CN106291732B - 基于毫米波成像的全方位安检系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于毫米波成像的全方位安检系统，包括支撑框架，该支持框架包括多个面、用于产生毫米波发射信号的毫米波发射链路、多个毫米波阵列天线，设置在所述支撑框架的不同面上，用于从不同角度向被测对象发射所述毫米波发射信号，并接收从所述被测对象反射回来的回波信号、毫米波接收链路和图像处理模块；通过在包括多个面的支撑框架的每个面上设置毫米波天线阵列，向被测对象的不同角度发射毫米波发射信号，并接收从被测对象的不同角度反射回来的回波信号，从而该构建被测物体的三维图像；可以实现被测对象的全方位检测，可以对人和物同时进行检测，方便快捷，准确度高。

Description

基于毫米波成像的全方位安检系统

技术领域

本发明涉及毫米波检测领域，特别是涉及一种基于毫米波成像的全方位安检系统。

背景技术

在毫米波探测技术领域，有主动式毫米波成像和被动式毫米波成像。主动式毫米波成像通过发射一定功率的毫米波信号于被测对象，接收被测对象反射信号，重建被测对象的图像信息，而被动式毫米波成像是利用毫米波辐射计采集被测对象的热辐射或者背景散射生成图像。显然，主动式毫米波成像受环境因素影响更小，获得的信息量更大，图像质量较好。

但是，目前的主动式毫米波成像系统一般为平面式结构，只能从一个固定的角度对被测对象进行检测，形成被测对象的二维图像供工作人员检查，如向人体的正面发射毫米波进行安检，若这个人在头发里或者鞋跟中藏有违规物品，很有可能形成的二维图像中无法显示出违规物品的清晰图像，并由于未探测到违规物品安检设备不发出报警提醒，造成漏检。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于毫米波成像的全方位安检系统，通过毫米波探测生成被测对象的三维图像，对被测对象进行全方位的检测，可以实现人和物的同时检测，方便快捷、准确度高、成本低。

一种基于毫米波成像的全方位安检系统，包括：

支撑框架，包括多个面；

毫米波发射链路，用于产生毫米波发射信号；

多个毫米波阵列天线，设置在所述支撑框架的不同面上，用于从不同角度向被测对象发射所述毫米波发射信号，并接收从所述被测对象反射回来的回波信号；

毫米波接收链路，用于处理所述回波信号，并将所述回波信号转化为所述被测对象的图像数据；

图像处理模块，用于根据所述图像数据生成所述被测对象的三维图像。

在其中一个实施例中，所述支撑框架的多个面包括底面、顶面、第一侧面和第二侧面，每个面上分别设置有天线基板，所述第一侧面和第二侧面为两相对侧面，所述多个毫米波阵列天线包括设置在所述第一侧面的天线基板上的第一毫米波阵列天线、设置在所述第二侧面的天线基板上的第二毫米波阵列天线、设置在所述顶面的天线基板上的第三毫米波阵列天线和设置在所述底面的天线基板上的第四毫米波阵列天线，所述毫米波发射链路和所述毫米波接收链路形成四组毫米波收发链路，每组毫米波收发链路分别设置在所述支撑框架每个面的天线基板上。

在其中一个实施例中，还包括驱动设备、运动控制模块和多个导轨，每个导轨分别设置在所述支撑框架的一个面上，各天线基板分别设置在一个导轨上，所述运动控制模块用于控制所述驱动设备带动所述多个毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨运动。

在其中一个实施例中，所述底面的导轨和所述顶面的导轨相互平行，所述第一侧面的导轨和第二侧面的导轨相互平行。

在其中一个实施例中，所述运动控制模块还用于控制所述第一毫米波阵列天线和第二毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨反向运动，以及控制所述第三毫米波阵列天线和第四毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨反向运动。

在其中一个实施例中，所述运动控制模块还用于控制所述第一毫米波阵列天线和第二毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨按照先后顺序运动，以及控制所述第三毫米波阵列天线和第四毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨按照先后顺序运动。

在其中一个实施例中，还包括多个毫米波阵列开关，与所述多个毫米波阵列天线一一对应连接，用于控制所述多个毫米波阵列天线中每个天线的接通和关断。

在其中一个实施例中，还包括扫描控制模块，用于通过控制所述多个毫米波阵列开关使得所述多个毫米波阵列天线按预设时序依次发射所述毫米波发射信号，或依次接收从所述被测对象反射回来的回波信号。

在其中一个实施例中，所述扫描控制模块还用于控制所述第一毫米波阵列天线和第二毫米波阵列天线形成的上下毫米波阵列天线，与所述第三毫米波阵列天线和第四毫米波阵列天线形成的左右毫米波阵列天线按照预设时差发射所述毫米波发射信号和接收所述回波信号。

