Что сканирует прибор в метро

Тепловизоры и ультразвук: Как специальный диагностический поезд контролирует безопасность метро Москвы

Сегодня общая протяженность столичного метро составляет 750 километров. Каждые сутки подземкой пользуются более семи миллионов пассажиров. Чтобы обезопасить каждую поездку, всю инфраструктуру тщательно проверяют сотрудники метро. Помогает им в этом специальный диагностический комплекс «Синергия». В один из рейсов состава с ним отправились и корреспонденты «РГ».

Электродепо «Красная Пресня» — место прописки диагностического состава. Выделяется комплекс среди других поездов не только желто-красными бортами, по дну вагонов идут мощные светодиодные прожекторы. А сам состав увешен диагностическим оборудованием.

«Приборы помогают провести комплексную диагностику, — объясняет заместитель начальника центра диагностики и мониторинга дирекции инфраструктуры Московского метрополитена Алексей Павлов. — Впереди у состава камеры наружного наблюдения, камеры тепловизионного контроля с помощью инфракрасного излучения они контролируют температуру устройств в тоннеле. Между первым и вторым вагоном расположены габаритометры, датчики трехмерного сканирования. Но основное оборудование комплекса — это лазерные приборы для измерения геометрии рельсового пути. Необходимо это, чтобы вовремя выявить неровности и дефекты, предотвратить раскачку состава. А скрытые дефекты рельса определяет ультразвуковая диагностика». Павлов отметил, что по пятибалльной шкале в последние годы не выявляют дефекты выше третьей степени или начального этапа образования. Их оперативно устраняют эксплуатирующие службы. Проверки каждой линии метро проходят трижды в месяц. Но состав ездит каждый день.

Вот часы на перроне бьют десять утра, машинист состава дает гудок, весь экипаж — а это 10 человек — заходит в поезд. Проверять будут Кольцевую линию метро. Внутри вагон выглядит как настоящий офис: окна закрыты жалюзи, пассажирские кресла сняты, на их место поставлены офисные столы с большими мониторами. Стулья тут не крутятся, чтобы не укатиться во время движения состава. У одной из сотрудниц на столе замечаю открытку с цветами. У кого-то на стене висят схемы, на большинстве столов стопками лежат рабочие журналы. Все данные с результатами обследований заносят не только в цифровые носители, но и в привычные рабочие тетради. В следующем вагоне расположена кухня, дальше снова столы с мониторами.

Начальник диагностического вагона Анатолий Бурмистров уточняет, что за самые важные обследования — дифектоскопию и ультразвук отвечают по три человека, чтобы не пропустить важные детали. Экипаж закрывает двери изнутри вручную, поезд трогается. На ряде мониторов начинает отображаться картинка движения. Тепловизор показывает зеленое излучение с редкими оранжевыми вкраплениями — это светильники в тоннеле. По другому монитору инженер Дмитрий Пахомов внимательно следит за данными габаритометра. Внезапно на его экране появляется не характерный силуэт тоннеля, а некое поле с какими-то столбами — оказалось, что это платформа и люди, ведь поезд подъехал к станции «Парк Культуры». На мониторе самого старейшего сотрудника диагностического комплекса инженера Николая Тимоховича монитор показывает профиль рельса. Картинки бегут одна за другой, несмотря на появляющуюся рядом схему, только глаз может заметить изъян.

Работает экипаж только в дневные часы, когда трафик движения пассажирских составов ниже и можно вклиниться между ними. Ночью работать составу не позволяет отключение в 02:00 напряжения на контактном рельсе, необходимое для проведения ряда работ, в том числе для механической диагностики дефектов рельсового полотна 160 обходчиками.

«Такое внимание к безопасности не случайно, метро самый популярный вид городского транспорта, наша задача сделать так, чтобы предотвратить малейшие нарушения в его работе, а москвичам было комфортно пользоваться подземкой», — заключает Алексей Павлов.

В метро чаще досматривают мужчин и пассажиров с большими сумками? Проверяет «Афиша Daily»

Редакция «Афиши Daily» неделю каталась на метро с чемоданом и рюкзаком, чтобы выяснить, как работает служба безопасности и кому из пассажиров чаще всего грозят досмотры.

