La Tecnologia all’Avanguardia della Tomografia Computerizzata contro la Tecnologia R-X a Visione Multipla o Duale e altre Tecnologie: Potenziamento della Sicurezza ai Checkpoint

I terroristi continuano a prendere di mira l’aviazione commerciale. Negli ultimi due anni vi sono stati diversi attacchi diretti contro l’aviazione, compreso l’abbattimento del volo 9268 della Metrojet in Egitto nel 2015 e il tentativo nel 2016 di abbattere il volo 159 della Daallo Airlines in Somalia, insieme ad attacchi armati a terra a Bruxelles e Istanbul. I rapporti dell’intelligence indicano anche che i gruppi terroristici hanno migliorato la propria abilità nell’occultare i Dispositivi Esplosivi Improvvisati che possono ingannare gli odierni scanner r-x, per esempio, nascondendo ordigni esplosivi all’interno di dispositivi elettronici personali  (PEDs) più grandi di un telefono cellulare. Recentemente, sulla base di una mancanza di fiducia nelle misure esistenti per lo screening del bagaglio a mano, le autorità hanno bandito i PEDs nel bagaglio da cabina su rotte provenienti da dieci grandi aeroporti mediorientali verso gli Stati Uniti e sei punti di partenza verso il Regno Unito, creando rabbia e confusione nei viaggiatori. Joe Paresi considera la capacità della tecnologia a disposizione per risolvere le preoccupazioni dei legislatori e soddisfare i sostenitori delle compagnie aeree.

Fig. 1: Un sottile foglio esplosivo celato in un dispositivo elettronico può essere facilmente identificato nei PEDs con la Tomografia Computerizzata

Poichè le minacce sono in continua evoluzione, è necessaria nuova tecnologia. Gli scanner R-X e AT convenzionali utilizzati in molti grandi aeroporti sono di fronte a sfide importanti contro queste minacce in evoluzione poiché hanno visioni limitate e capacità di discriminazione dei materiali inadeguate.  Inoltre gli scanner R-X utilizzano una misura primitive di misurazione dell’Effettivo Numero Atomico (Zeff) basato sulla ratio dell’alta energia verso l’attenuazione della bassa energia. Siccome i raggi X passano attraverso ogni oggetto nel loro percorso, il calcolo del numero atomico risultante è la media di tutti gli oggetti attraverso cui è passato; gli oggetti singoli non possono essere isolati dai sistemi di proiezione a r-x. Ciò limita la probabilità di rilevazione e porto ad eccessivi falsi allarmi. Questo avviene perché questi sistemi sono normalmente usai in modalità intervento operatore piuttosto che in modalità rilevazione automatica. In un tentativo di aiutare gli operatori di AT ad identificare gli esplosivi nascosti nei dispositivi elettronici, i passeggeri pongono i loro dispositivi in vassoi separati in modo da semplificare l’immagine e in tal modo una seconda visione può aiutare meglio gli addetti alla sicurezza ad identificare le anomalie, come per esempio sottili fogli esplosivi dentro un computer portatile. In ogni caso, poiché ci sono soltanto due visioni e altri componenti di IED (timer, detonatori) possono essere facilmente nascosti in mezzo alla circuiteria elettronica tipica di questi dispositive, questo approccio non è sufficientemente efficace.  

Le Tecnologie di Prossima Generazione e i Compromessi.

La Tecnolgia AT Multivisione che i fornitori mettono a disposizione oggi utilizza diverse fonti radiogene e sensori di raggi per visualizzare l’immagine di un bagaglio da più angolazioni. Per le applicazioni dei bagagli a mano, ad oggi sono utilizzate un massimo di soltanto quattro angolazioni a causa delle dimensioni e dei costi. I sistemi che visualizzano i bagagli da queste quattro angolazioni possono solo approssimativamente stimare le proprietà di dimensione e materiale di ciascun oggetto o di sospetto esplosivo nel bagaglio. I progettisti di sistemi utilizzano questo per determinare se un oggetto è abbastanza grande per essere considerato preoccupante (poiché una carica esplosiva troppo piccola non è considerata una minaccia). Poiché queste misurazioni sono soltanto approssimazioni, questi sistemi hanno di solito una percentuale di falso allarme operativo (Ops FAR) pari al 30-40% in modo da soddisfare i requisiti di rilevazione.

