CN104375141A - 毫米波三维全息扫描成像设备及检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波三维全息扫描成像设备及使用该毫米波三维全息扫描成像设备对待测对象进行检查的检查方法。该毫米波三维全息扫描成像设备包括:毫米波收发模块，所述毫米波收发模块包括用于发送和接收毫米波信号的毫米波收发天线阵列；导轨装置，所述毫米波收发模块以能够滑移的方式连接至所述导轨装置从而能够沿着所述导轨装置移动以对待测对象进行扫描；其中所述毫米波收发模块进行的所述扫描是平面扫描。该设备和方法能够缩短毫米波收发天线阵列的长度从而降低成本。

Description

毫米波三维全息扫描成像设备及检查方法
技术领域
本发明涉及人体安检技术领域，尤其涉及一种毫米波三维全息扫描成像设备及一种利用毫米波三维全息扫描成像设备对待测对象进行检查的检查方法。
背景技术
当前运用最广泛的成像式诸如人体或物品的待测对象的安检技术主要是X射线成像技术和毫米波成像技术。毫米波成像技术越来越受到市场的认可。毫米波成像技术又主要分为被动式毫米波成像技术和主动式毫米波成像技术，而主动式毫米波成像技术又以全息成像技术为主。
运用于人体安检的主动式毫米波三维全息成像技术中，柱面扫描成像技术运用较为广泛，但其设备体积庞大，算法复杂，且从理论上来说它的算法就是经过近似处理后才得出的，因此无法保证成像精度。另外，柱面扫描只能采用竖直的天线阵列，天线阵列较长，天线单元较多，大大抬高了设备的成本。
有鉴于此，确有必要提供一种新型的毫米波三维全息扫描成像设备和利用其对待测对象进行检查的检查方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种毫米波三维全息扫描成像设备，其能够快速、高效地实现毫米波三维全息扫描成像并简化系统结构。
本发明的目的还在于提供一种利用毫米波三维全息扫描成像设备对人体或物品进行检查的方法，该方法能够实现全面、方便、快捷的检查，尤其适用于对人体或物品进行安全检查的各种应用。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案通过以下方式来实现:
根据本发明的一个方面，提供了一种毫米波三维全息扫描成像设备，包括:
毫米波收发模块，所述毫米波收发模块包括用于发送和接收毫米波信号的毫米波收发天线阵列;
导轨装置，所述毫米波收发模块以能够滑移的方式连接至所述导轨装置从而能够沿着所述导轨装置移动以对待测对象进行扫描;
其中所述毫米波收发模块进行的所述扫描是平面扫描。
进一步地，所述毫米波收发天线阵列的发射面和接收面处于大致同一平面，且该平面在截面视图中为矩形或方形。
更进一步地，所述毫米波收发模块还包括与毫米波收发天线阵列相连接的毫米波收发电路。
优选地，所述毫米波收发天线阵列包括至少一列毫米波发射天线和至少一列毫米波接收天线。更优选地，所述一列毫米波发射天线包括以第一预定间距布置成一列的多个毫米波发射天线，所述一列毫米波接收天线包括以第二预定间距布置成一列的多个毫米波接收天线，其中所述第一预定距离与第二预定距离相同或不同。
在一个实施例中，在所述第一预定距离与所述第二预定距离相同的情况下，相邻的一列毫米波发射天线和一列毫米波接收天线中的相对应的毫米波发射天线和毫米波接收天线在与所述一列毫米波发射天线和/或毫米波接收天线的延伸方向相垂直的方向上交错布置或对准布置。
在另一实施例中，所述毫米波三维全息扫描成像设备还包括驱动装置，所述毫米波收发模块通过驱动装置与导轨装置相连接，从而驱动所述毫米波收发模块沿着导轨装置移动。
在另一实施例中，所述毫米波三维全息扫描成像设备还包括驱动装置，所述毫米波收发模块直接与导轨装置相连接，驱动装置通过其它方式驱动所述毫米波收发模块沿着导轨装置移动。
具体地，所述导轨装置被沿竖直方向、水平方向或成任意倾斜角度的方向设置，且相应地所述毫米波收发模块沿竖直方向、水平方向或成任意倾斜角度的方向移动。
进一步地，所述导轨装置由单条导轨或多条平行的导轨构成。
在一个示例中，所述毫米波三维全息扫描成像设备，还包括:
数据处理装置，所述数据处理装置与所述毫米波收发模块无线连接或有线连接以接收来自毫米波收发模块的扫描数据并生成毫米波全息图像;和
显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波全息图像。
