CN102495396A - 人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，包括：结合远距离校准和首次近距离校准得到各通道的测量数据并建立各通道的比对系数；在每次案件扫描前，进行该次近距离校准，获得各通道的该次测量数据，利用所述比对系数修正所述该次测量数据得到该次校准数据；利用所述该次校准数据对各通道的幅度和相位进行归一化校准。本发明将近距离校准技术与远距离校准技术结合，这样避免了频繁使用远距离定标体的麻烦，通过近距离的实时校准能够在长时间内确保系统工作的稳定性，有效提高了基于毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维全息成像的人体安检系统的工作效率。

Description

人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法

技术领域

本发明涉及人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法。更具体地，本发明涉及基于毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维全息成像的人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准的方法。

背景技术

毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维成像人体安检系统采取了毫米波主动式柱状合成孔径技术实现对待检人员的非脱衣式安全检测。处于成本控制要求，柱状三维数据的采集通常采用了圆周方向利用机械旋转扫描，采用开关和天线一维阵列在竖直方向进行快速的电切换技术。目前的安检门基本采用步进频率方式工作，即开关和天线一维阵列中的每个通道均需要执行等间隔频率点的连续波探测工作，由于开关和天线阵列引入的传输衰减和传输长度的不一致，将导致其每个通道对相同的接收发射机传输信号的幅度和相位不一致，需要对各通道的幅度和相位进行一致性校准，以确保成像质量对探测数据的要求。

以往对该类型安检系统通道幅度和相位一致性进行校准时，通常采用的方法是在安检系统目标中心位置远距离区域放置定标体，这种方法的优点是可以确保开关和天线一维阵列是在远距离区域对各通道的幅度和相位进行的一致性校准，精度较高，缺点是每次进行校准是需要在待测区域中心安装定标体，由于安检系统工作效率的要求，无法在实现对系统的实时校准，为解决以上问题，需要结合本类型毫米波安检系统的结构和工作原理探索能够确保安检系统开关和天线阵列各通道幅度和相位一致性校准精准度和实时性的新型校准方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，实现了各通道幅度和相位一致性校准的精准度和实时性。

该方法包括：

结合远距离校准和首次近距离校准得到各通道的测量数据并建立各通道的比对系数；

在每次案件扫描前，进行该次近距离校准，获得各通道的该次测量数据，利用所述比对系数修正所述该次测量数据得到该次校准数据；

利用所述该次校准数据对各通道的幅度和相位进行归一化校准。

进一步地，所述结合远距离校准和首次近距离校准得到各通道的测量数据并建立各通道的比对系数包括：

采集各通道的远距离幅度测量值和远距离相位测量值；

采集各通道的首次近距离幅度测量值和首次近距离相位测量值；

将所述远距离幅度测量值与所述首次近距离幅度测量值进行比对获得各通道的幅度比对系数；

将所述远距离相位测量值与所述首次近距离相位测量值进行比对获得各通道的相位比对系数。

进一步地，所述在每次案件扫描前，进行该次近距离校准，获得各通道的该次测量数据，利用所述比对系数修正所述该次测量数据得到该次校准数据包括：

采集各通道的该次幅度测量值和该次相位测量值；

根据所述该次幅度测量值和所述幅度比对系数获得各通道的该次幅度校准值；

根据所述该次相位测量值和所述相位比对系数获得各通道的该次相位校准值。

进一步地，所述采集各通道的远距离幅度测量值和远距离相位测量值进一步包括：

各通道对待测区域中心进行空背景扫描，获得各通道的空背景幅度值α_ij和空背景相位值θ_ij，其中第一个下标表示第i个通道，i＝1，...N，N为通道数，第二个下标表示第j个频点，j＝1，...M，M为每个通道的步进频率连续波的频率点数；

在待测区域中心放置远距离定标体并对其进行扫描，获得远距离定标体幅度β_ij和远距离定标体相位φ_ij；

确定远距离幅度测量值χ_ij和远距离相位测量值

其中 ${\mathrm{\χ}}_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{({\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\φ}}_{\mathrm{ij}})}^2+{({\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\φ}}_{\mathrm{ij}})}^2},$

