CN109471194B - 毫米波太赫兹成像设备及物体识别分类方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对被检对象进行安全检查的毫米波太赫兹成像设备，其包括聚焦透镜，微极化片阵列、探测器阵列和图形处理装置，其中所述聚焦透镜设置在被检对象和所述微极化片阵列之间，且被构造为将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波聚焦在所述探测器阵列上；所述微极化片阵列设置在所述探测器阵列的朝向所述聚焦透镜的一侧且设置为靠近所述探测器阵列；所述探测器阵列设置在所述聚焦透镜的焦平面上，且被构造为将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；以及所述图形处理装置设置于所述探测器阵列的远离所述微极化片阵列的一侧，且被构造为处理所述极化图像以对被检对象进行识别分类。

Description

毫米波太赫兹成像设备及物体识别分类方法

技术领域

本公开涉及安检技术领域，特别是涉及一种毫米波太赫兹成像设备，以及利用上述毫米波太赫兹成像设备对物体进行检测以进行物体识别分类的方法。

背景技术

在现有的被动式毫米波太赫兹成像类似于光学摄像，利用一个两二维的阵面(每个阵元的探测器(或者辐射计，或者、检波器，可以或者是直接检波也可以是、间接检波)对应一个像素，由阵列形式的阵元构成一个阵面)，对目标视场形成凝视，不需要扫描，可实现实时成像。

考虑到毫米波太赫兹探测器的成本，完全采取二维焦平面直接成像方式将导致整个系统成本十分昂贵。所以，在实际应用中为了同时兼顾系统成本和成像速率的要求，针对二维成像，当前的主流系统均采用一定数量的辐射计加上机械扫描的方式实现对整个视场的扫描覆盖，通过牺牲成像时间来减低少对探测器数目的需求，从而降低整个系统的成本。

现有的基于焦平面成像的被动式毫米波太赫兹成像安检装置无论是采用辐射计的直接探测还是外差法的间接探测，都只能通过可疑物(如手机、钞票、刀具、手枪等)与人体之间的温度差显示可疑物的图像形状，进而确定人体是否携带可疑物，而无法对可疑物进行物体识别。通常人体体表温度比可疑物高，在成像灰度图像上显示人体是白色，而可疑物是黑色。通常，无论是机器识别还是人工识别，均无法将类似形状和大小的皮带扣、手机、金属块、介质块和纸币等进行物体识别。

另外目前被动式人体安检转置的分辨率(物方向)一般只有2-3cm，这个分辨率对于通过大小和形状进行物体分类和物体识别是不完善的。

发明内容

本公开的目的在于解决上述技术问题中的至少一个方面，提供一种毫米波太赫兹成像设备及其利用该设备进行的物体识别和分类方法。通过该毫米波太赫兹成像设备能够在不对人体产生有害辐射的基础上，识别出物体以对物体进行分类，且识别到的物体的大小能够达到毫米级的结构。

在根据本公开的一个方面中，提供一种用于对被检对象进行安全检查的毫米波太赫兹成像设备，其包括聚焦透镜，微极化片阵列、探测器阵列和图像处理装置，其中

所述聚焦透镜设置在被检对象和所述微极化片阵列之间，且被构造为将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波聚焦在所述探测器阵列上；

所述微极化片阵列设置在所述探测器阵列的朝向所述聚焦透镜的一侧且设置为靠近所述探测器阵列；

所述探测器阵列设置在所述聚焦透镜的焦平面上，且被构造为将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；以及

所述图像处理装置设置于所述探测器阵列的远离所述微极化片阵列的一侧，且被构造为处理所述极化图像以对被检对象进行识别分类。

根据本公开的一个实施例，所述微极化片阵列包括多个微极化片，所述多个微极化片中的每个微极化片被完全极化或部分极化或不被极化。

根据本公开的另一个实施例，所述探测器阵列包括多个感波单元，多个感波单元的数量与多个微极化片的数量相同，所述探测器阵列上的每个感波单元的位置与所述微极化片阵列上的每个微极化片的位置相对应。