Per analogia consideriamo di fare fotografie di un oggetto da quattro diverse angolazioni. Un facile esempio sarebbe quello della testa di una persona. Se si facessero foto da quattro diverse angolazioni si potrebbe ottenere solo una stima imprecisa di forma e dimensione della testa e dei dettagli del viso, anche se le angolazioni fossero a pezzi di 90 gradi. Gli scanner R-X a Multivisione prendono quattro diverse immagini, ma ad angoli di gran lunga inferiori di 90°, poiché la dimensione del tunnel e il sistema del nastro trasportatore limitano la localizzazione del raggio x e degli opposti raggi di rilevazione.  Due visualizzazioni sono normalmente poste in verticale attraverso il bagaglio e orizzontalmente attraverso il nastro, integrate da queste due visioni angolate addizionali. Queste due visualizzazioni aggiuntive sono limitate dalla larghezza fisica dello scanner ad approssimativamente 17-20°. Sono queste misurazioni imperfette degli oggetti in un bagaglio che causano l’alta percentuale di falsi allarmi, che è difficile risolvere con le immagini sovrapposte e caotiche a due dimensioni, in special modo se le minacce sono nascoste dietro oggetti come strumenti elettronici. Pertanto questi sistemi sono difficili da usare operativamente perché poi c’è bisogno di tempo per risolvere ciascun allarme.

Mentre per un sistema AT è possibile passare meno test governativi entro il limite specificato di falso allarme, non ci si può aspettare che alcuno di questi sistemi soddisfino l’attuale ECAC C-3/4 che include liquidi e minacce innovative.  Tutti i fornitori comprendono questi limiti e TUTTI hanno le proprie strategie per fronteggiarli. Alcuni stanno provando a convertire i loro sensori di r-x a energia duale in multi energia, in modo da fornire un segno di energia basato sui fotoni catturati a livelli multipli di energia. Questi sensori sostituiscono i fotodiodi al Cadmio telluride (CdTe) e la relative parte elettronica richiesta.  I sensori CdTe misurano I livelli di energia fotonica a piccolo intervalli attraverso la banda di energia r-x (per esempio da 0 kilovolt a 160 kilovolt) misurando la quantità di fotoni ad ogni livello di energia catturato dal sensore e comparandolo col livello di energia del materiale esplosivo misurato in condizioni di laboratorio. Il vantaggio di questi rilevatori più costosi non è finora dimostrato e non supera la fondamentale sfida delle visualizzazioni, caos e sovrapposizione degli oggetti nel bagaglio.  

Un altro approccio che si sta sviluppando utilizza la diffrazione dei raggi x (XRD), che misura lo schema di dispersione dei raggi x basato sulla struttura cristallina del materiale esplosivo. Fuorché costoso, sono utilizzati i tubi a raggi x ad alta intensità, la diffrazione dei raggi x è lenta, richiede diversi secondi di misurazione dati e la capacità di misurare sottili fogli esplosivi  attraverso cui passeranno i raggi x con dispersione limitata non è dimostrata. La dispersione allo stesso modo non lavora in modo accurato con i liquidi continui. Questa è la ragione per cui la maggior parte delle società di sicurezza stanno investendo nell’ulteriore sviluppo dei sistemi di Tomografia Computerizzata (CT) (CT) per il mercato dei checkpoint di sicurezza. Inoltre è l’unico metodo dimostrato per cui si ottengono misurazioni dell’intero contenuto di un bagaglio in modo accurato, in modo veloce ed efficace dal punto di vista dei costi, con anche un’immagine totalmente a tre dimensioni per l’operatore.

