CN108956526A - 一种被动式太赫兹危险品检测装置、检测方法及其应用 - Google Patents
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Abstract
本发明涉及一种物体检测方法，尤其涉及一种危险品检测装置、检测方法及其应用。一种被动式太赫兹危险品检测装置，包括可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、处理器、图像存储器、操作台以及显示器；其中，处理器与可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、图像存储器以及显示器分别连接。本发明解决了传统技术无法实现的快速准确探测人体携带隐匿危险物品的问题，对打击暴恐、报复社会等危害性极强的行为具有重要意义，其成功应用可形成对犯罪分子的思想震慑，可以从源头上减少此类案件的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种物体检测方法，尤其涉及一种危险品检测装置、检测方法及其应用。
背景技术
目前所使用的危险品检测系统为驻足式检测系统，例如金属探测器和X光检测仪等，此类系统通常需要安保人员对可疑人员逐一进行检测，当人流量过大，或需要检测较大范围，或同时对多目标进行检测时，该类系统由于检测危险品的效率低下。激光光谱技术为：受激光照射时，利用被检测对象吸收或发射的某些特定的波长的激光来判断是否存在爆炸物。局限性是激光无法穿过不透明物体，因而不能探测隐藏的爆炸物。
热成像技术主要是利用隐藏物品与表面之间的温度差来进行探测，这种技术在生命体炸弹方面优势显著。但是空气的流动和其他热源都会对探测效果产生影响，同时该技术只能提供隐藏品的形状信息，很难从物质成分的角度鉴别爆炸物。毫米波技术通过探测物体自身发射或者由物体反射回来的毫米波波段电磁辐射而成像，毫米波对大气和衣物具有良好的穿透性，能够在远距离探测隐藏的武器，但是不具备物质成分识别能力。
太赫兹波是指频率范围在0.1THz到10THz(1THz＝1012Hz)区间的电磁波，介于微波和太赫兹光之间。太赫兹波具有很多独特的优点，例如太赫兹波的光子能量远低于可见光和X射线，仅为可见光的千分之一，X射线的百万分之一，对生命体危害极小；太赫兹波波长较长，1THz的电磁波的波长为300μm，用来进行测量检测时受物质散射影响小；此外太赫兹波对很多不透明介质材料，如塑料、陶瓷、皮革等具有很强的穿透性；太赫兹波对于非金属物体具有良好识别能力。这些特点使太赫兹成像技术在安全检测监控领域有着广阔的应用前景，特别是针对隐藏的非金属危险品的检测和监控(例如爆炸物等)，以及后续的利用太赫兹光谱进行物质成份鉴别。
可见光图像具有高分辨率的特点，但是无法识别隐藏物体的信息，因此也就无法单独用于危险品的检测。由于很多有机分子在太赫兹频段内具有特征吸收和色散，使得通过太赫兹光谱能有效识别有机物的材料信息。另外，太赫兹辐射对于很多非金属以及极性物质具有很强的穿透力，因而在检测隐藏金属物品、爆炸物、以及爆炸物成份分析方面具有独特的优势。另外，还可以利用可见光图像高分辨率的优点，将危险品的形状、大小和位置等信息融合在可见光图像中，并且不改变原有可见光图像的色彩信息，从而从根本上改变了只能将危险品信息显示在低分辨率的X光图像、红外图像或者微波毫米波图像中的单传感器的传统做法。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种基于可见光以及太赫兹波的危险品检测装置、方法及其应用。
本发明的技术方案在于：
一种被动式太赫兹危险品检测装置，包括可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、处理器、图像存储器、操作台以及显示器；其中，处理器与可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、图像存储器以及显示器分别连接；
其中，可见光图像传感器信号采集包含所述携带危险品的被检测对象的可见光图像，并将可见光图像传输至处理器；太赫兹成像传感器以采集包含所述危险品的被检测对象的太赫兹图像，并将太赫兹图像传输至所述处理器；处理器对可见光图像和太赫兹图像进行处理，得到处理后的可见光图像和处理后的太赫兹图像；图像存储器存储所述处理后的可见光图像、处理后的太赫兹图像以及危险品检测结果图像；显示器以显示所述处理后的图像；然后将处理后的检测结果传输到操作台。
