CN109343142A - 太赫兹高速扫描安检门通道成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，旨在提供一种结构简单，稳定可靠，抗外界干扰能力强的太赫兹安检门通道成像系统。本发明通过下述技术方案予以实现：至少两个太赫兹安检仪相向对称，通过卡槽或螺装的方式固定在太赫兹安检门通道出入口的探测门框上，形成供受检人员(4)出入的太赫兹安检通道，构成大于人体高度扫描区域的主动式太赫兹安检成像系统，主动式太赫兹安检成像系统利用太赫兹天线发射毫瓦级别的太赫兹波，穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号获得人体表面图像；两个太赫兹安检仪同时以合成孔径的交互式发射重叠的辐射探测方式对受检人员(4)的正面和背面进行扫描，扫描的结果通过线缆传递输入外部计算机进行实时成像。

Description

太赫兹高速扫描安检门通道成像系统

技术领域

本发明涉及一种主要应用于机场、海关、地铁、文化遗产等重要建筑物以及大型活动现场的安全检查，可以快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品，有效保障大众的生命财产安全的太赫兹安检技术。尤其涉及一种是太赫兹安检门通道成像系统。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz)辐射是对一个特定波段的电磁辐射的统称，通常它是指频率在0.1THz-10THz之间的电磁波，在某些特定场合，指0.3THz-3THz之间的电磁波，还有一种更广泛的定义，其频率范围高达100THz。太赫兹作为一种新型的相干光源，对很多介电材料和非极性的液体具有良好的穿透性。因此，太赫兹波可以对很多不透明的物体进行透视成像。太赫兹的透视性使它作为x射线成像和超声波成像的补充，用于安全检查或者在质量控制中进行无损探伤。太赫兹波成像技术包括二维成像、飞行时间成像、复合孔径成像、计算机辅助层析成像以及近场成像等。太赫兹辐射的另一个显著特点就是它的安全性。THz光子的能量低，只有几毫电子伏特，因此不会破坏被检测物质。相比于X射线有千电子伏的光子能量，它的能量低于各种化学健的键能，因此它不会引起有害的电反应。这一点在针对旅客身体的安全检查和对生物样品的检查等应用中至关重要，使得太赫兹安检机在未来安检行业的发展方向。太赫兹成像技术与其它波段的成像技术相比，它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加（超声、红外、X－射线技术也能提高图像分辨率，但是毫米波技术却没有明显的提高）。另外太赫兹技术还有许多独特的特性，如在非均匀的物质中有较少的散射，能够探测和测量水汽含量等等。太赫兹光谱技术不仅信噪比高，能够迅速地对样品组成的细微变化作出分析和鉴别，而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，使它能够对半导体、电介质薄膜及体材料的物理信息进行快速准确的测量。太赫兹雷达探测系统空间分辨力和角分辨能力较好，并且具有良好的抗干扰能力，与红外雷达和激光雷达相比，太赫兹雷达具有良好的穿透烟雾、沙尘的能力，可以实现全天候工作。此外，太赫兹雷达还可远程探测空气中传播的有毒生物颗粒或化学气体。利用强太赫兹辐射穿透地面的特点，可用来探测地下的雷场分布，还能进行远程炸弹探测等。太赫兹雷达还是反隐身的利器，无论是基于形状隐身还是涂料隐身，甚至基于等离子体隐身，太赫兹雷达都可以使其现出原形。而这正是目前大部分常规检测方法所做不到的。太赫兹技术还可用于危险品和藏匿物品的探测成像。因为太赫兹辐射是非电离的，它可以穿透对其他频率范围不透明的物质，例如包装材料、衣服甚至墙壁，这些属性使太赫兹遥感在无损检测和安全检查中得以应用。由于THz射线的穿透性和对金属材料的强反射特性，并且THz的高频率是的成像的分辨率更高，所以可以很容易看到隐藏在衣物、鞋内的刀具、枪械等物品。同时如果结合THz的物质鉴别特性，能够区分你身上是否携带炸药或毒品。首都师范大学THz实验室已经建立了常见的炸药和毒品的数据谱。另外，世界范围内引起社会动荡的自杀式炸弹恐怖袭击，也可以利用THz安检设备进行防范。因为站岗的可以不再是士兵或保安人员，而是THz安检仪，人们不需要靠近，分子就可以对其进行检查。