Чего мы хотим?

Не знаем, как вас, а нас уже долгое время мучал вопрос: почему в метро досматривают только мужчин, людей определенной внешности и пассажиров с чемоданами (запрещенные к провозу предметы помещаются и в менее габаритные ноши)?

В то же время доказательств для таких заявлений у нас не было, а пресс-служба Московского метрополитена вряд ли бы рассказала все начистоту. Поэтому мы решили провести эксперимент: по очереди проехать на метро и МЦК с рюкзаком и чемоданом. И поделиться своим опытом.

Эксперимент первый: чемодан

Лизавета Шатурова

«За все время, что я живу в Москве, в метро меня останавливали лишь однажды. Я возвращалась домой из салона со свежепокрашенной головой красно-оранжевых оттенков. Молодой сотрудник службы безопасности попросил меня снять небольшой рюкзак, положил его в специальную камеру, начал комментировать мой яркий цвет волос и расспрашивать «куда я такая красивая собираюсь». Никакого особенного внимания к моему багажу стандартных для сумки размеров, разумеется, не было.

Схватив наш чемодан для эксперимента, я подозревала, что меня остановят во второй раз. Все-таки такая ноша бросается в глаза, хотя, по сути, не выглядит необычно или подозрительно. Зайдя в метро, я увидела сотрудника, который пристально рассмотрел меня издалека, сделал пару шагов в мою сторону, а потом занялся дальше своими делами. Это был максимум внимания ко мне и моему чемодану в ту поездку.

В следующий раз ситуация повторилась — полный игнор».

Результат: за две поездки чемодан не проверили ни разу.

Рома Бобылев

Старший редактор раздела «Новости»

«Сколько лет ездил в метро, никогда не был целью номер один или даже два для сотрудников зоны досмотра — хотя за спиной в 99% случаев был рюкзак. В ходе эксперимента ситуация не сильно изменилась.

С чемоданом я входил на три станции метро и еще одну МЦК, и только в последнем случае мне пришлось поставить багаж на ленту сканирования. По сравнению с МЦК, в метро не такие жесткие правила проверки, поэтому на мой чемодан обратили внимание лишь однажды — на моей «домашней» станции, с которой я стартую почти ежедневно. И то просто на ходу «кинули палку» — просканировали ручным металлодетектором. В остальные разы мне удавалось беспрепятственно проходить к эскалаторам».

Результат: чемодан проверили два раза за четыре поездки.

Кристина Сафонова

«Меня никогда не досматривают в метро. И это не преувеличение. Поэтому, когда в первый день эксперимента сотрудник службы безопасности на ходу провел по пустому чемодану металлодетектором, я сильно удивилась.

В следующий раз на той же станции, когда дежурные поменялись, я остановилась в зоне досмотра и посмотрела сотруднику службы безопасности в глаза, как бы говоря: «Ну давай, чувак!» Мужчина демонстративно отвернулся».

Результат: за две поездки чемодан проверили один раз.

Николай Удинцев

Редактор раздела «Мозг»

«Я проходил в метро с огромным чемоданом три раза: один раз поздно ночью, и два — в первой половине дня.

Зайдя в вестибюль метро ночью, я медленно прошел к эскалаторам, остановился у них и поставил чемодан — все ради того, чтобы сотрудники метро успели ко мне подойти для проверки. Но они даже не посмотрели в мою сторону и продолжили болтать друг с другом. Впрочем, неудивительно: обычно на этой станции меня проверяют редко, наверное, раз в две недели.

На следующий день я побывал на двух станциях метро. На первой меня попросили положить на ленту и чемодан, и мой рюкзак. А на второй (Кольцевой линии) — на мои сумки не обратили внимания».

Результат: чемодан проверили один раз за три поездки.

Маша Наумова

Редактор раздела «Города»

«Меня останавливают в метро только с чемоданом. Обычно я хожу с маленькой сумкой для важных вещей (в ней — кошелек, паспорт, телефон) и холщовой — для контейнера с едой и ежедневника. Но даже когда иду с рюкзаком, сотрудники службы проверки не обращают на меня никакого внимания.

