CN106093937A - 一种微波毫米波人体安检系统及安检方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种微波毫米波人体安检系统，包括：第一收发阵列，第二收发阵列，平动电梯，机械运动控制装置，电磁波产生装置，电磁波接收装置，阵列扫描控制装置，主控计算机，负责整体系统的协调控制，以及三维散射信息的成像处理；本发明的安检系统中，一维天线阵列可完成竖直向的扫描，平动电梯可完成水平向的扫描，再结合宽带电磁波信号进行距离向扫描，即可获取三维散射信息，利用后向散射或距离偏移等算法即可对目标区域进行三维成像。本发明利用了行进式平动电梯，避免了旋转式成像系统的待检人员停滞的情况，可在不影响行进速度的情况下完成安检。

Description

一种微波毫米波人体安检系统及安检方法

技术领域

本发明涉及安检系统领域，特别涉及一种微波毫米波人体安检系统，还涉及一种微波毫米波人体安检方法。

背景技术

近年来，国际社会对恐怖组织的袭击事件极为关注，发达国家投入大量人力物力用于反恐，我国在最近几年也时有恐怖袭击事件发生，公共安全问题也逐渐得到重视。目前公共场所的安全检查主要依赖X光检测仪对物品进行检测，而恐怖分子藏匿在衣物内的刀具、枪支、炸药等杀伤性武器只能依靠人工进行检查，效率十分低下，而且依靠简单的金属探测器以及触摸检查检出率也不高。

电磁波成像最早源于合成孔径雷达成像，获取待测目标对电磁波的散射信息，通过成像算法处理得到待测目标区域的像，一般使用数百兆赫兹至数十吉赫兹的微波波段电磁波，随着毫米波及太赫兹波技术的发展，成像系统频率已扩展到数太赫兹，目前各类电磁波成像系统已经在地理信息探测、穿墙雷达、探地雷达、安全检查等多领域得到应用。

微波毫米波至太赫兹频段的电磁波具有安全性高，穿透性好，对金属敏感的特点，已广泛应用于多种安检系统。利用宽带电磁波结合空间机械扫描或电子扫描可对目标区域进行三维成像，根据目标区域物体对电磁波的散射分布像可判别出是否有违禁物品，达到安全检查的目的。

在人体安检方面，国外有公司推出了8mm频段(26.5GHz～40GHz)的微波安检系统，利用一维探头阵列的电子扫描结合转台运动采集人体对微波信号的散射信息，然后利用三维成像算法进行成像。安检时，待检人员进入安检仪后站立不动，转台带动人体完成一周旋转，旋转期间，通过探头阵列中的收发天线采集竖直向不同位置的人体散射信号，转台旋转则采集了水平向不同位置的散射信号，构成二维柱面扫描，然后纵深方向依靠宽带微波信号实现成像分辨，这样就完成了三维信息的采集，再通过成像算法即可还原空间三维分布，得到三维像之后即可判断是否携带违禁物品。

上述旋转柱面式安检系统已得到应用，但是这种方式需要待测人员进入安检仪内停留数秒至数十秒，以便完成机械旋转，所以整体检测速度较慢，影响安检进度。

国内有公司提出了一种二维阵列式的成像安检系统设想，如图1所示，采用二维探头阵列的方式实现竖直与水平方位向的扫描，再结合宽带信号同样可以实现三维散射信息扫描，这种系统避免了机械旋转，理论上可以在很短时间内完成单次扫描。

图1所示的二维阵面式安检系统，阵列结构组成复杂，整体系统的构成也极为复杂，对于毫米波成像系统，人体大小的阵列规模将达到数万个，成本极高，维护也很困难，难以工程实现，而且图1中所示系统结构只能探测到单侧人体散射信息，由于电磁波特别是毫米波，很难穿透人体，因此还需要待测人员转身再次测试，如果再增加一面阵列，则会大幅增加系统成本，方案可行性不高。

