CN110531436A - 一种二维扫描被动毫米波成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维扫描被动毫米波成像系统及方法，包括：成像系统外壳，用于为可旋转反射板透波，并为可旋转反射板、椭球反射面、固定反射板和接收与成像系统遮光；伺服系统，用于带动成像系统外壳旋转；可旋转反射板，用于毫米波信号至椭球反射面；椭球反射面，用于反射毫米波信号至固定反射板；固定反射板，用于反射毫米波信号至接收与成像系统；接收与成像系统，用于接收毫米波信号并转化为电压信号；采集系统，用于接收电压信号并转化为数字信号；计算机，用于接收数字信号并处理为图像显示。本发明增加了扫描面积，减小了系统体积，降低了成本。

Description

一种二维扫描被动毫米波成像系统及方法

技术领域

本发明属于毫米波成像领域，特别是涉及一种二维扫描被动毫米波成像系统及方法。

背景技术

被动毫米波成像系统完全不发射电磁波，仅靠接受物体自身的辐射来识别目标，因此，无目标闪烁和对人体辐射等缺点。

传统的安检设备有金属探测系统、X射线安检系统等。显然，金属安检系统只能探测金属物品，对像爆炸物、毒品这种非金属危险物品无法检测识别。X射线安检系统由于对人体有害，所以也不能用于对人体的检测。

授权公告号为CN206224001U的实用新型专利《基于毫米波成像的全方位安检系统》在支撑框架上安装了毫米波发射链路、多个毫米波阵列天线，用于从不同角度向被测对象发射毫米波信号，并接收从被测对象反射回路的回波信号。这种安检系统存在对人体进行辐射、影响人员身体健康安全的缺点。

授权公告号为CN106252885B的发明专利《应用于毫米波成像系统的电扫描阵列天线装置》公开了一种为线性阵列天线或平面阵列天线的阵列天线，可实现一维或者二维扫描。该设计存在的问题是成像系统体积大，占用较多空间，并且需要大量天线，成本高。

授权公告号CN104076358的发明专利《一种被动式毫米波成像安检设备》公开了一种较为成熟的被动式毫米波成像设备。该设备采用了只旋转反射板的方法来实现垂直方向上的波束扫描，并通过两排水平方向上有一定错位的接收天线来接收信号，最后通过对采样信号的处理来实现成像。但是，单一旋转反射板只能在垂直方向上实现波束扫描，导致水平方向的采样数量较少，扫描的水平视场较窄，工作效率低。为弥补水平方向采样不足的问题，接收天线一般在水平方向上装有较多的辐射计。因此，这类毫米波成像设备往往成本较高。

为解决上述成像系统占用空间大、水平视场窄、成本高的问题，本专利提出了一种二维扫描被动毫米波成像方法。为实现水平扫描本发明提供了旋转整个成像系统这一方法，这一方法不仅实现了水平扫描，而且相对于水平移动成像系统更好实现且占用空间更小。通过转动反射板实现垂直方向的扫描，转动整个成像系统实现水平方向的扫描，两个方向的扫描各独立控制，灵活性高。此外，通过折叠光路的原理，利用两个反射板来实现了成像系统的小型化，减小了占用空间。这种二维扫描的办法，一是对成像系统大角度转动展宽了扫描区域；二是对成像系统小角度转动增加采样数，并且采样数目可灵活控制，这样一来提高了分辨率，减少了对辐射计的使用，降低了成本。

综上所述，本专利针对现有的毫米波成像系统存在的问题，提出了一种二维扫描被动毫米波成像方法，扩宽了水平视场，并可灵活多样的改变采样率，提高了分辨率。适用于客流量较大的机场、火车站等场所，工作效率高、体积小、分辨率高。

发明内容

本发明的目的是提出一种二维扫描被动毫米波成像系统及方法，以解决现有的被动毫米波成像系统视场窄、体积大、工作效率慢、使用辐射计数目多等问题。

本发明通过以下技术方案实现：一种二维扫描被动毫米波成像系统，包括成像系统外壳、可旋转反射板、椭球反射面、伺服系统、固定反射板、接收与成像系统、采集系统和计算机，其中，

