CN106353832A - 一种快速通过式毫米波人体安检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速通过式毫米波人体安检系统及方法，包括若干主动毫米波探测装置、若干红外探测装置、安检通道和控制系统，所有的主动毫米波探测装置和红外探测装置均电性连接于所述控制系统；所述主动毫米波探测装置沿所述安检通道从前往后均匀分布；主动毫米波探测装置和红外探测装置的探测方向均朝向所述安检通道，且所有红外探测装置的探测范围覆盖整个安检通道。较之现有的机械扫描式和传送带式人体安检成像系统，本发明由于人员步行通过不停留且实时成像，大大缩短了检查时间，在大人流应用场景下，能极大地提高工作效率及吞吐量，易行高效。

Description

一种快速通过式毫米波人体安检系统及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种快速通过式毫米波人体安检系统及方法。

背景技术

毫米波是波长介于微波与光波之间的电磁波，被广泛应用于通讯、雷达成像及军事领域。近年来，由于安检的迫切需求，毫米波成像技术被应用于人体危爆物品的探测技术领域，利用毫米波可穿透衣物的特性，通过测量人体在毫米波波段的辐射信息和反射信息成像，可以探测到隐藏于衣物之下的物体，如金属或塑料手枪、陶瓷刀具、炸药等危险品。

根据成像机制的不同，毫米波成像技术可以分为被动式毫米波成像和主动式毫米波成像两种技术。被动式毫米波成像系统工作时，系统的接收天线阵列接收人体向外辐射的毫米波信号，毫米波被透镜聚焦于辐射计阵列，辐射计把接收到的毫米波转化为电平信号，该电平信号的大小和被检测人体的温度呈正相关，通过测量该电平信号就能获得被检测人体的亮温信息，实现人体的隐匿物检测。主动式毫米波成像技术相对复杂，主动式毫米波成像系统工作时，毫米波发射源在不同时刻、不同的位置，以不同的频率发射出一定功率的毫米波，同时在相应的发射源附近接收从被检对象发射回来的毫米波信号，记录其强度和相位信息，再利用信息重建的算法对采集到的强度和相位信息进行重建得到被检测对象的三维图像。

被动式毫米波成像系统受场景影响较大，并且被检测物辐射能量较低，导致成像分辨率较低，无法探测出体积更小的违禁物品，只能应用于检测刀具、手枪等体积较大的违禁物品。而主动式毫米波成像系统根据其特有的优势，成像分辨率能够达到毫米量级，更受机场安检员、防暴公安人员的青睐，但是主动式产品系统更复杂，机械扫描体制的系统实时性差，安检吞吐量有待提高。

目前市场上，基于机械扫描方式的主动式毫米波人体成像安检系统逐渐成为各大安检场所的主流产品。该类产品能够对人体进行三维成像，进而检测人体携带的隐匿危爆物品，但由于需要机械扫描，被检人员需要在指定位置停留，检测时间长，安检吞吐量相对较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种快速通过式毫米波人体安检系统及方法，能够实现被检人步行通过检测区域，自动检测出被检人携带的隐匿违禁物品，从而实现快速、不停留的人体安全检查。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速通过式毫米波人体安检系统，包括若干主动毫米波探测装置、若干红外探测装置、安检通道和控制系统，所有的主动毫米波探测装置和红外探测装置均电性连接于所述控制系统；所述主动毫米波探测装置沿所述安检通道从前往后均匀分布；主动毫米波探测装置和红外探测装置的探测方向均朝向所述安检通道，且所有红外探测装置的探测范围覆盖整个安检通道。