Я дважды спускалась в метро с чемоданом, и оба раза меня остановили для досмотра. В первый я честно призналась сотруднику службы безопасности, что чемодан пуст. Тогда он попросил меня его открыть, сказав, что это быстрее, чем сканирование в камере. Но после того, как я в поисках нужного замка с легкостью перевернула чемодан, мужчина улыбнулся и сказал: «Можете не открывать». Видимо, поверил, что чемодан пустой. Стоит сказать, что в обе проверки сотрудники общались со мной вежливо, по-доброму и благодарили за «содействие». Это, конечно, приятно».

Результат: чемодан проверили два раза за две поездки.

Контролеры в метро получат ручные устройства для проверки «зайцев»

Контролеры в метро до конца ноября получат 500 ручных терминалов для проверки новых проездных билетов, сообщили M24.ru в ГКУ «Организатор перевозок». Модернизированные устройства также выдадут их коллегам в наземном транспорте. Каждый терминал для проверки «зайцев» обойдется примерно в 45 тысяч рублей.

Чтобы проверить чей-то проездной, к терминалу сначала надо будет приложить карту контролера, которая активизирует устройство, а после этого уже сам билет. Устройство определит номер проездного, срок действия, время активации (для билета «90 минут»), когда пассажир последний раз проходил по нему через турникет и сколько вообще поездок использовал. Терминал также зафиксирует дату и время проверки билета. «Всю информацию с терминала можно будет распечатать или передать по GPRS во внешнюю систему», — отметили в ГКУ «Организатор перевозок».

Председатель Союза пассажиров Кирилл Янков напомнил, что сейчас у контролеров в метро нет устройств для проверки билетов. «Контролеры следят за тем, чтобы пассажиры не проходили по чужой социальной карте. Когда кто-то прикладывает социальную карту, на турникете загорается специальный сигнал. Контролер просит пассажира показать карту и проверяет, действительно ли она ему принадлежит», — пояснил эксперт.

Напомним, на турникетах в метро сейчас стоит программное обеспечение, которое за доли секунды обновляет стоп-лист поддельных билетов, а также потерянных социальных карт, и сигнализирует об этом контролерам. Стоп-лист способен вместить данные о 5 млн карт.

Аналитик экспертного центра Probok.net Александр Чекмарев полагает, что ручные устройства проверки «зайцев» контролерам в метро не помешают. Безбилетники и пассажиры с чужими социальными картами часто предъявляют им просроченные «единые», для проверки которых нужно задействовать дежурных сотрудников метрополитена и стационарные терминалы. «Имея мобильное устройство, контролер оперативно сможет увидеть, когда была совершена последняя поездка: только что или, например, неделю назад», — рассуждает Чекмарев.

По словам представителя Probok.net, сейчас в метро и в наземном транспорте работает около 1,5 тысяч контролеров, а еще осенью прошлого года их было 190. Терминалы для контроля проездных есть не у всех проверяющих, которые работают в автобусах, троллейбусах и трамваях: иногда достаточно просто показать билет, а контролеры хоть и не видят даты активации, но доверяют пассажирам. «Детальная информация, которую будет выдавать терминал при проверке билетов, также поможет составить статистику по пассажиропотоку. Скорее всего, данные будут передаваться во внутренние базы транспортников», — считает Чекмарев.

В целом за шесть месяцев 2013 года контролеры общественного транспорта в Москве выписали штрафы около 75 тыс. нарушителей Штраф за безбилетный проезд составляет 1 тысячу рублей, за проезд по социальной карте — 2,5 тысячи рублей. В случае если пассажир отказывается платить на месте, контролеры вызывают полицию. Нарушителя доставляют в отделение, устанавливают его личность и оформляют штраф. Безбилетник должен оплатить его в течение 30 дней, в противном случае ему грозит штраф вдвое больше, либо арест на срок до 15 суток.Напомним, контролеры в метро появились в декабре 2012 года. Эксперимент начался с 15 станций, в числе которых, например, была «Комсомольская». В марте власти заявили, что «пилот» оказался удачным: число «зайцев» резко сократилось, на некоторых станциях их стало меньше на 15%. В итоге было решено, что контролеры появятся на всех станциях «подземки».