所述采集各通道的首次近距离幅度测量值和首次近距离相位测量值包括：

在毫米波开关天线阵列的旋转启动位置的正对面放置近距离定标体并对其进行扫描，获得所述首次近距离幅度校准值δ_ij和所述首次近距离相位校准值γ_ij。

进一步地，所述将所述远距离幅度测量值与所述首次近距离幅度测量值进行比对获得各通道的幅度比对系数包括：计算

其中，λ_ij为各通道的所述幅度比对系数；

所述将所述远距离相位测量值与所述首次近距离相位测量值进行比对获得各通道的相位比对系数包括：计算

其中，ω_ij为各通道的所述相位比对系数。

进一步地，所述采集各通道的该次幅度测量值和该次相位测量值包括：

对近距离定标体进行扫描，获得各通道的所述该次幅度测量值

和所述该次相位测量值

所述根据所述该次幅度测量值和所述幅度比对系数获得各通道的该次幅度校准值包括：计算

其中，A_ij为各通道的所述该次幅度校准值；

所述根据所述该次相位测量值和所述相位比对系数获得各通道的该次相位校准值包括：计算

其中，B_ij为各通道的所述该次相位校准值。

进一步地，所述利用所述该次校准数据对各通道的幅度和相位进行归一化校准包括：

计算各通道的幅度归一化校准数据

和各通道的相位归一化校准数据

${\stackrel{\‾}{A}}_{\mathrm{ij}}=A_{\mathrm{ij}}/A_{\mathrm{nj}},$ ${\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}}=B_{\mathrm{ij}}/B_{\mathrm{nj}}$

其中，A_nj为参考通道的幅度值，B_nj为参考通道的相位值，其中n为i值之一。

本发明将近距离校准技术与远距离校准技术结合，通过设置适合于柱状旋转扫描成像系统的近距离校准目标，在对待安检人员每次扫描前执行近距离校准，而在系统可以在每次开机时利用设置在安检系统待测区域中心的远距离的定标体做高精度的远距离校准，这样避免了频繁使用远距离定标体的麻烦。通过近距离的实时校准能够在长时间内确保系统工作的稳定性，有效提高了基于毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维全息成像的人体安检系统的工作效率。

附图说明

下面将参照附图并结合实施例对本发明进行具体说明。

图1为本发明专利基于毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维全息成像的人体安检系统近远距离校准系统的主框图；

图2为图1的顶视图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。需要强调的是，本发明以具有对向旋转并行扫描的双毫米波开关天线阵列的毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维全息成像的人体安检系统为例进行说明。本发明的方法可以用于现有技术中的单一毫米波开关天线阵列的安检系统，也可以应用于其他技术领域中使用多通道的幅度和相位一致性校准。

如图1所示，基于毫米波主动式高速柱状旋转扫描三维全息成像的人体安检系统包括：框架1、并行图像处理计算机2、旋转扫描驱动装置3、系统控制装置4、操控计算机5、第一毫米波收发机6、第二毫米波收发机7、第一毫米波开关天线阵列8、第二毫米波开关天线阵列9、第一扫描区域10、第二扫描区11、入口12、出口13、第一近距离定标体14、第二近距离定标体15、待测区域中心远距离定标体16。

扫描过程为，第一毫米波收发机6向第一毫米波开关天线阵列8提供探测信号，第二毫米波收发机7向第二毫米波开关天线阵列9提供探测信号。该系统使用的探测信号为步进频率连续波，即连续的且频率步进的波。通过系统控制装置4控制旋转扫描驱动装置3以及第一和第二毫米波收发机6，7使第一和第二毫米波开关天线阵列8，9分别在第一和第二扫描区域10，11内对所述待测区域进行并行圆柱旋转扫描，根据来自第一和第二毫米波收发机的采集数据及该采集数据的空间位置信息，并行图像处理计算机2合成待检人员的三维全息图像。

本发明中，毫米波收发机向毫米波开关天线阵列提供探测信号，由毫米波开关天线阵列通过中每个天线单元发射接收探测信号，并由毫米波收发机对信号进行采集，该过程中，探测信号所经过的路径称为通道。