进一步地，包括四套所述主动毫米波探测装置，四套所述主动毫米波探测装置沿安检通道从前往后交错排列在所述安检通道的两侧。

进一步地，包括两套所述红外探测装置，分别设置在安检通道一侧的前部和另一侧的后部。

进一步地，所述主动毫米波探测装置包括毫米波收发天线阵列、射频开关模块、毫米波接收组件、毫米波发射组件和中频信号采集模块，所述毫米波收发天线阵列、毫米波接收组件和毫米波发射组件分别电性连接于所述射频开关模块，且所述毫米波接收组件电性连接于所述中频信号采集模块，所述中频信号采集模块电性连接于所述控制系统，所有的毫米波发射组件接收来自控制系统的基带信号。

更进一步地，所述毫米波收发天线阵列集成192个均匀排布的Ka天线，天线阵列长度为2m。

进一步地，所述控制系统包括数字信号处理装置、计算机装置和毫米波信号源装置；所有的主动毫米波探测装置和红外探测装置均电性连接于所述数字信号处理装置，所述数字信号处理装置和毫米波信号源装置均电性连接于所述计算机装置；所述安检通道上所有金属材质的部分都覆盖有吸波材料。

利用上述快速通过式毫米波人体安检系统的快速通过式毫米波人体安检方法，包括如下步骤：

S1被检人员以步行的速度无停留地通过安检通道，红外探测装置探测到被检人员的存在，向控制系统发送反馈信号和探测到的被检人员的位置信息；

S2控制系统根据被检人员在安检通道上的位置信息，向对应位置的主动毫米波探测装置发送驱动信号，驱动其启动并对被检人员进行探测，随着被检人员不断行进，红外探测装置不断将被检人员的实时位置信息传输至控制系统，控制系统依次启动所有的主动毫米波探测装置对被检人员进行检测；所有的主动毫米波探测装置完成探测后均将探测的结果传输至所述控制系统，由控制系统对探测结果进行处理，识别被检人员身上是否携带有违禁品。

需要说明的是，步骤S2中的具体方法为：

2.1)在初始状态，所有的主动毫米波探测装置均处于空闲待命状态；

2.2)被检人员行走到安检通道上第一套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第一套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第一套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.3)被检人员行走到安检通道上第二套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第二套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第二套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.4)被检人员行走到安检通道上第三套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第三套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第三套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.5)被检人员行走到安检通道上第四套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第四套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第四套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.6)控制系统根据所有主动毫米波探测装置发送来的被检人员人体的发射毫米波的幅度、相位信息，结合所有红外探测装置发送来的被检人员的位置信息，根据三维探测的方法，反演出每个主动毫米波探测装置所探测到的被检人员的毫米波图像，并通过图像融合的方式，生成被检人员的整体毫米波图像，并分析该整体毫米波图像及其特征，辨别出被检人员是否携带违禁物品。

进一步需要说明的是，步骤2.2)-2.5)中，各主动毫米波探测装置对人体进行探测的具体方法为：毫米波信号源装置发送基带信号给毫米波发射组件转换成毫米波信号，毫米波信号通过射频开关分选后由毫米波发射天线阵列发射到被检人员身上；毫米波接收天线阵列接收被检人员发射回的毫米波信号，接收的信号通过射频开关分选后经过毫米波接收组件输出带有特征信息的中频信号，中频信号采集模块将该中频信号转换成数字信号传输给控制系统，然后控制系统进行步骤2.6)的处理。

更进一步需要说明的是，各主动毫米波探测装置的毫米波发射天线阵列分时工作，分时收发信号，信号发射采用分时控制来进行信号隔离，并在时间周期T内，内积为0的两个信号，成为这两个信号相互正交。

本发明的有益效果在于：

1、较之现有的机械扫描式和传送带式人体安检成像系统，本发明由于人员步行通过不停留且实时成像，大大缩短了检查时间，在大人流应用场景下，能极大地提高工作效率及吞吐量，易行高效。