根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列为一维阵列，所述探测器阵列为一维阵列，所述一维微极化片阵列包括线性排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为N*1的微极化片阵列，其中N为正整数，且N≥3，且每个宏像素单元包括至少N-1个不同的极化角度。

根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列为二维阵列，所述探测器阵列为二维阵列，所述二维微极化片阵列包括在二维平面上排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为M₁*M₂的微极化片阵列，其中M₁，M₂为正整数，且M₁，M₂≥2，且每个宏像素单元包括至少N-1个不同的极化角度，其中N＝M₁*M₂。

根据本公开的另一个实施例，每个宏像素单元的N个微极化片包括如下方式中的至少一种：N个线极化微极化片；N-1个线极化微极化片和一个圆极化微极化片；N-1个线极化微极化片和一个无极化微极化片；N个部分极化微极化片。

根据本公开的另一个实施例，N个线极化微极化片的极化角度分别为Deg1、Deg2、Deg3、…DegN，其中

其中i为小于等于N的正整数。

根据本公开的另一个实施例，N-1个线极化微极化片的极化角度分别为Deg1、Deg2、Deg3、…DegN-1，其中

或/>

其中i为小于等于N-1的正整数；

其中，圆极化包括左旋圆极化和右旋圆极化中的至少一种。

根据本公开的另一个实施例，部分极化微极化片包括一部分被线性极化且其他部分未被极化的微极化片，或者一部分被圆极化且其他部分未被极化的微极化片。

根据本公开的另一个实施例，极化角度是固定的或可调的。

根据本公开的另一个实施例，毫米波太赫兹成像设备还包括毫米波太赫兹辐射源，其用于向被检对象辐射毫米波太赫兹波。

根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列为一维阵列，所述探测器阵列为一维阵列，所述毫米波太赫兹成像设备还包括设置在被检对象和聚焦透镜之间的光路中的可旋转扫描反射镜。

根据本公开的另一个实施例，所述可旋转扫描反射镜能够旋转以在一个特定旋转角度将被检对象上的特定部位成像在一维探测器阵列的特定感波单元上。

根据本公开的另一方面，提供一种使用根据本公开的第一方面的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法，包括：

通过所述聚焦透镜，使得被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波透过所述微极化片阵列且聚焦在所述探测器阵列上；

通过所述探测器阵列，将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；

利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像；

基于获得的高分辨率极化图像，利用自动识别算法进行物体识别分类。

根据本公开的一个实施例，所述微极化片阵列和所述探测器阵列均是二维阵列。

根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列包括多个宏像素单元，每个宏像素单元包括N个微极化片，N个微极化片具有至少N-1个极化角度，所述探测器阵列包括与微极化片数量相等且位置对应的感波单元(N为大于等于4的正整数)，其中，利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像的步骤包括：

S1：在探测器阵列获得的极化图像中，从多个感波单元所对应的像素点中提取N幅低分辨率极化图像，每幅低分辨率极化图像具有一个极化角度且包括具有一个相同极化角度的所有像素点；

S2：估算出极化阵列中极化角度位置处像素的无极化强度数据，得到一幅高分辨率无极化图像，高分辨率无极化图像的分辨率与微极化片阵列的大小相等，以及

在将高分辨率无极化图像的各个极化单元中，通过估算出来的无极化强度数据求平均值，该平均值作为具有相应极化角度的各个极化单元的无极化强度数值，对整个阵列范围内进行同样的处理，即得到N幅低分辨率无极化图像；

S3：将经过步骤S1得到的N低分辨率图像和步骤S2处理得到的低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N幅不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N幅中间图像中分别减去低分辨率无极化图像，即得到N幅低分辨率极化差图像；

S4：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N幅低分辨率极化差图像进行处理，得到N幅相对应的高分辨率极化差图像；以及

S5：将步骤S4得到的N幅高分辨率极化差图像与步骤S2得到的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N幅高分辨率极化图像。

