CN109444985B - 多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其包括：毫米波成像单元，用来对目标区域进行检测，获得目标区域内的雷达图像，同时标识相应的坐标，将所得到的数据信号传递给数据融合单元；X光背散射单元，用来对同一目标进行成像，获得目标区域内的背散射图像，同样标示出相应的坐标信息，将所得到的数据信号传递给数据融合单元；数据融合单元，用来将毫米波成像单元和X光背散射单元得到的标记的坐标信息，将雷达图像和背散射图像进行融合，输出一幅完整的图像；判决与显示单元，用来依据数据融合单元得到的图像做判决结并输出判决结果。本发明具有结构简单紧凑、操作方便、检测效果好等优点。

Description

多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统

技术领域

本发明主要涉及到技术领域安检、安防检测领域，特指一种多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统。

背景技术

错综复杂的国际安全局势以及地区间发展的不平衡和不平等，导致全球范围内的恐怖袭击和暴力犯罪活动不断变化、升级，从而给社会公共安全造成极大威胁。在隐匿违禁物品探测中，各种类型的探测器将感知处于探测空间内的目标，并将目标信息以不同的信号形式传送给操作者或监控者。对这些隐匿违禁危险物品的探测存在的技术难题急需快速解决。而随着技术的发展，现有的微小型窃听器、摄像头等对个人的隐私造成了很大的影响。

目前常用的探测手段主要包括金属探测器、X射线探测器以及毫米波探测器等。

金属检测器结构、使用简单，体积较小而便于携带，且价格便宜，是目前最常用的人体安全检查设备之一。但是金属检测器只能检测金属物品，如传统的刀、枪。且其检测有效性与金属物品的数量、藏匿方式和金属材质的关系非常大。此外，金属检测器无法成像或识别，而只能简单判断金属物品的有无，因而无法区分隐匿的金属物品是诸如硬币、钥匙、腰带之类的普通物品，还是真正的危险物品。因此，金属检测器只要检测到金属，就会发出报警，甚至因手术安装于体内的金属器械也可能触发检测器的警报，从而导致了较高的虚警概率。此外，金属检测器无法检测像塑料炸弹和液体炸弹之类的非金属危险物，而现实中越来越多的恐怖分子倾向于使用这类爆炸物进行恐怖袭击。

毫米波其波长介于微波和红外，其同时具有红外光和微波共同特征之外，还有其独特的性能。与红外光相比，毫米波的波长较长（频率较低），因此空气中的气体分子、水蒸气、悬浮颗粒等微粒对毫米波的衰减远小于对红外光的衰减，因而毫米波对雨雾或烟尘具有极强的穿透能力，它能穿透普通衣物、纸张、塑料。和微波相比，毫米波由于波长较短（频率较高），在给定的天线口径尺寸的情况下，毫米波的波束比微波波束要窄得多，系统的分辨力更高，即能够更为清晰地观察目标场景中的细节信息。

X 射线是波长介于紫外光和γ射线之间的电磁波，又称为 X 光、伦琴射线。X光检査仪穿透性非常强，能轻松穿透衣物、塑料、人体等，只有重金属才能阻止其继续传播。X 射线衍射技术可用于分析材料的组分，其成像技术用于对材料进行表征，分析材料的外部形貌特征。然而，X 射线是一种电离辐射，在穿透人体皮肤、肌肉等软组织的时候，大量辐射能量被组织吸收，被吸收的微量辐射会诱发癌变，破坏红细胞诱发白血病等。虽然X光检查仪不适合进行人体的隐匿违禁危险物品成像，但对常规的行李包裹以及隐藏在墙壁内的物体进行检测，X光检查仪是非常好的选择。

综上所述，上述三种传统方式存在以下不足之处：

1、金属探测器无法成像，且虚警较多，同时目前的光纤窃听器等采用非金属材料，无法准确检测。

2、毫米波虽然有一定穿透性，但对于隐藏在金属（如墙内水管等）后面的隐匿物无法成像，同时对于非金属隐匿物的探测信号较弱；无法准确找出所有的可疑目标。

3、常规的X射线仪基本采用对射形式，即发射和接收部分采用分离模块，这样做的缺点是需要是需要对准，且不适合手持式设备。同时X射线对于非金属介质中的金属目标成像效果较差，主要是因为X射线都可以穿透，无法有效区分目标和干扰介质。