2、本发明的快速通过式毫米波人体安检方法安全性好，隐患少，易于被各类人群接受。

附图说明

图1为本发明系统的平面结构示意图；

图2为本发明系统的立体结构示意图；

图3为本发明系统的原理示意图框图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1-3所示，一种快速通过式毫米波人体安检系统，包括四套主动毫米波探测装置1、2、3、4、两套红外探测装置5和6、安检通道7和控制系统，所有的主动毫米波探测装置和红外探测装置均电性连接于所述控制系统；所述主动毫米波探测装置沿所述安检通道从前往后均匀分布；主动毫米波探测装置和红外探测装置的探测方向均朝向所述安检通道，且所有红外探测装置的探测范围覆盖整个安检通道。

主动毫米波探测装置1、主动毫米波探测装置2、主动毫米波探测装置3和主动毫米波探测装置4沿着安检通道7从前往后依次设置，并交错设置在安检通道7的两侧。红外探测装置5和6则分别设于安检通道7的一侧的前部和另一侧的后部。每个主动式毫米波探测设备的探测距离为1.5米，成像分辨率2cmx 1cmx 1cm。

在本实施例中，主动毫米波探测装置1、主动毫米波探测装置2、主动毫米波探测装置3和主动毫米波探测装置4的探测方向相对于安检通道7前后方向均具有一定的夹角，其中主动毫米波探测装置1、主动毫米波探测装置2所形成的是为从前往后倾斜的夹角，所述主动毫米波探测装置3和主动毫米波探测装置4所形成的是从后往前倾斜的夹角。

进一步地，所述主动毫米波探测装置包括毫米波收发天线阵列101、射频开关模块102、毫米波接收组件103、毫米波发射组件104和中频信号采集模块105，所述毫米波收发天线阵列101、毫米波接收组件103和毫米波发射组件104分别电性连接于所述射频开关模块102，且所述毫米波接收组件103电性连接于所述中频信号采集模块105，所有的中频信号采集模块105电性连接于控制系统。

进一步地，所述毫米波收发天线阵列101集成192个均匀排布的Ka天线，天线阵列长度为2m。

进一步地，所述控制系统包括数字信号处理装置107、计算机装置108和毫米波信号源装置109；所有的主动毫米波探测装置(具体为中频信号采集模块105)和红外探测装置5、6均电性连接于所述数字信号处理装置107，所述数字信号处理装置107和毫米波信号源装置109均电性连接于所述计算机装置108。在本实施例中，所述控制系统还包括有频率综合装置110，用于提供系统同源时钟，同步信号。所有的主动毫米波探测装置的毫米波收发天线阵列均接收来自毫米波信号源装置109的基带信号。

进一步地，所述安检通道7上所有金属材质的部分都覆盖有吸波材料。电磁波打到金属上会发生反射，吸波材料的作用就是覆盖在金属上，吸收电磁波，防止其多次反射。吸波材料放置在安检通道中金属部位。

利用上述快速通过式毫米波人体安检系统进行快速通过式毫米波人体安检方法包括如下步骤：

由于主动毫米波探测装置从前往后交错设置在安检通道的两侧，探测方向朝向被检通道并与被检通道的前后方向形成夹角，被检人员也相应地被分成了四个被检区域，分别记为被检区域a、被检区域b、被检区域c、被检区域d；安检区域则分为区域I、区域II、区域III和区域IV。

在初始状态，所有的主动毫米波探测装置均处于空闲待命状态。

检测开始，被检人员以步行的速度无停留的通过安检通道。

被检人员行走到安检通道上第一套主动毫米波探测装置的探测位置，即区域I时，红外线探测装置(在本实施例中为红外线探测装置5)探测到并向数字信号处理装置发送被检人员的位置信息，数字信号处理装置将位置信息传输至计算机装置，计算机系统对位置信息进行分析得到被检人员位于第一套主动毫米波探测装置所在的区域I时，生成驱动信号通过数字信号处理装置向第一套主动毫米波探测装置发送，驱动第一套主动毫米波探测装置开始工作，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态，第一套主动毫米波探测装置对被检人员的被检区域a进行违禁物品检测。

