CN109856694A - 340GHz主被动便携式太赫兹安检仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，涉及安检仪包括安检仪本体，所述安检仪本体包括壳体和位于壳体内的被动式工作链路和主动式工作链路；工作时，所述太赫兹安检仪首先工作在被动工作模式，通过被动式工作链路接收人体或者物体发出的太赫兹辐射，对人体或物体进行初步筛查，当初步筛查出可疑物品时，控制所述太赫兹安检仪切换到主动工作模式，通过主动式工作链路中的300GHz‑360GHz波发射单元向目标发射340GHz的电磁波，然后通过300GHz‑360GHz波接收单元接收目标反射回来的电磁波，在增加成像分辨率的同时对目标进行图像处理，识别出违禁物品。所述安检仪既可以工作在主动式状态、又可以工作在被动式状态，既能快速成像且成像精度高。

Description

340GHz主被动便携式太赫兹安检仪

技术领域

本发明涉及安检仪技术领域，尤其涉及一种340GHz主被动便携式太赫兹安检仪。

背景技术

太赫兹波是指频率在 100GHz-10THz范围内的电磁波，与毫米波的高端、亚毫米波及远红外有所交叠，处于宏观电子学向微观光子学的过度领域。。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。太赫兹波天然具有对非金属和非极性物质的穿透性，非常适用于探测人体，探测人体皮肤及衣服中间所隐藏的各种危险品。同时太赫兹波具有人体安全性，这是因为太赫兹波的光子能量非常小，对人体细胞不会造成电离性伤害，对人体是安全的。相比低频的微波毫米波频段，太赫兹波波长更短，兹具有高分辨率特性。许多物质在太赫兹波段具有指纹谱特性，类似于人的指纹，可应用于物质无损识别和探测。在太赫兹众多应用中，目前与人类生活息息相关的就是太赫兹安检技术。太赫兹人体安检技术是利用太赫兹波对日常衣物材料（棉、麻、化纤等）特殊的穿透性，填补了人体安检领域的空白，是对当前人体安检手段的重要补充。

目前常用的安全检测手段为金属探测门和X光机，金属探测们无法有效探测除金属外的违禁品，典型的危险品探不出（陶瓷刀具、粉末炸药、液体炸药、汽油柴油煤油），探得出的不是危险品（手机、钢镚、钥匙、金属化妆用具），X光由于其光子能量太大，可对人体细胞造成电离性伤害，人体危害性极大。目前欧美已禁用。因此太赫兹安检有很大的潜在市场价值。

目前太赫兹波的安检系统主要分为两大类，一类是被动式安检系统，一类是主动式安检系统。被动式安检特点：一是非接触，不用搜身，尊重被检人员个人隐私；二是检测效率高，速度快、无停留，被检人员在指定的安检通道内正常行走通过即能完成安检，大大提高安检效率；三是安全无辐射，类似普通照相机、监控摄像头，不产生电磁、电离辐射，对人体无害。其缺点是分辨率不高，信噪比不高。主动式安检系统是通过主动发射一定剂量的毫米波/太赫兹波（可接收范围剂量内），对人体进行成像，较被动式安检仪来讲，信噪比更高。虽有一定的辐射剂量，但由于毫米波/太赫兹光子能量小，不会对人体细胞造成电离性伤害。目前常用的主动系统，多是基于室温微电子器件进行工作，不能实时成像，需要3到5秒才能成像。

目前市面上的安检系统，要么属于被动式系统，要么属于主动式成像系统，由于两种系统体制各有优缺点，如果将主动式系统和被动式系统的优点相结合，则可以实现快速通过率和主动精细筛查的目的。