Напомним, в этом году в Москве заработала новая система билетов на общественный транспорт. «Единый» проездной на метро действует теперь и на наземном транспорте. Также появился билет «90 минут», по которому можно совершить одну поездку на метро и неограниченное число пересадок на наземном транспорте в течение 1,5 часов. Пассажиры могут приобрести электронную пополняемую карту «Тройка». В будущем с помощью «Тройки» можно будет оплачивать парковку, проезд в электричке и «Аэроэкспрессе».

Досмотреть каждого, кто входит в метро

Привет, Geektimes! В предлагаемой статье хочу рассказать о современных микроволновых системах персонального досмотра, а также о результатах выполняемого нами проекта, в котором разрабатывается новая перспективная микроволновая система досмотра, основанная на комбинированном использовании радиолокации и машинного зрения. Ожидается, что разрабатываемая система досмотра будет использоваться на наземном транспорте с большим пассажиропотоком. Достигаться это будет за счет превосходящих аналоги технических характеристик: предельно высокой пропускной способности, возможности досмотра в плотной верхней одежде, значительно меньших массогабаритных характеристик, стоимости и энергопотребления. В статье приводится описание созданной в проекте установки и методики эксперимента для имитационного моделирования описанной микроволновой системы досмотра, а также результат эксперимента с манекеном со скрытыми под одеждой предметами.

Чтобы понять, чем отличается разрабатываемая микроволновая система персонального досмотра от существующих на рынке систем и каким образом можно преодолеть существующие ограничения микроволновых систем досмотра, препятствующих их широкому использованию (как, например, рамочным металлодетекторам), необходимо рассмотреть состояние дел.

Для получения радиолокационных изображений скрытых под одеждой предметов во всех микроволновых системах досмотра используется апертурный синтез, при котором механическое перемещение антенн, либо их электронная коммутация позволяют сформировать антенну с большей эквивалентной апертурой. За счет использования синтезированной апертуры получается высокое пространственное разрешение, которое определяется длиной волны, полосой зондирующего сигнала, а также размером самой апертуры. Принципиальным параметром, ограничивающим пространственное разрешение радиолокационных изображений, является длина волны излучения, так как в практически пригодной для досмотра человека геометрии зондирования достичь пространственного разрешения меньше длины волны невозможно.

В современных системах досмотра синтезированная апертура формируется двумя способами: за счет механического перемещения антенн и электронной коммутации, либо только за счет электронной коммутации. В наиболее известной и распространенной системе L-3 ProVision, через которую проходили многие читатели, используется механическое сканирование двумя линейными вертикальными антенными решетками. В вертикальном направлении синтезированная апертура получается за счет электронной коммутации антенн, а в горизонтальном направлении — за счет механического перемещения [1].

В системах, появившихся позднее, таких как Eqo производства Smiths Detection [2] и QPS производства Rohde&Schwarz [3], механическое перемещение для формирования апертуры не используется. Вместо этого происходит быстрое переключение антенн или антенных элементов, расположенных на плоской панели, что позволяет в реальном времени получать радиолокационное изображение досматриваемого со стороны расположения панели. Несмотря на быструю электронную коммутацию антенн в двух последних системах, их производительность остается на уровне системы с механическим сканированием L-3 ProVision, так как досматриваемый должен обязательно снять верхнюю одежду, пройти в зону досмотра, принять стационарную позу на время сканирования (QPS), либо поворачиваться, стоя на месте, для получения радиолокационных изображений со всех сторон (Eqo).

В системах досмотра с электронной коммутацией микроволновая часть значительно сложнее, чем в системах с использованием механического сканирования, поскольку требуется переключение возросшего числа антенн. Из-за большего числа каналов в системе генерируется огромный поток данных (обратите внимание на этот параметр у системы QPS), для обработки которого в реальном времени требуется высокопроизводительный компьютер, расходующий основную часть потребляемой энергии. Единственное преимущество систем досмотра в форм-факторе экрана — это меньшие габариты по сравнению с портальным исполнением L-3 ProVision.