Tomografia Computerizzata

La Tomografia computerizzata, o CT, è un approccio all’immagine che raccoglie più visioni di un oggetto all’interno di un bagaglio. Paragonata alle Quattro o meno immagini/visioni di proiezione della Tecnologia AT, la tecnologia CT arriva a fare fino a 1440 immagini. Il software di ricostruzione consente la ricostruzione digitale del bagaglio pixel dopo pixel fino a formare una immagine completamente in 3D, ottenendo la densità e il reale numero atomico (noto come Zeff) di ciascun pixel, fornendo inoltre un accurato componimento della dimensione e massa precise di ciascun oggetto. In più l’immagine in 3D fornisce molte più informazioni, anche più intuitive, delle visualizzazioni di proiezione in 2D del contenuto di un bagaglio con la tecnologia AT.

Fa ciò ruotando il sistema r-x intorno all’oggetto e producendo un certo numero di fette intersezionali attraverso il bagaglio, che sono processate da un computer per generare una rappresentazione tridimensionale dell’oggetto. Un modo semplice di immaginare una scansione tomografica è immaginare di tagliare una filone di pane a fette e poi tagliare ogni fetta in piccoli cubi che possono poi essere rimessi insieme per riformare l’intero filone Uno scanner CT, con la sua ‘telecamera ruotante’, fa a fette e dadi elettronicamente. Ciascuna fetta consiste in una raccolta di piccoli cubi tridimensionali, chiamati ‘ elementi volume’ oppure voxel, così ogni oggetto nella fetta è quantificato in termini di caratteristiche di materiale, come la densità e le proprietà di assorbimento fotoniche dell’energia duale (Zeff) , che sono ottenute comparando il contenuto a bassa energia con il contenuto fotonico ad alta energia di ciascun voxel. Pertanto per ciascun punto nello spazio di un bagaglio esiste una misurazione delle caratteristiche del materiale di ogni voxel che può essere analizzato indipendentemente. Tutti i voxel che hanno la stessa densità e che si toccano, sia all’interno della fetta sia tra fette diverse, sono ricostruiti in un oggetto. Poiché sappiamo, dal disegno, che la dimensione di ciascun voxel, il sistema può calcolare la massa o il peso di quell’oggetto (massa = densità x volume) e, se sono utilizzati I sensori ad energia duale, il numero atomico effettivo del materiale (Zeff) può essere usata come una discriminante ortogonale per migliorare ulteriormente la rilevazione riducendo anche il numero di falsi allarmi generati. Usando questa informazione, un algoritmo di rilevazione può comparare ogni oggetto con le proprietà degli esplosivi per determinare non solo se un oggetto ha la stessa densità e Zeff di un esplosivo nell’elenco, ma può anche più accuratamente determinare se è più grande di una specificata massa minima.  Tutti questi fattori migliorano la rilevazione mantenendo allo stesso tempo una percentuale molto bassa di falso allarme.

Mentre la rilevazione della minaccia è l’aspetto più importante della security, una percentuale di falso allarme bassa è critica in modo che ciascun allarme ha sufficiente tempo per essere risolto; l’uso di un Sistema CT a doppia visione può ridurre in modo significativo il numero di falsi allarmi prodotti. Inoltre, le immagini in 3D prodotte ridurranno la quantità di tempo che un operatore impiega per lavorare correttamente alla risoluzione davanti allo schermo e, se necessario, al controllo manuale.  Una percentuale bassa di falso allarme minimizza anche il numero di passeggeri soggetti a tale controllo.

CT vs. AT

Storicamente, poiché più veloci e meno costosi. i sistemi r-x multi furono utilizzati originariamente per I bagagli da stiva. Ma dall’11 Settembre essi sono stati, o stanno per essere, sostituiti con soluzioni basate sulla CT.

