人體安檢系統(tǒng)概念及其中運(yùn)用的技術(shù)

摘 要：美國(guó)“9·11”事件以來(lái)，民航客機(jī)成為恐怖分子開展恐怖活動(dòng)的“有力工具”。在這種不斷惡化的安全形勢(shì)下，人體安檢系統(tǒng)近十年內(nèi)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但仍然是現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)安檢中的薄弱環(huán)節(jié)。文章對(duì)人體安檢系統(tǒng)概念做出解釋，并通過(guò)對(duì)人體安檢領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)的統(tǒng)計(jì)分析，得出近年來(lái)在人體安檢系統(tǒng)中運(yùn)用的三大主流技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行逐一介紹。

關(guān)鍵詞：人體安檢系統(tǒng)，專利分析，太赫茲，毫米波，背散射

中圖分類號(hào)：N04；O44；TP27；X932 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8578（2014）S1-0121-03

The Concept of Body Inspection System and the Use of Technology

WANG Xin

Abstract： Since 9·11， airliner has become a “powerful tool” for terrorists. In this deteriorating security situation， body inspection system has made great progress in last decade， but still a weak link in modern airport security system. This paper explains the concept of body inspection system， discusses the use of three mainstream technologies in recent years through a patented statistical analysis.

Keywords： body inspection system， patent analysis， millimeterwave， THz， backscatter

收稿日期：2014-06-16

作者簡(jiǎn)介：王欣（1986—），男，內(nèi)蒙古包頭人，碩士，審查員，從事安檢設(shè)備、光電檢測(cè)領(lǐng)域的專利實(shí)質(zhì)審查。通信方式：wang_8@sipo.gov.cn。

民用航空自誕生之日起，便不斷受到恐怖主義襲擊的威脅，民航航班經(jīng)常成為某些恐怖組織或個(gè)人達(dá)成其政治或利益訴求的工具。歷史上，中國(guó)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)幾十起劫機(jī)事件，1993年中國(guó)民航出現(xiàn)了駭人聽聞的劫機(jī)潮，當(dāng)年發(fā)生了21起劫機(jī)事件，其中有10起成功劫機(jī)后飛往臺(tái)灣。2001年9月11日，“9·11”事件的發(fā)生更是轟動(dòng)了全世界。

近年來(lái)，隨著恐怖主義活動(dòng)的不斷升級(jí)，國(guó)內(nèi)外劫機(jī)事件頻發(fā)。2014年3月8日，馬來(lái)西亞航空MH370航班與地面失去聯(lián)絡(luò)，目前該航班已確認(rèn)墜毀且無(wú)人生還。調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有兩位乘客持假護(hù)照順利登機(jī)，且尚不明確其是否攜帶違禁物品登機(jī)，雖然目前無(wú)法證實(shí)航班失聯(lián)與此有關(guān)，但此次失聯(lián)事件揭示了人體安檢系統(tǒng)依然是現(xiàn)代機(jī)場(chǎng)安檢中的薄弱環(huán)節(jié)。

一 人體安檢系統(tǒng)的概念

人體安檢系統(tǒng)，全稱為“人體安全檢查系統(tǒng)”，國(guó)內(nèi)安檢領(lǐng)域還稱為“人體檢查系統(tǒng)”。人體安檢系統(tǒng)是采用非接觸的方式對(duì)人體所攜帶或藏匿的危險(xiǎn)物品進(jìn)行檢查的系統(tǒng)。常見的危險(xiǎn)物品包括爆炸物、槍支、刀具、毒品、核材料以及液體等。早期的機(jī)場(chǎng)人體檢查操作，依賴于人工搜身結(jié)合簡(jiǎn)單的手持金屬探測(cè)器的方式進(jìn)行，這樣不僅嚴(yán)重侵犯了旅客的隱私，而且也降低了安檢速度，并且由于難以可靠檢查隱私部位，從而依然存有安全漏洞[1]。

人體安檢系統(tǒng)與技術(shù)成熟可靠的行李安檢系統(tǒng)相比，最突出的區(qū)別在于前者要盡量避免使人體接受過(guò)量輻射，但對(duì)于行李安檢領(lǐng)域所采用的技術(shù)而言，較低的輻射能量與提高系統(tǒng)的辨識(shí)度是一對(duì)矛盾，這迫使人體檢查系統(tǒng)領(lǐng)域的科研技術(shù)人員尋求其他行之有效的技術(shù)手段。