Опираясь на традиционный подход к синтезированию апертуры, пропускную способность микроволновых систем досмотра можно увеличить, окружив досматриваемого человека множеством панелей с антеннами для получения одновременного обзора с разных ракурсов. Такой подход был реализован в системе досмотра easyCheck, разработанной компанией Camero [4]. Эта система имеет портальное исполнение в виде панелей с антеннами, расположенными вокруг досматриваемого человека. Многоракурсные радиолокационные изображения проходящего через портал человека получаются с частотой 8 Гц, что позволяет в движении обнаружить скрытые под одеждой объекты, представляющие опасность.

В настоящее время все представленные на рынке системы досмотра автоматически распознают опасные предметы и сообщают результат распознавания в виде пиктограмм, не предъявляя радиолокационные изображения оператору, тем самым сохраняя приватность досматриваемых.

В разрабатываемой нами системе досмотра для формирования синтезированной апертуры будет использоваться естественное перемещение человека между неподвижными вертикальными линейными антенными решетками, что позволяет превзойти аналоги по следующим характеристикам: пропускной способности, массе, габаритам, себестоимости и энергопотреблению. Когерентная обработка радиолокационного сигнала в такой системе осуществляется с помощью RGB-D видеосенсора или лидара, который синхронно с радиолокационной системой регистрирует перемещение досматриваемого человека в пространстве. Регистрируемая видеосенсором карта глубины служит для извлечения траектории частей тела человека для последующей компенсации связанных с движением фазовых набегов в радиолокационном сигнале. Синтезируемую апертуру, формируемую за счет движения самой цели мимо стационарной антенны или системы антенн, называют инверсной синтезированной апертурой.

Микроволновая система досмотра, использующая принцип инверсного апертурного синтеза, должна иметь перечисленные выше превосходящие характеристики по следующим причинам:

• Предельная пропускная способность будет достигаться за счет того, что досматриваемому человеку не нужно останавливаться, так как для получения радиолокационного изображения требуется пройти между линейками антенн.
• Масса и габариты становятся минимальными, так как не нужны ни портал для обособления зоны перемещения антенн, ни массивные панели с антеннами.
• Количество антенн становится существенно меньшим, чем у микроволновых систем с исключительно электронной коммутацией, что уменьшает сложность и стоимость микроволновой части системы досмотра.
• Выборки радиолокационного сигнала поступают с меньшего числа каналов и обрабатываются по мере поступления таким образом, что после прохода человеком зоны досмотра, протяженность которой должна быть равна горизонтальному размеру панелей или портала традиционных систем, радиолокационное изображение рассчитывается одновременно для всей поверхности тела человека. Благодаря низкому потоку радиолокационных данных и их обработки по мере поступления, мощный процессор данных не потребуется, и микроволновая система может быть построена в мобильном варианте в форм-факторе рамочного металлодетектора или двух стоек с антеннами, расположенными по обе стороны идущего человека.

Установка состоит из модуля линейного перемещения (1) приемной и передающей антенн (2), векторного анализатора цепей (3), гибких антенных фидеров (4), манекена человека (5), тележки для перемещения манекена (6), модуля линейного перемещения манекена (7), RGB-D видеосенсора (8) и персонального компьютера (9). Приемная и передающая антенны (2) подключаются к векторному анализатору цепей посредством гибких фидеров (4). Получение данных происходит методом кукольной мультипликации. Независимое перемещение приемной и передающей антенн (если используются два модуля) вдоль параллельных линий позволяет имитировать поведение линейных моностатических и мультистатических (MIMO) антенных решеток. При этом, положения антенн, в которых происходят выборки радиолокационного сигнала, задаются программно, благодаря чему с помощью установки можно исследовать характеристики любой линейной антенной решетки. Манекен человека (5), направление движения которого можно задавать, ориентируя размещенный на полу модуль линейного перемещения (7), перемещается инкрементально через программируемые интервалы. После задания параметров эксперимента: интервалов выборок радиолокационного сигнала, интервала перемещения манекена, диапазона изменения частоты зондирующего сигнала, количества дискретных частот, эксперимент проходит автоматически. В ходе эксперимента для каждого положения манекена регистрируются карта глубины сцены зондирования и выборки радиолокационного сигнала в заданных положениях антенн. Полученные данные обрабатываются совместно для получения радиолокационных изображений. Для получения аналогичных данных в реальном времени от передвигающегося шагом человека потребуется электронно коммутируемая линейная антенная решетка. Ключевой особенностью разрабатываемой системы досмотра является использование RGB-D видеосенсора (в экспериментальной установке мы использовали Microsoft Kinect v2) или аналогичного устройства, которое позволяет получить детальное радиолокационное изображение с использованием существенно меньшего объема радиолокационных данных.