在进行上述扫描过程之前，首先安检系统加电后各装置完成自检，操控计算机5提示进入远距离校准，由第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7分别向第一毫米波开关天线阵列8和第二毫米波开关天线阵列9发射接收探测信号，围绕待测区域中心进行空背景旋转扫描校准，并由第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7完成数据采集并将数据存储到并行图像处理计算机2，该数据包括各个通道在各个探测频率点下的空背景幅度和相位，即：

空背景幅度：α_ij，空背景相位θ_ij，

第一个下标表示第i个通道，i＝1，...N，N为通道数，第二个下标表示第j个频点，j＝1，...M，M为每个通道的步进频率连续波的频率点数，以下i、j均照此定义。

第二步在待测区域中心放入远距离定标体16，本实施例中使用圆柱形金属定标体，由操控计算机控制第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7分别向第一毫米波开关天线阵列8和第二毫米波开关天线阵列9发射接收探测信号围绕待测区域中心进行金属定标体旋转扫描校准，并由第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7完成数据采集并将数据存储到并行图像处理计算机2，该数据包括各个通道在各个探测频率点下的远距离定标体幅度和相位，即：

远距离定标体幅度：β_ij，远距离定标体相位：φ_ij

将远距离金属体定标数据与空背景数据进行相减作为去除背景噪声干扰后的远距离测量数据，即：

远距离幅度测量值：χ_ij，

远距离相位测量值：

其中： ${\mathrm{\χ}}_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{({\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\φ}}_{\mathrm{ij}})}^2+{({\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\φ}}_{\mathrm{ij}})}^2},$

第三步在第一毫米波开关天线阵列8和第二毫米波开关天线阵列9发射接收探测信号在安检系统第一扫描区域10和第二扫描区11的内侧，第一毫米波开关天线阵列8和第二毫米波开关天线阵列9的旋转启动位置的正前方，如图1和2所示，分别放置第一近距离定标体14和第二近距离定标体15。本实施例中近距离定标体使用平板金属定标体。由操控计算机5提示进入近距离校准后，由第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7分别向第一毫米波开关天线阵列8和第二毫米波开关天线阵列9发射接收探测信号，对第一近距离定标体14和第二近距离定标体15进行近距离校准，并由第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7完成数据采集并将数据存储到并行图像处理计算机2，该数据包括各个通道在各个探测频率点下的首次近距离校准幅度和相位，即：

首次近距离幅度测量值：δ_ij，首次近距离相位测量值：γ_ij；

第四步是将第三步获得的首次近距离测量数据与第二步获得的远距离测量数据进行比值比较，获得各通道的比对系数，即：

幅度比对系数： ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{\χ}}_{\mathrm{ij}}}{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}},$

相位比对系数：

第五步是在后续每次对待检人员扫描前，第一毫米波收发机6和第二毫米波收发机7分别向第一毫米波开关天线阵列8和第二毫米波开关天线阵列9发射接收探测信号，分别在安检系统第一扫描区域10和第二扫描区11对第一近距离定标体14和第二近距离定标体15分别进行该次近距离校准，得到各个通道在各个探测频率点下的该次校准数据，即：

该次幅度测量值：

该次相位测量值：

进一步，将

与λ_ij，

与ω_ij分别相乘，即可获得近距离校准与远距离校准相结合的各通道的该次校准数据，即：

该次幅度校准值： $A_{\mathrm{ij}}={\widehat{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}},$

该次相位校准值： $B_{\mathrm{ij}}={\widehat{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ij}};$

第六步是选择各通道中某一路的幅度和相位值作为参考通道，如选定第n通道，其中n为i值之一，本实施例中取n＝1，即选择第1通道参考通道，则第1通道的幅度值用A_1j表示，第1通道的相位值用B_1j表示，将其它通道的幅度和相位对参考通道进行归一化，完成各开关天线阵列的各通道的幅度和相位的一致性校准，从而得到各通道归一化数据，即：

