Title:
Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen sowie Vorrichtung zur Detektion von Kleidungsreflexionen
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen ist beschrieben, bei dem ein gepulstes Radarsignal ausgesandt wird, das auf ein zu untersuchendes Objekt trifft. Das gepulste Radarsignal umfasst zumindest zwei Signalpulse unterschiedlicher Mittenfrequenz. Das Reflexionsspektrum des gepulsten Radarsignals wird erfasst und ausgewertet. Ferner ist eine Vorrichtung zur Detektion von Kleidungsreflexionen beschrieben. embedded image




Inventors:
Gumbmann, Frank, Dr. (90403, Nürnberg, DE)
Ahmed, Sherif, Dr. (82319, Starnberg, DE)
Application Number:
DE102017101854A
Publication Date:
08/02/2018
Filing Date:
01/31/2017
Assignee:
Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Prinz & Partner mbB Patentanwälte Rechtsanwälte, 80335, München, DE
Claims:
Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen, bei dem ein gepulstes Radarsignal ausgesandt wird, das auf ein zu untersuchendes Objekt trifft, wobei das gepulste Radarsignal zumindest zwei Signalpulse unterschiedlicher Mittenfrequenz aufweist, wobei das Reflexionsspektrum des gepulsten Radarsignals erfasst und ausgewertet wird.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gepulste Radarsignal eine Gesamtbandbreite aufweist, wobei die zumindest zwei Signalpulse jeweils eine Teilbandbreite haben.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbandbreiten zusammen die Gesamtbandbreite ergeben, insbesondere wobei die Teilbandbreiten gleich groß sind.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung wenigstens eine Maximumintensitätsprojektion generiert wird.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung des Reflexionsspektrums ein Datensatz für jeden Signalpuls erzeugt wird, insbesondere wobei eine Maximumintensitätsprojektion für jeden Datensatz generiert wird.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Maximumintensitätsprojektionen überlagert werden, wobei Bereiche mit einem im Wesentlichen frequenzunabhängigen Reflexionsgrad in einer ersten Darstellungsart und Bereiche mit einem frequenzabhängigen Reflexionsgrad in einer zweiten Darstellungsart dargestellt werden.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalpulse mit der kleinsten Mittenfrequenz und der größten Mittenfrequenz verwendet werden, insbesondere deren Maximumintensitätsprojektionen, um eine Maske für Kleidungsreflexionen zu generieren.

Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalpulse mit der kleinsten Mittenfrequenz und der größten Mittenfrequenz über eine Korrelationsanalyse ausgewertet werden, insbesondere wobei ein Schwellwert vorgesehen ist, der zumindest erreicht werden muss, damit eine Korrelation vorliegt.

Verfahren zur Detektion dünner dielektrischer Schichten an einem zu untersuchenden Objekt, bei dem ein gepulstes Radarsignal ausgesandt wird, das vom zu untersuchenden Objekt reflektiert wird, sodass ein Reflexionsspektrum entsteht, das mittels einer Laufzeitanalyse ausgewertet wird, um einzelne, überlagerte Signalpulse im Reflexionsspektrum hinsichtlich der Phaseninformation auszuwerten, wobei zwischen linearen Phasenverläufen und nichtlinearen Phasenverläufen unterschieden wird.

Vorrichtung (10) zur Detektion von Kleidungsreflexionen, mit einer Sendeeinheit (14), einer Empfangseinheit (16) und einer Analyseeinheit (18), wobei die Vorrichtung (10) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen sowie eine Vorrichtung zur Detektion von Kleidungsreflexionen.

Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitsscanner zur Personenkontrolle bekannt, die beispielsweise am Flughafen eingesetzt werden. Diese Sicherheitsscanner verwenden unter anderem bildgebende Radarsysteme, mit denen sich Waffen, Sprengstoff oder andere gefährliche Gegenstände detektieren lassen, die beispielsweise eine zu untersuchende Person mit sich führt. Die Personen, die mittels des Sicherheitsscanners kontrolliert werden, tragen üblicherweise Kleidung, die das Reflexionsspektrum des ausgesandten Radarsignals beeinflussen, insbesondere dämpfen. Allgemein ausgedrückt wird das zur Auswertung herangezogene Reflexionsspektrum durch die Kleidung gestört. Beispielsweise treten Reflexionen an Kleidungsfalten auf, aufgrund derer es zu Fehlinterpretationen kommen kann, sodass eine nachträgliche, manuelle Kontrolle nötig ist. Die Effizienz der Sicherheitskontrolle ist dadurch entsprechend gemindert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine Personenkontrolle in effizienter Weise durchgeführt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen gelöst, bei dem ein gepulstes Radarsignal ausgesandt wird, das auf ein zu untersuchendes Objekt trifft, wobei das gepulste Radarsignal zumindest zwei Signalpulse unterschiedlicher Mittenfrequenz aufweist, wobei das Reflexionsspektrum des gepulsten Radarsignals erfasst und ausgewertet wird.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Detektion von Kleidungsreflexionen gelöst, mit einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer Analyseeinheit, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, ein Verfahren der zuvor genannten Art auszuführen.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass Kleidungsreflexionen gezielt erfasst werden, um diese von den übrigen Bereichen separieren zu können. Hierdurch lassen sich die Bereiche des Reflexionsspektrums, die Kleidungsreflexionen umfassen, von der weiteren Analyse bzw. Kontrolle ausschließen, sodass Fehlinterpretationen vermieden werden. Eine Personenkontrolle kann entsprechend effizienter durchgeführt werden. Hierzu ist es jedoch wichtig, dass die Kleidung sicher erkannt wird bzw. von der Kleidung ausgehende Reflexionen im Reflexionsspektrum. Erfindungsgemäß ist hierzu ein gepulstes Radarsignal vorgesehen, das zumindest zwei unterschiedliche Signalpulse umfasst, deren Mittenfrequenzen unterschiedlich sind. Demnach wird die zu kontrollierende Person während der Personenkontrolle wenigstens zwei Signalpulsen mit unterschiedlicher Frequenz ausgesetzt. Es hat sich herausgestellt, dass Kleidung, insbesondere Kleidungsfalten, die zu Kleidungsreflexionen des Radarsignals führen, einen frequenzabhängigen Reflexionsgrad im üblicherweise bei der Personenkontrolle verwendeten Frequenzbereich haben. Demnach ergibt sich bei zwei unterschiedlichen Signalpulsen ein Unterscheid im jeweiligen Reflexionsspektrum, der sich analysieren lässt. Die unterschiedlichen Mittenfrequenzen der zumindest zwei Signalpulse stellen also sicher, dass die Kleidung zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt wird, wodurch sich ein entsprechend verändertes Reflexionsspektrum im Bereich der Kleidung bzw. im Bereich von Kleidungsfalten ergibt.

Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Sicherheitsscanner zur Personenkontrolle. Ein derartiger Sicherheitsscanner wird beispielsweise an einem Flughafen oder einem anderen sicherheitsrelevanten Gebäude eingesetzt, beispielsweise einem Gerichtsgebäude. Die Sendeeinheit kann mehrere Transmissionsantennen umfassen. Ebenso weist die Empfangseinheit beispielsweise mehrere Empfangsantennen auf.

Gemäß einem Aspekt weist das gepulste Radarsignal eine Gesamtbandbreite auf, wobei die zumindest zwei Signalpulse jeweils eine Teilbandbreite haben. Üblicherweise wird als Radarsignal ein E-Band verwendet, das beispielsweise eine Frequenz zwischen 60 GHz und 90 GHz hat, insbesondere von 70 GHz bis 80 GHz. In diesen Frequenzbereichen weist Kleidung einen stark frequenzabhängigen Reflexionsgrad (Reflektivität) auf, die sich entsprechend über die beiden Signalpulse mit unterschiedlicher Mittenfrequenz ermitteln lässt. Die Signalpulse decken jeweils einen Teil des gesamten gepulsten Radarsignals ab.

Gemäß einem weiteren Aspekt ergeben die Teilbandbreiten zusammen die Gesamtbandbreite, insbesondere wobei die Teilbandbreiten gleich groß sind. Dementsprechend wird die Gesamtbandbreite des gepulsten Radarsignals in zumindest zwei Teilbandbreiten unterteilt, die die gleiche Bandbreite haben. Beispielsweise weist das gepulste Radarsignal eine Gesamtbandbreite von 10 GHz auf, wobei die beiden Signalpulse jeweils eine Teilbandbreite von 5 GHz haben. Der Abstand der beiden Signalpulse beträgt demnach ebenfalls 5 GHz.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das gepulste Radarsignal mehr als zwei unterschiedliche Signalpulse umfasst. Es können also auch drei oder mehr Signalpulse vorgesehen sein, die jeweils eine unterschiedliche Mittenfrequenz haben, beispielsweise vier Signalpulse. Je höher die Anzahl der Signalpulse, desto einfacher lässt sich ermitteln, ob gewissen Bereich des aufgenommenen Reflexionsspektrums einen frequenzabhängigen Reflexionsgrad (Reflektivität) haben, da entsprechend mehr Daten vorliegen, insbesondere bei mehreren unterschiedlichen Frequenzen. Die Gesamtbandbreite wird dabei wiederum in mehrere Teilbandbreiten unterteilt, die von den jeweiligen Signalpulsen abgedeckt sind. Beispielsweise wird ein gepulstes Radarsignal mit einer Gesamtbandbreite von 10 GHz in vier Signalpulse mit jeweils einer Teilbandbreite von 2,5 GHz unterteilt.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird bei der Auswertung wenigstens eine Maximumintensitätsprojektion generiert. Eine Maximumintensitätsprojektion (MIP) ist eine zweidimensionale Projektion der erfassten Daten, über die sich Kanten von Objekten gut darstellen lassen, insbesondere bei intensitätsschwachen Datensätzen. Bei den Daten handelt es sich entsprechend um dreidimensionale Datensätze. Beispielsweise wird die Maximumintensitätsprojektion in der medizinischen Diagnostik verwendet, um dreidimensionale Bilddatensätze in zweidimensionale Projektionen umzurechnen, die in einfacherer Weise dargestellt werden können. Hierbei wird entlang der Blickrichtung, die der Projektionsrichtung entspricht, der jeweilige Datenpunkt mit der maximalen Intensität dargestellt.