具体地，所述数据处理装置用于生成控制信号并将控制信号发送给所述驱动装置以使所述驱动装置驱动所述毫米波收发模块运动;或所述毫米波三维全息扫描成像设备还包括与所述数据处理装置相独立的控制装置，所述控制装置用于生成控制信号并将控制信号发送给所述驱动装置以使所述驱动装置驱动所述毫米波收发模块运动。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用根据上述的毫米波三维全息扫描成像设备对待测对象进行检查的方法，包括以下步骤:
使所述待测对象于待测位置并将毫米波收发模块置于扫描起始位置;
驱动毫米波收发模块从所述扫描起始位置沿着导轨装置连续地或断续地移动至扫描终止位置以完成对所述待测对象的扫描;
在扫描过程中和/或扫描结束后，将所述毫米波收发模块在扫描过程中采集到的数据发送给数据处理装置;和
利用数据处理装置对接收自所述毫米波收发模块的数据进行处理，生成所述待测对象的毫米波全息图像，
其中由所述毫米波收发模块进行的扫描是平面扫描。
在一种实施方式中，在所述扫描过程中，所述毫米波收发模块断续运动，对于毫米波收发模块所处的同一位置，通过改变发射的毫米波的频率、改变毫米波收发模块中的当前发射天线和/或接收天线以对所述待测对象进行两个维度的扫描。该两个维度的扫描结合毫米波收发模块的断续运动，得到完整的三个维度的扫描数据。
在另一种实施方式中，在所述扫描过程中，所述毫米波收发模块连续运动，在所述毫米波收发模块移动的同时，通过改变发射的毫米波的频率、改变毫米波收发模块中的当前发射天线和/或接收天线以对所述待测对象进行多次三个维度的扫描，从而得到多次扫描结果完整的三个维度的扫描数据。
优选地，毫米波收发模块将从毫米波收发天线阵列中的一个或多个接收天线所接收的毫米波信号进行处理所获得的信息实时传输到数据处理装置、经过缓冲后分段传输到数据处理装置或者经过缓冲后一次性传输到数据处理装置。
在一个示例中，在生成所述待测对象的毫米波全息图像之后，对所述待测对象是否带有嫌疑物以及嫌疑物的位置进行自动识别并将结果输出。
本发明的上述技术方案中的至少一个方面能够通过对待测对象进行平面扫描。因此，相应的毫米波三维全息扫描成像设备的体积小。另外，所述设备也可以制造成矩形或方形形状，进而该设备占地面积小，适用场合广泛。
另外，本发明的毫米波三维全息扫描成像设备中的图像重建算法简单精确，能够提高成像速度和精度。进一步地，由于采用平面扫描的检查方式，故可以缩短毫米波收发模块中的天线阵列的长度，降低成本。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
图1示出根据本发明的实施例的毫米波三维全息扫描成像设备的结构示意图;和
图2示出图1所示出的毫米波收发模块的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
图1示意性地示出根据本发明的一实施例的毫米波三维全息扫描成像设备10。该毫米波三维全息扫描成像设备10可以包括:毫米波收发模块5、导轨装置3、和(必要时设置的)驱动装置4。毫米波收发模块5包括用于发送和接收毫米波信号的毫米波收发天线阵列52(在图2中示出)。而且，毫米波收发模块5以能够滑移的方式连接至导轨装置3从而能够沿着所述导轨装置3移动以对待测对象6进行扫描。
也就是说，根据本发明的毫米波三维全息扫描成像设备10可以对待测对象6一次进行一个面(例如待测对象的正面、侧面或背面)上的扫描。如果需要对待测对象6的多个面进行扫描，则可以简单地通过移动毫米波三维全息扫描成像设备10或使待测对象6转身或翻转来完成。这样，极大地降低了毫米波三维全息扫描成像设备10的制造成本，因为不需要像现有技术中的柱面扫描那样设置过多的毫米波收发天线以及复杂的转动设备。
所述毫米波收发模块进行的所述扫描是平面扫描，而非柱面扫描。与柱面扫描相比，平面扫描所需要的毫米波全息成像算法更为简单和精确。而且，平面扫描可以沿着任何扫描方向(如竖直、水平或倾斜方向等)进行，而柱面扫描只能沿着水平方向的弧形轨迹进行，因此，根据本发明的平面扫描的方案的灵活性明显胜于现有技术中的柱面扫描。
如图1所示，可以设置驱动装置4，其连接毫米波收发模块5和导轨装置3。这样，毫米波收发模块5可以与驱动装置4一起在导轨装置3中的导轨31的约束下沿着导轨31在导轨31的两端之间滑动。但这不是必须的，也就是说，可以将毫米波收发模块5直接与导轨装置3中导轨31相连接，而不设置驱动装置4。在此种情形下，毫米波收发模块5可以通过与其连接的诸如滑轮、电机等机械装置(未示出)沿着导轨31滑动。在此需要说明的是，此处所述的驱动装置4或诸如滑轮、电机等的其他类型的驱动装置可以由随后描述的数据处理装置2直接控制，或由数据处理装置2通过电控系统间接控制。鉴于这些在本领域中是已知的，故在此不再对他们进行详细说明。