同时，在当前的日常安检和排爆勤务工作中，基于x射线成像技术的安全检查设备是检测可疑物主要的检测手段，可以实现在不接触无损的情况下，对肉眼不可直接观察到的箱包内部、车辆夹层等嫌疑物、危险品的藏匿处进行检查。

但是目前使用的通道式x射线安全检查设备在进行安全检查时，需要使被检物体、车辆通过特定的安全检查通道，整套设备布设复杂，重量体积庞大，适用于固定场所内，在设置好的通道上进行安全检查，且轻易不可移动。使用传统x射线成像技术所开发的便携式检查设备，也必须在受检物体两侧，分别布置射线源与接收探测器，且只能检测地面上可置于临时通道内的受检物体，无法对靠着墙或悬空等位置的物体以及车辆夹层进行检测。从技术原理的角度来看，高能量的x射线对低密度有机物（炸药、毒品）不敏感。

因此在日常巡逻时，用于对可疑物品的临时安全检查，在有突发状况时，在随机的地点能够迅速设立安全检查岗位，方便携带，使用方式简单有效，可以单面成像的背散射技术成为解决问题的新技术手段。但在此之前，我国并没有自主技术的此类产品，一些进口设备在我国的使用，都会伴随着售价高、维护成本高、维修响应慢、使用培训不便、升级改进困难等多种问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、操作方便、检测效果好的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其包括：

毫米波成像单元，用来对目标区域进行检测，获得目标区域内的雷达图像，同时标识相应的坐标，将所得到的数据信号传递给数据融合单元；

X光背散射单元，用来对同一目标进行成像，获得目标区域内的背散射图像，同样标示出相应的坐标信息，将所得到的数据信号传递给数据融合单元；

数据融合单元，用来将毫米波成像单元和X光背散射单元得到的标记的坐标信息，将雷达图像和背散射图像进行融合，输出一幅完整的图像；

判决与显示单元，用来依据数据融合单元得到的图像做判决结并输出判决结果。

作为本发明的进一步改进：所述判决与显示单元通过深度学习的方法，将数据融合单元得到的图像与数据库进行比较，辅助判决目标的类型并标记目标的尺寸。

作为本发明的进一步改进：所述毫米波成像单元包括天线单元、雷达发射机、接收机以及数据处理模块，所述雷达发射机产生的毫米波信号经天线单元发射后，遇到目标而发生反射，反射回波被接收机接收；接收机接收到的信号经过数据处理模块后送入数据融合单元。

作为本发明的进一步改进：所述毫米波成像单元还包括用来移动所述接收机位置的传动机构，通过传动机构使所述接收机的位置在检测时改变，直至完成整个扫描平面的扫描。

作为本发明的进一步改进：所述接收机接收到的信号在放大、解调处理后，经A/D转换变为数字信号后送入数据处理模块。

作为本发明的进一步改进：所述X光背散射单元包括X射线发生器、X射线探测器以及数据处理模块，控制所述X射线发生器以一定角度斜向射入被检物体中，通过X射线探测器接收来自墙体内部的散射信号，经过数据处理模块处理之后送入数据融合单元。

作为本发明的进一步改进：所述X光背散射单元包括还包括机械传动装置，通过所述机械传动装置控制X射线发生器、X射线探测器使入射束与探测器焦点的交点在墙体内移动。

作为本发明的进一步改进：所述X射线探测器为一个聚焦型的探测器。

作为本发明的进一步改进：所述X射线发生器、X射线探测器置于被检对象的同一侧。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，结构简单紧凑、操作方便、检测效果好，能够形成手持式的隐匿物成像探测系统，支持单兵手持操作。手持式隐匿物成像雷达产品主要用于确定墙体内部和背面是否有金属、管道、塑料、电线等。能够穿透砖墙/页岩墙/轻质隔墙/龙骨隔墙等墙体，能够穿透木板、装修材料，检测隐藏在墙体或木板或者装修材料内部的金属和非金属器件，能够实时对内部器件进行成像，保证室内安全。产品本身要求具有易于使用、携带方便等特点。

2、本发明的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，系统便携适用及自动标识功能，系统具备，具有单兵携行、操作简便、易于维护、复杂地形环境适应性强等能力。通过采用机电一体化、人体工程设计等技术途径，达到微小型、轻量化、核心部组件国产化的要求。系统应能提供平面成像的二维标尺，以及不同深度成像平面的深度位置标尺。与以往系统相比，通过采用高精度成像探测和图像标定处理技术，实现对隐藏目标尺寸的直观、精准和便捷测量。

