映画はすべて嘘ですか？空飛ぶ泥棒が「通り抜ける」ために使う赤いレーザーネットは存在するのでしょうか？

私たちは映画でそのようなシーンを見たことがあるはずです。空飛ぶ泥棒は、複雑な赤色レーザー ネットワークに囲まれた厳重に警備された秘密基地に侵入しました。狭い通路の中にレーザーラインが複雑に絡み合って配置されています。誤って少しでも触れると、鋭い警報音が鳴ります。では、現実にはそのようなセキュリティ技術は本当に存在するのでしょうか?アジャイル技術によってこれらの検出を回避することは本当に可能なのでしょうか?

実は、このセキュリティ技術は、現実の遮断ビーム検出技術に似ています。これは、セキュリティ監視や侵入検知によく使用される光電検出方法です。基本原理は、光線が物体によって遮られているかどうかを検出することで、侵入者や移動する物体があるかどうかを判断することです。

図1 断続ビーム検出技術

まず、このシステムは光源と光センサーという 2 つの主要コンポーネントで構成されています。侵入者に検知ビームが見えないように、光源は赤外線フィルターで覆われており、空間に絡み合う目に見えない光線を形成する赤外線パルスビームを放射します。光は電磁波の一種であり、電磁波の異なる波長は異なる種類の光または放射線に対応することが知られています。電磁スペクトルは、最も短い波長から最も長い波長の順に並べられており、ガンマ線、X 線、紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、電波が含まれます。

可視光は人間の目で知覚できる電磁波であり、波長範囲は約 380 ナノメートル (紫色光) から 760 ナノメートル (赤色光) です。赤外線の波長範囲は可視光線よりも長く、人間の目が見える範囲を超えています。そのため、人間は映画の登場人物のように、赤い「赤外線」を肉眼で観察することはできません。

図2 電磁スペクトル

システムが正常に動作しているとき、光源から放射された赤外線ビームは空間を通過して反対側の感光素子に到達します。光センサーは光信号を検出できる装置です。光線が遮られていない場合、フォトセンサーは光源からの光信号を継続的に受信します。これは、経路がクリアであり、障害物がないことを意味します。

しかし、侵入者がビーム経路に入ると、ビームはブロックされます。このとき、感光素子は光線を受信できなくなり、信号が途切れる原因となります。信号が中断されると、検出システムは物体が監視エリアに入ったと判断し、システムは直ちに警報機構を起動します。

監視範囲を拡大し、検出精度を向上させるために、通常は複数の光源と感光素子を使用したり、反射板を介して光線を空間内で複数回反射させたりします。これにより、より広い領域をカバーする複雑なビーム ネットワークを形成できるようになります。反射鏡はビームをさまざまな方向に向け、複数の場所で交差するビームを作成し、侵入者が回避するのが困難になるようにします。

この技術は数百フィートの距離で効果を発揮しますが、ビームが反射板に反射するたびに光の強度が弱まる点、また光源と光センサーの位置によっては映画のように侵入者が装置の下や上を這って入ってくる可能性がある点に注意する必要があります。

同様に、レーザー検出器もあります。その警報原理は上で紹介したものと似ていますが、レーザービームは優れた指向性と高い電力密度を備えているため、伝送効率が非常に高く、伝送中の減衰が少なく、数百メートル、さらには数キロメートルの距離でも効果を発揮します。このため、レーザー検出器は大規模な監視ニーズに特に適しています。高い貫通能力により、悪天候でも確実に動作し、雨や霧などの環境要因による信号干渉が軽減され、誤報率が低下します。さらに、レーザーは優れた耐干渉性を備えており、太陽光やその他の人工光源などの外部光源からの干渉を効果的に回避できるため、システムの安定した動作が保証されます。

図3 レーザー検出器

しかし、技術の進歩により、セキュリティ システムの組み合わせはますます増えており、割り込み検出技術はその 1 つにすぎません。もし本当に泥棒が来たら、既存の検知技術では泥棒が隠れる場所はないだろう。その中でも、受動型赤外線検出技術は、PIR（パッシブ赤外線）検出器として知られ、セキュリティシステムで広く使用されている重要な技術です。低コスト、強力な隠蔽性、安定した技術により、受動型赤外線検出器は市場で広く使用され、認知されています。

パッシブ赤外線検出技術は、人体の熱放射を検出に利用します。人体の平均体温は約37℃で、波長8～12ミクロンの赤外線を放射していることが知られています。 1980 年代には、焦電型赤外線センサーの登場により、人間の赤外線熱放射を非接触で検出することが可能になりました。このセンサーは検出された赤外線熱放射を電圧信号に変換します。人体が動くと、赤外線放射熱が光学系によって焦電センサーに集中します。 2 つの要素は異なる量の熱を受け取り、電荷が互いに打ち消すことができないため、警報信号が生成されます。処理後、さまざまな制御回路を駆動し、盗難防止アラームや自動検出システムを作動させることができます。

図4 パッシブ赤外線検出器の概略図

しかし、赤外線検出器は依然として誤報率が高いという問題に直面しています。実際の危険がないときにも誤報が発生します。これは通常、特にペットや熱気流などの妨害物がある場合に、検出器が感度と精度のバランスをとることができないために発生します。

ADEMCO International、ドイツのSiemens Security、カナダのPARADOX SECURITY SYSTEMS LTDなどの海外企業は、インテリジェントなアルゴリズムと高度なマイクロプロセッシング技術を組み合わせて、インテリジェントなPIR検出器を発売しました。これらの検出器は、誤報や警報の見逃しを防ぐために物理的な構造が最適化されているだけでなく、高度なデジタル信号処理技術を使用して、干渉防止機能と検出の信頼性を大幅に向上させます。米国SUREN社などの最新の高性能検出器は、レンズ設計や信号処理の改良によりさらに性能が向上しており、多数の特許を申請している。

では、研究者はどのようにして誤検知の問題を解決し、赤外線検出器で人間とペットの違いを認識できるようにするのでしょうか?パッシブ赤外線検出器の応用プロセスでは、物理設計でいくつかの干渉防止方法が採用されていますが、検出環境にはさまざまな赤外線熱源が存在するため、検出器が受信する信号には依然として多くの干渉信号、特にペットの赤外線など、人体放射に似た赤外線波長の干渉信号が混ざっています。したがって、検出器の信頼性を向上させるためには、これらの干渉源の信号特性を深く分析し、人体の赤外線信号と区別して、人体の赤外線信号の固有の特性と効果的な信号分析方法を見つける必要があります。研究者は、人間に対する特定の経路実験、人間に対するランダムな移動実験、動物に対するランダムな移動実験など、さまざまなデータを大量に収集し、コンピューター手法を使用してこれらのデータを通じてデータの特徴をさらに分類および識別します。

技術の継続的な進歩とインテリジェントなアルゴリズムの応用により、将来のセキュリティ検出器はより信頼性が高くなり、誤報がさらに減少し、安全性が向上します。映画のシーンでのスリリングな瞬間はスリル満点ですが、現実のセキュリティシステムは私たちの安全を確保するために常に進化しています。

参考文献

何喬。能動型赤外線侵入監視補助警察システムの研究[D]華南理工大学、2017年。

梁光清。受動型赤外線検出器に基づく人物認識技術の研究[D]。重慶大学、2009年。

この記事は科学普及中国創造育成計画によって制作されました。転載の際は出典を明記してください。

著者: 蔡文冲、中国科学院長春光学・精密機械・物理研究所大学院生

査読者: 中国科学院高エネルギー物理研究所研究員 李明