根据本公开的另一个实施例，利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像的步骤还包括：S6:针对在步骤S5中得到的具有极化信息的高分辨率极化图像进行超分辨率图像处理算法提高分辨率。

在根据本公开的毫米波太赫兹成像设备和利用该设备进行的物体识别分类的方法中，通过设置一维或二维微极化片阵列，能够获得被检对象的极化图像。该极化图像通过图像处理设备处理之后，能够获得高分辨率的带有极化信息的图像。极化成像技术不仅能够探测到物体表面的结构信息，如粗糙度和纹理，还能够探测物体表面的电导率、折射率等信息，这种方案比现有的被动式太赫兹成像仪(只能探测到物体表面强度信息)提供了更多的信息，这些信息对物体分类和物体识别是非常有用的。通过获取的极化信息，例如材料不同表面纹理，粗糙度，折射率，电导率等，能够对类似形状和大小的可疑物进行辨别，也就是进行识别和分类。此外，根据本公开的毫米波太赫兹成像设备可识别的物体大小能够缩小到毫米级别。

附图说明

图1示出了根据本公开的一个实施例的被动式毫米波太赫兹成像设备。

图2示出了根据本公开的一个实施例的主动式毫米波太赫兹成像设备。

图3示出了根据本公开的一个实施例的包括二维微极化片阵列的毫米波太赫兹成像设备的成像原理图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的包括一维微极化片阵列的毫米波太赫兹成像设备的成像原理图。

图5A和5B示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图6A和6B示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图7A和7B示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图8A、8B、8C示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图9示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图10示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图11A和11B示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图12示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。

图13示出了根据本公开的一个实施例的探测器阵列获得的图像。

图14示出了根据本公开的一个实施例的从探测器阵列获得的图像中提取的4幅低分辨率极化图像。

具体实施方式

虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的公开，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示出了根据本公开的被动式毫米波太赫兹成像设备。如图1所示，毫米波太赫兹成像设备用于对被检对象1进行安全检查，其包括聚焦透镜3，微极化片阵列4、探测器阵列5和图像处理装置6。聚焦透镜3设置在被检对象1和微极化片阵列4之间，且被构造为将被检对象1自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波2聚焦在探测器阵列5上。微极化片阵列4设置在探测器阵列5的朝向所述聚焦透镜3的一侧且设置为靠近所述探测器阵列5。优选地，微极化片阵列4贴近探测器阵列5设置，使得它们之间的间距尽可能小。微极化片的大小为0.01-1mm，极化片的尺寸需要与探测器尺寸相匹配，优选的，微极化片的大小为0.03-0.1mm。探测器阵列5设置在所述聚焦透镜3的焦平面上，且被构造为将透过所述微极化片阵列4的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像。图像处理装置6设置于所述探测器阵列5的远离所述微极化片阵列4的一侧，且被构造为处理所述极化图像以得到高分辨率极化图像，从而基于该高分辨率极化图像对被检对象进行识别分类。

在根据本公开的一个实施例中，所述图像处理装置6包括模拟信号处理器61，数模转换器(D/A转换器)62，数字信号处理器63以及图像显示器64。探测器阵列5将入射的毫米波太赫兹波转化为每个像素点上的电信号，并发送至模拟信号处理器61；模拟信号处理器61用于接收探测器传来的模拟信号，并将其发送至数模转换器62；数模转换器62用于接收经模拟信号处理器传输来的信号，并对其进行数模转换再发送至数字信号处理器63；数字信号处理器63用于接收经转换器转换后的信息，并对其进行去马赛克处理，再将去马赛克处理后得到的图像显示至图像显示器64上，其中去马赛克处理的方法将在下文中进行详细说明。

在本公开中，太赫兹波是频率在100GHz至10THz(10000GHz)范围为的电磁波，太赫兹波介于微波和可见光之间，在长波段与毫米波重合，在短波段与红外线重合。毫米波的频段为26.5至300GHz，本公开所述的毫米波太赫兹波是指频段位于30GHz至1000GHz之间的电磁波。在毫米波太赫兹成像设备的技术领域中，由于人体辐射或反射的毫米波太赫兹波的能量是非常低的，因此毫米波太赫兹波用于安全检查是较合适的。