3、本发明的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，系统自动成像处理能力和目标辅助分析判读能力，系统具备对两种图像的能力，具有不同媒质的自动聚焦处理及媒质干扰自动抑制处理等自动成像处理功能，软件功能完备，且安全可加载新的应用模块，便于版本升级;具有扫描数据成像回放、标准图像格式的成像结果输出、扫描数据保存、电池电量显示等完整功能。目标辅助判读水平高低是影响检查人员、检查效果、准确确定目标属性与威胁的核心指标。目前，射线背散和雷达穿透成像在技术安全检查中单独使用，未能形成集成互补优势。从进一步提升判读能力出发，系统必须具备将两种手段探测数据综合积累和融合比对能力。

附图说明

图1是本发明的组成结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中毫米波成像单元的组成结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中X光背散射单元的组成结构原理示意图。

图4是本发明在具体应用实例中毫米波成像系统结构示意图。

图5是本发明在具体应用实例中X射线背散射系统结构示意图。

图6是本发明在具体应用实例中使用毫米波雷达系统对隐藏在非金属（砖块）的金属目标探测示意图，其中（a）为测试场景，（b）、（c）为两次测试的结果。

图7是本发明在具体应用实例中使用X背散射仪器探测金属覆盖下隐匿物的示意图，其中（a）为测试场景，（b）为实际测试结果。

图例说明：

1、毫米波成像单元；2、X光背散射单元；3、数据融合单元；4、判决与显示单元。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-图5所示，本发明的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，包括：

毫米波成像单元1，用来对目标区域进行检测，获得目标区域内的雷达图像，同时标识相应的坐标，将所得到的数据信号传递给数据融合单元3；

X光背散射单元2，用来对同一目标进行成像，获得目标区域内的背散射图像，同样标示出相应的坐标信息，将所得到的数据信号传递给数据融合单元3；

数据融合单元3，用来将毫米波成像单元1和X光背散射单元2得到的标记的坐标信息，将雷达图像和背散射图像进行融合，输出一幅完整的图像；

判决与显示单元4，用来依据数据融合单元3得到的图像做判决结并输出判决结果。

在具体应用实例中，判决与显示单元4通过深度学习的方法，将数据融合单元3得到的图像与数据库进行比较，辅助判决目标的类型并标记目标的尺寸。

在具体应用实例中，毫米波成像单元1包括天线单元、雷达发射机、接收机以及数据处理模块，如图2所示。雷达发射机产生中心频率为24GHz，带宽为1GHz的线性调频信号，雷达发射机产生的毫米波信号经天线单元发射后，遇到目标而发生反射，反射回波被接收机接收。接收机接收到的信号在放大、解调处理后，经A/D转换变为数字信号，并经过数据处理模块后存储于计算机中。这样即完成了扫描平面上一个点的扫描。移动接收机的位置至下一个扫描位置，并重复上述过程，直至完成整个扫描平面的扫描，即可获得这些扫描位置上的回波数据，随后釆用合适的成像算法，对目标进行重构，即可获得成像场景的图像。

在具体应用实例中，X光背散射单元2包括X射线发生器、X射线探测器、机械传动装置以及数据处理模块，如图3所示。X光背散射系统2的最大优点在于辐射源和探测采传系统布置灵活，可置于被检对象的同一侧。背散射成像仪采用控制X射线发生器以一定角度斜向射入被检物体（如墙体）中，通过一个聚焦型的X射线探测器，接收来自墙体内部的散射信号。通过机械传动装置控制X射线发生器、X射线探测器使入射束与探测器焦点的交点在墙体内移动，由于散射信息强度基本上与物体密度成正比，因此可扫描出墙体内部结构，通过信息处理从而获得内部图像。

在具体应用实例中，本发明的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统为手持式、便携性设备。

本发明中采用X射线和雷达成像探测两种途径，对墙体、家具、金属包装物品等进行金属和非金属隐匿物快速检测，大幅提高对隐匿物的检测发现能力和应急技术安全检查工作效率。X射线背散射对物质外层电子密度敏感，雷达成像探测对物质的电磁特性敏感，两种方式都可以获得高分辨的物体图像。然而X射线成像更有利于被金属表面隐藏的有机物(比如光纤)探测，雷达成像更有利于非金属介质中的金属目标探测，融合两种技术方案具有高度的互补性，有助于对目标属性的准确判别。