Il compito ai checkpoint è più gravoso che per i bagagli da stiva.  Non solo si devono rilevare gli esplosivi (non necessariamente configurati in un IED, poiché possono essere assemblati dopo lo screening), ma anche altri articoli proibiti come armi e lame che sono anch’esse potenziali armi per un dirottatore.  Con la capacità 3D di una CT l’operatore può, usando gli strumenti software a disposizione, ispezionare digitalmente il contenuto di un bagaglio da ogni angolo per trovare articoli non esplosivi e far passare un bagaglio che contiene soltanto oggetti e materie innocui. Essenzialmente, la CT permette all’operatore di ‘spacchettare, disfare elettronicamente’ un bagaglio. Se si identifica una minaccia o un articolo proibito, l’immagine in 3D consente a colui che ispezionerà il bagaglio di localizzare rapidamente e facilmente l’oggetto all’interno del bagaglio.

La maggior parte dei produttori hanno ammesso che I sistemi AT non sono in grado di superare il test ECAC C-3 per le minacce di natura liquida o i test con esplosivi avanzati come il C4 fatti da loro stessi. Di conseguenza la maggior parte sta sviluppando sistemi CT per i futuri checkpoint. E’ stato dimostrato che la tecnologia CT, con lo screening dei bagagli da stiva, è l’approccio logico nella rilevazione automatica e rapida degli esplosivi e presenta immagini in 3D reali che gli operatori possono usare per esaminare in modo accurato il 100% del contenuto dei bagagli e localizzare qualsiasi articolo proibito o pericoloso.

Figura 2. Un computer portatile, si presume simile a quello usato nel tentato abbattimento del volo 159 della Daallo Airlines in Somalia nel 2016.

La figura mostra il danno fatto al volo 159 della Daallo Airlines in Somalia; l’aereo non aveva raggiunto la piena pressurizzazione nel momento dell’esplosione.

Figura 3. Rappresenta un bagaglio contenente un computer portatile imbottito di esplosivo visto a uno scanner r-x e a uno scanner CT. L’immagine CT visualizza la minaccia con accuratezza insuperabile.  

Quando la minaccia è un foglio esplosivo ben nascosto è estremamente difficile, se non impossibile, rilevarlo sia con un r-x tradizionale sia con un r-x Multiview, mentre uno scanner CT rileva automaticamente queste minacce poiché analizza il bagaglio da ogni angolazione.

Inoltre, poiché la CT ha un accurato database di materiali, può essere programmata per rilevare in automatico armi sulla base innanzitutto della densità del materiale e poi tramite l’analisi della forma.

Fig. 4. Mostra come articoli proibiti più tradizionali possono essere visti più facilmente con un’immagine CT rispetto a quella prodotta da un Sistema AT.

In conclusione, l’utilizzo di sistemi CT ai checkpoint offre maggiori vantaggi per una rilevazione automatica e l’analisi dell’immagine. Se costo e altri fattori di impiego (come potenza e peso) possono essere superati, la CT offre la miglior strada dimostrata verso l’ispezione del bagaglio da cabina, così come è stato per il bagaglio da stiva. Una volta approvato e sviluppato, il checkpoint con sistemi CT potrebbe anche migliorare l’esperienza del passeggero eliminando il bisogno di separare i dispositivi elettronici. Inoltre, non appena tali sistemi otterranno la certificazione ECAC C-3 le restrizioni su liquidi, aerosol e gel (LAG) potranno anch’esse essere eliminate velocizzando il processo di screening dei checkpoint. In più, con la gran quantità di informazioni raccolte per ogni bagaglio, la CT permetterà ai legislatori e alle agenzie governative di rispondere all’intelligence riguardo alle nuove minacce. Proteggerà anche il pubblico viaggiante dalle nuove minacce in modo più efficace tramite aggiornamenti software piuttosto che sostituzioni totali di sistemi gravosi sia in termini di costi che di tempo.

I gruppi terroristici continuano a complottare attacchi contro l’aviazione per fare stragi di massa e significativi danni economici, non da ultimo ottenere attenzione mediatica. Quando impiegata ai checkpoint, il sistema CT sarà un potente strumento per sventare tali tentativi.  Accrescerà anche il passaggio dei passeggeri eliminando il bisogno di separare gli elettronici e i LAG, riducendo i falsi allarmi e velocizzando il processo di ispezione manuale dei bagagli.  Con una sicurezza migliore i passeggeri apprezzeranno una esperienza di security più semplice e veloce.