所述成像系统外壳，用于为所述可旋转反射板透波，并为所述可旋转反射板、椭球反射面、固定反射板和接收与成像系统遮光；

所述伺服系统，用于受所述计算机控制带动成像系统外壳旋转；

所述可旋转反射板，用于受所述计算机控制调整反射角度，反射待测人员的毫米波信号至所述椭球反射面；

所述椭球反射面，用于反射所述可旋转反射板反射出的毫米波信号至所述固定反射板；

所述固定反射板，用于反射所述椭球反射面反射出的毫米波信号至所述接收与成像系统；

所述接收与成像系统，用于接收所述固定反射板反射出的毫米波信号，并转化为电压信号发送至所述采集系统；

所述采集系统，用于接收并记录所述接收与成像系统发出的电压信号，转化为数字信号发送至所述计算机；

所述计算机，用于接收所述采集系统发送的数字信号，并处理为图像显示，还用于控制所述伺服系统和所述可旋转反射板转动。

进一步的，所述可旋转反射板、椭球反射面、固定反射板和接收与成像系统皆安装于所述成像系统外壳中，所述可旋转反射板和固定反射板分别安装在所述椭球反射面的两个焦点处。

进一步的，所述成像系统外壳为圆柱型外壳。

进一步的，所述可旋转反射板沿竖直方向转动。

进一步的，所述伺服系统沿水平方向转动。

进一步的，所述接收与成像系统为辐射计阵列。

一种二维扫描被动毫米波成像方法，基于上述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，所述二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：计算机控制伺服系统水平旋转，带动可旋转反射板复位至初始位置；

步骤二：待测人员走入待测区域后沿圆弧形路径行走，计算机控制伺服系统带动成像系统外壳沿水平方向开始跟转；

步骤三：在跟转过程中，计算机控制可旋转反射板沿竖直方向调整角度，以对待测人员进行成列的扫描，并生成多组采样数据；

步骤四：判断所述多组采样数据是否涵盖了待测人员的全部区域，若是，执行步骤五；否则，返回步骤三，

步骤五：计算机综合多组采样数据生成并显示完整扫描图，返回步骤一。

一种二维扫描被动毫米波成像方法，基于上述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，所述二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：待测人员走入待测区域站定后，计算机控制伺服系统水平转动，带动可旋转反射板扫描最低一行区域，并生成一组采样数据；

步骤二：计算机控制可旋转反射板调整角度上调，使可旋转反射板的被动毫米波接收侧正对相邻的上一行区域；

步骤三：计算机控制伺服系统水平转动，带动可旋转反射板进行水平扫描，并生成下一组采样数据；

步骤四：计算机判断所述下一组采样数据中是否还能检测到毫米波，若是：执行步骤五；否则，返回步骤二；

步骤五：计算机综合多组采样数据生成并显示完整扫描图。

一种二维扫描被动毫米波成像方法，基于上述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，所述二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：待测人员走入待测区域站定后，计算机控制伺服系统水平转动，带动可旋转反射板从最左一列开始扫描，并生成一组采样数据；