事实证明，在重要的公共场所和公共交通场站对人员进行安全检查是预防公共安全事件最重要的手段之一。市场上目前通用的安检方式是金属安检门配合手持式金属探测器进行人工探摸。区别于医院的人体透视X光机，通道式X光机做成通道检测物品，物品经过检测通道被透视检测。在安检机里，X光的通道包括准直器都是用铅给包裹起来的。安检机在工作的时候，辐射最厉害的是前后都用铅帘给遮挡起来的走货物通道。辐射剂量比较大的位置货物通道对着的前后两个方向。这种技术存在只能探测金属物品、效率低下、对人体有接触等多种弊端，而且在人流量相对较大的场合更是形同虚设。众所周知，安检门主要是对金属物品进行探测的，所以局限了它的探测范围，很多如塑料制成危险物品会被携带上飞机。且如果用于检测金属物品，这两件安防器材的灵敏度调试也将带来很大漏洞。安检门在检测的时候，可以调试检测灵敏度，钥匙扣戒指等小金属物件在被检时可达到不报警，避免了误报。但是这类产品灵敏度调试过高，则误报多。而灵敏度调试的过低，则检不出金属物品。所以，在检测过程中，容易出现漏检。安检门虽然可以在各种公共场所中检查人们是否带有危险物品，保证人们的安全，这时又有问题来了，安检门是由晶振产生的正弦振荡，由分频器分频为7.6K左右正弦波，经三极管与线圈进行功率放大后输入门板大线圈进行电磁波发射，由门内1-6区线圈分别进行接收。当频率相近时就会产生共振现象，对周围环境产生干扰。目前，国内市场的安检设备主要包括X光机行李安检仪、金属安检门、手持式金属扫描仪、液体探测仪和炸药探测仪。安检程序采取人物分检。一般情况下，行李物品通过X光机进行检查，人通过金属探测安检门进行检查。如果安检等级升高，还会安排专门的安检员手持金属扫描仪对人体进行贴身检查。对行李物品中的液体和粉末状物品还要单独经过液体和炸药探测仪进行排查。整个安检过程耗时长、效率低、造成安检门通道拥堵，给人带来不愉快的体验。而且安检门的灵敏度要根据使用的实际情况调节，不允许过高或过底，如灵敏度过高会产生误报警（因为安检门会处理感应到周围的微小信号），灵敏度过底会产生漏报警。人体隐匿物品检测一直是国内外研究的热点问题，目前的隐匿物品探测设备主要有：光学/红外成像仪、X射线系统、CT探测系统、金属安检门、手持式金属探测器等。安检设备主要是金属安检门、手持式金属探测器和X射线安检仪，都采用传统的主动发射电磁辐射的手段。前两者单次短时的安检不会对人体产生危害，但对孕妇和电磁过敏患者可能存在潜在的风险。虽然光学、X射线系统和红外成像无异具有很高的分辨率，但是光学/红外探测不能穿透衣物和包裹层探检隐匿违禁物；X射线系统和CT探测系统具有很好的穿透性，但其高辐射会伤害人体而无法用于人体安检；金属安检门只能告警不能定位，且对非金属违禁物无能为力。手持式金属探测器不能探检非金属违禁物，且须接触式操作，检测速度慢，易造成被检人员被侵犯感金属探测门工作时受到各种干扰，主要有如下几种：主机箱、安检门横梁、红外计数器、安检门脚套、门柱盖等构成的旋转门、滚闸门、活动铁门等大型金属物体与安检门之间保持1米以上的距离。目前有很多电子干扰信号对安检门有影响、比如：大型电梯、发电机组、中央空调等大型电子设备。如果安检门安装在过于靠近路边的门，那么来往通行的大型车辆会影响安检门的性能。更重要的是，从技术角度上来说，目前的设备在对人体的安检上存在着很大漏洞，因为X光机只能用于行李检查，严禁用于人体安检。用于人体安检的设备只能对人身上藏匿的金属物品作出响应，对种类更多的非金属违禁品，如炸药、腐蚀性液体、陶瓷刀具等的探测则无能为力。现有安检、安防设备手段已无法满足反恐维稳新需求，采用并推广能够高效、准确探测各类隐匿违禁品的新型安检安防设备已经势在必行。