图2示出了根据本公开的主动式毫米波太赫兹成像设备。如图2所示，该主动式毫米波太赫兹成像设备还包括毫米波太赫兹辐射源7，其用于向被检对象1辐射毫米波太赫兹波，使得被检对象1向聚焦透镜3反射毫米波太赫兹波。

在根据本公开的一个实施例中，所述微极化片阵列4包括多个微极化片，所述多个微极化片中的每个微极化片被完全极化或部分极化或不被极化，每个被极化的微极化片具有特定的极化方向或极化角度。

在根据本公开的一个实施例中，所述探测器阵列5包括多个感波单元，多个感波单元的数量与多个微极化片的数量相同，所述探测器阵列上的每个感波单元的位置与所述微极化片阵列上的每个微极化片的位置相对应。在根据本公开的毫米波太赫兹成像设备中，微极化片阵列的像素间距与探测器阵列像素间距相匹配，极化片的消波比被设计为大于100以保证获取有效的极化信息；探测器阵列的相邻感波单元间的串扰(相邻像素间的混合极化信息)尽可能小。

在根据本公开的一个实施例中，微极化片阵列能够是二维阵列，也能够是一维阵列。

在根据本公开的一个实施例中，二维微极化片阵列4包括在二维平面上排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为M₁*M₂的微极化片阵列，其中M₁，M₂为正整数，且M₁，M₂≥2，且每个宏像素单元包括至少N-1个不同的极化角度，其中N＝M₁*M₂。在一个具体的实施例中，M₁和M₂都等于2，每个宏像素单元为2*2的微极化片阵列。

在根据本公开的一个实施例中，一维微极化片阵列4包括线性排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为N*1的微极化片阵列，其中N为正整数，且N≥3，且每个宏像素单元包括至少N-1个不同的极化角度。在一个具体的实施例中，N等于3，一个宏像素单元为3*1的微极化片阵列。

在根据本公开的一个具体实施例中，所采用的是一种使用中心频率为650GHz的太赫兹波的微极化片阵列，阵列大小为120×160，每个微极化片的尺寸为1.15mm×1.15mm，微极化片的阵列尺寸为13.8cm×18.4cm。把该微极化片阵列放置在太赫兹成像探测器前。该太赫兹探测器像素值为120×160，像元(感波单元)大小为1.15mm×1.15mm。微极化片阵列与探测器在尺寸及大小上完全匹配，且微极化片阵列与探测器要尽可能贴近。

图3示出了根据本公开的一个实施例的包括二维微极化片阵列的毫米波太赫兹成像设备的成像原理图。图4示出了根据本公开的一个实施例的包括一维微极化片阵列的毫米波太赫兹成像设备的成像原理图。

在根据本公开的一个实施例中，如图3所示，所述微极化片阵列为二维微极化片阵列，所述探测器阵列为二维探测器阵列。二维微极化片阵列放置在二维探测器阵列平面之前且贴近该二维探测器阵列平面。例如，在被检对象为人的情况下，来自人的头部的毫米波太赫兹波在经过透镜和二维微极化片阵列之后成像在二维探测器阵列的一个或多个第一感波单元。同时，来自人的胸部的毫米波太赫兹波在经过透镜和二维微极化片阵列之后成像在二维探测器阵列的一个或多个第二感波单元上，该第二感波单元与第一感波单元的位置不同。因此，在整个二维探测器阵列能够在同一时刻检测来自多个不同位置的毫米波太赫兹波并对其进行成像。在检测可疑对象时，能够对可疑对象上的多个位置辐射或反射的毫米波太赫兹波进行成像。