本发明具有在不同媒质内隐藏目标透视成像探测能力，媒质的透视成像探测能力是隐匿物检查工作的关键，是探测隐藏在各种媒质内隐匿物的前提。通过采用高灵敏背散射X 射线探测、毫米波高分辨率实时穿透成像等技术，系统需要在有限体量和安全发射功率条件下，具备比以往更深的穿透常见墙体媒质、家装材质媒质、家具材质媒介、金属材质包装等煤质，进行目标探测成像显示的能力。

本发明具有金属与非金属材质的隐藏目标程序探测能力，系统需具有金属、非金属材质隐藏目标的成像探测能力、通过采用射线背散射成像等新技术、填补对光纤隐匿物等非金属隐匿物探测成像能力空白，可检测的金属和非金属目标尺寸达到毫米级，同时可实现实时的高分辨率成像。

在具体应用实例中，本发明的工作流程如下：

步骤S1：使用毫米波成像单元1对目标区域进行检测，获得目标区域内的雷达图像，同时标识相应的坐标。

步骤S2：使用X光背散射单元2对同一目标进行成像，获得目标区域内的背散射图像，同样标示出相应的坐标信息。

步骤S3：由于雷达图像和X背散射图像都进行了机械传动，通过图像识别的方法比对两种传感器探测图像的异同，并根据标记的坐标信息将两幅图像进行融合，输出一幅完整的图像。

步骤S4：通过深度学习的方法，将探测的图像与数据库进行比较，辅助判决目标的类型并标记目标的尺寸。

本发明通过结合毫米波成像仪和X光背散射仪可同时实现对金属和非金属隐匿物实时探测和成像，参见图4。

在一个具体应用实例中，参见图5，使用毫米波雷达系统对隐藏在非金属（砖块）的金属目标探测，其中（a）为测试场景，将金属铁丝或者钥匙放置在砖块下面，（b）、（c）为两次测试的结果，能够发现目标有很强的反射信号，同样条件下，使用X背散射仪很难获得较好的图像。

在另一个具体应用实例中，参见图6，使用X背散射仪器探测金属覆盖下的隐匿物，其中（a）为测试场景，（b）为实际测试结果从中可以看出，X背散射仪器能够有效穿透金属介质，探测隐藏在金属介质后面的物体。然而，同样条件下使用毫米波成像系统，无法探测到该目标。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，包括：

毫米波成像单元，用来对目标区域进行检测，获得目标区域内的雷达图像，同时标识相应的坐标，将所得到的数据信号传递给数据融合单元；

X光背散射单元，用来对同一目标进行成像，获得目标区域内的背散射图像，同样标示出相应的坐标信息，将所得到的数据信号传递给数据融合单元；

数据融合单元，用来将毫米波成像单元和X光背散射单元得到的标记的坐标信息，将雷达图像和背散射图像进行融合，输出一幅完整的图像；

判决与显示单元，用来依据数据融合单元得到的图像做判决结并输出判决结果。

2.根据权利要求1所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述判决与显示单元通过深度学习的方法，将数据融合单元得到的图像与数据库进行比较，辅助判决目标的类型并标记目标的尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述毫米波成像单元包括天线单元、雷达发射机、接收机以及数据处理模块，所述雷达发射机产生的毫米波信号经天线单元发射后，遇到目标而发生反射，反射回波被接收机接收；接收机接收到的信号经过数据处理模块后送入数据融合单元。

4.根据权利要求3所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述毫米波成像单元还包括用来移动所述接收机位置的传动机构，通过传动机构使所述接收机的位置在检测时改变，直至完成整个扫描平面的扫描。

5.根据权利要求3所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述接收机接收到的信号在放大、解调处理后，经A/D转换变为数字信号后送入数据处理模块。

6.根据权利要求1或2所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述X光背散射单元包括X射线发生器、X射线探测器以及数据处理模块，控制所述X射线发生器以一定角度斜向射入被检物体中，通过X射线探测器接收来自墙体内部的散射信号，经过数据处理模块处理之后送入数据融合单元。

7.根据权利要求6所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述X光背散射单元包括还包括机械传动装置，通过所述机械传动装置控制X射线发生器、X射线探测器使入射束与探测器焦点的交点在墙体内移动。

8.根据权利要求6所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述X射线探测器为一个聚焦型的探测器。

9.根据权利要求6所述的多传感融合的便携式隐匿物成像探测系统，其特征在于，所述X射线发生器、X射线探测器置于被检对象的同一侧。