在其中一个实施例中，还包括显示器，用于显示所述三维图像。

在其中一个实施例中，还包括报警模块，用于在所述全方位安检系统检测出所述被测对象夹带有危险物品时发出报警提醒。

上述基于毫米波成像的全方位安检系统，在包括多个面的支撑框架的每个面上设置毫米波天线阵列，向被测对象的不同角度发射毫米波发射信号，并接收从被测对象的不同角度反射回来的回波信号，由毫米波接收链路对该回波信号进行处理得到被测对象的图像数据，并根据该图像数据得到被测物体的三维图像；可以实现被测对象的全方位检测，可以对人和物同时进行检测，方便快捷，准确度高。

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实施例的附图。

图1是一实施例中基于毫米波成像的全方位安检系统的系统结构图；

图2是另一实施例中基于毫米波成像的全方位安检系统的电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1和图2，图1是一实施例中基于毫米波成像的全方位安检系统的系统结构图，图2是另一实施例中基于毫米波成像的全方位安检系统的电路结构图。

在本实施例中该基于毫米波成像的全方位安检系统，包括支撑框架10、毫米波发射链路20、多个毫米波阵列天线21、毫米波接收链路22和图像处理模块23。

支撑框架10包括多个面，分别为底面、顶面、第一侧面和第二侧面。该支撑框架10可以为长方体框架，其中，底面和顶面平行，第一侧面和第二侧面为两相对侧面，互相平行。

毫米波发射链路20用于产生毫米波发射信号。该毫米波发射链路20包括第一信号源、第一定向耦合器、第一功率放大器和二倍频器，所述第一信号源的输出端连接所述第一定向耦合器的输入端，所述第一定向耦合器的直通端连接所述第一功率放大器的输入端，所述二倍频器连接在所述第一功率放大器的输出端和发射天线之间。该毫米波发射链路20发出的毫米波信号为线性调频连续波，其频率范围为20GHz～40GHz，可以实现被测对象的准确检测。

多个毫米波阵列天线21设置在所述支撑框架10的不同面上，每个毫米波阵列天线分别设置在所述支撑框架10的一个面上，用于从不同角度向被测对象发射所述毫米波发射信号，并接收从所述被测对象反射回来的回波信号。

在支撑框架10的四个面上分别设置有天线基板12，多个毫米波阵列天线21包括设置在所述第一侧面的天线基板12上的第一毫米波阵列天线211、设置在所述第二侧面的天线基板12上的第二毫米波阵列天线212、设置在所述顶面的天线基板12上的第三毫米波阵列天线213和设置在所述底面的天线基板12上的第四毫米波阵列天线214，所述毫米波发射链路20和所述毫米波接收链路22形成四组毫米波收发链路，每组毫米波收发链路分别设置在所述支撑框架10每个面的天线基板12上。

每个毫米波阵列天线包括多个发射天线和多个接收天线。

毫米波接收链路22用于处理所述回波信号，并将所述回波信号转化为所述被测对象的图像数据。该毫米波接收链路22包括第二信号源、第二定向耦合器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第二功率放大器、第三功率放大器、第一二倍频器、第二二倍频器和低噪声放大器组成；第二信号源连接第二定向耦合器的输入端，第二定向耦合器的输出端连接第一混频器的中频端，第一混频器的本振端连接第二功率放大器的输入端，第一混频器的射频端连接第一定向耦合器的耦合端，第二功率放大器的输出端连接第一二倍频器的输入端，第一二倍频器的输出端连接第二混频器的本振端，第二混频器的射频端连接接收天线，第二混频器的中频端连接第三混频器的射频端，第二定向耦合器的耦合端连接第三功率放大器的输入端，第三功率放大器的输出端连接第二二倍频器的输入端，第二二倍频器的输出端连接第三混频器的本振端，第二二倍频器的中频端连接低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接图像处理模块。

上述毫米波接收链路22对接收的回波信号进行两次下变频后发送给图像处理模块23，减小了后期图像处理的难度，以便更好的建立被测对象的三维图像，经过上述毫米波收发射链路22处理后的回波信号消除了毫米波收发链路中非相干双信号源的引入带来的相位不同步的问题。

图像处理模块23，用于根据所述图像数据生成所述被测对象的三维图像。图像处理模块23接收到毫米波接收链路22处理后得到的图像数据，对该图像数据进行基于被测对象几何特征的傅里叶变换，然后进行傅里叶逆变换，从而构建被测对象的三维图像。

在利用上述全方位安检系统对被测对象进行安全检测的过程中，该被测对象可以是人和/或物品，毫米波阵列天线从被测对象的上下左右，或上下前后四个角度向其发射毫米波探测信号对其进行检测，可以充分获取被测对象的三维信息，被测对象经过该全方位安检系统后，形成其三维图像，安检人员可以根据上述三维图像检查被测对象是否携带有危险物品，清晰直观无死角，提高了安检的准确度，方便快捷，且该全方位安检系统结构简单，不需要复杂的控制算法来实现，成本低廉，实用性强。