在根据本公开的一个实施例中，如图4所示，所述微极化片阵列为一维微极化片阵列，所述探测器阵列为一维探测器阵列。一维微极化片阵列放置在一维探测器阵列平面之前且贴近该一维探测器阵列平面。在此情况下，该毫米波太赫兹成像设备还包括设置在被检对象1和聚焦透镜3之间的光路中的可旋转扫描反射镜8。该可旋转扫描反射镜8能够旋转以在一个特定旋转角度将被检对象上的特定部位成像在一维探测器阵列的特定感波单元上。例如，在可旋转扫描反射镜8处于第一旋转角度时，毫米波太赫兹成像设备将被检人的头部成像在一维探测器阵列的第一感波单元上。在可旋转扫描反射镜8处于与第一旋转角度不同的第二旋转角度时，毫米波太赫兹成像设备将被检人的胸部等其他部位成像在一维探测器阵列的与第一感波单元不同的第二感波单元上。重复旋转该可旋转扫描反射镜8，直到实现对被检对象的整体扫描，并将各个部位成像在一维探测器阵列上。通过设置该可旋转扫描反射镜8能够减少价格昂贵的探测器单元的数量，从而节省成本。

利用根据本公开的毫米波太赫兹成像设备的优势主要体现在如下的两个方面。

第一方面，可以利用探测到的极化图像的极化信息进行物体分类和物体识别。这是因为极化成像技术不仅能够探测到物体表面的结构信息，如粗糙度和纹理，还能够探测物体表面的电导率、折射率等信息，这种方案比现有的被动式太赫兹成像仪(只能探测到物体表面强度信息)提供了更多的信息，这些信息对物体分类和物体识别是非常有用的。例如采用常见的被动式毫米波太赫兹安检仪探测人体携带的可疑物，如手机、钞票、刀具和手枪等，由于人体体表温度比可疑物高，在成像灰度图像上显示人体是白色，而可疑物都是黑色块。通常，无论是机器识别还是人工识别，无法把类似形状和大小的皮带扣、手机、金属块、介质块和纸币进行区分。我们是无法通过黑块的形状来判别可疑物。利用极化成像技术，用获取的极化信息(材料不同表面纹理，粗糙度，折射率，电导率等)对类似形状和大小的可疑物进行辨别。

另一方面，可通过超分辨率极化成像重构算法实现超分辨成像，分辨率比现有的成像图像模式(不能获得极化信息)的提高至少4倍，分辨率可以达到毫米级别，这对识别毫米级别结构的可疑物是非常有效的。

下文将详细说明一维微极化片阵列和二维微极化片阵列的极化方式。极化片的极化方向或极化角度即为其透射方向。入射波可分解为振动方向和透射方向平行的波以及振动方向和透射方向垂直的波。振动方向与透射方向垂直的波是无法透过的，而振动方向与透视方向平行的波是可以通过的。因而我们可以得到沿透射方向极化的线极化波。

图5A和5B示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N个线性化的微极化片，它们的极化角度分别是Deg1、Deg2、Deg3、…DegN，其中i为小于等于N的正整数。如图5A所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，一个宏像素单元宏像素排列方式是0°、45°、90°和-45°的线极化。如图5B所示，一个宏像素单元宏像素排列方式是30°、75°、120°和-15°的线极化。

图6A和6B示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N-1个线极化微极化片，与1个圆极化微极化片，圆极化可以是左旋圆极化也可以是右旋圆极化，N-1个线极化角度分别是Deg1，Deg2，Deg3，…Deg(N-1)，其中或者/>i为小于等于N-1的正整数。如图6A所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度是0°线极化、60°线极化、120°线极化和圆极化。如图6B所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度是0°线极化、45°线极化、90°线极化和圆极化。

图7A和7B示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N-1个线极化微极化片，与1个无极化微极化片，N-1个线极化角度分别是Deg1，Deg2，Deg3，…，Deg(N-1)，其中或/>i为小于等于N-1的正整数。如图7A所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度为0°线极化、60°线极化、120°线极化和无极化。如图7B所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度为0°线极化、45°线极化、90°线极化和无极化。在极化单元中引入无极化波片，无极化波片可保证不同极化状态的波的高透过率，并且在保证实时获取极化图像的同时，提高成像设备在低波照或者低曝波时间下的波灵敏度，并可效地解决不同类型镜片的饱和问题。以上所述的，无极化片区域的大小根据所需透过率进行调节。