Beispielsweise wird über mehrere unterschiedliche Maximumintensitätsprojektionen eine Animation des dreidimensionalen Körpers erstellt, sofern die Maximumintensitätsprojektionen jeweils eine andere Projektionsrichtung aufweisen. Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit müssen entsprechend ausgebildet sein.

Alternativ kann bei der Auswertung eine dreidimensionale Darstellung verwendet werden. Hierbei lassen sich die aus dem Reflexionsspektrum erfassten Datenpunkte als sogenannte Voxel darstellen, also voluminöse Pixel. Voxel entsprechen üblicherweise einem Gitterpunkt in einem dreidimensionalen Gitter.

Die dreidimensionale Darstellung lässt sich auch über eine Rückprojektion der Maximumintensitätsprojektionen generieren.

Generell ist es somit möglich, eine dreidimensionale Lokalisierung von Kleidungsreflexionen zu erhalten.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass bei der Auswertung des Reflexionsspektrums ein Datensatz für jeden Signalpuls erzeugt wird, insbesondere wobei eine Maximumintensitätsprojektion für jeden Datensatz generiert wird. Dementsprechend werden bei mehreren Signalpulsen, die das gepulste Radarsignal umfasst, mehrere Datensätze generiert, über die sich eine genauere Aussage treffen lässt, ob eine Frequenzabhängigkeit bestimmter Reflexionsbereiche in den unterschiedlichen Reflexionsspektren vorliegt oder nicht. Für die unterschiedlichen Signalpulse, die jeweils eine andere Mittenfrequenz aufweisen, werden entsprechend Maximumintensitätsprojektionen generiert, die zur weiteren Verarbeitung genutzt werden können. Aufgrund der Projektionen ist die Verarbeitung der Daten schneller, wodurch das gesamte Verfahren und demnach die Personenkontrolle effizienter ist.

Beispielsweise werden zumindest zwei Maximumintensitätsprojektionen überlagert, wobei Bereiche mit einem im Wesentlichen frequenzunabhängigen Reflexionsgrad in einer ersten Darstellungsart und Bereiche mit einem frequenzabhängigen Reflexionsgrad in einer zweiten Darstellungsart dargestellt werden. Aufgrund der beiden unterschiedlichen Darstellungsarten können somit Bereiche schnell erfasst werden, die einen frequenzunabhängigen Reflexionsgrad bzw. einen frequenzabhängigen Reflexionsgrad haben. Beispielsweise werden Bereiche mit einem frequenzunabhängigen Reflexionsgrad weiß dargestellt, wohingegen Bereiche mit einem frequenzabhängigen Reflexionsgrad farbig dargestellt werden.

Ferner können drei Maximumintensitätsprojektionen zu einem RGB-Bild überlagert werden, bei dem Bereiche mit einem frequenzabhängigen Reflexionsgrad farbig dargestellt sind. Dementsprechend sind die einzelnen Maximumintensitätsprojektionen verschiedenen Kanälen zugeordnet, nämlich einem roten Kanal, einem grünen Kanal und einem blauen Kanal. Da Kleidung einen frequenzabhängigen Reflexionsgrad aufweist, werden die entsprechenden Bereiche farbig dargestellt, wohingegen Haut und/oder Metall weiß dargestellt werden, da sie keine bzw. nur eine sehr geringe Frequenzabhängigkeit des Reflexionsgrads haben.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Signalpulse mit der kleinsten Mittenfrequenz und der größten Mittenfrequenz verwendet werden, insbesondere deren Maximumintensitätsprojektionen, um eine Maske für Kleidungsreflexionen zu generieren. Aufgrund dieser beiden Signalpulse ist sichergestellt, dass der Unterschied der Bereiche mit frequenzabhängigem Reflexionsgrad am größten ist, sodass diese Bereiche am einfachsten computertechnisch erfasst werden können, also automatisiert. Insofern kann eine Maske automatisch generiert werden, um die Bereiche mit frequenzabhängiger Reflexion zu maskieren, da es sich hierbei um Kleidungsreflexionen handelt, beispielsweise von Falten der Kleidung. Die entsprechend generierte Maske lässt sich dann auf eine Maximumintensitätsprojektion eines Signalpulses anwenden, sodass sich ein extrahiertes Bild nach Maskierung ergibt, bei dem die Kleidungsreflexionen nicht mehr vorhanden sind, also maskiert sind. Das Bild nach Maskierung kann entsprechend für weitere Untersuchungen herangezogen werden, da hierbei das Risiko von Fehlinterpretationen aufgrund der nicht mehr vorhandenen Kleidungsreflexionen deutlich verringert ist. Zur Generierung der Maske können die Maximumintensitätsprojektionen herangezogen werden.