二 人體檢查系統(tǒng)中運(yùn)用的技術(shù)

通常而言，專利申請(qǐng)的產(chǎn)出源自于技術(shù)產(chǎn)出，因此從近幾年公開的專利文獻(xiàn)中可以看出人體安檢系統(tǒng)中所用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，專利申請(qǐng)的產(chǎn)出還反映了申請(qǐng)人的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入某一市場(chǎng)的意愿，也就是說(shuō)專利文獻(xiàn)所公開的技術(shù)內(nèi)容很大程度上反映了進(jìn)入市場(chǎng)的相關(guān)產(chǎn)品所運(yùn)用的技術(shù)。

通過(guò)對(duì)全球范圍內(nèi)2000—2013年公開的專利文獻(xiàn)進(jìn)行分析，能夠統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前人體安檢系統(tǒng)領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于對(duì)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)和VEN數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索，通過(guò)對(duì)檢索獲得的128篇專利文獻(xiàn)進(jìn)行技術(shù)分類，獲得人體安檢系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)用分布圖，如圖1所示。

圖1 人體安檢系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)用分布

通過(guò)對(duì)專利文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)，自2001年“9·11”事件發(fā)生以來(lái)，人體安檢系統(tǒng)領(lǐng)域的專利產(chǎn)出迅速增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)速度超過(guò)行李安檢系統(tǒng)。本文中的專利產(chǎn)出年份是指最早優(yōu)先權(quán)年。

根據(jù)圖1可知，2000年以來(lái)人體安檢系統(tǒng)所采用的技術(shù)，占主導(dǎo)地位的是太赫茲成像技術(shù)（26%）、毫米波成像技術(shù)（22%）以及背散射成像技術(shù)（22%）。較早問世的單能X射線成像技術(shù)（18%）以及磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)（5%）仍然占據(jù)一定比例，這反映出雖然這兩項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)已經(jīng)趨于完善，但作為人體安檢系統(tǒng)中廣泛使用且成本低廉的技術(shù)，其仍將維持慢速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)被完全取代。其他技術(shù)包括雙能/多能X射線透射技術(shù)、多視角技術(shù)、離子遷移譜探測(cè)技術(shù)、利用合成孔徑雷達(dá)探測(cè)技術(shù)以及核磁共振等，這些技術(shù)只在某些年份有零星產(chǎn)出，其在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將作為三大主流技術(shù)的補(bǔ)充而存在。以下就人體安檢系統(tǒng)所采用的太赫茲成像、毫米波成像以及背散射成像等三大主流技術(shù)進(jìn)行分別介紹。

（一）太赫茲成像技術(shù)

太赫茲成像是利用THz輻射（通常指的是波長(zhǎng)在3μm至3mm區(qū)間的遠(yuǎn)紅外電磁輻射）作為信號(hào)源進(jìn)行成像的一種技術(shù)。研究表明，大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)的太赫茲光譜具有“指紋”特性，利用太赫茲技術(shù)可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)成分的鑒別。太赫茲輻射對(duì)于衣物等材料有很強(qiáng)的穿透力，能夠探測(cè)隱藏的違禁品，且沒有X射線的致電離性，不會(huì)對(duì)材料和人體造成傷害。這些獨(dú)特的性質(zhì)使得太赫茲成像在安全檢查領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景[2]。

太赫茲成像技術(shù)相關(guān)專利在2004年至2006年出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，僅2004年就產(chǎn)出14件。由于太赫茲并非新技術(shù)，而是將較為成熟的技術(shù)運(yùn)用到人體安檢中，因此經(jīng)過(guò)短暫的專利高速產(chǎn)出后增長(zhǎng)放緩，目前該技術(shù)已趨于成熟。

以2010年公開的美國(guó)專利文獻(xiàn)US2010/0013920A1為例，其公開了一種利用太赫茲成像的人體安檢系統(tǒng)，其使用最高2THz的電磁輻射，通過(guò)改進(jìn)的圖像處理方法，提供更好的檢查準(zhǔn)確性和有效性，同時(shí)提高安檢效率。該專利的專利權(quán)人為美國(guó)L3公司，該公司在太赫茲人體安檢領(lǐng)域擁有眾多專利，占到這一細(xì)分領(lǐng)域全球?qū)＠a(chǎn)出的80%以上。