图8A、8B、8C示出了根据本公开的一个实施例的二维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，为了增加极化片的透射率，可将极化片加工成部分区域是极化的，部分区域是无极化的。根据需求，通过透射率调节极化区域的大小和无极化区域的大小。

在一个实施例中，如图8A所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度为部分0°线极化、部分45°线极化、部分90°线极化和部分-45°线极化。

在一个实施例中，如图8B所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度为部分0°线极化、部分45°线极化、部分90°线极化和部分圆极化。

在一个实施例中，如图8C所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度为部分0°线极化、部分60°线极化、部分120°线极化和部分圆极化。

图9示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N个线极化微极化片，其极化角度分别是Deg1，Deg2，Deg3，…DegN，其中在一个实施例中，如图9所示，一个宏像素单元的微极化片数量N＝3时，一个宏像素单元宏像素排列方式是0°、60°和120°的线极化。

图10示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N-1个线极化微极化片，与1个圆极化微极化片，圆极化可以是左旋圆极化也可以是右旋圆极化，N-1个线极化角度分别是Deg1，Deg2，Deg3，…Deg(N-1)，其中在一个实施例中，如图10所示，一个宏像素单元的微极化片数量N＝3时，一个宏像素单元宏像素排列方式是0°线极化、90°线极化和圆极化。

图11A和11B示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N-1个线极化微极化片，与1个无极化微极化片，N-1个线极化角度分别是Deg1，Deg2，Deg3，…，Deg(N-1)，其中或/>在一个实施例中，如图11A所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度是0°线极化，60°线极化，120°线极化和无极化。在一个实施例中，如图11B所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝4时，4个极化片的极化角度是0°线极化，45°线极化，90°线极化和无极化。

图12示出了根据本公开的一个实施例的一维微极化片阵列的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，为了增加极化片的透射率，可将极化片加工成部分区域是极化的，部分区域是无极化的。根据需求，通过透射率调节极化区域的大小和无极化区域的大小。

在一个实施例中，如图12所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝3时，3个极化片的极化角度是部分0°线极化、部分60°线极化和部分120°线极化。

在根据本公开的一个实施例中，微极化片阵列中的每个微极化片的极化角度在制造好之后是固定不变的。下文将对固定微极化片的极化角度的三种方式进行说明。

在第一种方式中，可用于低频毫米波极化选择的极化片是亚波长周期分布的金属线栅。线栅的方向用于选择可穿过其波的极化方向，在金属框架上绕上一排相互平行的金属丝。金属丝的直径为1—10μm，金属丝的间隔为10μm-1mm。金属丝的材料通常为铝和铜。这种极化片具有制备工艺简单、无需衬底基板、透过率高等优点。

在第二种方式中，可选的适用波长为0.3mm-3mm的极化片是金属栅线栅极化片基板，包括金属线栅和衬底基板。其中，金属线栅由平行排列的多条金属线构成，其勾过的波称为线性极化波。衬底基板的一侧表面具有多个凹槽。多条金属线分辨率设置于衬底基板的多个凹槽内。多条金属线的表面与衬底基板具有凹槽的一侧表面齐平。金属线栅的材料为铝、钛或银。

在第三种方式中，适用于高频毫米波太赫兹极化片是聚乙烯极化片，利用衍射波栅的透射波原理而设计。其制作工艺为：先在基底上刻上三角形貌的周期线条，随后在表面上镀一层金属膜(Al膜)。聚乙烯网格极化片相对于栅式极化片的优点是价格低廉、可实现宽波段应用(适用波长为0.3-3mm)。