上述两种安检系统需要发射电磁波，并接收待测目标的散射电磁波，然后通过成像算法对待测目标区域构成进行还原，称为主动成像方式，还有一种被动成像方式，主要应用在太赫兹波段，即安检系统不发射电磁波，仅接收待测物自身产生的太赫兹波进行成像，目前也有部分厂商进行了太赫兹被动成像系统研究。

被动成像不能得到三维信息，而且成像的分辨率等指标明显低于主动方式，在无背景源的室内也很难成像，通常需要在室外使用或者另加噪声源。

发明内容

本发明提出一种检测快速，系统组成简便，成像效果好的主动式人体安检系统，以解决现有人体安检仪器检测效率低，效果差等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种微波毫米波人体安检系统，包括：

第一收发阵列，由一维竖直向排列的第一发射天线阵列及第一接收天线阵列组成，向待检人员发射电磁波及接收待检人员散射回的电磁波；

第二收发阵列，由一维竖直向排列的第二发射天线阵列及第二接收天线阵列组成，向待检人员发射电磁波及接收待检人员散射回的电磁波；第一收发阵列与第二收发阵列分别布于待检人员通道两侧；

平动电梯，铺设在安检通道内；

机械运动控制装置，控制平动电梯的运动，并与电磁波产生装置连接，利用触发脉冲同步电子扫描与机械运动；

电磁波产生装置，用于产生所需频段微波、毫米波或太赫兹波，输出到第一发射天线阵列及第二发射天线阵列，实现电磁波的发射；

电磁波接收装置，待检人员散射回的电磁波通过第一及第二接收天线阵列输入到电磁波接收装置，进行信号处理；

阵列扫描控制装置，控制电磁波产生装置及电磁波接收装置，配合第一收发阵列以及第二收发阵列按照时序进行竖直向散射信息扫描；

主控计算机，负责整体系统的协调控制，以及三维散射信息的成像处理。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列完成竖直向的扫描，所述平动电梯完成水平向的扫描，再结合宽带电磁波信号进行距离向扫描，获取三维散射信息，利用后向散射或距离偏移算法对目标区域进行三维成像。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列分时工作，重复利用同一套电磁波产生与接收装置。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列安装在行进过程同一位置的双侧。

可选地，对于所用电磁波频段较低的情况，所述第一收发阵列与第二收发阵列错位放置。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用正交双极化探头天线进行信号的发射接收，获取两组散射信息，增强成像效果。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用单极化天线阵列扫描。

本发明还提出了一种利用上述的安检系统的微波毫米波人体安检方法，包括以下步骤：

步骤(1)，待检人员进入电梯；

步骤(2)，电梯自动检测到待测人员，开始运动；

步骤(3)，电梯运动同时，按位置等间隔发送触发脉冲至电磁波产生装置；

步骤(4)，电磁波产生装置将产生电磁波并输入到第一发射阵列中的探头；

步骤(5)，第一接收阵列中的探头接收电磁波，并依次切换采集竖直向散射信息；

步骤(6)，电磁波产生装置将产生电磁波并输入到第二发射阵列中的探头；

步骤(7)，第二接收阵列中的探头接收电磁波，并依次切换采集竖直向散射信息；

步骤(8)，在每一行进位置都按照步骤(4)～(7)进行竖直向散射信息扫描，直至待检人员出电梯；

步骤(9)，根据采集到的散射数据，利用三维成像算法成像；

步骤(10)，将多组图像进行融合，并进行降噪及增强等后处理；

步骤(11)，识别违禁物品。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用正交双极化天线阵列扫描。

可选地，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用单极化天线阵列扫描。

本发明的有益效果是：

(1)采用平动电梯运动，安检不影响行进过程；

(2)采用双侧探头阵列，避免检测盲区；

(3)采用双极化探头，增强成像效果；

(4)适用于微波毫米波各频段成像系统，覆盖100MHz～3THz。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的阵面式毫米波安检系统示意图；

图2为本发明的行进式微波毫米波人体安检系统示意图；

图3为本发明的微波毫米波人体安检系统工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前多数公共场合所用安检系统大多为X光机，无法进行人体安检，国外已有部分厂家研制了8mm频段电磁波人体安检系统，采用基于转台运动结合一维电子扫描的方式采集数据，需要待检人员停留数秒，效率较差。另外也是利用二维天线阵列进行电子扫描快速成像的设想，但二维阵列系统复杂度太高，成本昂贵，难以工程实现。