虽然在图1中示出毫米波收发模块5扫描的方向是沿着竖直方向(图1中的页面的上下方向)，但是本领域技术人员应当理解，这不是必须的，该扫描方向也可以是水平的或成倾斜角的。当然，对于如何改变毫米波收发模块5的扫描方向，这可以通过改变导轨装置3的延伸方向来实现。具体地，如图1所示，在导轨31的延伸方向为竖直方向时，必然毫米波收发模块5沿着竖直方向进行扫描。可以理解，通过诸如容纳导轨装置3的底座(未示出)，实现导轨装置3中的导轨31沿竖直方向、水平方向或任何倾斜角度延伸。相应地，实现了毫米波收发模块5沿竖直方向、水平方向或其它任何倾斜角度进行平面扫描。
通常，由于毫米波收发模块5中的毫米波收发天线阵列52的长度是有限的，所以在实际中为了尽可能充分地利用毫米波收发天线阵列52的长度以节约成本，往往期望根据扫描对象来确定扫描方向，尤其是对于细长的物体。例如，所述扫描的方向可以设置成能够改变的，以使使用者根据需要如上文所述地随意调整扫描方向，而这是圆柱扫描所无法实现的。
当然，为了进行平面扫描，毫米波收发天线阵列52的发射面和接收面处于大致同一平面(即在图1中面对待测对象6的平面)，且该平面在图2所示的视图中为矩形或方形。当然，可以根据需要任意设置发射面和接收面的形状，而不限于上述的具体形式。
在图2中示出，毫米波收发模块5还包括与毫米波收发天线阵列52相连接和相互配合的毫米波收发电路51。具体地，该毫米波收发电路51设置在毫米波收发模块5中且在毫米波收发天线阵列52的后面。可以理解，只要是能够确保毫米波收发电路51不遮挡毫米波的收发即可，该毫米波收发电路51可以设置在任意的位置上，例如在毫米波收发模块5的上面或者下面或者左面或者右面。
毫米波收发天线阵列52包括至少一列毫米波发射天线53和至少一列毫米波接收天线54(相邻的所述一列毫米波发射天线53和一列毫米波接收天线54之间的间距为d，相邻的两个间距d可以不同)，其中相邻的一列毫米波发射天线53和一列毫米波接收天线54间隔开且交替布置。当然，所述至少一列毫米波发射天线53和至少一列毫米波接收天线54的设置方式不必限于图2所示的方式，可以根据需要任意设置，例如设置成所述至少一列毫米波接收天线53在一个区域平行布置，而至少一列毫米波接收天线54在另一区域平行地布置。
在图2中，优选地且为了描述简便，仅示出了一列毫米波发射天线53和一列毫米波接收天线54。
所述一列毫米波发射天线53包括以第一预定间距d1布置成一列的多个毫米波发射天线531，所述一列毫米波接收天线54包括以第二预定间距d2布置成一列的多个毫米波接收天线541，其中所述第一预定距离d1与第二预定距离d2相同或不同。
在实际中，通常将第一预定距离d1与第二预定距离d2设置成相同的距离，相邻的一列毫米波发射天线53和一列毫米波接收天线54中的相对应的毫米波发射天线531和毫米波接收天线541在与一列毫米波发射天线和/或毫米波接收天线的延伸方向(沿图2的页面的左右方向)相垂直的方向(沿图2的页面的上下方向)上交错布置。也就是，沿图2的页面的上下方向，相邻的毫米波发射天线531与毫米波接收天线541未被对准，而是沿着图2的页面的左右方向错开一定距离。当然，图2所示的交错布置不是必须的，也可以将相邻的毫米波收发天线531和毫米波接收天线541设置成沿着图2的页面的上下方向相互对齐或对准。
在一示例中，导轨装置3可以由单条导轨31构成，也可以由多条平行的导轨31构成。后一种方案可以使得毫米波收发模块5的移动更为稳定。
在一示例中，该毫米波三维全息扫描成像设备100还可以包括数据处理装置2。数据处理装置2与毫米波收发模块5无线连接或有线连接(例如通过导线8)以接收来自毫米波收发模块5的扫描数据并生成毫米波全息图像。该毫米波三维全息扫描成像设备10还可以包括显示装置1。显示装置1与数据处理装置2无线地或有线地(例如通过导线7)相连接，用于接收和显示来自数据处理装置2的毫米波全息图像。
在一示例中，数据处理装置2用于生成控制信号并将控制信号发送给驱动装置4以使所述驱动装置4驱动毫米波收发模块5运动。在另一示例中，毫米波三维全息扫描成像设备10也可以包括与所述数据处理装置2相独立的控制装置(未示出)，所述控制装置用于生成控制信号并将控制信号发送给驱动装置4以使驱动装置4驱动毫米波收发模块5实现扫描运动。
在图1示出的示例中，待测对象6(图中示出为人体)位于毫米波收发模块5的前面。毫米波收发模块5可以分别对待测对象6的正面和背面进行两次扫描以获取数据供数掘处理装置2生成待测对象6的整体毫米波图像。然而这不是必须的，可以仅对感兴趣的侧面进行检测。