所述的可见光图像传感器包括可见光摄像头，所述可见光摄像头为广角摄像机或者鱼眼摄像机。
一种被动式太赫兹危险品检测方法，包括如下步骤：
(1)、利用可见光图像传感器和太赫兹图像传感器对包含所述危险品的被检测对象进行图像采集，分别得到原始可见光图像和原始太赫兹图像；其中，太赫兹图像传感器位于太赫兹工作环境中，所述太赫兹工作环境中温度在0～40℃之间，避免阳光和非LED灯的照射；
(2)、对原始太赫兹图像进行图像预处理，滤波平滑、去噪以获得清晰的图像，并通过灰度拉伸对图像进行增强；
(3)、对经过(2)处理的太赫兹图像进一步增强去噪，去除图像中的小块的噪声干扰；
(4)、对原始可见光图像进行畸变矫正；
(5)、将经过(3)处理的太赫兹图像和经过(4)处理的可见光图像进行信息融合，将融合的图像进行目标检测，将危险品检测的结果在显示器上进行显示；
(6)、将处理后的太赫兹图像和可见光图像传输到操作台。
还包括位于步骤(3)与步骤(4)之间的步骤(3-1)：在太赫兹图像中获得完整的生命体区域；首先对生命体整个区域进行目标检测，然后根据像素值对生命体进行分割，统计生命体区域内的像素值，获取灰度值低于100的低像素值区域并对该区域进行判断，进行危险品定位以及获取危险品形状及大小。
生命体是人体时，对人体进行分割时，切割成左胳膊、右胳膊、左腿、右腿和身体五个区域。
分割为5个区域的目的是：由于身体的五个区域在太赫兹成像的时候有差异：身体区域的亮度会大于其他区域的亮度，进行整体目标的分割检测容易丢失漏检目标，分区域检测根据各区域实际的成像效果进行目标的查找，降低了漏检率。
所述的灰度拉伸的方法为：计算图像的均值m和方差Δ,获取图像拉伸的最小值k＝m+n*△；
其中，
其中P(x，y)为图像的像素值；
其中I′(x，y)为增强后的图像。
所述的对原始可见光图像进行畸变矫正中，可见光相机畸变参数采用二元二次多项式进行计算，图像坐标点和畸变图像坐标(x，y)和畸变图像坐标(x’，y’)之间的关系如下所示：
x′＝a00+a10x+a01y+a20x2+a11xy+a02y2；
y′＝b00+b10x+b01y+b20x2+b11xy+b02y2；
其中：参数x原图像的横坐标，参数y是原图像的纵坐标,参数x’是畸变图像的横坐标，参数y’是畸变图像的纵坐标；a00，a10，a01，a20，a11，a02是图像横坐标的畸变参数，b00，b10，b01，b20，b11，b02是图像纵坐标的畸变参数。
所述的根据像素值对生命体进行分割时采用mser算法、聚类算法和边缘检测算法。
一种被动式太赫兹危险品检测方法的应用，用于对危险品进行检测并获取危险品形状及大小。
一种被动式太赫兹危险品检测方法的应用，用于对生命体携带的危险品进行检测并获取危险品形状及大小。
添加环境之后，提高了太赫兹图像的清晰度，降低外界的干扰，提高了目标检测的准确率。不添加环境进行太赫兹图像拍摄，会让目标产生的太赫兹波不均匀，容易产生很多的干扰噪声，而这些噪声又和目标非常接近，无法排除，很容易误检。
本发明的技术效果在于：
本发明解决了传统技术无法实现的快速准确探测人体携带隐匿危险物品的问题，对打击暴恐、报复社会等危害性极强的行为具有重要意义，其成功应用可形成对犯罪分子的思想震慑，可以从源头上减少此类案件的发生。被动式太赫兹人体安检系统采用了最先进的安检技术，已经具有了完全取代现有的其他人体安检设备的技术优势。从应用地点来说，所有的机场、火车站、客运码头、体育场馆等设施都可以配备数量与客流量相符合的安检系统，仅在公共交通领域，被动式太赫兹人体安检系统的潜在市场规模就可达到数十亿甚至百亿的规模。事实上该系统也可以被运用在政府大楼、学校、医院、监狱、法院等各种其他公众设施，其可见的规模达千亿元量级。已有多家政府机构对该设备表达了强烈的需求，特别是反恐形式严峻的地区有极强的需求。
附图说明
图1为本发明的设备组成图。
图2为本发明的流程图。
图3为定位人体区域的示意图。
具体实施方式
实施例1
一种被动式太赫兹危险品检测装置，包括可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、处理器、图像存储器、操作台以及显示器；其中，处理器与可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、图像存储器以及显示器分别连接；