在一些特定的应用场景下，例如飞机上乘客登基后，机组人员可以对飞机上的行李再进行一次扫描，以确定将影响飞行安全的危险品给检查出来，在这种情况下，市面上已有的大型的安检设备将不再合适，因此需要小型化便携式的安检设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种既可以工作在主动式状态、又可以工作在被动式状态，既能快速成像且成像精度高的340GHz主被动便携式太赫兹安检仪。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，包括安检仪本体，其特征在于：所述安检仪本体包括壳体和位于壳体内的若干个300GHz-360GHz波接收单元、若干个300GHz-360GHz波发射单元、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元和报警输出模块，所述300GHz-360GHz波接收单元、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元以及报警输出模块构成被动式工作链路；300GHz-360GHz波接收单元、若干个300GHz-360GHz波发射单元、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元以及报警输出模块构成主动式工作链路；所述300GHz-360GHz波接收单元与所述中频处理器的信号输入端连接，用于接收人体或物体发出的太赫兹辐射信号；所述中频处理器与所述计算机成像单元的信号输入端连接，用于对接收到的太赫兹辐射信号进行处理；所述计算机成像单元与所述图像处理单元的信号输入端连接，用于对中频处理器处理后的信号进行处理，得到相应的图像信息；所述图像处理单元的信号输出端与所述图形识别模块的信号输入端连接，所述图像处理单元用于对计算机成像单元处理后得到的图像进行处理，获取人体或物体的图像；所述图像识别单元的信号输出端与所述报警输出模块的信号输入端连接，所述图像识别模块的用于对获取人体或物体的图像进行处理识别出图像中是否具有违禁物品；所述报警输出模块用于发出报警信号，提示发现违禁物品；

工作时，所述太赫兹安检仪首先工作在被动工作模式，通过被动式工作链路接收人体或者物体发出的太赫兹辐射，对人体或物体进行初步筛查，当初步筛查出可疑物品时，控制所述太赫兹安检仪切换到主动工作模式，通过主动式工作链路中的300GHz-360GHz波发射单元向目标发射340GHz的电磁波，然后通过300GHz-360GHz波接收单元接收目标反射回来的电磁波，在增加成像分辨率的同时对目标进行图像处理，识别出违禁物品。

进一步的技术方案在于：所述300GHz-360GHz波接收单元包括300GHz-360GHz喇叭天线、低噪声放大器分谐波混频器和中频检波器，所述300GHz-360GHz喇叭天线的信号输出端与所述分谐波混频器的信号输入端连接，所述分谐波混频器的信号输出端与所述低噪声放大器的信号输入端连接，所述低噪声放大器的信号输出端与所述中频检波器的信号输入端连接，所述中频检波器的信号输出端为所述接收单元的信号输出端；300GHz-360GHz喇叭天线接收人体或者物体发出的或反射的太赫兹辐射，然后通过所述分谐波混频器将人体或者物体微弱的辐射信号降频到易于处理的中频频率，采用中频低噪声放大器和中频检波器，将中频信号转变为电压信号，电压信号经过数据采集后送入电脑终端显示器，在电脑显示终端即形成被测物体的太赫兹图像。

进一步的技术方案在于：所述300GHz-360GHz波接收单元设置有16行4列共计64个，所述300GHz-360GHz波发射单元设置有16行2列共计32个，分别设置于每行所述300GHz-360GHz波接收单元之间的部位。

进一步的技术方案在于：所述安检仪的工作频率为340GHz，工作带宽为300 GHz -340GHz。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述安检仪可工作在被动式接收状态，也可工作在主动式状态；被动式工作时，成像速率快，每秒12帧，成像精度较低，分辨率为1cm；主动式工作时，成像速率慢，约需1秒，成像精度高，分辨率为1mm。设备简单小巧，可手持式工作且可采用电池供电；所述安检仪通过设置相应的工作模式，可实现被动工作模式和主动工作模式的切换，进而既能实现快速成像又能实现成像精度高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述安检仪的结构示意图；