Примеры регистрируемых в ходе проведения экспериментов исходных данных показаны на следующих рисунках.

1-й кадр	101-й кадр	201-й кадр
ИК-изображения, полученые с помощью Microsoft Kinect.

1-й кадр	101-й кадр	201-й кадр
Карты глубины, полученные с помощью Microsoft Kinect.

Синфазная компонента сигнала	Квадратурная компонента сигнала	Амплитуда сигнала
Радиолокационный сигнал (радиоголограмма), зарегистрированный на частоте 15.55 ГГц.

Показанные выше ИК-изображения и карты глубины сцены зондирования, с порядковыми номерами 1, 101, 201 были получены в ходе эксперимента, в котором манекен перемещался на расстояние 1 м с остановками через каждые 0.5 см, в результате чего был получен 201 кадр. Радиолокационный сигнал (радиоголограмма) на частоте 15.55 ГГц представлен в виде полутоновых изображений. Первый столбец слева у радиоголограммы соответствует выборкам радиолокационного сигнала с шагом 0.5 см, полученным в результате механического сканирования для сцены зондирования с порядковым номером 1. Последний столбец у радиоголограммы соответствует выборкам радиолокационного сигнала для сцены зондирования с порядковым номером 201. Промежуточные столбцы радиоголограммы соответствуют сценам с промежуточными порядковыми номерами. Всего радиоголограмма имеет 201 столбец, по числу статических сцен, и 201 строку, по числу выборок радиолокационного сигнала на интервале длиной 1 метр с шагом выборок 0.5 см. Для регистрации аналогичной радиоголограммы в реальном времени потребовалась бы моностатическая линейная антенная решетка длиной 1 метр, состоящая из 201 антенны, расположенных на расстоянии 0.5 см друг от друга. Для многочастотного сигнала, состоящего из N частот, получается, соответственно, N радиоголограмм.

Перед тем как обрабатывать полученные данные, требуется провести калибровку оптической системы видеосенсора, а также совместную калибровку радиолокационной и оптической систем установки. О калибровке оптической системы Microsoft Kinect v2 и канала дальности было рассказано здесь. Калибровка радиолокационной системы осуществлялась в два этапа. На первом этапе определялось положение перемещаемой модулем линейного перемещения антенны в системе координат, связанной с видеосенсором. Второй этап заключался в измерении зависящего от частоты зондирующего сигнала положения фазового центра антенны, что необходимо для обработки широкополосного сигнала. Положение центра открытого конца круглого волновода, используемого в качестве антенны, заносилось в систему координат видеосенсора с помощью графического маркера, закрепляемого на конце антенны, как показано на следующем рисунке.

Положение маркера регистрировалось для двух крайних положений на линии сканирования. Остальные положения антенны вычислялись с помощью интерполяции. Шаговые двигатели и оптическая система видеосенсора обеспечивали погрешность позиционирования выборок сигнала, которая несущественно влияла на разрешение радиолокационного изображения.

При использовании широкой полосы зондирующего сигнала положение фазового центра антенны на разных частотах может быть разное. Под фазовым центром антенны понимают воображаемый центр, который может быть принят за центр излучаемой антенной сферической волны. У сферической волны поверхностями равной фазы являются сферы. Калибровка антенны проводилась на малом по сравнению с длиной волны излучения рассеивателе и заключалась в нахождении корректирующего множителя для регистрируемого антенной сигнала, который позволяет получить теоретически ожидаемую зависимость фазы сигнала. Влияние калибровки антенны иллюстрирует следующий рисунок, где показан результат восстановления радиолокационного изображения для точечного рассеивателя, расположенного на расстоянии 20 см от линии сканирования, которая совпадает с осью Y на графике. Зондирование и восстановление радиолокационного изображения осуществлялось в диапазоне частот от 6 до 12 ГГц.