Alternativ oder ergänzend können Volumendaten (dreidimensionale Datensätze) verwendet werden, um die Maske für Kleidungsreflexionen zu generieren. Diese dreidimensionalen Datensätze entsprechen den zuvor genannten Voxeln.

Bei der generierten Maske kann es sich entsprechend um eine Maske für die Daten der Maximumintensitätsprojektionen (MIP-Daten) oder für die Volumendaten (dreidimensionale Datensätze) handeln. Die Maske für die Volumendaten lässt sich auch aus den Daten der Maximumintensitätsprojektionen rekonstruieren.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Signalpulse mit der kleinsten Mittenfrequenz und der größten Mittenfrequenz über eine Korrelationsanalyse ausgewertet werden, insbesondere wobei ein Schwellwert vorgesehen ist, der zumindest erreicht werden muss, damit eine Korrelation vorliegt. Beispielsweise ist der Schwellwert so gewählt, dass dieser für eine Kohärenz-Schätzung verwendet werden kann, die sich an die Korrelationsanalyse anschließt.

Bei der Korrelationsanalyse lassen sich Rekonstruktionsvolumina der entsprechenden Signalpulse als Merkmale heranziehen. Generell kann ein Rekonstruktionsvolumen aus Voxeln aufgebaut sein, also voluminösen Pixeln. Aus den beiden Rekonstruktionsvolumina lässt sich ein Kohärenzvolumen berechnen, über das eine Maske für die Kleidung erzeugt wird. Dabei wird, wie bereits erläutert, eine frequenzunabhängige Kohärenzschätzung der Rekonstruktionsvolumina durchgeführt, insbesondere für jeden Voxel. Sofern der dabei geschätzte Kohärenzwert unterhalb des Schwellwerts liegt, wird der entsprechende Voxel gleich Null gesetzt, sodass er keinen Beitrag zur entsprechenden Maske leistet. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Maske tatsächlich nur Bereiche umfasst, die einen frequenzabhängigen Reflexionsgrad aufweisen, wie Kleidungsstücke bzw. deren Falten. Die Maske kann entweder für die dreidimensionalen Daten direkt verwendet werden oder für die projizierten Datensätze, also den MIP-Daten.

Zudem kann über das Rekonstruktionsvolumen des Signalpulses bei der größten Mittenfrequenz eine Maske für Rauschen generiert werden. Die Maske für Rauschen sowie die Maske für Kleidung können gleichzeitig angewendet werden, um entsprechende Bereiche zu maskieren, also Rauschbereiche und Kleidungsbereiche, sodass das Risiko einer Fehleinschätzung minimiert wird.

Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zur Detektion dünner dielektrischer Schichten an einem zu untersuchenden Objekt bereit, bei dem ein gepulstes Radarsignal ausgesandt wird, das vom zu untersuchenden Objekt reflektiert wird, sodass ein Reflexionsspektrum entsteht, das mittels einer Laufzeitanalyse ausgewertet wird, um einzelne, überlagerte Signalpulse im Reflexionsspektrum hinsichtlich der Phaseninformation auszuwerten, wobei zwischen linearen Phasenverläufen und nichtlinearen Phasenverläufen unterschieden wird. Generell lassen sich so dielektrische Schichten, wie Sprengstofflagen, detektieren, auch wenn diese sehr dünn sind und unterhalb der Entfernungsauflösung des Radarsignals liegen. Aufgrund der zusätzlichen dielektrischen Schicht ergeben sich Mehrfachreflexionen, die entsprechend zu mehreren Signalpulsen im Reflexionsspektrum führen, deren Phaseninformationen anders sind. Das reflektierte Radarsignal wird also hinsichtlich seiner Phaseninformationen ausgewertet, um lineare bzw. nichtlineare Phasenverläufe zu erfassen.