另外，如图所示，本发明所述的毫米波收发模块5可以设置成矩形或方形的盒于形状，但是这不是必须的。本领域技术人员可以根据需要任意设置毫米波收发模块5的形状。
本发明还提供了一种利用毫米波三维全息扫描成像设备10对人体或物品进行检查的方法。所述方法包括:
使所述人体或物品等待测对象6处于待测位置并将毫米波收发模块5置于扫描起始位置;
借助于驱动装置4驱动毫米波收发模块5从该扫描起始位置沿着导轨装置3连续地或断续地移动至扫描终止位置以完成对所述人体或物品的扫描;
在扫描过程中和/或扫描结束后，将毫米波收发模块5在扫描过程中采集到的数据发送给数据处理装置2;和
利用数据处理装置2对接收自毫米波收发模块5的数据进行处理，生成所述人体或物品的毫米波全息图像。
在上述中，所述毫米波收发模块5进行的扫描是平面扫描。
如前文所述，在毫米波收发模块5的扫描过程中，由毫米波收发模块5进行的扫描可以以预定的速度、恒定的速度或可变的速度进行。
可以理解，对于毫米波三维全息成像来说，要求扫描有三个维度:空间上两个维度和频率上一个维度。空间上的两个维度分别是平行于毫米波收发模块平移方向的扫描一该扫描通过平移毫米波收发模块实现，和垂直于毫米波收发模块平移方向的扫描一该扫描通过切换当前发射天线和当前接收天线实现。频率这个维度上的扫描则通过改变发射和接受的毫米波的频率实现。
在扫描过程中，毫米波收发模块5的移动可以是沿图2的页面的上下方面的断续运动或连续运动。
在一种实施方式中，在所述扫描过程中，所述毫米波收发模块5断续运动，对于毫米波收发模块5所处的同一位置，通过改变发射的毫米波的频率、改变毫米波收发模块5中的当前发射天线和/或接收天线以对所述待测对象5进行两个维度的扫描。该两个维度的扫描结合毫米波收发模块5的断续运动，得到完整的三个维度的扫描数据。
在另一种实施方式中，在所述扫描过程中，所述毫米波收发模块5连续运动或不间断运动，在所述毫米波收发模块5移动的同时，通过改变发射的毫米波的频率、改变毫米波收发模块5中的当前发射天线和/或接收天线以对所述待测对象6进行三个维度的扫描，从而得到完整的三个维度的扫描数据。
在一个示例中，毫米波收发模块5将从毫米波收发天线阵列52中的一个或多个接收天线531所接收的毫米波信号进行处理所获得的信息实时传输到数据处理装置2、经过缓冲后分段传输到数据处理装置2或者经过缓冲后一次性传输到数据处理装置2。
在一示例中，上述方法还可以可选地包括步骤:在生成所述人体或物品的毫米波全息图像之后，对所述人体或物品是否带有嫌疑物以及嫌疑物的位置进行自动识别并将结果输出。这有助于快速地判别嫌疑物和防范安全风险，这在机场、海关等需要快速判定安全风险的应用中尤其有益。
本发明的上述技术方案中的至少一个方面能够通过对待测对象进行平面扫描。因此，相应的毫米波三维全息扫描成像设备的体积小。此外，由于其中的毫米波收发模块成平板的外形，故相应的设备也可以制造成矩形或方形形状，进而该设备占地面积小，适用场合广泛。
另外，本发明的毫米波三维全息扫描成像设备中的图像重建算法简单精确，能够提高成像速度和精度。进一步地，由于采用平面扫描的检查方式，故可以缩短毫米波收发模块中的天线阵列的长度，降低成本。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (17)

1.一种毫米波三维全息扫描成像设备，包括:
毫米波收发模块，所述毫米波收发模块包括用于发送和接收毫米波信号的毫米波收发天线阵列;
导轨装置，所述毫米波收发模块以能够滑移的方式连接至所述导轨装置从而能够沿着所述导轨装置移动以对待测对象进行扫描;
其中所述毫米波收发模块进行的所述扫描是平面扫描。
2.根据权利要求1所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述毫米波收发天线阵列的发射面和接收面处于大致同一平面，且该平面在截面视图中为矩形或方形。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述毫米波收发模块还包括与毫米波收发天线阵列相连接的毫米波收发电路。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述毫米波收发天线阵列包括至少一列毫米波发射天线和至少一列毫米波接收天线。