THz成像系统按有无光源分为：被动式成像和主动式成像。THz被动式成像的THz射线来源于自然界的所有物质，包括岩石、植物、动物和人，并且能够穿透烟雾，云层以及服装等大多数固体材质，甚至在某些情况下还能透过比较厚的砖墙。THz探测器被动的收集和处理这些自然产生的THz射线，然后形成图像。THz 被动式成像由于不需要外加THz 源，在成本上更低一些，但是不能够进行三维成像，并且相较于主动式成像，其信噪比也较低。也就是说THz被动式成像仅能够探测到被测物的二维图形，无法进行三维成像。THz主动式成像系统增加了THz源，以增大探测信号的信噪比，提高成像距离和成像分辨率，可以对THz源进行调制以进行三维成像。目前研发中的太赫兹安检仪分成两种，主动和被动式。被动式是机器探测人体自身发出的电磁波，这个电磁波落在太赫兹波段，仪器本身没有辐射，辐射只来自被检测的人体。被动式毫米波安检成像设备，通过被动接收人体的辐射信号进行成像和安检，从原理上避免了主动辐射微波信号对人体健康存在的潜在风险。与手持式安检设备相比其通过率提高近一倍。可以检测出人体衣物掩盖下的爆炸物、毒品、枪支、刀具、光盘等隐匿物，其识别范围远大于金属检测门等现有安检设备。各分系统拆装方便、易于维护。由于人体辐射的太赫兹波非常微弱，被动式成像的成像结果往往对比度较低，图像不够清晰。而主动式成像则一般利用太赫兹天线发射毫瓦级别的太赫兹波，太赫兹波穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号即可得到人体表面图像。主动式成像不仅图像对比度高，而且通过合成孔径的方法，可以取得较高的方位向分辨率。主动式与被动毫米波成像,X光探测，金属探测等安检手段相比，主动毫米波个息成像具有以下优点。可用来探测金属、非金属武器，包括爆炸物;毫米波可以穿透普通衣物并被人体和隐匿物反射；主动式毫米波图像具有比较好的图像对比度和空间分辨能力，显示隐匿物的位置和形状。低剂量适度的毫米波是非电离的并对人体无害，易被公众接受。但目前的主动式采用高功率的飞秒激光器则会用电磁波照射人体，高功率的激光器的电光晶体、只能聚焦在某一小点上（毫米级别），还要对激光的波前进行调制，对环境要求太高，太过昂贵。现在大部分主动式按扫描方式分类有平面式扫描，实现相对简单，方位向分辨率可以达到四分之一波长，但是人体侧面相对模糊。圆柱式扫描克服了平面扫描模式侧面成像差的特点，不过设备所占用的空间比较大。扇式扫描扇束成像方法实质上是对扫描速度和成像分辨率的折中处理，以牺牲水平方向分辨率为代价实现较快的扫描。

因此当前需要一个结构简单，稳定可靠，性能优良的太赫兹安检成像系统结构，来满足多个场合的应用需求，针对这个问题，本发明提出了便携通道式太赫兹安检成像系统。

发明内容

本发明目的是针对现有技术安检门存在的不足之处，提供一种结构简单，稳定可靠，性能优良，抗外界干扰能力强的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，来满足多个场合的应用需求的问题，提高太赫兹安检成像系统的应用场合范围的便携通道式太赫兹安检成像系统。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，包括设置在通道两侧的太赫兹安检仪和安检门通道3，其特征在于：至少两个太赫兹安检仪相向对称，通过卡槽或螺装的方式固定在安检门通道3出入口的探测门框上，形成供受检人员4出入的安检门通道3，构成大于人体高度扫描区域的主动式太赫兹安检成像系统，主动式太赫兹安检成像系统利用天线发射毫瓦级别的太赫兹波，穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号获得人体表面图像；当受检人员4进入安检门通道3探测域后，两个太赫兹安检仪同时以合成孔径的交互式发射重叠的辐射探测方式对受检人员4的正面和背面进行扇束扫描，实现对人体及携带物品高分辨率实时成像，扫描的结果通过线缆传递输入外部计算机进行实时成像。当输出检测结果中存在危险品时报警；如不存在危险品，则通过绿灯显示让受检人员4从安检门通道3中通过。

进一步地，安检门通道（3）以折叠式方式，通道可以采用金属架、塑料膜等材料来加以实现；当使用完毕或者需要转移地点时，可将安检门通道（3）进行折叠，便于携带。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