Zudem können hierdurch dielektrische Beschichtungen von Materialien im Bereich zerstörungsfreier Prüfung untersucht werden. Demnach können Qualitätsprüfungen von Material und Oberflächen durchgeführt werden. Beispielsweise werden Abweichungen von Lack- und Beschichtungsdicken erfasst.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

  • - 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
  • - 2 eine Maximumintensitätsprojektion bei einer Messfrequenz,
  • - 3 eine Darstellung mit vier unterschiedlichen Reflexionsspektren über die Frequenz für Haut, Kleidung, Sprengstoff und Messer,
  • - 4 eine Übersicht von dreidimensionalen Reflexionsspektren über die Frequenz pro Voxel für Haut, Kleidung, Sprengstoff und Messer,
  • - 5 eine Maximumintensitätsprojektion bei einem ersten Signalpuls bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen,
  • - 6 eine Maximumintensitätsprojektion bei einem zweiten Signalpuls bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen,
  • - 7 eine Maximumintensitätsprojektion bei einem dritten Signalpuls bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen,
  • - 8 eine Maximumintensitätsprojektion bei einem vierten Signalpuls bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen,
  • - 9 eine Übersicht, die die Ermittlung der Masken und deren Anwendung darstellen,
  • - 10 eine Maximumintensitätsprojektion eines Differenzvolumens, und
  • - 11 eine Übersicht zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion dünner dielektrischer Schichten an einem zu untersuchenden Objekt.

In 1 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, die ein Radarsystem 12 umfasst. Bei der Vorrichtung 10 handelt es sich um einen Sicherheitsscanner zur Personenkontrolle, der beispielsweise an einem Flughafen oder an einem anderen sicherheitsrelevanten Gebäude eingesetzt wird.

Das Radarsystem 12 umfasst eine Sendeeinheit 14, die Radarsignale emittieren kann. Beispielsweise ist die Sendeeinheit 14 eingerichtet, um ein gepulstes Radarsignal auszusenden, das zumindest zwei Signalpulse unterschiedlicher Mittenfrequenz umfasst. Die Sendeeinheit 14 kann mehre Transmissionsantennen aufweisen, die beispielsweise verteilt an einem Panel 15 der Vorrichtung 10 angeordnet sind.

Ferner weist die Vorrichtung eine Empfangseinheit 16 auf, die eingerichtet ist, die von einem zu untersuchenden Objekt, beispielsweise einer Person, reflektierten Radarsignale zu empfangen, die von der Sendeeinheit 14 ausgesandt worden sind. Die Empfangseinheit 16 kann mehrere Empfangsantennen umfassen, die ebenfalls verteilt am Panel 15 angeordnet sind.

Generell können die Sendeeinheit 14 und/oder die Empfangseinheit 16 auch an zwei oder mehr Panels vorgesehen sein, die beispielsweise gegenüberliegend angeordnet sind, um die Vorrichtung 10 auszubilden.

Zudem ist eine Analyseeinheit 18 vorgesehen, die mit der Empfangseinheit 16 gekoppelt ist, sodass die von der Empfangseinheit 16 empfangenen Daten an die Analyseeinheit 18 zur Analyse übermittelt werden.

Zudem kann die Vorrichtung 10 eine Steuereinheit aufweisen, über die die Sendeeinheit 14 angesteuert wird. Die Steuereinheit kann separat ausgebildet sein oder als Teil der Analyseeinheit 18, sodass eine Steuer- und Auswerteeinheit 20 vorgesehen ist.

Zudem umfasst die Vorrichtung 10 eine Anzeigeeinheit 22, über die einem Bediener der Vorrichtung 10 die empfangenen und ausgewerteten Daten, also die verarbeiteten Daten, angezeigt werden können.

Mit der Vorrichtung 10 lässt sich ein Verfahren zur Detektion von Kleidungsreflexionen bei einem zu untersuchenden Objekt durchführen, beispielsweise einer zu untersuchenden Personen.

Hierzu wird ein gepulstes Radarsignal über die Sendeeinheit 14 ausgesandt, das auf das zu untersuchende Objekt trifft. Das gepulste Radarsignal umfasst zumindest zwei Signalpulse unterschiedlicher Mittenfrequenz. Es werden also zwei unterschiedliche Signalpulse mit unterschiedlicher Frequenz kurz hintereinander ausgesandt, sodass beide Signalpulse Teil des gepulsten Radarsignals sind. Das vom zu untersuchenden Objekt reflektierte Radarsignal wird entsprechend von der Empfangseinheit 16 erfasst, also das Reflexionsspektrum des gepulsten Radarsignals, wobei das Reflexionsspektrum anschießend von der Analyseeinheit 18 ausgewertet wird.

Das von der Sendeeinheit 14 ausgesandte gepulste Radarsignal kann eine Gesamtbandbreite von beispielsweise 10 GHz haben, wobei die jeweiligen Signalpulse entsprechend eine Teilbandbreite aufweisen. Beispielsweise sind zwei Signalpulse vorgesehen, die jeweils eine Teilbandbreite von 5 GHz haben.

Generell kann es sich bei dem gepulsten Radarsignal um ein Signal handeln, das einen Frequenzbereich von 60 GHz bis 90 GHz abdeckt, insbesondere von 70 GHz bis 80 GHz.