图2是本发明实施例所述安检仪中接收通道和发射通道的位置示意图；

图3是本发明实施例所述安检仪中被动式工作链路的原理框图；

图4是本发明实施例所述安检仪中主动式工作链路的原理框图；

其中：1、安检仪本体；2、300GHz-360GHz波接收单元；3、300GHz-360GHz波发射单元。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，包括安检仪本体1，所述安检仪本体1包括壳体和位于壳体内的若干个300GHz-360GHz波接收单元2、若干个300GHz-360GHz波发射单元3、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元和报警输出模块。如图3所示，所述300GHz-360GHz波接收单元2、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元以及报警输出模块构成被动式工作链路；如图4所示，300GHz-360GHz波接收单元2、若干个300GHz-360GHz波发射单元3、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元以及报警输出模块构成主动式工作链路；所述300GHz-360GHz波接收单元2与所述中频处理器的信号输入端连接，用于接收人体或物体发出的太赫兹辐射信号；所述中频处理器与所述计算机成像单元的信号输入端连接，用于对接收到的太赫兹辐射信号进行处理；所述计算机成像单元与所述图像处理单元的信号输入端连接，用于对中频处理器处理后的信号进行处理，得到相应的图像信息；所述图像处理单元的信号输出端与所述图形识别模块的信号输入端连接，所述图像处理单元用于对计算机成像单元处理后得到的图像进行处理，获取人体或物体的图像；所述图像识别单元的信号输出端与所述报警输出模块的信号输入端连接，所述图像识别模块的用于对获取人体或物体的图像进行处理识别出图像中是否具有违禁物品；所述报警输出模块用于发出报警信号，提示发现违禁物品；

工作时，所述太赫兹安检仪首先工作在被动工作模式，通过被动式工作链路接收人体或者物体发出的太赫兹辐射，对人体或物体进行初步筛查，当初步筛查出可疑物品时，控制所述太赫兹安检仪切换到主动工作模式，通过主动式工作链路中的300GHz-360GHz波发射单元向目标发射340GHz的电磁波，然后通过300GHz-360GHz波接收单元接收目标反射回来的电磁波，在增加成像分辨率的同时对目标进行图像处理，识别出违禁物品。

进一步的，如图3所示，所述300GHz-360GHz波接收单元3包括300GHz-360GHz喇叭天线、低噪声放大器分谐波混频器和中频检波器，所述300GHz-360GHz喇叭天线的信号输出端与所述分谐波混频器的信号输入端连接，所述分谐波混频器的信号输出端与所述低噪声放大器的信号输入端连接，所述低噪声放大器的信号输出端与所述中频检波器的信号输入端连接，所述中频检波器的信号输出端为所述接收单元的信号输出端；300GHz-360GHz喇叭天线接收人体或者物体发出的或反射的太赫兹辐射，然后通过所述分谐波混频器将人体或者物体微弱的辐射信号降频到易于处理的中频频率，采用中频低噪声放大器和中频检波器，将中频信号转变为电压信号，电压信号经过数据采集后送入电脑终端显示器，在电脑显示终端即形成被测物体的太赫兹图像。

如图2所示，所述300GHz-360GHz波接收单元2设置有16行4列共计64个，所述300GHz-360GHz波发射单元3设置有16行2列共计32个，分别设置于每行所述300GHz-360GHz波接收单元之间的部位。所述安检仪的工作频率为340GHz，工作带宽为300GHz-360GHz。

所述安检仪工作频率为340GHz波段，即300GHz-360GHz频段。可以工作在被动和主动两种方式。在检测危险品的时候，首先工作在被动式工作状态，此时成像速率快，可以达到每秒12帧极其以上的成像速率。当检测到疑似危险品时，采用主动式工作模式，此时向疑似目标物发射340GHz的电磁波，采用被动式的接收模块接收目标物体反射回来的电磁波，增加成像分辨率，此时成像较慢，但分辨率更佳。