5.根据权利要求4所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述一列毫米波发射天线包括以第一预定间距布置成一列的多个毫米波发射天线，所述一列毫米波接收天线包括以第二预定间距布置成一列的多个毫米波接收天线，其中所述第一预定距离与第二预定距离相同或不同。
6.根据权利要求5所述的毫米波三维全息扫描成像系统，其特征在于，在所述第一预定距离与所述第二预定距离相同的情况下，相邻的一列毫米波发射天线和一列毫米波接收天线中的相对应的毫米波发射天线和毫米波接收天线在与所述一列毫米波发射天线和/或毫米波接收天线的延伸方向相垂直的方向上交错布置或对准布置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，还包括驱动装置，所述毫米波收发模块通过驱动装置与导轨装置相连接，从而驱动所述毫米波收发模块沿着导轨装置移动。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，还包括驱动装置，所述毫米波收发模块直接与导轨装置相连接，而驱动装置驱动所述毫米波收发模块沿着导轨装置移动。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述导轨装置被沿竖直方向、水平方向或成任意倾斜角度的方向设置，且相应地所述毫米波收发模块沿竖直方向、水平方向或成任意倾斜角度的方向移动。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述导轨装置由单条导轨或多条平行的导轨构成。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的毫米波三维全息扫描成像设备，还包括:
数据处理装置，所述数据处理装置与所述毫米波收发模块无线连接或有线连接以接收来自毫米波收发模块的扫描数据并生成毫米波全息图像;和
显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波全息图像。
12.根据权利要求11所述的毫米波三维全息扫描成像设备，其特征在于，所述数据处理装置用于生成控制信号并将控制信号发送给所述驱动装置以使所述驱动装置驱动所述毫米波收发模块运动;或所述毫米波三维全息扫描成像设备还包括与所述数据处理装置相独立的控制装置，所述控制装置用于生成控制信号并将控制信号发送给所述驱动装置以使所述驱动装置驱动所述毫米波收发模块运动。
13.一种利用根据权利要求1-12中所述的毫米波三维全息扫描成像设备对待测对象进行检查的方法，包括以下步骤:
使所述待测对象于待测位置并将毫米波收发模块置于扫描起始位置;
驱动毫米波收发模块从所述扫描起始位置沿着导轨装置连续地或断续地移动至扫描终止位置以完成对所述待测对象的扫描;
在扫描过程中和/或扫描结束后，将所述毫米波收发模块在扫描过程中采集到的数据发送给数据处理装置;和
利用数据处理装置对接收自所述毫米波收发模块的数据进行处理，生成所述待测对象的毫米波全息图像，
其中由所述毫米波收发模块进行的扫描是平面扫描。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述扫描过程中，所述毫米波收发模块断续运动，对于毫米波收发模块所处的同一位置，通过改变发射的毫米波的频率、改变毫米波收发模块中的当前发射天线和/或接收天线以对所述待测对象进行两个维度的扫描;该两个维度的扫描结合毫米波收发模块的断续运动，得到完整的三个维度的扫描数据。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述扫描过程中，所述毫米波收发模块连续运动，在所述毫米波收发模块移动的同时，通过改变发射的毫米波的频率、改变毫米波收发模块中的当前发射天线和/或接收天线以对所述待测对象进行三个维度的扫描，从而得到完整的三个维度的扫描数据。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其特征在于，毫米波收发模块将从毫米波收发天线阵列中的一个或多个接收天线所接收的毫米波信号进行处理所获得的信息实时传输到数据处理装置、经过缓冲后分段传输到数据处理装置或者经过缓冲后一次性传输到数据处理装置。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其特征在于，在生成所述待测对象的毫米波全息图像之后，对所述待测对象是否带有嫌疑物以及嫌疑物的位置进行自动识别并将结果输出。
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