本发明提出了一种检测快速、系统组成简便、成像效果好的主动式人体安检系统，以解决现有人体安检仪器检测效率低，效果差等问题。

如图2所示，本发明的微波毫米波人体安检系统，包括：

第一收发阵列1，由一维竖直向排列的第一发射天线阵列及第一接收天线阵列组成，用于向待检人员发射电磁波及接收待检人员散射回的电磁波。

第二收发阵列2，与第一收发阵列1作用相同，由一维竖直向排列的第二发射天线阵列及第二接收天线阵列组成，用于向待检人员发射电磁波及接收待检人员散射回的电磁波。第一收发阵列1与第二收发阵列2分别布于待检人员通道两侧，避免检测盲区。

平动电梯3，铺设在安检通道内，匀速运动，待检人员在乘电梯过程中接受安检。

机械运动控制装置4，用于控制平动电梯3的运动，并与电磁波产生装置连接，利用触发脉冲同步电子扫描与机械运动。

电磁波产生装置5，用于产生所需频段微波、毫米波或太赫兹波，输出到第一发射阵列及第二发射阵列，实现电磁波的发射。

电磁波接收装置6，待检人员散射回的电磁波通过接收阵列输入到电磁波接收装置6，进行信号处理。

阵列扫描控制装置7，控制电磁波产生装置5及电磁波接收装置6，配合第一收发阵列1以及第二收发阵列2按照时序进行竖直向散射信息扫描。

主控计算机8，负责整体系统的协调控制，以及三维散射信息的成像处理。

本发明的安检系统中，一维天线阵列可完成竖直向的扫描，平动电梯可完成水平向的扫描，再结合宽带电磁波信号进行距离向扫描，即可获取三维散射信息，利用后向散射(Back Projection，BP)或距离偏移(Range Migration，RM)等算法即可对目标区域进行三维成像。

本发明利用了行进式平动电梯，避免了旋转式成像系统的待检人员停滞的情况，可在不影响行进速度的情况下完成安检。

考虑到平面扫描式成像系统的检测盲区问题，本发明提出了双侧天线阵列的安装方式，第一收发阵列1与第二收发阵列2可分时工作，重复利用同一套电磁波产生与接收装置，降低系统成本。第一收发阵列1与第二收发阵列2可安装在行进过程同一位置的双侧，如果所用电磁波频段较低，第一收发阵列1与第二收发阵列2也可错位放置避免相互影响。第一收发阵列1与第二收发阵列2的扫描将分别产生两幅三维图像，可进行图像融合，实现无盲区检测。

为进一步提升成像质量，优选地，本发明采用正交双极化探头天线进行信号的发射接收，两对正交极化的天线可互不影响地进行信号的收发，获取两组散射信息，可有效地增强成像效果；或者，为了降低系统成本，也可采用单极化天线阵列扫描。

如图3所示，利用本发明的安检系统进行人体安检的步骤如下：

步骤(1)，待检人员进入电梯；

步骤(2)，电梯自动检测到待测人员，开始运动；

步骤(3)，电梯运动同时，按位置等间隔发送触发脉冲至电磁波产生装置；

步骤(4)，电磁波产生装置将产生电磁波并输入到第一发射阵列中的探头；

步骤(5)，第一接收阵列中的探头接收电磁波，并依次切换采集竖直向散射信息；

步骤(6)，电磁波产生装置将产生电磁波并输入到第二发射阵列中的探头；

步骤(7)，第二接收阵列中的探头接收电磁波，并依次切换采集竖直向散射信息；

步骤(8)，在每一行进位置都按照(4)～(7)步骤进行竖直向散射信息扫描，直至待检人员出电梯；

步骤(9)，根据采集到的散射数据，利用三维成像算法成像；

步骤(10)，将多组图像进行融合，并进行降噪及增强等后处理；

步骤(11)，识别违禁物品。

以上流程除待检人员进出电梯外，步骤(2)～(7)为数据采集流程，(9)～(11)为数据处理流程，均由计算机控制系统自动完成，不需要人员参与，检测人员可在计算器前辅助监测是否有违禁物品检出。