Без калибровки антенны	После калибровки	Модель
Восстановленное радиолокационное изображение точечного рассеивателя

Первое слева изображение на рисунке выше получено после калибровки антенных фидеров для среднего положения на линии сканирования с использованием эталонных нагрузок (калибровочного набора) для векторного анализатора цепей. Видно, что смещение плоскостей измерения к концам фидеров не позволяет получить сфокусированное радиолокационное изображение. На втором изображении показано радиолокационное изображение, полученное после калибровки антенны и корректировки исходных данных. На третьем приводится эталонное изображение, полученное в результате численного моделирования.

После калибровки антенной системы можно обработать данные, полученные в экспериментах с манекеном с широкополосным зондирующим сигналом. Обработка радиолокационного сигнала состояла из следующих этапов: нахождения особых точек на полутоновом изображении манекена; генерирование плотной сетки, связанной с особыми точками, каждый узел которой является подвижной точкой фокусировки для радиолокационного сигнала; нахождения траектории особых точек от кадра к кадру; нахождения траектории узлов плотной сетки; интегрирования сфокусированного радиолокационного сигнала для каждого узла плотной сетки от кадра к кадру; визуализации полученного массива данных в виде радиолокационного изображения.

Рисунок ниже иллюстрирует извлечение особых точек и слежение за ними на последовательности полутоновых изображений движущегося манекена. Каждому полутоновому изображению соответствует кадр глубины, который содержит необходимый атрибут дальности для каждого пикселя полутонового изображения.

1-й кадр	101-й кадр	201-й кадр
Слежение за манекеном на последовательности кадров, полученных в ходе имитационного эксперимента.

На текущем этапе проекта проводились имитационные эксперименты с манекеном. На следующем рисунке изображен манекен, под одеждой которого были скрыты различные предметы, представляющие угрозу: нож в чехле, газовый пистолет за поясом из ткани и куски мыла с болтами на поверхности в качестве имитатора самодельного взрывного устройства.

В имитационном эксперименте с показанным на рисунке манекеном использовался сигнал со ступенчатым переключением частоты в диапазоне от 6 до 12 ГГц с шагом изменения частоты 250 МГц, в результате чего отраженный сигнал регистрировался на 25 частотах. Манекен передвигался через интервалы в 1 см на общей дистанции 100 см с помощью модуля линейного перемещения. Линия, вдоль которой происходило сканирование антеннами, имела длину также 100 см с шагом выборки 1 см. Полный объем радиолокационных данных, таким образом, представлял из себя массив комплексных чисел размером 101⨯101⨯25. Расстояние до манекена изменялось от 150 до 110 см вдоль оптической оси видеосенсора. Среднее расстояние от манекена до линии сканирования антеннами составляло 80 см.

На следующем рисунке показано итоговое радиолокационное изображение, полученное фокусировкой на последовательность слоев от поверхности одежды до глубины 2.5 см и представлением полученных данных в приповерхностном слое методом проекции максимального значения.

Как видно на приведенном рисунке, различимы все скрытые предметы под одеждой. Отражение от ножа можно принять за отражение от поверхности правого бедра манекена. Ожидается, что изображения скрытых предметов на теле движущегося человека будут иметь больший контраст, чем на манекене, поскольку у человека, идущего шагом, ориентация фрагментов поверхности тела постоянно меняется в пространстве, и при накоплении сигнала такие участки на радиолокационных изображениях будут иметь значительно меньшую яркость. Радиолокационные изображения, полученные для тела человека, должны быть также менее зашумленными по сравнению с радиолокационными изображениями манекена, поскольку полупрозрачный для радиоволн манекен создает сложную интерференционную картину поля на его поверхности, приводя к артефактам на получаемых радиолокационных изображениях.