结构简单可靠，易于便携装配。本发明以可折叠式通道为受检人员安检门通道，当确定安检地点后，通过将可折叠式通道运到地点后展开即可使用；太赫兹安检仪通过卡槽安装，或采用螺装等方式，固定在安检门通道出入口上方，由于最远检测距离可达5米，所以设备不用接触人体，安全无辐射，检测速度快，易于在人流密集的公共场所进行隐蔽监视。重量轻。底座稳固、拆装简单、可移动性强，同时能够快速装配、调试和实际测试，减少了进行手持探测器的繁琐性，也不需要像现有技术那样安装位置周围2米内不允许有大件的金属物，附近更不能存在强磁场或发射频率的设备、安装位置必须远离电力线和电缆线或成回路的金属框架、安装位置要远离机械加工设备（如机床等）或正常情况下处于运动或震动状态的金属物体的使用注意事项。同时克服了只能对磁性金属（黑色金属）较容易感应，非磁性金属（有色金属）较难感应，安检门对同一个金属样品感应程度（灵敏度）跟其形状（方向性）有关，门板内侧红外线探头眼被异物蔗住（金属物从安检门外侧通过发生报警）某个区位有报警的问题，从而解决了现有结构形式的太赫兹安检成像设备，移动困难，装配步骤繁琐，应用场合受限等问题。

性能优良、时间短。本发明采用主动式太赫兹安检成像方式，0.1THz、0.2THz、0.3THz等多个频段的太赫兹多频-多模成像，融合的多频段太赫兹成像探测，可进行大范围扫描成像，实现在人流量大的场合对危险品进行快速检测、识别和定位。

本发明主动式成像利用天线发射毫瓦级别的太赫兹波，太赫兹波穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号即可得到人体表面图像。克服了现有技术被动式成像利用辐射热计探测人体发射，的太赫兹波来形成人体表面图像，人体辐射的太赫兹波非常微弱，被动式成像的成像结果往往对比度较低，图像不够清晰的问题。主动式成像不仅图像对比度高，而且通过合成孔径的方法，可以取得较高的方位向分辨率。另外，由于采用了前后两个太赫兹安检仪对受检人员进行前后同时扫描，并快速成像，不仅探测灵敏度高，性能稳定，而且可以有效提高检查的客观性、准确性、针对性，降低安检员的劳动强度，提升安检效率。解决了现有太赫兹人体安检成像需要花费较多时间对受检人员进行360°扫描并成像的问题。而且不需要像现有技术那样预先设定金属物品重量、体积、大小、部位、去除硬币、钥匙、首饰、皮带扣等误报警的繁琐过程。

抗外界干扰能力强。本发明采用两个太赫兹安检仪，在探测区内形成准确识别人体携带物品的穿透力强太赫兹安检成像，可以准确判断金属物品的位置，可以获得更快、更好的成像质量。采用合成孔径的交互式发射重叠的辐射探测方式消除探测区域内的“弱区”和“盲区”，抗外界干扰能力强，可有效防止误报和漏报，不会受皮带扣、皮鞋、香烟盒、打火机、硬币、钥匙等物品的干扰。具备对复杂环境的自我适应能力，从而保持探测仪的稳定性和灵敏度。操作简单：简单方便操作人员无需培训就能完成。并且不需要现有技术交互式发射和接收采用温湿度自动检测跟踪补偿技术，能够适应不同的环境和气候,明显提高抗干扰能力。可以更好的应用在多个场合现太赫兹安检成像。

本发明非常适用于机场、各种会场、大型活动、车站、码头、娱乐场所、监狱、法院、政府重要部门、工厂、考场、商场、社区的通道安全检查和违禁物品查验领域，尤其是进行户外移动式安检成像，以及在密级人群进出处，进行快速安全扫描并提供警报信息的场所。

附图说明

图1是本发明的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统示意图。

图2是图1的工作流程示意图。

图中：1两侧门柱板、2太赫兹安检仪，3安检门通道，4受检人员。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，包括设置在通道两侧的太赫兹安检仪和安检门通道3。至少两个太赫兹安检仪相向对称，通过卡槽或螺装的方式固定在安检门通道3出入口的探测门框上，形成供受检人员4出入的安检门通道3，构成大于人体高度扫描区域的主动式太赫兹安检成像系统，主动式太赫兹安检成像系统利用天线发射毫瓦级别的太赫兹波，穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号获得人体表面图像；当受检人员4进入安检门通道3探测域后，两个太赫兹安检仪同时以合成孔径的交互式发射重叠的辐射探测方式对受检人员（4）的正面和背面进行扇束扫描，实现对人体及携带物品高分辨率实时成像，扫描的结果通过线缆传递输入外部计算机进行实时成像。当输出检测结果中存在危险品时报警；如不存在危险品，则通过绿灯显示让受检人员4从安检门通道3中通过。