Bei der Auswertung des erfassten Reflexionsspektrums kann eine Maximumintensitätsprojektion (MIP) des erfassten Reflexionsspektrums durchgeführt werden, um eine zweidimensionale Projektion des Reflexionsspektrums zu erhalten, also der dreidimensionalen Daten. Eine derartige Maximumintensitätsprojektion ist in 2 beispielhaft gezeigt, bei der ein Unterkörper einer zu untersuchenden Person dargestellt ist.

Generell geht aus der 2 hervor, dass unterschiedliche Bereiche im Reflexionsspektrum einen unterschiedlichen Reflexionsgrad aufweisen, sodass es schwierig ist, verbotene Gegenstände zu erkennen. In der in 2 gezeigten Maximumintensitätsprojektion sind unterschiedliche Bereiche mit Rechtecken gekennzeichnet, um das Reflexionsverhalten von Sprengstoff 24, Haut 26, einer Kleidungsfalte 28 und einem Messer 30 zu verdeutlichen, die die Person in der Darstellung trägt. Bei dem Sprengstoff handelt es sich um ein Sprengstoff-Surrogat.

Aus der Darstellung ist zu entnehmen, dass die Kleidungsfalte 28 nur schwer von einem Messer 30 zu unterscheiden ist. Demnach ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass eine Person bei der Personenkontrolle aufgrund einer Kleidungsfalte 28 kontrolliert werden würde, auch wenn sie kein Messer bei sich hat.

Zur Unterscheidung von Kleidung gegenüber gefährlichen Gegenständen, die es bei der Personenkontrolle zu identifizieren gilt, umfasst das gepulste Radarsignal wenigstens zwei Signalpulse mit unterschiedlicher Mittenfrequenz, sodass die zu untersuchende Person mit wenigstens zwei unterschiedlichen Frequenzen untersucht wird, wobei die Signalpulse jeweils einen Datensatz generieren, die ausgewertet werden.

In den 3 und 4 ist das Reflexionsverhalten von Haut, einer Kleidungsfalte, Sprengstoff und einem Messer über die Frequenz im Frequenzbereich von 70 GHz bis 80 GHz dargestellt. In 3 wurde das Reflexionsverhalten anhand einer zweidimensionalen Projektion ermittelt, beispielsweise einer Maximumintensitätsprojektion, wohingegen in 4 das Reflexionsverhalten über das Volumen dargestellt ist, also als dreidimensionales Reflexionsverhalten.

Aus den 3 und 4 geht hervor, dass die Kleidungsfalte im Gegensatz zu Haut, Sprengstoff und dem Messer, also Metall, ein frequenzabhängiges Reflexionsverhalten (Reflexionsgrad) aufweist.

Dementsprechend ändert sich das Reflexionsspektrum bei den beiden Signalpulsen mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen im Bereich von Kleidung stärker als in Bereichen, bei denen das Radarsignal von Haut, Sprengstoff oder Metall reflektiert wird. Aufgrund des gepulsten Radarsignals, das wenigstens zwei Signalpulse mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen aufweist, lässt sich also feststellen, ob es sich bei dem reflektierenden Bereich um Kleidung handelt oder nicht. Insbesondere kann so eine Kleidungsfalte von einem Messer unterschieden werden.

In den 5 bis 8 sind vier unterschiedliche Maximumintensitätsprojektionen dargestellt, die mittels eines anderen Signalpulses eines gepulsten Radarsignals erfasst worden sind. Das gepulste Radarsignal umfasst demnach vier unterschiedliche Signalpulse, die jeweils einen Datensatz zur Folge haben, aus denen die entsprechend dargestellten Maximumintensitätsprojektionen generiert worden sind.

In dem gezeigten Beispiel umfasst das gepulste Radarsignal eine Bandbreite von 10 GHz, da das gepulste Radarsignal den Frequenzbereich von 70 GHz bis 80 GHz abdeckt. Die vier Signalpulse weisen jeweils eine Teilbandbreite von 2,5 GHz auf, sodass die Gesamtbandbreite des gepulsten Radarsignals in vier gleich große Teilbandbreiten unterteilt ist. Die Mittenfrequenzen der jeweiligen Signalpulse sind somit ebenfalls um jeweils 2,5 GHz voneinander beabstandet.

In 5 ist die Maximumintensitätsprojektion für den ersten Signalpuls mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 71,25 GHz gezeigt, wohingegen in 6 die Maximumintensitätsprojektion für den zweiten Signalpuls mit einer Mittenfrequenz von ungefähr 73,75 GHz gezeigt ist. In den 7 und 8 sind die Maximumintensitätsprojektionen für den dritten und den vierten Signalpuls gezeigt, die eine Mittenfrequenz von ungefähr 76,25 GHz bzw. 78,75 GHz aufweisen.

