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旅客安检新技术探讨与未来展望

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同方威视技术股份有限公司(以下简称同方威视)电磁感知事业部副总经理金颖康,日前在第六届中国民用机场安全(安保)大会期间针对民航旅客安检新技术进行了探讨。金颖康从安检成像技术图像识别技术两大方面展开了详细的介绍,同时,就技术发展到一定瓶颈的时候,如何通过产品的设计细节来提升检查效率和平衡检查效果进行了分享。

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近些年,旅检通道对旅客人身检查成为了安检的新热点。传统针对旅客人体安全检查的方式是用金属探测门加人工手检进行的,这样不仅存在身体接触问题,还存在无法探测非金属危险物品、误报率高等问题。为此,全面化、人性化、智能化、集成化的新型成像式人体检查设备成为了旅客检查的新需求。

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首先,新型成像式人体检查设备对旅客人身检查的时候,检查的对象不限于金属,还包括陶瓷刀、爆炸物、毒品等非金属违禁品;其次,检查过程中不与旅客发生身体接触、检查快、保护隐私;第三,检查结果由机器自动给出结论,最后与旅客的身份信息、各种历史信息、物品信息进行无缝连接。也就是通过设备对旅客进行检查,得到一个图像,然后在图像上检查看有没有什么东西。如果能够得到非常清晰的图像,计算机又非常聪明,把人有没有带违禁品全部分析出来,这应该说是可以比较好的满足旅客检查需求的。

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在过去的这些年里,我们的成像技术和识别技术都得到了很好的发展。接下来,我将在这两个方面给大家进行介绍。

人体安检成像技术发展与应用

我们十多年前就开始研究人体成像技术,2007年是利用X射线进行透视,但存在X射线的剂量问题;2009年,我们着手研究X射线背散射成像技术,它不会穿透人体,能够获得比透视更低的辐射剂量,这项技术曾在美国机场得到过应用,但是最终还是因为电离辐射和隐私问题被撤出;同年,我们开始研究基于电磁辐射的成像技术,并研制成功被动式毫米波成像样机;2012年研制完成主动式毫米波成像样机;2014年开始被动式太赫兹成像技术研发。

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其中,毫米波与太赫兹波这两个定议是分别从波长和频率的角度来描述电磁波,并非两种完全不同的技术,它们在波谱上也有重合,毫米波的波长在1mm-10mm之间,太赫兹波是0.1THz(100GHz)-10THz之间(重合区域为波长3mm到1mm即频率100GHz到300GHz范围内的电磁波),大体上看,太赫兹波比毫米波波长更短,频率更高,如果是相同的成像机制,太赫兹能够获得更清晰的成像。

被动式和主动式两种成像方式,则导致主动式的成像方式会比被动式获得更清晰的图像效果。所以目前的产品中,主动式毫米波的成像效果,会优于被动式太赫兹。

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总之,由于电离辐射的问题,X射线类的成像技术可以应用于一些特殊的场合,但对旅检通道可能不太适合;而毫米波和太赫兹,被动式的成像虽然能够呈现快速的成像,但图像分辨率通常在厘米量级,所以不太适合在旅检通道进行精检。最终主动式的太赫兹技术将成为更先进的成像方式,不过目前它还处于实验室阶段,市面上还没有基于这个技术的产品出来,当前市面上大多为主动式的毫米波产品。

图像识别技术发展与应用

安检有一个很重要的环节就是判图,这个过程我们希望由计算机自动完成。得益于近几年人工智能技术的快速发展,计算机自动判图的准确率大大提升,达到了可以实际应用的水平。

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近几年人工智能技术的一个重要进展就是深度学习算法。与传统的机器学习算法相比,深度学习使用深层的神经网络取代了人工提取图像特征的过程,在图像识别相关的多个领域都取得了很好的应用效果。当然,由于使用了更大更深的神经网络,训练需要大量的数据,所以要使用这个先进的算法首先要解决的就是如何获得大量图像样本的问题。

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我们采集了很多种违禁品嫌疑物的图像信息,针对不同人在各种不同部位携带各种不同的物品,获得大量的数据,并通过一些手段进行数据生成和增广,然后把这些数据应用在很深的神经网络上进行训练。随着数据量的增大和网络模型的优化,可以得到准确率更高的算法。

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这里说的“准确率高”有两个含义:

一是检出率高,同时误报率低。也就是说算法的提升,应该是提升检出率的同时降低误报率,这才是更好的算法。

二是算法确定以后,仍然需要平衡检出率与误报率的关系,也就是检查效果与检查效率之间的关系。如果对每个人都检查的非常细致非常严的话,检查效果更好,但检查效率会降低。这个平衡不是技术手段能突破的,在技术发展到一定程度的时候,我们需要通过对产品的优化,平衡检查效果和检查效率。

如何平衡检查效果与检查效率的关系呢?