进一步的，先采用被动式工作模式时，如图3所示，接收人体或者物体发出的太赫兹辐射，相应的工作器件为喇叭天线加该频段的分谐波混频器，通过分谐波混频器将人体或者物体微弱的辐射信号降频到易于处理的中频频率，采用中频低噪声放大器和检波器，将中频信号转变为电信号，电压信号经过数据采集后送入电脑终端显示器，在电脑显示终端即形成被测物体的太赫兹图像。由于被动工作模式时，分辨率为1cm，只能初步快速筛选，当初步筛选出可疑物品时，控制所述安检仪开启主动式工作状态，如附图4所示，此时向目标物体发射300-360GHz的电磁波，功率需不小于1mW，一般为10mW左右，即可实现在30到50cm的距离实现对目标物体的良好分辨率检测。成像时间约1秒，由于采用主动发射，此时极大的增加了信噪比，此时分辨率可达到2毫米，更精细的成像有助于更好的确认违禁品。

综上，所述安检仪通过设置相应的工作模式，可实现被动工作模式和主动工作模式的切换，进而既能实现快速成像又能实现成像精度高。

Claims (4)

1.一种340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，包括安检仪本体（1），其特征在于：所述安检仪本体（1）包括壳体和位于壳体内的若干个300GHz-360GHz波接收单元（2）、若干个300GHz-360GHz波发射单元（3）、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元和报警输出模块，所述300GHz-360GHz波接收单元（2）、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元以及报警输出模块构成被动式工作链路；300GHz-360GHz波接收单元（2）、若干个300GHz-360GHz波发射单元（3）、中频处理器、计算机成像单元、图像处理单元以及报警输出模块构成主动式工作链路；所述300GHz-360GHz波接收单元（2）与所述中频处理器的信号输入端连接，用于接收人体或物体发出的太赫兹辐射信号；所述中频处理器与所述计算机成像单元的信号输入端连接，用于对接收到的太赫兹辐射信号进行处理；所述计算机成像单元与所述图像处理单元的信号输入端连接，用于对中频处理器处理后的信号进行处理，得到相应的图像信息；所述图像处理单元的信号输出端与所述图形识别模块的信号输入端连接，所述图像处理单元用于对计算机成像单元处理后得到的图像进行处理，获取人体或物体的图像；所述图像识别单元的信号输出端与所述报警输出模块的信号输入端连接，所述图像识别模块的用于对获取人体或物体的图像进行处理识别出图像中是否具有违禁物品；所述报警输出模块用于发出报警信号，提示发现违禁物品；

工作时，所述太赫兹安检仪首先工作在被动工作模式，通过被动式工作链路接收人体或者物体发出的太赫兹辐射，对人体或物体进行初步筛查，当初步筛查出可疑物品时，控制所述太赫兹安检仪切换到主动工作模式，通过主动式工作链路中的300GHz-360GHz波发射单元向目标发射340GHz的电磁波，然后通过300GHz-360GHz波接收单元接收目标反射回来的电磁波，在增加成像分辨率的同时对目标进行图像处理，识别出违禁物品。

2.如权利要求1所述的340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，其特征在于：所述300GHz-360GHz波接收单元（3）包括300GHz-360GHz喇叭天线、低噪声放大器分谐波混频器和中频检波器，所述300GHz-360GHz喇叭天线的信号输出端与所述分谐波混频器的信号输入端连接，所述分谐波混频器的信号输出端与所述低噪声放大器的信号输入端连接，所述低噪声放大器的信号输出端与所述中频检波器的信号输入端连接，所述中频检波器的信号输出端为所述接收单元的信号输出端；300GHz-360GHz喇叭天线接收人体或者物体发出的或反射的太赫兹辐射，然后通过所述分谐波混频器将人体或者物体微弱的辐射信号降频到易于处理的中频频率，采用中频低噪声放大器和中频检波器，将中频信号转变为电压信号，电压信号经过数据采集后送入电脑终端显示器，在电脑显示终端即形成被测物体的太赫兹图像。

3.如权利要求1所述的340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，其特征在于：所述300GHz-360GHz波接收单元（2）设置有16行4列共计64个，所述300GHz-360GHz波发射单元（3）设置有16行2列共计32个，分别设置于每行所述300GHz-360GHz波接收单元之间的部位。

4.如权利要求1所述的340GHz主被动便携式太赫兹安检仪，其特征在于：所述安检仪的工作频率为340GHz，工作带宽为300GHz-360GHz。