用于下一代安全傳感器和篩選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決方案

安全問題是推動(dòng)新傳感器技術(shù)發(fā)展的最古老的動(dòng)力之一。從過去的老式電線到現(xiàn)代的嗅覺信息素探測器，需要知道某人在場的時(shí)間，或者有人隨身攜帶的東西，對于抵御潛在威脅至關(guān)重要。

本文看起來可用于下一代安全傳感器和篩選系統(tǒng)的技術(shù)和組件。它將探索開發(fā)的實(shí)時(shí)傳感器系統(tǒng)，以提取和驗(yàn)證身份，并確定他們攜帶的個(gè)人或物質(zhì)是否具有潛在危險(xiǎn)性。作為一個(gè)例子，我們將考慮用于下一代TSA篩選站的設(shè)計(jì)解決方案。一項(xiàng)重大責(zé)任

做出良好的安全決策涉及信息技術(shù)與現(xiàn)實(shí)的成功結(jié)合。時(shí)間傳感器數(shù)據(jù)。由于可以偽造實(shí)體紙張并且識別卡被盜，因此傳感器技術(shù)的負(fù)擔(dān)越來越大，以提供防篡改手段來準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)地驗(yàn)證某人是他們聲稱的人。更重要的是，生物，輻射和化學(xué)武器等現(xiàn)代威脅的存在意味著傳感器技術(shù)也承擔(dān)著以最小的誤報(bào)來確定和挫敗這些威脅的責(zé)任。

能夠快速稱重諸如背包之類的東西可以為安全提供商提供可能出現(xiàn)故障的第一個(gè)跡象。負(fù)責(zé)為此應(yīng)用開發(fā)基于傳感器的設(shè)計(jì)的工程師可以使用各種現(xiàn)成的組件，例如Microchip MCP3421DM-WS，這是一種實(shí)現(xiàn)完整免費(fèi)參考設(shè)計(jì)的評估板和測試板。這包括原理圖，Gerbers，BOM和代碼。評估板和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能齊全的體重秤，最高可達(dá)2 Kg，靈敏度為1 mV/V。它使用低成本稱重傳感器，但允許接受外部稱重傳感器。該設(shè)計(jì)包含一個(gè)嵌入式微控制器，并使用USB與主機(jī)開發(fā)和測試單元進(jìn)行通信。

另一個(gè)沒有嵌入式處理器的示例來自ADI公司的EVAL-CN0216-SDPZ精確體重評估和演示板。該部件的參考設(shè)計(jì)還包括原理圖，布局和BOM，是該公司“實(shí)驗(yàn)室電路”系列的一部分。該設(shè)計(jì)采用該公司的AD7791 24位Σ-Δ型ADC與外部ADA4528-1零漂移放大器。

高度可能是身份驗(yàn)證中潛在的重要參數(shù)。像一個(gè)杯子高度尺，可以在檢查點(diǎn)找到可見或不可見的比例，例如機(jī)場的TSA檢查點(diǎn)。我們都經(jīng)歷過現(xiàn)代飛點(diǎn)X射線掃描儀，通常會(huì)讓您在掃描過程中將手放在預(yù)先定義的位置。這還可以提供可以進(jìn)行高度讀數(shù)的校準(zhǔn)點(diǎn)。紅外照明器可以讓攝像機(jī)拍攝快照并隱蔽地拾取高度尺。 CCD相機(jī)將拾取紅外輻射并使其在視頻流中可見。另一種解決方案是將刻度蝕刻到鏡頭的標(biāo)線上。

視頻掃描可以捕獲的不僅僅是高度。特寫圖像將允許面部識別軟件獨(dú)立檢查其數(shù)據(jù)庫。與較舊的手動(dòng)照片匹配系統(tǒng)不同，目前的面部識別系統(tǒng)已被證明是有效的執(zhí)法工具，甚至可供私人使用，例如在谷歌眼鏡等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)上實(shí)施的。

視頻 - 參數(shù)提取取決于捕獲高質(zhì)量圖像，然后執(zhí)行邊緣和邊界增強(qiáng)，這帶來了可以數(shù)學(xué)檢查的關(guān)鍵點(diǎn)（圖1）。可以提取眼睛和耳朵中心，面部肌肉跨度，顴骨和其他相當(dāng)容易辨別的特征之間的比率，并且基本上用作查找表參數(shù)以找到匹配。

圖1：視頻傳感器可以提取大量個(gè)人信息，包括執(zhí)行面部識別以驗(yàn)證身份的能力。訪問數(shù)據(jù)庫允許實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)立即觸發(fā)安全代理的警報(bào)。

應(yīng)該注意的是，視頻還可以捕獲眼睛的顏色和頭發(fā)顏色;在檢查區(qū)域內(nèi)受控照明，這些是可靠的讀數(shù)。視頻數(shù)據(jù)的檢查需要相當(dāng)多的處理和資源，但可以使用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成技術(shù)輕松測試和開發(fā)。

由于不斷增加，新的視頻支持設(shè)備正在推出智能手機(jī)相機(jī)的功能和需求。 ADI公司EVAL-ADV7842-7511P等視頻采集和開發(fā)套件通過板載DSP提供視頻解碼和處理。該演示和開發(fā)套件支持高達(dá)170 MHz的視頻數(shù)字轉(zhuǎn)換器，支持高達(dá)1080p的3D視頻格式，色彩深度為30和26位。 RGB圖形可以數(shù)字化至UXGA分辨率（1600 x 1280），雙自適應(yīng)HDMI均衡接口允許并行傳輸圖像數(shù)據(jù)以進(jìn)行存檔和下游處理。足夠高分辨率的圖像傳感器也可用于執(zhí)行視網(wǎng)膜掃描，這比許多人眼中的指紋更可靠（雙關(guān)語）。