在根据本公开的一个实施例中，微极化片阵列中的每个微极化片的极化角度在制造好之后也是能够根据需要发生变化的。极化角度调节的两种方式在下文中将进行详细说明。

实现极化角度控制的一种方式是微极化片采用可编程超材料制备，通过计算机编程方式调节其极化角度。

另一种可能的实施方式是可调谐波片加普通极化片的形式。可调谐玻片可以是某种功能性材料的制备的。功能材料是指通过波、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。功能性材料可以是液晶、氧化钒、石墨烯等等。比如设计一个具有极化非对称性的结构，毫米波太赫兹波透过它就能产生双折射，通过外场调控玻片的折射率实现极化角度的控制。

根据本公开的另一方面，还提供一种使用上述的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法。该方法包括如下的步骤：通过所述聚焦透镜，使得被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波透过所述微极化片阵列且聚焦在所述探测器阵列上；通过所述探测器阵列，将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像(例如，如图13所示的极化图像)；利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像；基于获得的高分辨率极化图像，利用自动识别算法进行物体识别分类。

在根据本公开的一个实施例中，所述微极化片阵列和所述探测器阵列均是二维阵列。可以理解的是，所述微极化片阵列和所述探测器阵列也可采用一维阵列。在所述微极化片阵列和所述探测器阵列均是一维阵列的情况下，在所述毫米波太赫兹成像设备还包括一个设置在聚焦透镜和被检对象之间的可旋转扫描反射镜。该可旋转扫描反射镜的功能以及工作方式在上文已经详细说明，在此不再赘述。

在根据本公开的一个实施例中，在所述微极化片阵列和所述探测器阵列均是二维阵列的情况下，将对图像处理装置处理所述极化图像以得到高分辨率极化图像的方法进行详细说明。在该实施例中，所述微极化片阵列包括多个宏像素单元，每个宏像素单元包括N个微极化片，N个微极化片具有至少N-1个极化角度，所述探测器阵列包括与微极化片数量相等且位置对应的感波单元(N为大于等于4的正整数)。

在该实施例中，利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像，从而完成原始图像的去马赛克处理，该处理过程包括如下的5个步骤。在步骤S1中，在探测器阵列获得的极化图像(例如如图13所示)中，从多个感波单元所对应的像素点中提取N幅低分辨率极化图像(例如如图14所示的(a)，(b)，(c)，(d)所示的4幅图像)，每幅低分辨率极化图像具有一个极化角度且包括具有一个相同极化角度的所有像素点。例如，如图13所示，所采用的探测器阵列包括16个感测单元，因此获得的极化图像的分辨率为4*4。该探测器阵列对应的微极化片阵列包括16个微极化片，因此微极化片阵列大小为4*4，且微极化片阵列的宏像素单元的极化角度分别为-45°线极化，0°线极化，45°线极化和90°线极化，且宏像素单元的分辨率为2*2。因此，如图14所示，通过步骤S1获得的4幅低分辨率极化图像的分辨率均为2*2，且(a)图像的极化角度为0°，(b)图像的极化角度为45°，(c)图像的极化角度为90°和(d)图像的极化角度为-45°。

在步骤S2处，估算出极化阵列中极化角度位置处像素的无极化强度数据，得到一幅高分辨率无极化图像，高分辨率无极化图像的分辨率与微极化片阵列的大小相等。例如，如图14所示，在所示的实施例中，高分辨率无极化图像的分辨率为4*4。此外，在步骤S2中，在将高分辨率无极化图像的各个极化单元中，通过估算出来的无极化强度数据求平均值，该平均值作为具有相应极化角度的各个极化单元的无极化强度数值，对整个阵列范围内进行同样的处理，即得到N幅低分辨率无极化图像。例如，如图14所示，在所示的实施例中，低分辨率无极化图像的数量为4幅且分辨率为2*2。

在步骤S3处，将经过步骤S1得到的N低分辨率图像和步骤S2处理得到的低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N幅不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N幅中间图像中分别减去低分辨率无极化图像，即得到N幅低分辨率极化差图像。如图14所示，在所示的实施例中，得到4幅分辨率为2*2的低分辨率极化差图像