Aus den unterschiedlichen Maximumintensitätsprojektionen, die in den 5 bis 8 gezeigt sind, geht bereits hervor, dass sich der Reflexionsgrad bestimmter Bereiche mit der Frequenz stärker verändert als der Reflexionsgrad anderer Bereiche. Somit gibt es Bereiche, die eine Frequenzabhängigkeit aufweisen, und Bereiche, die keine oder nur eine sehr geringe Frequenzabhängigkeit haben.

Es lassen sich nun mehrere Maximumintensitätsprojektionen überlagern, sodass Bereiche ermittelt werden können, die einen frequenzunabhängigen Reflexionsgrad haben.

Beispielsweise lassen sich die Maximumintensitätsprojektion des ersten Signalpulses, der in 5 dargestellt ist, und die Maximumintensitätsprojektionen des dritten Signalpulses und des vierten Signalpulses übereinanderlegen, die in den 7 und 8 dargestellt sind. Die einzelnen Maximumintensitätsprojektionen können dabei unterschiedlichen Kanälen zugeordnet werden, beispielsweise einem roten Kanal, einem grünen Kanal sowie einem blauen Kanal, sodass aus den drei Maximumintensitätsprojektionen ein RGB-Bild erzeugt werden kann.

Die Bereiche, die einen frequenzabhängigen Reflexionsgrad aufweisen, erscheinen dementsprechend im RGB-Bild farbig, wohingegen Bereiche weiß erscheinen, deren Reflexionsgrad keine Frequenzabhängigkeit oder nur eine sehr geringe Frequenzabhängigkeit hat. Somit wird Kleidung im RGB-Bild farbig darstellt.

Zudem können zwei Signalpulse verwendet werden, um zumindest eine Maske für die Kleidung zu generieren. Beispielsweise werden die Signalpulse mit der kleinsten Mittenfrequenz und der größten Mittenfrequenz hierzu verwendet, was in 9 dargestellt ist.

In den in den 5 bis 8 gezeigten Beispielen der vier Signalpulse würden dementsprechend die in 5 gezeigte Maximumintensitätsprojektion des ersten Signalpulses und die in 8 gezeigte Maximumintensitätsprojektion des vierten Signalpulses verwendet werden, um hieraus eine Maske für die Kleidung zu erzeugen.

Die Maximumintensitätsprojektion des ersten Signalpulses ist in 9 unten links dargestellt, wohingegen die Maximumintensitätsprojektion des vierten Signalpulses in 9 oben links dargestellt ist. Die Differenz der Mittenfrequenzen dieser beiden Signalpulse ist bezogen auf das gepulste Radarsignal maximal, sodass sich das frequenzabhängige Reflexionsverhalten der Kleidung stark verändert. Dementsprechend lassen sich die Bereiche der Kleidung in automatisierter Weise detektieren, um eine Maske für die Kleidung zu generieren.

Beispielsweise wird hierbei eine Korrelationsanalyse der beiden Datensätze durchgeführt, also die zum ersten Signalpuls (5) und die zum vierten Signalpuls (8), wobei entsprechende Rekonstruktionsvolumina der Datensätze als Parameter verwendet werden, insbesondere für einzelne Voxel, also voluminöse Pixel. An die Korrelationsanalyse schließt sich eine Kohärenz-Schätzung an. Dies geschieht in einer ersten Verarbeitungsstufe 32 der Analyseeinheit 18, in der auch ein entsprechendes Kohärenzvolumen ermittelt wird.

Das entsprechende Kohärenzvolumen wird dann zur Ermittlung der Maske für Kleidung in einer zweiten Verarbeitungsstufe 34 der Analyseeinheit 18 herangezogen. Dabei ist ein Schwellwert vorgesehen, der bei der Kohärenz-Schätzung für jeden Voxel zumindest erreicht werden muss, da der Voxel der Maske sonst zu Null gesetzt wird. Hierüber ergibt sich entsprechend die Maske für die Kleidung.

Die Maske für die Kleidung kann direkt für die Volumendaten (dreidimensionale Daten) vorgesehen sein und/oder für die Daten der Maximumintensitätsprojektion (MIP-Daten). Die entsprechende Maske lässt sich ebenfalls projizieren bzw. rekonstruieren.

Zudem wird eine Maske für Rauschen in einer dritten Verarbeitungsstufe 36 der Analyseeinheit 18 ermittelt, die in der gezeigten Ausführungsform aus dem Datensatz des vierten Signalpulses (8) berechnet wird, also dem Datensatz des Signalpulses mit der höchsten Mittenfrequenz im gepulsten Radarsignal.

Die entsprechend ermittelten Masken werden dann auf eine der Maximumintensitätsprojektionen angewandt, um das Rauschen und die Kleidung zu maskieren. Dies geht anschaulich aus der rechten Seite der 9 hervor, in der derselbe Datensatz anhand der entsprechenden Maximumintensitätsprojektion vor und nach Maskierung gezeigt ist. Ein Vergleich der beiden Darstellungen verdeutlicht, dass die Maskierung die Kleidungsreflexionen deutlich reduziert. Dies lässt sich insbesondere an den Rändern der dargestellten Hosenbeine erkennen.