步骤二：计算机控制伺服系统水平转动，带动可旋转反射板的被动毫米波接收侧正对相邻的下一列区域；

步骤三：计算机控制可旋转反射板竖直转动，对下一列区域进行成列扫描，并生成一组采样数据；

步骤四：计算机判断所述下一组采样数据是否已是待测区域最右一列的采样数据，若是，执行步骤五；否则，返回步骤二；

步骤五：计算机综合多组采样数据生成并显示完整扫描图。

本发明具有如下有益效果：

(1)成像系统的旋转扩宽了水平视场，增加了扫描面积，可检测多个目标，对目标进行跟踪检测。

(2)单独控制水平和垂直两方向的扫描提供了多种图像处理办法，提高了图像的准确率。

(3)在对单一目标进行检测时可旋转整个成像系统来进行水平方向的扫描，减少了辐射计的使用数目，降低了成本。

(4)利用折叠光路的原理，两个反射板减小了成像系统的体积，旋转成像系统而不是水平移动成像系统也进一步减小了整个检测系统的占用空间。

附图说明

图1为本发明的一种二维扫描被动毫米波成像系统的结构示意图。

其中，1为待测区域，2为待测人员；3为成像系统外壳，4为可旋转反射板，5为椭球反射面，6为伺服系统，7为固定反射板，8为接收与成像系统，9为采集系统，10为计算机。

具体实施方式

下面将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。

参照图1所示，本发明提供了一种二维扫描被动毫米波成像系统的一实施例，包括成像系统外壳3、可旋转反射板4、椭球反射面5、伺服系统6、固定反射板7、接收与成像系统8、采集系统9和计算机10，其中，

成像系统外壳3，用于为可旋转反射板4透波，并为可旋转反射板4、椭球反射面5、固定反射板7和接收与成像系统8遮光；

伺服系统6，用于受计算机10控制带动成像系统外壳3旋转；

可旋转反射板4，用于受计算机10控制调整反射角度，反射待测人员2的毫米波信号至椭球反射面5；

椭球反射面5，用于反射可旋转反射板4反射出的毫米波信号至固定反射板7；

固定反射板7，用于反射椭球反射面5反射出的毫米波信号至接收与成像系统8；

接收与成像系统8，用于接收固定反射板7反射出的毫米波信号，并转化为电压信号发送至采集系统9；

采集系统9，用于接收并记录接收与成像系统8发出的电压信号，转化为数字信号发送至计算机10；

计算机10，用于接收采集系统9发送的数字信号，并处理为图像显示，还用于控制伺服系统6和可旋转反射板4转动。

具体的，为解决单一反射板扫面水平视场窄、使用辐射计数目多等众多缺点，本发明提供了一种反射板垂直扫描，转动整个成像系统水平扫描的一种二维扫描被动毫米波成像系统。参照图1所示，本发明的被动毫米波成像系统为一圆柱形外形，伺服系统6带动成像系统外壳3做旋转运动，进而带动成像系统外壳3内部的可旋转反射板4对待测区域1做弧形扫描。为了与弧形扫描的方式相匹配，本实施例中，将待测区域1同样限制为圆弧形，且待测区域1与成像系统外壳3同心，以保证待测区域1中的待测目标也是沿着圆弧形移动，这样一来成像系统通过旋转进行弧形扫描的过程就成了对目标进行水平扫描的过程，大大节省了成像系统的占用空间。

参照图1所示，在本部分具体实施例中，可旋转反射板4、椭球反射面5、固定反射板7和接收与成像系统8皆安装于成像系统外壳3中，可旋转反射板4和固定反射板7分别安装在椭球反射面5的两个焦点处。

具体的，根据几何光学中椭球反射面5的特性，即从椭球的一个焦点发出的光线经椭球面反射后会汇聚在另一个焦点，所以在距离椭球反射面5近的焦点关于固定反射板7的对称点处放置具有一定排列关系的辐射计阵列，即接收与成像系统8用于接收。由于可旋转反射板4和整个成像系统是可以旋转的，所以距离椭球反射面5远的焦点关于可旋转反射板4的对称点便汇聚成一个区域，将此区域作为测试区域1。当设备开机正常运转后，待测人员2站到设备正前方一定范围内，其身上某一点处辐射的毫米波经过可旋转反射板4、椭球反射面5和固定反射板7，三次折叠后被接收与成像系统8接收，并将接收到的毫米波信号转化成电压信号送至采集系统，记录为第一组采样数据，接着计算机10控制电机，从而单独控制可旋转反射板4，使可旋转反射板4转动一定角度，此时接收与成像系统8接收到了待测人员2垂直方向上另一处的毫米波信号，记为第二组采样数据。依次转动反射板，可以得到整个图像的所有数据。