本发明的优点如下：

(1)与旋转式安检系统相比，本发明提出的行进式安检系统不影响待检人员的前行；

(2)本发明采用了一维阵列形式结合平动电梯的结构方案，比二维面阵形式的安检系统结构简单，成本更低；

(3)本发明采用双侧阵列结构，能够避免散射信息采集盲区；

(4)本发明采用了双极化探头阵列形式，有利于提升成像质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波毫米波人体安检系统，其特征在于，包括：

第一收发阵列，由一维竖直向排列的第一发射天线阵列及第一接收天线阵列组成，向待检人员发射电磁波及接收待检人员散射回的电磁波；

第二收发阵列，由一维竖直向排列的第二发射天线阵列及第二接收天线阵列组成，向待检人员发射电磁波及接收待检人员散射回的电磁波；第一收发阵列与第二收发阵列分别布于待检人员通道两侧；

平动电梯，铺设在安检通道内；

机械运动控制装置，控制平动电梯的运动，并与电磁波产生装置连接，利用触发脉冲同步电子扫描与机械运动；

电磁波产生装置，用于产生所需频段微波、毫米波或太赫兹波，输出到第一发射天线阵列及第二发射天线阵列，实现电磁波的发射；

电磁波接收装置，待检人员散射回的电磁波通过第一及第二接收天线阵列输入到电磁波接收装置，进行信号处理；

阵列扫描控制装置，控制电磁波产生装置及电磁波接收装置，配合第一收发阵列以及第二收发阵列按照时序进行竖直向散射信息扫描；

主控计算机，负责整体系统的协调控制，以及三维散射信息的成像处理。

2.如权利要求1所述的微波毫米波人体安检系统，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列完成竖直向的扫描，所述平动电梯完成水平向的扫描，再结合宽带电磁波信号进行距离向扫描，获取三维散射信息，利用后向散射或距离偏移算法对目标区域进行三维成像。

3.如权利要求1所述的微波毫米波人体安检系统，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列分时工作，重复利用同一套电磁波产生与接收装置。

4.如权利要求1所述的微波毫米波人体安检系统，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列安装在行进过程同一位置的双侧。

5.如权利要求1所述的微波毫米波人体安检系统，其特征在于，对于所用电磁波频段较低的情况，所述第一收发阵列与第二收发阵列错位放置。

6.如权利要求1至5任一项所述的微波毫米波人体安检系统，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用正交双极化探头天线进行信号的发射接收，获取两组散射信息，增强成像效果。

7.如权利要求1至5任一项所述的微波毫米波人体安检系统，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用单极化天线阵列扫描。

8.一种利用权利要求1至5任一项所述的安检系统的微波毫米波人体安检方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，待检人员进入电梯；

步骤(2)，电梯自动检测到待测人员，开始运动；

步骤(3)，电梯运动同时，按位置等间隔发送触发脉冲至电磁波产生装置；

步骤(4)，电磁波产生装置将产生电磁波并输入到第一发射阵列中的探头；

步骤(5)，第一接收阵列中的探头接收电磁波，并依次切换采集竖直向散射信息；

步骤(6)，电磁波产生装置将产生电磁波并输入到第二发射阵列中的探头；

步骤(7)，第二接收阵列中的探头接收电磁波，并依次切换采集竖直向散射信息；

步骤(8)，在每一行进位置都按照步骤(4)～(7)进行竖直向散射信息扫描，直至待检人员出电梯；

步骤(9)，根据采集到的散射数据，利用三维成像算法成像；

步骤(10)，将多组图像进行融合，并进行降噪及增强等后处理；

步骤(11)，识别违禁物品。

9.如权利要求8所述的微波毫米波人体安检方法，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用正交双极化天线阵列扫描。

10.如权利要求8所述的微波毫米波人体安检方法，其特征在于，所述第一收发阵列与第二收发阵列采用单极化天线阵列扫描。