集光ミラー５の検出レベルを保存する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１で保存した第２集光ミラー８の画像配列を図９に示す。処理部１４には、「現在時刻ｔ」、所定時間前の「ｔ－１」、更に所定時間前の「ｔ－２」、…が保存されており、「現在時刻ｔ」に対して所定時間後の「ｔ＋１」、更に所定時間後の「ｔ＋２」、…に以後取得される検出結果が保存される。

【0029】

「現在時刻」には、第２集光ミラー８の「上限」位置の画像から、「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、…位置までの画像が保存されている。「中央＋２」、「中央＋１」、「中央」、「中央－１」、「中央－２」の位置には、第１集光ミラー５の画像が保存されている。「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置には、第２集光ミラー８の画像が保存されている。

【0030】

また、時刻「ｔ－１」の「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、…位置には、第２集光ミラー８の画像が保存され、「中央＋２」、「中央＋１」、「中央」、「中央－１」、「中央－２」の位置には、第１集光ミラー５の画像が保存され、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置には、第２集光ミラー８の画像が保存されている。

【0031】

更に、時刻「ｔ－２」の「上限－１」、「上限－２」、「上限－３」、…位置には、第２集光ミラー８の画像が保存され、「中央＋２」、「中央＋１」、「中央」、「中央－１」、「中央－２」の位置には、第１集光ミラー５の画像が保存され、「下限－３」、「下限－２」、「下限－１」、「下限」の位置には、第２集光ミラー８の画像が保存されている。

【0032】

次に、センサユニット２１－１，２１－２間を人が通過したか否か判定され（ステップＳ１２）、人体１の進出が検知されると画像処理（エッジ検出）、判定処理（所持物の有無）、上位装置に対して結果通知、ポリゴンミラーの停止が実行される（ステップＳ１３）。
上記画像処理は、例えば、画像の強度差を用いてエッジ抽出を施し、人体輪郭（エッジ）の中に存在する所持物輪郭（エッジ）の有無をルールベースで処理して検出する。または、画像をＡＩ（ディープラーニング、機械学習）に通して所持物の有無や、所持物の特徴から種類（例：刃物など）を特定して処理する。さらに、これらの組み合わせを用いた処理でも良い。
一方、ステップＳ１２で人体１の進出が検知されないと、ステップＳ３に戻ってステップＳ１２までの動作を繰り返す。

【0033】

図１０は、図１乃至図３に示した所持物検査装置における検知出力の画像を示している。図１０（ａ）は第１集光ミラー５の画素による画像であり、図１０（ｂ）は第２集光ミラー８の画素による画像である。図１０（ｃ）は図１０（ａ），（ｂ）の合成画像を示している。第１集光ミラー５の中央部分の画像と第２集光ミラー８の上下部分の画素を組み合わせると、図１０（ｃ）に示すように第２集光ミラー８の画素による画像２３ｂ、第１集光ミラー５の画素による画像２３ａ、第２集光ミラー８の画素による画像２３ｃを組み合わせた画像が得られる。この結果、比較的近い画素サイズ（解像度）が並んだ画像となる。

【0034】

上述したように、解像度が低いが黒体輻射２の受信強度が強い第１集光ミラー５に、受信強度が弱いが解像度が高い第２集光ミラー８を組み合わせることで、黒体輻射２の強度の強い低解像度の画像と、強度が弱いが高解像度の画像を同時に撮影することができる。これらの画像を組み合わせて、ある程度均一な画素サイズによる画像を合成することができる。これによって、黒体輻射２が均一な強度の画像になり、解像度の改善にもつながる。

【0035】

本発明によれば、黒体輻射をポリゴンミラーで反射させた後、ハーフミラーを通して異なるサイズの集光ミラーによる受信系を構成することで、画素サイズの異なる画像を取得できる。そして、画素サイズ（解像度）の異なる画像を組み合せた合成画像化処理を行うことによって、小さい所持物の見落としを低減できるとともに、刃物や銃器、爆発物などの危険物の検知率を向上できる。しかも、画素サイズごとにポリゴンミラーを設けるよりも、部品点数を削減でき、コストダウンも図れる。

【0036】

以上の実施形態で説明された構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

【0037】

例えば、被写体である人物の通過している位置や身長に応じて、合成する部分を変更しても良い。すなわち、危険物を隠し持つ可能性の高い部分の解像度を高くしたり受信強度を高くしたりすることで、危険物の検知率を高めることができる。

【符号の説明】

【0038】

１…人体、２…黒体輻射、３…ポリゴンミラー、４…ハーフミラー、５…第１集光ミラー、６…第１アンテナ、７…ミラー（第３ミラー）、８…第２集光ミラー、９…第２アンテナ、１０…アンプ、１１…検出器、１２…アンプ、１３…検出器、１４…処理部、２０…通路、２１－１～２１－４…センサユニット、２１－１ａ～２１－４ａ…上ユニット、２１－１ｂ～２１－４ｂ…下ユニット、２２…円（解像度）、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】