探测门框包括两个活动平行的金属或非金属构成的门柱板1，太赫兹安检仪2嵌入在门柱板1上方的辐射孔中。安检门通道3是折叠式的。可折叠的安检门通道3通过安检门脚连接两侧门柱板1，构成一个无门盖横梁的闸门安检门通道。

太赫兹高速扫描安检门通道成像系统具体工作流程参阅图2。两个平行对称的通道门式太赫兹安检仪2产生的太赫兹射线，从两侧扫描进入安全通道人员，实时成像扫描人体的背面和正面，首先根据地点的设置和拟通行人员，通过线缆输出检测结果，太赫兹安检仪2将检测到得的实时成像送入后端连接的计算机进行判断是否存在危险品，是则报警，否则示意人员安全通过。基于毫米波全息成像技术，被检人在通道门中指定位置停留不到2秒的时间，即可得到其全身毫米波全息图像，包括被检人可能藏匿的各种金属、陶瓷、液体、毒品、爆炸物等违禁品的图像。随后，人体安检仪内置的自动识别算法将分析图像并自动给出这些违禁品的位置信息，显示在一幅人体卡通图上。

在确定安检门通道的材料和长度时，首先应根据地点的设置和拟通行人员的大致判断，避免受检人员在安检门通道中时，出现前后太赫兹安检仪都不能检测到的情况出现，也要避免长度过小，出现人员通行过慢的情况出现。

太赫兹安检仪通过卡槽固定或螺装的方式固定在安检门通道的出入口上方，两个安检仪的天线需要覆盖安检门通道的整个长度范围，避免出现安检无法覆盖的区域出现。通过线缆将太赫兹安检仪与后端计算机连接，进行实时成像。这种主动式太赫兹人体安检仪能够通过太赫兹信号对人体进行成像，并能够穿透如塑料、纸片、纺织品以及皮革等外包装材料，“看到”隐藏在包裹、行李、纸箱、衣物中的管制刀具、非法枪械等危险品等。更重要的是，它能有效识别诸如塑胶炸药、陶瓷刀、ABS手枪（3D打印工程塑料手枪）等非金属危险物品，这些在现有的X射线检测仪、金属探测门和手持金属探测仪上是很难检测的。同时，不再需要人体辅助，就能快速对隐藏在身上的物品进行扫描，分辨藏匿于人体上的2cm大小的危险品，“哪怕是一枚小小的硬币，钥匙都不放过”。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书实施例的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，包括设置在通道两侧的太赫兹安检仪和安检门通道（3），其特征在于：至少两个太赫兹安检仪相向对称，通过卡槽或螺装的方式固定在安检门通道（3）出入口的探测门框上，形成供受检人员（4）出入的安检门通道（3），构成大于人体高度扫描区域的主动式太赫兹安检成像系统，主动式太赫兹安检成像系统利用太赫兹天线发射毫瓦级别的太赫兹波，穿透人体表面衣服，通过测量反射的太赫兹信号获得人体表面图像；当受检人员（4）进入安检门通道（3）探测域后，两个太赫兹安检仪同时以合成孔径的交互式发射重叠的辐射探测方式对受检人员（4）的正面和背面进行扇束扫描，实现对人体及携带物品高分辨率实时成像，扫描的结果通过线缆传递输入外部计算机进行实时成像；当输出检测结果中存在危险品时报警；如不存在危险品，则通过绿灯显示让受检人员（4）从安检门通道（3）中通过。

2.如权利要求1所述的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，其特征在于：探测门框包括两个活动平行的金属或非金属构成的门柱板（1），太赫兹安检仪（2）嵌入在门柱板（1）上方的辐射孔中。

3.如权利要求1所述的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，其特征在于：安检门通道（3）是折叠式的。

4.如权利要求3所述的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，其特征在于：可折叠的安检门通道（3）通过安检门脚连接两侧门柱板（1），构成一个无门盖横梁的闸门太赫兹安检门通道。

5.如权利要求4所述的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，其特征在于：可折叠的安检门通道（3）通过安检门脚连接两侧门柱板（1），构成一个无门盖横梁的闸门安检门通道。

6.如权利要求1所述的太赫兹高速扫描安检门通道成像系统，其特征在于：两个平行对称的太赫兹安检仪（2）产生的太赫兹射线，从两侧扫描进入安全通道人员，实时成像扫描人体的背面和正面，首先根据地点的设置和拟通行人员，通过线缆输出检测结果，太赫兹安检仪2将检测到得的实时成像送入后端连接的计算机进行判断是否存在危险品，是则报警，否则示意人员安全通过。