Пространственное разрешение приведенного радиолокационного изображения со скрытыми под одеждой предметами ограничено длиной волны зондируемого сигнала и для средней частоты используемого диапазона 9 ГГц составляет около 3 см. Разрешение радиолокационных изображений можно увеличить, увеличив частоту излучения, но при этом возрастает поглощение волн в одежде, из-за чего плотная верхняя одежда становится непрозрачной. В отличие от микроволновых сканеров, используемых в аэропортах, обеспечение высокого разрешения радиолокационных изображений на наземном транспорте не требуется. Более важным является возможность досмотра в плотной верхней одежде.

Возможный внешний вид микроволновой системы досмотра с инверсной синтезированной апертурой представлен на следующем рисунке.

На рисунках приведены варианты системы досмотра с различным количеством линейных антенных решеток, достаточное количество которых можно установить в ходе имитационных экспериментов на описанной установке, не создавая сложную радиолокационную систему с фиксированным количеством антенн и их расположением. Количество антенных решеток должно быть достаточным для получения радиолокационных изображений для всей поверхности досматриваемого.

Следующим этапом на пути создания системы досмотра будет разработка быстродействующих линейных антенных решеток для сбора данных в реальном времени с целью проведения экспериментов на движущемся человеке. Вместо векторного анализатора цепей будет использоваться один или несколько генераторов микроволнового излучения с перестройкой частоты и квадратурный приемник.

Микроволновая система досмотра с инверсным синтезированием апертуры может изменить подход к обеспечению безопасности на наземном транспорте подобно тому, как микроволновые сканеры повлияли на безопасность на воздушном транспорте. Появление на рынке доступных устройств для трехмерного видеозахвата наблюдаемой сцены позволяет реализовать комплексную систему досмотра структурированного пассажиропотока, которая позволила бы без каких-либо неудобств автоматически досматривать пассажиров в верхней одежде в движении, используя безопасное микроволновое излучение.

Как говорилось выше, имитационные эксперименты с установкой поспроизводят технику кукольной мультипликации. Применяя ее к радиолокационным данным, можно получить «радиолокационный мультипликационный фильм», в котором каждое следующее радиолокационное изображение получается путем интегрирования вновь поступивших данных с предыдущим радиолокационным изображением, в результате чего увеличивается разрешение. Посмотрев анимацию, можно заметить, что детализированное радиолокационное изображение может быть получено, когда манекен проехал достаточное расстояние, сформировав синтезированную апертуру достаточной длины, что находится в полном соответствии с положениями классической радиолокации.

Работа поддержана грантом РНФ №15-19-30012.

Литература

1. D. L. McMakin, P. E. Keller, D. M. Sheen, and T. E. Hall, «Dual-surface dielectric depth detector for holographic millimeter-wave security scanners,» in Proc. SPIE 7309, Orlando, Florida, USA, Apr. 2009. [Online].
2. B. N. Lyons, E. Entchev, and M. K. Crowley, «Reflect-array based mmwave people screening system,» in Proc. SPIE 8900, Dresden, Germany, Oct. 2013. [Online].
3. S. S. Ahmed, «Personnel screening with advanced multistatic imaging technology,» in Proc. SPIE 8715, Baltimore, Maryland, USA, May 2013. [Online].
4. A. Beeri and R. Daisy, «System and method for volume visualization in ultra-wideband radar imaging system,» USA Patent 9 354 307, May, 2016. [Online].
5. A. Zhuravlev, V. Razevig, A. Tataraidze, M. Chizh, S. Ivashov, and A. Ivashov, «Experimental setup to simulate the performance of ISAR-based microwave personnel screening system,» in 2016 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology (PAST), Boston, MA, USA, 2016, pp. 1-7. [Online].
6. A. Zhuravlev, V. Razevig, M. Chizh, and S. Ivashov, «Imaging of concealed objects on moving persons by creating synthetic aperture due to their natural motion,» in 2017 IEEE International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems (COMCAS), Tel Aviv, Israel, 2017, pp. 1-4.

• Безопасность
• системы досмотра
• машинное зрение
• радиолокация
• синтезированная апертура
• Microsoft Kinect