被检人员行走到安检通道上第二套主动毫米波探测装置的探测位置，即区域II时，红外线探测装置(在本实施例中为红外线探测装置5)探测到并向数字信号处理装置发送被检人员的位置信息，数字信号处理装置将位置信息传输至计算机装置，计算机系统对位置信息进行分析得到被检人员位于第二套主动毫米波探测装置所在的区域II时，生成驱动信号通过数字信号处理装置向第二套主动毫米波探测装置发送，驱动第二套主动毫米波探测装置开始工作，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态，第二套主动毫米波探测装置对被检人员的被检区域b进行违禁物品检测。

被检人员行走到安检通道上第三套主动毫米波探测装置的探测位置，即区域III时，红外线探测装置(在本实施例中为红外线探测装置6)探测到并向数字信号处理装置发送被检人员的位置信息，数字信号处理装置将位置信息传输至计算机装置，计算机系统对位置信息进行分析得到被检人员位于第三套主动毫米波探测装置所在的区域III时，生成驱动信号通过数字信号处理装置向第三套主动毫米波探测装置发送，驱动第三套主动毫米波探测装置开始工作，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态，第三套主动毫米波探测装置对被检人员的被检区域c进行违禁物品检测。

被检人员行走到安检通道上第一套主动毫米波探测装置的探测位置，即区域IV时，红外线探测装置(在本实施例中为红外线探测装置5)探测到并向数字信号处理装置发送被检人员的位置信息，数字信号处理装置将位置信息传输至计算机装置，计算机系统对位置信息进行分析得到被检人员位于第四套主动毫米波探测装置所在的区域IV时，生成驱动信号通过数字信号处理装置向第四套主动毫米波探测装置发送，驱动第四套主动毫米波探测装置开始工作，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态，第四套主动毫米波探测装置对被检人员的被检区域d进行违禁物品检测。

各主动毫米波探测装置对人体进行探测的具体方法为：毫米波信号源装置发送基带信号给毫米波发射组件转换成毫米波信号，毫米波信号通过射频开关分选后由毫米波发射天线阵列发射到被检人员身上；毫米波接收天线阵列接收被检人员发射回的毫米波信号，接收的信号通过射频开关分选后，经过毫米波接收组件输出带有特征信息的中频信号，中频信号采集模块将该中频信号转换成数字信号传输给数字信号处理装置。

数字信号处理装置根据四套主动毫米波探测装置发送来的被检人员各被检区域的发射毫米波的幅度、相位信息，结合两套红外探测装置发送来的被检人员的位置信息，根据三维探测的方法，反演出a，b，c，d四个人体被检区域的毫米波图像，并通过图像融合的方式，生成被检人员的毫米波图像，并上传给计算机装置；

计算机装置分析毫米波图像及其特征，辨别出被检人员是否携带违禁物品。

更进一步需要说明的是，各主动毫米波探测装置的毫米波发射天线阵列分时工作，分时收发信号，信号发射采用分时控制来进行信号隔离，并在时间周期T内，内积为0的两个信号，成为这两个信号相互正交。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速通过式毫米波人体安检系统，其特征在于，包括若干主动毫米波探测装置、若干红外探测装置、安检通道和控制系统，所有的主动毫米波探测装置和红外探测装置均电性连接于所述控制系统；所述主动毫米波探测装置沿所述安检通道从前往后均匀分布；主动毫米波探测装置和红外探测装置的探测方向均朝向所述安检通道，且所有红外探测装置的探测范围覆盖整个安检通道。

2.根据权利要求1所述的快速通过式毫米波人体安检系统，其特征在于，包括四套所述主动毫米波探测装置，四套所述主动毫米波探测装置沿安检通道从前往后交错排列在所述安检通道的两侧。

