gesponsertScan-Geräte für den öffentlichen und privaten Raum Quick Personnel Scanner: Sicherheit für Gegenwart und Zukunft

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Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

Der Gang durch eine QPS-Scan-Vorrichtung gehört für alle Flugreisenden zur Normalität. Ein Unternehmen leistet mit seinen beeindruckenden wie komplexen Algorithmen sowie KI-Software einen entscheidenden Beitrag zur Sicherheit im Alltag.

Quick Personnel Scanner (QPS) befinden sich weltweit im Einsatz. Verantwortlich zeichnet das seit 90 Jahren familiengeführte Hightech-Unternehmen Rohde & Schwarz. Die Firma beschäftigt an zahlreichen Standorten insgesamt 13.000 Mitarbeitende. Unter der Leitung von Christoph Baur arbeitet ein knapp 30-köpfiges Team an der QPS-Entwicklung bzw. an der Weiterentwicklung der Software und der Algorithmen. Zu den Produkten gehören der QPS200 und der QPS201 sowie deren nächster Evolutionsschritt, der QPS Walk2000.

KI-Analyse anhand von Millimeterwellen

Der QPS200 und der QPS201 sorgen aktuell weltweit dafür, dass das Flughafensicherheitspersonal innerhalb von 1,5 bis 2 Sekunden verdächtige Unregelmäßigkeiten und gefährliche Gegenstände erkennen kann, die Passagiere mit sich führen. Hierbei kommen nichtionisierende, für den Menschen also ungefährliche Millimeterwellen zum Einsatz. Diese machen messbar, was sich gerade auf der Körperoberfläche befindet oder in der Kleidung versteckt.

Auf Basis der Millimeterwellen erzeugt das Gerät Messdaten, die mithilfe eines tomografischen Rekonstruktionsverfahren in ein dreidimensionales Volumen überführt werden. Dafür verwenden Christoph Baur und sein Team Hochleistungsgrafikkarten, die mehr als fünf Gigabyte an Daten pro Scan innerhalb einer Sekunde verarbeiten. Eine künstliche Intelligenz nimmt anschließend automatisch eine Analyse vor. Sie soll detektieren, ob sich irgendwo Gegenstände auf der Körperoberfläche befinden, die dort nicht hingehören. Das gelingt ihr dank der Größe, Formen, reflektiven und absorptiven Eigenschaften auffälliger Materialien und Objekte.

Der Flughafensicherheitsbeamte sieht jedoch nur einen so genannten „Avatar“, also eine generische Comicfigur. Die Software kennzeichnet darauf den verdächtigen Gegenstand mithilfe eines roten Kreises. Auf diese Weise ist die Privatsphäre des Einzelnen geschützt. Menschliches Personal wäre bei der Durchsuchung vieler Millimeterwellendaten außerdem ohnehin schnell erschöpft. Nicht jede Gefahr lässt sich zudem mit dem bloßen Auge erkennen. Die KI erledigt diese Arbeit wesentlich schneller und zuverlässiger. Bei der KI setzt das Unternehmen auf Deep Learning, wofür Unmengen an gelabelten Daten genutzt werden. Damit die Privatsphäre von Individuen nicht verletzt wird, stehen Alltagsdaten aus dem realen Einsatz für das Training nicht zur Verfügung. Die damit verbundene Herausforderung beschreibt Teamleiter Christoph Baur in diesem Video:

Technologiegrenzen und neue Ziele

Die Algorithmen lassen sich jedoch für spezifische Gegebenheiten trainieren. Im europäischen Raum gehören beispielsweise Uhren zum gewöhnlichen Alltag. In anderen Kulturkreisen ist es dagegen manchmal gewünscht, dass diese einen Alarm auslösen. Der QPS stößt allerdings auch an gewisse Grenzen: Äußere Kleidungsschichten müssen Fluggäste vor dem Scan ausziehen, weil diese im genutzten Frequenzbereich zu Fehlalarmen führen können.

Der QPS hat jedoch wesentlich bescheidener angefangen. Vor etwa zehn Jahren betrug die Zeit für den Scan-Vorgang und die Auswertung noch über sechs Sekunden. Damals arbeiteten die neuronalen Netze mit CPUs, und FPGA-Chips übernahmen die Bildrekonstruktion. Mittlerweile passiert das jedoch alles via GPU, wodurch sich sehr viel leistungsfähigere neuronale Netze einsetzen lassen. Das heißt aber nicht, dass der eineinhalbsekündige Scan-Vorgang keine Herausforderung darstellt.

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Motiviertes Team mit kreativer Problemlösung

Ein großer Vorteil besteht darin, dass Baurs begeisterungsfähiges Team eine gesunde Portion Pragmatismus mit Fachwissen und einem tiefen technischen Verständnis sowie kreativen Problemlösungsstrategien verbindet. Ein weiterer Pluspunkt für Rohde & Schwarz ist, dass diesem Team eine Phalanx an QPS-Geräten unterschiedlicher Generationen zur Verfügung steht, an denen sie die Algorithmik und die gesamte Software direkt testen können. Erfolgserlebnisse sind also sofort erkennbar. Diese führen dazu, dass die Algorithmen behördliche Sicherheitsstandards bestehen und sich Baurs Team regelmäßig als führend in der Branche etablieren kann.

QPS-Walk und die Zukunft der Sicherheit

Mit Enthusiasmus und einer kreativen Herangehensweise konnte das Team auch seine bisher größte Bewährungsprobe in der Form des QPS Walks meistern. Hiermit soll der ein- bis zweisekündige Scan mit seinen zeitraubenden Positur-Spielregeln künftig nicht mehr notwendig sein. Stattdessen dürfen Personen bequem und in moderater Geschwindigkeit durch das Gerät hindurchlaufen, ohne diverse Kleidungsschichten oder Gürtel ablegen zu müssen.

Das bedeutet aber auch, dass nicht mehr statische, sondern ein kontinuierlicher Strom an 3D-Volumen erstellt werden und anschließend durch Deep-Learning-Modelle gefüttert werden, damit die Detektionsergebnisse gleich nach dem Verlassen des Gerätes vorliegen. Die technische Challenge hat das QPS-Team bereits bewältigt, jetzt arbeitet das Team an Zertifizierungsstandards.

Die Anwendungsmöglichkeiten für diese Scan-Technologie gehen über Flugreisen hinaus: Ein QPS-Walk eignet sich potenziell für jede Massenveranstaltung mit einem großen Durchsatz an Personen – von Fußballspielen bis hin zu Konzerten ist alles denkbar. Baurs Vision für das Microwave Imaging geht aber noch viel weiter, um die Sicherheit für Menschen im Alltag weiter zu erhöhen. Vorstellbar sind beispielsweise Sensoren, die nichtintrusiv in Wände eingebaut werden. Somit wären dedizierte Scanner gar nicht mehr notwendig und es ließe sich eine flüssige, effiziente und komfortable Benutzererfahrung mit reduzierter Wartezeit gestalten.

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