In 10 ist zudem eine Darstellung einer Maximumintensitätsprojektion gezeigt, die die Differenz der beiden in 9 dargestellten Darstellungen wiedergibt. Diese Maximumintensitätsprojektion kann als entsprechende Maske für die Maximumintensitätsprojektionen aufgefasst werden, die zuvor in der Analyseeinheit 18 generiert wurde.

Es ist somit möglich, eine Personenkontrolle schneller und effizienter durchzuführen, da etwaige Fehlalarme aufgrund der Erfassung und Maskierung von Kleidungsreflexionen reduziert werden können.

Neben der Detektion von Kleidung und deren optionalen Maskierung kann vorgesehen sein, dass das gepulste Radarsignal zur Erkennung von dünnen dielektrischen Schichten verwendet wird. Bei dünnen dielektrischen Schichten handelt es sich beispielsweise um Sprengstoff-Schichten.

Generell lassen sich jedoch auch dielektrische Beschichtungen von Materialien im Bereich zerstörungsfreier Prüfung untersuchen. Demnach können Qualitätsprüfungen von Material und Oberflächen durchgeführt werden. Beispielsweise werden Abweichungen von Lack- und Beschichtungsdicken erfasst.

Hierbei werden die Phaseninformationen des reflektierten Radarsignals extrahiert und analysiert, wobei lineare Phasengänge und nichtlineare Phasengänge erfasst werden. Hierzu wird das reflektierte Radarsignal bzw. das entsprechende Reflexionsspektrum zunächst mittels einer Fourier-Transformation zerlegt, um die Phaseninformation zu enthalten (Unwrapping). Anschließend kann auf den Verlauf des Phasengangs über die entsprechende Steigung der entsprechenden Phaseninformationen (1. Ableitung), deren Krümmung (2. Ableitung) und/oder deren Standardabweichung geschlossen werden.

In 11 ist dies beispielhaft für Haut (11a) und eine unter der Kleidung getragene Sprengstoffschicht (11b) gezeigt.

Die unterschiedlichen Phasenverläufe werden hierbei aufgrund der unterschiedlichen Steigung sowie der unterschiedlichen Standardabweichung deutlich, da mehrere Einzelpulse aufgelöst sind.

Generell kann das gepulste Radarsignal bei dem Verfahren zur Detektion von dünnen dielektrischen Schichten nur einen Signalpuls mit einer bestimmten Mittenfrequenz aufweisen. Mit dem Verfahren lassen sich dünne dielektrische Schichten erkennen, deren Dicke unterhalb der Entfernungsauflösung des Radarsignals liegt.

Die Phaseninformationen lassen sich über eine Laufzeitanalyse des erfassten Reflexionsspektrums gewinnen, bei der beispielsweise eine Fourier-Transformation angewandt wird, insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation. Hierüber können dielektrische Schichten von Metall oder Haut oder anderen Materialien unterschieden werden (siehe 11). Bei der Erkennung der dielektrischen Schichten wird somit eine Fourier-Transformation, insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation („Fast Fourier Transformation“ - FFT), auf den erfassten Datensatz angewandt.

Es kann zudem eine Schwerpunktbestimmung des Reflexionsspektrums des reflektierten Radarsignals vorgenommen werden.

Generell wird die Fourier-Transformation auf das Entfernungsprofil an den entsprechenden Pixelpositionen der erfassten Daten angewandt. Anschließend wird die Phaseninformation abgewickelt (Unwrapping). Die Phaseninformation wird dann entsprechend im relevanten Frequenzbereich analysiert, um einen linearen bzw. nichtlinearen Phasenverlauf zu ermitteln.

Das Reflexionsspektrum von Metall und Haut ohne überlagerte dielektrische Schicht weist einen linearen Phasengang auf, wohingegen eine im erfassten Bereich des Radarsignals (in Ausbreitungsrichtung des Radarsignals) zusätzliche dielektrische Schicht einen nichtlinearen Phasengang des Reflexionsspektrums zur Folge hat, der unter anderem aufgrund von Mehrfachreflexionen auftritt.

Die dielektrische Schicht erzeugt somit einen reflektierten Signalpuls der sich mit den anderen reflektierten Signalpulsen überlagert, die von der Haut, einem Metall oder einem anderem Material stammen, sodass sich ein reflektierter Summenpuls ergibt. Der Summenpuls besteht jedoch aus einzelnen reflektierten Signalpulsen, die eine unterschiedliche Phaseninformation haben.

Über die Phaseninformation ist es also möglich, dünne dielektrische Schichten zu erkennen.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung ist somit zusätzlich gewährleistet, dass sehr dünne dielektrische Schichten erfasst werden können.