3.根据权利要求1所述的快速通过式毫米波人体安检系统，其特征在于，包括两套所述红外探测装置，分别设置在安检通道一侧的前部和另一侧的后部。

4.根据权利要求1所述的快速通过式毫米波人体安检系统，其特征在于，所述主动毫米波探测装置包括毫米波收发天线阵列、射频开关模块、毫米波接收组件、毫米波发射组件和中频信号采集模块，所述毫米波收发天线阵列、毫米波接收组件和毫米波发射组件分别电性连接于所述射频开关模块，且所述毫米波接收组件电性连接于所述中频信号采集模块，所述中频信号采集模块电性连接于所述控制系统，所有的毫米波发射组件接收来自控制系统的基带信号。

5.根据权利要求4所述的快速通过式毫米波人体安检系统，其特征在于，所述毫米波收发天线阵列集成192个均匀排布的Ka天线，天线阵列长度为2m。

6.根据权利要求1所述的快速通过式毫米波人体安检系统，其特征在于，所述控制系统包括数字信号处理装置、计算机装置和毫米波信号源装置；所有的主动毫米波探测装置和红外探测装置均电性连接于所述数字信号处理装置，所述数字信号处理装置和毫米波信号源装置均电性连接于所述计算机装置；所述安检通道上所有金属材质的部分都覆盖有吸波材料。

7.一种利用上述任一权利要求所述快速通过式毫米波人体安检系统的快速通过式毫米波人体安检方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1被检人员以步行的速度无停留地通过安检通道，红外探测装置探测到被检人员的存在，向控制系统发送反馈信号和探测到的被检人员的位置信息；

S2控制系统根据被检人员在安检通道上的位置信息，向对应位置的主动毫米波探测装置发送驱动信号，驱动其启动并对被检人员进行探测，随着被检人员不断行进，红外探测装置不断将被检人员的实时位置信息传输至控制系统，控制系统依次启动所有的主动毫米波探测装置对被检人员进行检测；所有的主动毫米波探测装置完成探测后均将探测的结果传输至所述控制系统，由控制系统对探测结果进行处理，识别被检人员身上是否携带有违禁品。

8.根据权利要求7所述的探测方法，其特征在于，步骤S2中的具体方法为：

2.1)在初始状态，所有的主动毫米波探测装置均处于空闲待命状态；

2.2)被检人员行走到安检通道上第一套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第一套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第一套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.3)被检人员行走到安检通道上第二套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第二套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第二套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.4)被检人员行走到安检通道上第三套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第三套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第三套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.5)被检人员行走到安检通道上第四套主动毫米波探测装置的探测位置时，红外线探测装置探测到并向控制系统发送被检人员的位置信息，控制系统接收到后向第四套主动毫米波探测装置发送驱动信号，第四套主动毫米波探测装置开始对被检人员进行探测，最终将探测装置发送回控制系统，其他三套主动毫米波探测装置依然处于空闲待命状态；

2.6)控制系统根据所有主动毫米波探测装置发送来的被检人员人体的发射毫米波的幅度、相位信息，结合所有红外探测装置发送来的被检人员的位置信息，根据三维探测的方法，反演出每个主动毫米波探测装置所探测到的被检人员的毫米波图像，并通过图像融合的方式，生成被检人员的整体毫米波图像，并分析该整体毫米波图像及其特征，辨别出被检人员是否携带违禁物品。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2.2)-2.5)中，各主动毫米波探测装置对人体进行探测的具体方法为：毫米波信号源装置发送基带信号给毫米波发射组件转换成毫米波信号，毫米波信号通过射频开关分选后由毫米波发射天线阵列发射到被检人员身上；毫米波接收天线阵列接收被检人员发射回的毫米波信号，接收的信号通过射频开关分选后经过毫米波接收组件输出带有特征信息的中频信号，中频信号采集模块将该中频信号转换成数字信号传输给控制系统，然后控制系统进行步骤2.6)的处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，各主动毫米波探测装置的毫米波发射天线阵列分时工作，分时收发信号，信号发射采用分时控制来进行信号隔离，并在时间周期T内，内积为0的两个信号，成为这两个信号相互正交。