其中，可见光图像传感器信号采集包含所述携带危险品的被检测对象的可见光图像，并将可见光图像传输至处理器；太赫兹成像传感器以采集包含所述携带危险品的被检测对象的太赫兹图像，并将太赫兹图像传输至所述处理器；处理器对可见光图像和太赫兹图像进行处理，得到处理后的可见光图像和处理后的太赫兹图像；图像存储器存储所述处理后的可见光图像、处理后的太赫兹图像以及危险品检测结果图像；显示器以显示所述处理后的图像；然后将处理后的检测结果传输到操作台。所述的可见光图像传感器包括可见光摄像头，所述可见光摄像头为广角摄像机或者鱼眼摄像机。
实施例2
一种被动式太赫兹危险品检测方法，包括如下步骤：
(1)、利用可见光图像传感器和太赫兹图像传感器对包含所述危险品的被检测对象进行图像采集，分别得到原始可见光图像和原始太赫兹图像；其中，太赫兹图像传感器位于太赫兹工作环境中，所述太赫兹工作环境中温度在0～40℃之间，避免阳光和非LED灯的照射；
(2)、对原始太赫兹图像进行图像预处理，滤波平滑、去噪以获得清晰的图像，并通过灰度拉伸对图像进行增强；
(3)、对经过(2)处理的太赫兹图像进一步增强去噪，去除图像中的小块的噪声干扰；
(4)、对原始可见光图像进行畸变矫正；
(5)、将经过(3)处理的太赫兹图像和经过(4)处理的可见光图像进行信息融合，将融合的图像进行目标检测，将危险品检测的结果在显示器上进行显示；
(6)、将处理后的太赫兹图像和可见光图像传输到操作台。
实施例3
(1)、利用可见光图像传感器和太赫兹图像传感器对包含所述危险品的被检测对象进行图像采集，分别得到原始可见光图像和原始太赫兹图像；其中，太赫兹图像传感器位于太赫兹工作环境中，所述太赫兹工作环境中温度在0～40℃之间，避免阳光和非LED灯的照射；
(2)、对原始太赫兹图像进行高斯滤波平滑去噪以获得清晰的图像，并通过灰度拉伸对图像进行增强；
(3)、对经过(2)处理的太赫兹图像进一步平滑去噪，去除图像中的小块的噪声干扰，在太赫兹图像中获得完整的生命体区域；首先对生命体整个区域进行目标检测，然后根据像素值对生命体进行分割，统计生命体区域内的像素值，获取灰度值低于100的低像素值区域并对该区域进行判断，进行危险品定位以及获取危险品形状及大小。
(4)对原始可见光图像进行畸变矫正；
(5)将经过(3)处理的太赫兹图像和经过(4)处理的可见光图像进行信息融合并在显示器上进行显示，然后将处理的结果传输到操作台。
其中，首先对生命体整个区域进行目标检测，然后采用mser算法、聚类算法和边缘检测算法根据像素值对生命体进行分割，生命体是人体时，分割成左胳膊、右胳膊、左腿、右腿和身体五个区域；统计生命体区域内的像素值，获取灰度值低于100的低像素值区域并对该区域进行判断，进行危险品定位以及获取危险品形状及大小。对生命体内携带的危险品进行检测并获取危险品形状及大小。
在人体定位时，首先确定人体的中心点，通过计算边缘检测的点，计算法得到人体图像的中心点，以中心点为中心，向上下左右搜索身体区域内的点，根据人体对称测特征得到身体区域，在中心点以上，身体区域左右两侧分别搜索左右胳膊，得到左右胳膊区域；在中心点以下，身体区域左右两侧分别搜索左右腿，得到左右双腿区域。针对人体五个区域进行危险品目标检测，分别平滑对应的检测区域，然后采用基于区域的自适应二值化方法进行二值化，获取人体的二值图，其中白色区域为人体区域像素值为255，黑色区域为危险品目标区域像素值为0，在获取的黑色区域进行目标个数和目标大小的统计，最后得到目标的位置和大小。并将原始的太赫兹灰度图像，转化为彩色图像，并标出目标所在位置。如果检测到身上携带了危险物品，则报警。由安检人员对报警的区域进行检查。
本发明解决1-2米近距离太赫兹图像和可见光图像信息融合问题。特别是包含人体区域的信息融合。目的是辅助太赫兹图像获取目标轮廓和区域的完整性。
本发明针对太赫兹灰度图像进行目标分割处理，基于局部区域的目标查找方法。首先检测人体所在的区域，然后基于人体所在的区域进行危险品目标检测，由于温度、让人体散发的太赫兹波和携带的物品对人体太赫兹波的影响，造成身体遮挡和不遮挡产生的太赫兹不同，基于不同的太赫兹波生成人体区域图像，然后采用图像分割的方法，得到目标所在的区域，目前的分割方法是将获取的人体区域进行平滑去噪，然后采用基于区域的目标检测方法，比如采用25*25的区域块扫描整个人体目标区域，如果该区域的灰度值小于该区域的平均灰度值，则定义为目标区域，最后采用边缘检测、二值化等操作获取目标所在的位置和大小。该方法能够提高检测率，降低漏检率。
本发明主要针对安检领域的金属和非金属，包括胶体、粉末、陶瓷、液体、易燃易爆等各类危险物品的检测。太赫兹的视场为2.4米*1米,分辨率是10mm。本发明对目标的检测是通过目标在背景区域不产生太赫兹波，目标的温度与背景之间的温度差，确定目标所在的区域。可见光图像用于辅助获得太赫兹目标轮廓的完整性。