首先,我们对算法进行了分档,如果需要进行非常细致的检查的时候,可以选择一种检出率很高的算法,如果不用那么细致的时候,可以选择一个误报比较低的算法。通过这种动态调整的方式来实现检查效果与检查效率的平衡。当然,这需要融合多元化的信息,比如:航班信息、旅客身份信息、历史记录、行李信息、同行人信息等等,对待检人需要进行检查的严格程度进行分档,随后就可以动态地调整设备进行图像识别时的灵敏度,从而达到平衡检查效果和检查效率的目的。

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其次,我们还设计了可配置多台移动手检站的方式来提升检查效率。当设备在不停工作的时候,每一名旅客的检查结果直接分发到不同的手检站,可以让设备饱满的工作,人员也可以得到高效率的通过。这些设计都是为了在技术提升到一定程度的情况下,尽可能的提升检查效率。

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此外,当技术发展到一定瓶颈的时候,还可以通过产品的设计细节来提升检查效率。比如:我们希望被检人站姿自然,在实际应用时,安检人员通常需要提前指导旅客如何在设备里进行配合,如果旅客站姿自然,检查过程流畅,效率就能大大提升。设备提供商需要从旅客的角度考虑而设计产品的细节,达到提升通过效率的目的。同时,我们在产品设计的时候通过技术融合的方式,在设备底部集成了脚底金属探测模块,减小设备检查盲区,提升检查效果。

技术设想、规划与展望

在未来,我们希望能做出这样的旅客检查设备,既能够实现主动式技术的成像效果(高分辨率、高对比度的图像),又能实现被动式技术的高效通过率(取代人停留的检查方式),对旅客的检查从特检变成普检,从停留式检查变成通过式检查。

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首先,从成像技术角度,我们继续应用没有电离辐射的毫米波、太赫兹技术,使用更高频率、更大带宽的主动式太赫兹成像机制,通过电子扫描、硬件计算等方式实现高清晰度图像的实时呈现,最终获得实时、高清的图像。

随后,在新的成像技术取得突破的同时,我们需要结合其他技术领域的发展成果,把实时高清的安检图像与旅客其它安检信息,如身份信息、历史记录、行李信息、步态、情绪等多种数据信息进行深度融合,实现既细致又快速的检查。

这样一种无感通过式的旅客安检,无论对旅客,还是对安检工作人员,都是一种更好的体验。我们将继续努力,实现技术突破,争取早日实现这种更安全、更舒适、更高效的旅客安检新模式。

助力平安机场,智慧安保

与此同时,第六届中国民用机场安全(安保)大会期间,同方威视还参与了由云南机场集团与蓝盾智慧(深圳)安防咨询有限公司在芒市机场组织的“平安机场,智慧安保”安防新产品新技术示范项目。同方威视的五大类型多款产品受到了芒市机场及与会各大机场的认可与好评。

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同方威视参与示范的产品涵盖:威视IV系列人证核验系列产品、手提行李判图安检质量控制系统、无源痕量爆炸物毒品安全检查设备、潜在情绪识别系统与智能光纤周界报警系统。

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其中,威视IV系列人证核验系列产品采用先进的人脸识别技术,通过将实时自动捕获的高清人脸图像与采集的身份证件照片进行对比,实现人员及所持证件的同一性核验。手提行李判图安检质量控制系统可对旅检行李进行远程实时监控,对开机员识图行为实时同步监控,通过部署在安检机附近的、基于人脸识别技术的注意力监测系统,对安检员的面部表情进行疲劳分析预警和对安检员的工作效率和注意力进行智能分析。TR2000DC台式痕量爆炸物毒品安全检查设备,实现了痕量爆炸物快速、无源、安全检查的功能。潜在情绪识别系统可通过高帧率摄像机视频采集到人的头颈部图像,运用相关算法对采集到头颈部肌肉微振动采样数据进行归纳、统计、对照分析得出相应情绪指数。智能光纤周界报警系统用于机场周界入侵事件预警及探测,提供可靠、高效的机场周界立体全天候安全防护。

【延伸阅读】

同方威视(NUCTECH)源于清华大学,于1997年成立,通过20年快速发展,已成为全球知名的提供安全检测产品和综合解决方案的高科技企业,公司致力于以产品技术引领行业发展,并创造了八大世界第一,包括:世界第一套车载式检查系统、组合式检查系统、液体检查系统、快速检查系统、列车检查系统、双能双视角检查系统、中子/交替双能X射线检查系统、三轨整编列车集装箱检查系统。公司非常注重知识产权的保护,已经在40多个国家申请了近4000件国内外专利。拥有全球化的生产制造基地。在中国、欧洲、南美洲等地均建有生产制造基地。采用同方威视自主创新的MRC生产模式,实现了模块化、快速化、定制化的高效产品生产制造。目前在全球安检市场份额占全球第三,在货物车辆检查系统细分市场连续五年保持全球第一。2016年,同方威视成功进入手提托运行李系统全球前三,并拥有全系列产品线及完整的安检系统解决方案。逐步进入中国乃至全球民航高端安检领域,其系列安检设备目前已装备在全球150多个重点机场。

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