参照图1所示，在本部分具体实施例中，成像系统外壳3为圆柱型外壳。

参照图1所示，在本部分具体实施例中，可旋转反射板4沿竖直方向转动。

参照图1所示，在本部分具体实施例中，伺服系统6沿水平方向转动。

在本部分具体实施例中，接收与成像系统8为辐射计阵列。

本发明提出了一种二维扫描被动毫米波成像方法的一实施例，二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：计算机10控制伺服系统6水平旋转，带动可旋转反射板4复位至初始位置；

步骤二：待测人员2走入待测区域1后沿圆弧形路径行走，计算机10控制伺服系统6带动成像系统外壳3沿水平方向开始跟转；

步骤三：在跟转过程中，计算机10控制可旋转反射板4沿竖直方向调整角度，以对待测人员2进行成列的扫描，并生成多组采样数据；

步骤四：判断多组采样数据是否涵盖了待测人员2的全部区域，若是，执行步骤五；否则，返回步骤三，

步骤五：计算机10综合多组采样数据生成并显示完整扫描图，返回步骤一。

具体的，若待测人员2开始沿圆形运动，可以控制伺服系统6旋转，使待测人员2始终保持在待测区域1内。待测人员2移动从而再次检测到的目标会再得到一组整个图像的所有数据，根据待测人员2移动的角度大小，可以得到数量不等的几组数据。最终，将获得的几组图像数据进行数据处理，得到更为优异的结果和图像。

本发明还提出了一种二维扫描被动毫米波成像方法的另一实施例，二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：待测人员2走入待测区域1站定后，计算机10控制伺服系统6水平转动，带动可旋转反射板4扫描最低一行区域，并生成一组采样数据；

步骤二：计算机10控制可旋转反射板4调整角度上调，使可旋转反射板4的被动毫米波接收侧正对相邻的上一行区域；

步骤三：计算机10控制伺服系统6水平转动，带动可旋转反射板4进行水平扫描，并生成下一组采样数据；

步骤四：计算机10判断下一组采样数据中是否还能检测到毫米波，若是：执行步骤五；否则，返回步骤二；

步骤五：计算机10综合多组采样数据生成并显示完整扫描图。

本发明还提出了一种二维扫描被动毫米波成像方法的另一实施例，二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：待测人员2走入待测区域1站定后，计算机10控制伺服系统6水平转动，带动可旋转反射板4从最左一列开始扫描，并生成一组采样数据；

步骤二：计算机10控制伺服系统6水平转动，带动可旋转反射板4的被动毫米波接收侧正对相邻的下一列区域；

步骤三：计算机10控制可旋转反射板4竖直转动，对下一列区域进行成列扫描，并生成一组采样数据；

步骤四：计算机10判断下一组采样数据是否已是待测区域1最右一列的采样数据，若是，执行步骤五；否则，返回步骤二；

步骤五：计算机10综合多组采样数据生成并显示完整扫描图。

综上所述，本发明给出了一种二维扫描被动毫米波成像系统及方法，弥补了原有的单一反射板扫描方式的不足之处；提出了多种成像方法并用的成像思路，提高了分辨率。

Claims (9)

1.一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，包括成像系统外壳(3)、可旋转反射板(4)、椭球反射面(5)、伺服系统(6)、固定反射板(7)、接收与成像系统(8)、采集系统(9)和计算机(10)，其中，