在其中一个实施例中，该全方位安检系统还包括驱动设备25、运动控制模块24和多个导轨11，每个导轨11分别设置在所述支撑框架10的一个面上，四个面上分别设置有一个导轨11，上述各天线基板12分别设置在一个导轨11上，所述运动控制模块24用于控制所述驱动设备25带动所述多个毫米波阵列天线21所在的天线基板12沿着所述导轨11运动。该驱动设备25可以为驱动电机，该驱动电机有四个，分别用于驱动上述四个毫米波阵列天线沿其所在的导轨11运动。

在其中一个实施例中，底面的导轨11和所述顶面的导轨11相互平行，第一侧面的导轨11和第二侧面的导轨11相互平行。

此外，上述多个毫米波阵列天线21可以固定设置在支撑框架10的侧面上，通过增加发射天线和接收天线的个数，使得设置在支撑框架10各个侧面的毫米波阵列天线可以一次性获取被测对象对应角度的图像数据，从而构建其三维图像，无需驱动设备控制毫米波阵列天线运动，一次成像，可以提高安检的效率。

在其中一个实施例中，所述运动控制模块24还用于控制所述第一毫米波阵列天线211和第二毫米波阵列天线212所在的天线基板12沿着所述导轨11反向运动，以及控制所述第三毫米波阵列天线213和第四毫米波阵列天线214所在的天线基板12沿着所述导轨11反向运动。控制设置在相对方向的毫米波阵列天线反向运动，可以减少毫米波阵列天线收发信号时的干扰，例如，第一毫米波阵列天线211从右侧向被测对象发射毫米波信号，第二毫米波阵列天线212从左侧向被测对象发射毫米波信号，若这两个信号同时从正对的位置发出，其接收的回波信号可能会掺杂有对方的发射信号和/或回波信号，若相对方向的毫米波阵列天线反向运动，这两个毫米波阵列天线只有一个短暂的时间会正对，彼此收发信号的干扰小。

在其中一个实施例中，所述运动控制模块24还用于控制所述第一毫米波阵列天线211和第二毫米波阵列天线212所在的天线基板12沿着所述导轨11按照先后顺序运动，以及控制所述第三毫米波阵列天线213和第四毫米波阵列天线214所在的天线基板12沿着所述导轨11按照先后顺序运动。同样的，若相对方向的毫米波阵列天线按照先后顺序同向运动，这两个毫米波阵列天线不会处于正对位置，彼此收发信号的干扰小，提高了该全方位安检系统的成像质量。

在其中一个实施例中，该全方位安检系统还包括多个毫米波阵列开关26，与所述多个毫米波阵列天线21一一对应连接，用于控制所述多个毫米波阵列天线21中每个天线的接通和关断。每个毫米波阵列开关26包括多个开关，每个开关与毫米波阵列中的每个天线一一对应连接。

在其中一个实施例中，该全方位安检系统还包括扫描控制模块27，用于通过控制所述多个毫米波阵列开关26使得所述多个毫米波阵列天线21按预设时序依次发射所述毫米波发射信号，或依次接收从所述被测对象反射回来的回波信号。通过扫描的方式控制每个毫米波阵列天线发射和接收信号，减小了同一个毫米波阵列天线上的多个发射天线或多个接收天线在收发信号过程中的干扰，提高了成像的质量。

在其中一个实施例中，所述扫描控制模块27还用于控制所述第一毫米波阵列天线211和第二毫米波阵列天线212形成的上下毫米波阵列天线，与所述第三毫米波阵列天线213和第四毫米波阵列天线214形成的左右毫米波阵列天线按照预设时差发射所述毫米波发射信号和接收所述回波信号。为了减小全方位检测过程中不同的毫米波阵列天线之间收发信号的干扰，使得从上下角度采集被测对象图像信息和从前后采集被测对象图像信息的操作之间相隔一定时差，即上下毫米波阵列天线和左右毫米波阵列天线不同时收发信号，二者也是通过扫描的方式按照预设时差收发信号，提高被测对象三维图像的成像的质量。

在其中一个实施例中，该全方位安检系统还包括显示器28，用于显示所述三维图像，以供安检人员查看。

在其中一个实施例中，该全方位安检系统还包括报警模块29，用于在所述全方位安检系统检测出所述被测对象夹带有危险物品时发出报警提醒。

该安检设备可以工作在两种工作模式下：

a.当对人体进行安检时，若通过上述安检设备检测到该人体携带有危险物品，发出报警提醒；

b.当对物品进行安检时，若通过上述安检设备检测到该物品内藏有危险物品，不发出报警提醒，由安检人员通过显示器19的图像进行判断；同时，在该模式下也可以设定相应的判断算法由软件给出可疑区域的标注供安检人员参考。