在步骤S4处，采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N幅低分辨率极化差图像进行处理，得到N幅相对应的高分辨率极化差图像。如图14所示，在所示的实施例中，得到4幅分辨率为4*4的高分辨率极化差图像。

在步骤S5处，将步骤S4得到的N幅高分辨率极化差图像与步骤S2得到的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N幅高分辨率极化图像。如图14所示，在所示的实施例中，得到4幅高分辨率极化图像。

在根据本公开的一个实施例中，为了进一步提高高分辨率极化图像的分辨率，可以对具有极化信息的高分辨率极化图像进行超分辨率图像处理算法提高分辨率。可通过超分辨率极化成像重构算法实现超分辨成像，分辨率比现有的成像图像模式(不能获得极化信息)的提高至少4倍，分辨率可以达到毫米级别。这对识别毫米级别结构的可疑物是非常有效的。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。

Claims (12)

1.一种用于对被检对象进行安全检查的毫米波太赫兹成像设备，其包括聚焦透镜，微极化片阵列、探测器阵列和图像处理装置，其中

所述聚焦透镜设置在被检对象和所述微极化片阵列之间，且被构造为将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波聚焦在所述探测器阵列上；

所述微极化片阵列设置在所述探测器阵列的朝向所述聚焦透镜的一侧且设置为靠近所述探测器阵列；

所述探测器阵列设置在所述聚焦透镜的焦平面上，且被构造为将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；

所述图像处理装置设置于所述探测器阵列的远离所述微极化片阵列的一侧，且被构造为处理所述极化图像以对被检对象进行识别分类；和

所述微极化片阵列为一维阵列，所述探测器阵列为一维阵列，一维微极化片阵列包括线性排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为N*1的微极化片阵列，其中N为正整数，且N≥3，且每个宏像素单元包括至少N-1个不同的极化角度。

2.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述微极化片阵列包括多个微极化片，所述多个微极化片中的每个微极化片被完全极化或部分极化或不被极化。

3.根据权利要求2所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述探测器阵列包括多个感波单元，多个感波单元的数量与多个微极化片的数量相同，所述探测器阵列上的每个感波单元的位置与所述微极化片阵列上的每个微极化片的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，每个宏像素单元的N个微极化片包括如下方式中的至少一种：N个线极化微极化片；N-1个线极化微极化片和一个圆极化微极化片；N-1个线极化微极化片和一个无极化微极化片；N个部分极化微极化片。

5.根据权利要求4所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，N个线极化微极化片的极化角度分别为Deg1、Deg2、Deg3、…DegN，其中

其中i为小于等于N的正整数。

6.根据权利要求4所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，N-1个线极化微极化片的极化角度分别为Deg1、Deg2、Deg3、…DegN-1，其中或

其中i为小于等于N-1的正整数；

其中，圆极化包括左旋圆极化和右旋圆极化中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的毫米波太赫兹成像设备，其中部分极化微极化片包括一部分被线性极化且其他部分未被极化的微极化片，或者一部分被圆极化且其他部分未被极化的微极化片。

8.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中极化角度是固定的或可调的。

9.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，还包括毫米波太赫兹辐射源，其用于向被检对象辐射毫米波太赫兹波。

10.根据权利要求9所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述微极化片阵列为一维阵列，所述探测器阵列为一维阵列，所述毫米波太赫兹成像设备还包括设置在被检对象和聚焦透镜之间的光路中的可旋转扫描反射镜。

11.根据权利要求10所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述可旋转扫描反射镜能够旋转以在不同旋转角度下，将被检对象上的相应部位成像在一维探测器阵列的相应感波单元上。

12.一种使用根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法，包括：

通过所述聚焦透镜，使得被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波透过所述微极化片阵列且聚焦在所述探测器阵列上；

通过所述探测器阵列，将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；

利用图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像；

基于获得的高分辨率极化图像，利用自动识别算法进行物体识别分类。