（二）毫米波成像技術(shù)

毫米波成像利用波長(zhǎng)范圍在1mm～10mm之間，頻率介于30GHz～300GHz之間的電磁波進(jìn)行掃描。毫米波可以穿透被檢查者的衣物，而這種電磁波在遇到人體皮膚或各種危險(xiǎn)物品時(shí)則會(huì)部分反射回去，成像系統(tǒng)根據(jù)接收到的反射波重建三維人體掃描圖像。利用這種方法可以讓安檢人員透過(guò)旅客的衣服發(fā)現(xiàn)藏匿其中的危險(xiǎn)物品[3]。

毫米波成像技術(shù)相關(guān)專利在2003年至2012年呈現(xiàn)線形增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，可見該技術(shù)仍處于持續(xù)改進(jìn)的階段，可預(yù)計(jì)未來(lái)其仍將是研發(fā)熱點(diǎn)之一。

以2012年公開的美國(guó)專利US2012/0146832A1為例，其公開了一種利用毫米波成像的人體安檢系統(tǒng)。傳統(tǒng)毫米波檢測(cè)中，某一深度層的弱反射物體的信號(hào)會(huì)被其他深度層的強(qiáng)反射物體的信號(hào)掩蓋而無(wú)法探測(cè)到，如薄膜的塑膠炸藥。該專利文獻(xiàn)中，發(fā)射天線發(fā)射的毫米波經(jīng)過(guò)聚焦元件聚焦到檢查對(duì)象的不同深度層上，分別獲得不同層的信息，而不受其他層的干擾，提高了對(duì)危險(xiǎn)物的辨識(shí)能力。該專利的專利權(quán)人為Smiths Heimann公司，該公司在毫米波人體安檢領(lǐng)域擁有較多專利，占到這一細(xì)分領(lǐng)域全球?qū)＠a(chǎn)出的50%左右。

（三）背散射成像技術(shù)

背散射成像技術(shù)利用一定能量的X射線照射人體，收集從人體表面散射返回的X射線，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到人體表面圖像。根據(jù)X 射線光子與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)的康普頓效應(yīng)，當(dāng)X射線遇到低原子序數(shù)的物質(zhì)時(shí)散射較為強(qiáng)烈，遇到高原子序數(shù)物質(zhì)時(shí)散射的相對(duì)少一些。因此，測(cè)量不同散射位置所對(duì)應(yīng)的散射光子數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和重建，形成圖像后，比人體原子序數(shù)高的那些物質(zhì)（如金屬、陶瓷等）在圖像上將比正常人體更暗，比人體原子序數(shù)低的那些物質(zhì)（如爆炸物、毒品等）在圖像上將比正常人體更亮，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體表面攜帶物的非接觸式檢查[4]。

自20世紀(jì)80年代起直至2012年，背散射成像技術(shù)保持了較高熱度的持續(xù)產(chǎn)出，可預(yù)見未來(lái)該項(xiàng)技術(shù)仍將是研發(fā)熱點(diǎn)。目前，采用背散射成像技術(shù)的人體安檢系統(tǒng)已經(jīng)服役于世界各大機(jī)場(chǎng)，實(shí)際應(yīng)用的廣泛程度超過(guò)太赫茲成像和毫米波成像技術(shù)。值得一提的是，我國(guó)科研人員近來(lái)成功研制出太赫茲成像人體安檢系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。

以2011年公開的PCT國(guó)際申請(qǐng)WO2011/063059A1為例，其公開了一種利用背散射成像的人體安檢系統(tǒng)。通常的人體檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)穿在乘客腳上的鞋檢測(cè)能力不強(qiáng)或誤報(bào)率高，經(jīng)常需要乘客脫鞋檢查，效率低下。該專利文獻(xiàn)采用背散射成像技術(shù)與金屬探測(cè)器相結(jié)合，利用對(duì)左右鞋的背散射圖像不對(duì)稱的檢測(cè)，判斷片狀爆炸物的存在。該專利的專利權(quán)人為RAPISCAN公司，該公司在背散射成像人體安檢領(lǐng)域擁有眾多專利，占到這一細(xì)分領(lǐng)域全球?qū)＠a(chǎn)出的70%以上。

參考文獻(xiàn)

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