所述成像系统外壳(3)，用于为所述可旋转反射板(4)透波，并为所述可旋转反射板(4)、椭球反射面(5)、固定反射板(7)和接收与成像系统(8)遮光；

所述伺服系统(6)，用于受所述计算机(10)控制带动成像系统外壳(3)旋转；

所述可旋转反射板(4)，用于受所述计算机(10)控制调整反射角度，反射待测人员(2)的毫米波信号至所述椭球反射面(5)；

所述椭球反射面(5)，用于反射所述可旋转反射板(4)反射出的毫米波信号至所述固定反射板(7)；

所述固定反射板(7)，用于反射所述椭球反射面(5)反射出的毫米波信号至所述接收与成像系统(8)；

所述接收与成像系统(8)，用于接收所述固定反射板(7)反射出的毫米波信号，并转化为电压信号发送至所述采集系统(9)；

所述采集系统(9)，用于接收并记录所述接收与成像系统(8)发出的电压信号，转化为数字信号发送至所述计算机(10)；

所述计算机(10)，用于接收所述采集系统(9)发送的数字信号，并处理为图像显示，还用于控制所述伺服系统(6)和所述可旋转反射板(4)转动。

2.根据权利要求1所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述可旋转反射板(4)、椭球反射面(5)、固定反射板(7)和接收与成像系统(8)皆安装于所述成像系统外壳(3)中，所述可旋转反射板(4)和固定反射板(7)分别安装在所述椭球反射面(5)的两个焦点处。

3.根据权利要求2所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述成像系统外壳(3)为圆柱型外壳。

4.根据权利要求2所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述可旋转反射板(4)沿竖直方向转动。

5.根据权利要求1所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述伺服系统(6)沿水平方向转动。

6.根据权利要求1所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述接收与成像系统(8)为辐射计阵列。

7.一种二维扫描被动毫米波成像方法，基于权利要求1-6任一项所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：计算机(10)控制伺服系统(6)水平旋转，带动可旋转反射板(4)复位至初始位置；

步骤二：待测人员(2)走入待测区域(1)后沿圆弧形路径行走，计算机(10)控制伺服系统(6)带动成像系统外壳(3)沿水平方向开始跟转；

步骤三：在跟转过程中，计算机(10)控制可旋转反射板(4)沿竖直方向调整角度，以对待测人员(2)进行成列的扫描，并生成多组采样数据；

步骤四：判断所述多组采样数据是否涵盖了待测人员(2)的全部区域，若是，执行步骤五；否则，返回步骤三，

步骤五：计算机(10)综合多组采样数据生成并显示完整扫描图，返回步骤一。

8.一种二维扫描被动毫米波成像方法，基于权利要求1-6任一项所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：待测人员(2)走入待测区域(1)站定后，计算机(10)控制伺服系统(6)水平转动，带动可旋转反射板(4)扫描最低一行区域，并生成一组采样数据；

步骤二：计算机(10)控制可旋转反射板(4)调整角度上调，使可旋转反射板(4)的被动毫米波接收侧正对相邻的上一行区域；

步骤三：计算机(10)控制伺服系统(6)水平转动，带动可旋转反射板(4)进行水平扫描，并生成下一组采样数据；

步骤四：计算机(10)判断所述下一组采样数据中是否还能检测到毫米波，若是：执行步骤五；否则，返回步骤二；

步骤五：计算机(10)综合多组采样数据生成并显示完整扫描图。

9.一种二维扫描被动毫米波成像方法，基于权利要求1-6任一项所述的一种二维扫描被动毫米波成像系统，其特征在于，所述二维扫描被动毫米波成像方法包括以下步骤：

步骤一：待测人员(2)走入待测区域(1)站定后，计算机(10)控制伺服系统(6)水平转动，带动可旋转反射板(4)从最左一列开始扫描，并生成一组采样数据；

步骤二：计算机(10)控制伺服系统(6)水平转动，带动可旋转反射板(4)的被动毫米波接收侧正对相邻的下一列区域；

步骤三：计算机(10)控制可旋转反射板(4)竖直转动，对下一列区域进行成列扫描，并生成一组采样数据；

步骤四：计算机(10)判断所述下一组采样数据是否已是待测区域(1)最右一列的采样数据，若是，执行步骤五；否则，返回步骤二；

步骤五：计算机(10)综合多组采样数据生成并显示完整扫描图。