幅度归一化校准数据： ${\stackrel{\‾}{A}}_{\mathrm{ij}}=A_{\mathrm{ij}}/A_{1j},$

相位归一化校准数据： ${\stackrel{\‾}{B}}_{\mathrm{ij}}=B_{\mathrm{ij}}/B_{1j}.$

以上实施过程中开关通道个数N典型值为128、192、256、384，频率点数M典型值为136，271，毫米波开关天线阵列距待测区域中心圆柱形金属定标体校准目标距离典型值为700mm、1000mm，圆柱形金属定标体校准直径典型值为100mm，高度典型值为2000mm，毫米波开关天线阵列距近距离金属平板定标体校准目标距离典型值为20mm、50mm，金属板宽度典型值为100mm，高度典型值为2000mm。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明的保护范围仅由随附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，包括：

结合远距离校准和首次近距离校准得到各通道的测量数据并建立各通道的比对系数；

在每次案件扫描前，进行该次近距离校准，获得各通道的该次测量数据，利用所述比对系数修正所述该次测量数据得到该次校准数据；

利用所述该次校准数据对各通道的幅度和相位进行归一化校准。

2.根据权利要求1所述人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，所述结合远距离校准和首次近距离校准得到各通道的测量数据并建立各通道的比对系数包括：

采集各通道的远距离幅度测量值和远距离相位测量值；

采集各通道的首次近距离幅度测量值和首次近距离相位测量值；

将所述远距离幅度测量值与所述首次近距离幅度测量值进行比对获得各通道的幅度比对系数；

将所述远距离相位测量值与所述首次近距离相位测量值进行比对获得各通道的相位比对系数。

3.根据权利要求2所述人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，所述在每次案件扫描前，进行该次近距离校准，获得各通道的该次测量数据，利用所述比对系数修正所述该次测量数据得到该次校准数据包括：

采集各通道的该次幅度测量值和该次相位测量值；

根据所述该次幅度测量值和所述幅度比对系数获得各通道的该次幅度校准值；

根据所述该次相位测量值和所述相位比对系数获得各通道的该次相位校准值。

4.根据权利要求3所述人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，

所述采集各通道的远距离幅度测量值和远距离相位测量值进一步包括：

对待测区域中心进行空背景扫描，获得各通道的空背景幅度值α_ij和空背景相位值θ_ij，其中第一个下标表示第i个通道，i＝1，...N，N为通道数，第二个下 标表示第j个频点，j＝1，...M，M为每个通道的步进频率连续波的频率点数。

在待测区域中心放置远距离定标体并对其进行扫描，获得远距离定标体幅度β_ij和远距离定标体相位φ_ij；

确定远距离幅度测量值χ_ij和远距离相位测量值 

其中

所述采集各通道的首次近距离幅度测量值和首次近距离相位测量值包括：

在毫米波开关天线阵列的旋转启动位置的正对面放置近距离定标体并对其进行扫描，获得所述首次近距离幅度校准值δ_ij和所述首次近距离相位校准值γ_ij。

5.根据权利要求4所述人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，

所述将所述远距离幅度测量值与所述首次近距离幅度测量值进行比对获得各通道的幅度比对系数包括：计算

其中，λ_ij为各通道的所述幅度比对系数；

所述将所述远距离相位测量值与所述首次近距离相位测量值进行比对获得各通道的相位比对系数包括：计算

其中，ω_ij为各通道的所述相位比对系数。

6.根据权利要求5所述人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，

所述采集各通道的该次幅度测量值和该次相位测量值包括：

对近距离定标体进行扫描，获得各通道的所述该次幅度测量值 和所述该次相位测量值 

所述根据所述该次幅度测量值和所述幅度比对系数获得各通道的该次幅度校准值包括：计算

其中，A_ij为各通道的所述该次幅度校准值；

所述根据所述该次相位测量值和所述相位比对系数获得各通道的该次相位校准值包括：计算

其中，B_ij为各通道的所述该次相位校准值。 

7.根据权利要求6所述人体安检系统多通道幅度和相位一致性校准方法，其特征在于，

所述利用所述该次校准数据对各通道的幅度和相位进行归一化校准包括：计算各通道的幅度归一化校准数据 

和各通道的相位归一化校准数据 

其中，A_nj为参考通道的幅度值，B_nj为参考通道的相位值，其中n为i值之一。 

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