當(dāng)進(jìn)行篩查時(shí)，詢問受試者一個(gè)簡單的問題將呈現(xiàn)真實(shí)帶語音樣本的時(shí)間傳感器。使用聲音打印參數(shù)的說話者識別是另一種可用的識別技術(shù)。只要在視頻流處理中采用DSP功能，將一些處理資源用于語音打印本質(zhì)上就是免費(fèi)贈(zèng)品。

在機(jī)場篩選站使用熱成像已經(jīng)生效了一段時(shí)間。在埃博拉病毒恐慌期間，機(jī)場使用熱像儀和技術(shù)來辨別旅行者是否生病，發(fā)燒或顯示其他不尋常的熱特征。熱技術(shù)甚至被用來檢測是否有人在說謊，因?yàn)閷?shí)時(shí)溫度變化反映出與緊張相關(guān)的代謝功能增強(qiáng)。此外，熱成像還可以檢測到體外爆炸物，這是另一種已成功使用的技術(shù)。

雖然FLIR的Lepton系列等熱像儀的價(jià)格通常高于標(biāo)準(zhǔn)CMOS圖像傳感器相機(jī)，但謝謝對于更新的熱探測器材料，這些曾經(jīng)相當(dāng)昂貴的傳感器陣列現(xiàn)在更具成本效益。

現(xiàn)成的前瞻性紅外熱像儀傳感器的一個(gè)很好的例子是FLIR Lepton型號500-0643- 00，一個(gè)80 x 60元件的熱成像儀，能夠在半秒內(nèi)成像。 150 mw低功率傳感器小于一角硬幣，因此可以輕松地將其集成到LCD顯示屏附近的檢測區(qū)域。

化學(xué)，生物和放射傳感器

化學(xué)和細(xì)菌傳感系統(tǒng)仍然是非常專業(yè)的學(xué)科。最廣泛使用的技術(shù)采用紫外光源。爆炸物中使用的許多化學(xué)試劑在紫外波長下發(fā)出熒光，固態(tài)紫外發(fā)射器和基于CCFL的紫外發(fā)射器（如JKL Components的BF23312-24B）可用于檢查手指和行李箱，以查找最近暴露于這些化學(xué)物質(zhì)的證據(jù)代理商（圖2）。甚至還有紫外線傳感器開發(fā)套件。

圖2：紫外線可以使爆炸物中使用的許多組成元素發(fā)生熒光。紫外成像可以檢測是否有人與這些藥劑接觸過。

來自ROHM Semiconductor的ML8511_REFBOARD等項(xiàng)目可用于幫助推動(dòng)這一解決方案。

使用MEMs進(jìn)行研究，納米技術(shù)微流體技術(shù)有望創(chuàng)造出能夠檢測各種編目和分類的病原體和顆粒的快速，低成本和精確的傳感系統(tǒng)。

現(xiàn)在，有些技術(shù)正在出現(xiàn)，如AS-來自ams的MLV-P2氣體傳感器。電壓輸出傳感器適用于空氣質(zhì)量，旨在檢測各種揮發(fā)性有機(jī)化合物。兩個(gè)加熱器電極激發(fā)鉑感應(yīng)元件，以一致和可靠的方式對多種氣體起反應(yīng)（圖3）。

圖3：較新的納米技術(shù)正在產(chǎn)生特定的氣體傳感器，可以檢測出受限制或爆炸性化學(xué)物質(zhì)可能導(dǎo)致的氣體泄漏。

同樣，甲烷，酒精/苯和一氧化碳傳感器也可供使用。隨著MEMs和微流體技術(shù)與半導(dǎo)體系統(tǒng)的融合，可以提供所謂的片上實(shí)驗(yàn)室甚至能夠?qū)μ囟?biāo)記物進(jìn)行實(shí)時(shí)基因測序。

Geiger-counter技術(shù)仍然存在盡管低成本探測器甚至可以用霓虹燈泡 1 制造，但這是一種主要的輻射探測技術(shù)。它的工作原理如下：電壓水平升高到恰好低于電離閾值。當(dāng)粒子輻射穿過氖時(shí)，它會(huì)引起電離并產(chǎn)生瞬間脈沖。這可以放大到揚(yáng)聲器，以聽取熟悉的滴答聲，或者輸入DSP以累積門控計(jì)數(shù)值。

RF轉(zhuǎn)發(fā)

即使手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦和其他射頻發(fā)射器與當(dāng)您通過安全檢查站時(shí)，您可以從您穿的服裝中收集重要信息?，F(xiàn)代RFID第二代轉(zhuǎn)發(fā)器標(biāo)簽可能允許讀者查詢您的服裝，錢包，運(yùn)動(dòng)鞋，腰帶以及其他任何可以嵌入這些25美分以下標(biāo)簽的東西?；赨HF的Gen II協(xié)議可以讓像ThingMagic M6E-NANO嵌入式UHF RFID模塊這樣的讀取器從您的服裝中提取信息。例如，如果某個(gè)TSA代理人認(rèn)為某人有疑問，即使可能沒有什么值得關(guān)注的，他或她可以在未來的情況下在附加的RFID標(biāo)簽中寫下警報(bào)說明，供下一位安全代理人閱讀。

總之，今天的安全問題比以往任何時(shí)候都更加突出。因此，對身份的技術(shù)驗(yàn)證以及實(shí)時(shí)威脅評估可能需求很大。正如本文所示，基礎(chǔ)技術(shù)已于今天出現(xiàn)，預(yù)計(jì)將在明天廣泛使用。