上述全方位安检系统，在支撑框架10上设置多个毫米波天线阵列21，向被测对象的不同角度发射毫米波发射信号，并接收从被测对象的不同角度反射回来的回波信号，由毫米波接收链路22对该回波信号进行处理得到被测对象的图像数据，并根据该图像数据得到被测物体的三维图像，其中，该毫米波阵列天线可以通过电机带动沿导轨11运动，以实现被测对象的全方位检测，也可以通过增加天线个数固定设置对被测对象一次三维成像，在对被测对象进行检测的过程中，由扫描控制模块17控制多个毫米波阵列天线21之间、同一个毫米波阵列天线中的发射天线之间、接收天线之间按照一定的时序收发信息，减小信号之间的干扰，提高三维成像的质量，并对成像结果进行显示，在检测到被测对象中携带有危险物品时通过报警模块29发出报警提醒；该全方位安检系统可以对被测对象进行全方位的检测，实现人和物的同时检测，方便快捷，准确度高、结构简单成本低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于毫米波成像的全方位安检系统，其特征在于，包括：

支撑框架，包括多个面；

毫米波发射链路，用于产生毫米波发射信号；

多个毫米波阵列天线，设置在所述支撑框架的不同面上，用于从不同角度向被测对象发射所述毫米波发射信号，并接收从所述被测对象反射回来的回波信号；

毫米波接收链路，用于处理所述回波信号，并将所述回波信号转化为所述被测对象的图像数据；

图像处理模块，用于根据所述图像数据生成所述被测对象的三维图像；其中，

所述支撑框架的多个面包括底面、顶面、第一侧面和第二侧面，每个面上分别设置有天线基板，所述第一侧面和第二侧面为两相对侧面，所述多个毫米波阵列天线包括设置在所述第一侧面的天线基板上的第一毫米波阵列天线、设置在所述第二侧面的天线基板上的第二毫米波阵列天线、设置在所述顶面的天线基板上的第三毫米波阵列天线和设置在所述底面的天线基板上的第四毫米波阵列天线，所述毫米波发射链路和所述毫米波接收链路形成四组毫米波收发链路，每组毫米波收发链路分别设置在所述支撑框架每个面的天线基板上；

还包括驱动设备、运动控制模块和多个导轨，每个导轨分别设置在所述支撑框架的一个面上，各天线基板分别设置在一个导轨上，所述运动控制模块用于控制所述驱动设备带动所述多个毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨运动；

所述运动控制模块还用于控制所述第一毫米波阵列天线和第二毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨按照先后顺序运动，以及控制所述第三毫米波阵列天线和第四毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨按照先后顺序运动。

2.根据权利要求1所述的全方位安检系统，其特征在于，所述底面的导轨和所述顶面的导轨相互平行，所述第一侧面的导轨和第二侧面的导轨相互平行。

3.根据权利要求1所述的全方位安检系统，其特征在于，所述运动控制模块还用于控制所述第一毫米波阵列天线和第二毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨反向运动，以及控制所述第三毫米波阵列天线和第四毫米波阵列天线所在的天线基板沿着所述导轨反向运动。

4.根据权利要求1所述的全方位安检系统，其特征在于，还包括多个毫米波阵列开关，与所述多个毫米波阵列天线一一对应连接，用于控制所述多个毫米波阵列天线中每个天线的接通和关断。

5.根据权利要求4所述的全方位安检系统，其特征在于，还包括扫描控制模块，用于通过控制所述多个毫米波阵列开关使得所述多个毫米波阵列天线按预设时序依次发射所述毫米波发射信号，或依次接收从所述被测对象反射回来的回波信号。

6.根据权利要求5所述的全方位安检系统，其特征在于，所述扫描控制模块还用于控制所述第一毫米波阵列天线和第二毫米波阵列天线形成的上下毫米波阵列天线，与所述第三毫米波阵列天线和第四毫米波阵列天线形成的左右毫米波阵列天线按照预设时差发射所述毫米波发射信号和接收所述回波信号，使得从上下角度采集被测对象图像信息和从前后采集被测对象图像信息的操作之间相隔一定时差，即所述上下毫米波阵列天线和所述左右毫米波阵列天线不同时收发信号，所述上下毫米波阵列天线和所述左右毫米波阵列天线通过扫描的方式按照所述预设时差收发信号。

7.根据权利要求1所述的全方位安检系统，其特征在于，还包括显示器，用于显示所述三维图像。

8.根据权利要求1所述的全方位安检系统，其特征在于，还包括报警模块，用于在所述全方位安检系统检测出所述被测对象夹带有危险物品时发出报警提醒。