本发明太赫兹成像速度快1-2秒，成像分辨率140*320，成像质量好。采用94GHz，空间分辨率为0.75*0.75厘米。本发明太赫兹设备搭建了对应的太赫兹工作环境，减少外界环境对成像的干扰。得到的图像清晰，采用去噪平滑能够很好的定位到人体区域。
Claims (10)
1.一种被动式太赫兹危险品检测装置，其特征在于：包括可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、处理器、图像存储器、操作台以及显示器；其中，处理器与可见光图像传感器、太赫兹成像传感器、图像存储器以及显示器分别连接；
其中，可见光图像传感器信号采集包含所述携带危险品的被检测对象的可见光图像，并将可见光图像传输至处理器；太赫兹成像传感器以采集包含所述危险品的被检测对象的太赫兹图像，并将太赫兹图像传输至所述处理器；处理器对可见光图像和太赫兹图像进行处理，得到处理后的可见光图像和处理后的太赫兹图像；图像存储器存储所述处理后的可见光图像、处理后的太赫兹图像以及危险品检测结果图像；显示器以显示所述处理后的图像；然后将处理后的检测结果传输到操作台。
2.根据权利要求1所述的一种被动式太赫兹危险品检测装置，其特征在于：所述的可见光图像传感器包括可见光摄像头，所述可见光摄像头为广角摄像机或者鱼眼摄像机。
3.一种被动式太赫兹危险品检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、利用可见光图像传感器和太赫兹图像传感器对包含所述危险品的被检测对象进行图像采集，分别得到原始可见光图像和原始太赫兹图像；其中，太赫兹图像传感器位于太赫兹工作环境中，所述太赫兹工作环境中温度在0～40℃之间，避免阳光和非LED灯的照射；
(2)、对原始太赫兹图像进行图像预处理，滤波平滑、去噪以获得清晰的图像，并通过灰度拉伸对图像进行增强；
(3)、对经过(2)处理的太赫兹图像进一步增强去噪，去除图像中的小块噪声干扰；
(4)、对原始可见光图像进行畸变矫正；
(5)、将经过(3)处理的太赫兹图像和经过(4)处理的可见光图像进行信息融合，将融合的图像进行目标检测，将危险品检测的结果在显示器上进行显示；
(6)、将处理后的太赫兹图像和可见光图像传输到操作台。
4.根据权利要求3所述的被动式太赫兹危险品检测方法，其特征在于：还包括位于步骤(3)与步骤(4)之间的步骤(3-1)：在太赫兹图像中获得完整的生命体区域；首先对生命体整个区域进行目标检测，然后根据像素值对生命体进行分割，统计生命体区域内的像素值，获取灰度值低于100的低像素值区域并对该区域进行判断，进行危险品定位以及获取危险品形状及大小。
5.根据权利要求4所述的被动式太赫兹危险品检测方法，其特征在于：生命体是人体时，对人体进行分割，分割成左胳膊、右胳膊、左腿、右腿和身体五个区域。
6.根据权利要求5所述的被动式太赫兹危险品检测方法，其特征在于：所述的灰度拉伸的方法为：计算图像的均值m和方差Δ,获取图像拉伸的最小值k＝m+n*△；
其中，
其中P(x，y)为图像的像素值；
其中I′(x，y)为增强后的图像。
7.根据权利要求6所述的被动式太赫兹危险品检测方法，其特征在于：所述的(4)中，对原始可见光图像进行畸变矫正中，可见光相机畸变参数采用二元二次多项式进行计算，图像坐标点和畸变图像坐标(x，y)和畸变图像坐标(x’，y’)之间的关系如下所示：
x′＝a00+a10x+a01y+a20x2+a11xy+a02y2；
y′＝b00+b10x+b01y+b20x2+b11xy+b02y2；
其中：参数x原图像的横坐标，参数y是原图像的纵坐标,参数x’是畸变图像的横坐标，参数y’是畸变图像的纵坐标；a00，a10，a01，a20，a11，a02是图像横坐标的畸变参数，b00，b10，b01，b20，b11，b02是图像纵坐标的畸变参数。
8.根据权利要求7所述的被动式太赫兹危险品检测方法，其特征在于：所述的根据像素值对生命体进行分割时采用mser算法、聚类算法和边缘检测算法。
9.一种被动式太赫兹危险品检测方法的应用，其特征在于：使用如权利要求3所述的一种被动式太赫兹危险品检测方法，对危险品进行检测并获取危险品形状及大小。
10.一种被动式太赫兹危险品检测方法的应用，其特征在于：使用如权利要求4所述的一种被动式太赫兹危险品检测方法，对生命体携带的危险品进行检测并获取危险品形状及大小。。
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