CN111505630A - 一种滚动式快速、低成本人体安检设备及安检方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滚动式快速、低成本人体安检设备，该安检设备包括发射子系统和接收子系统，发射子系统和接收子系统连接转动机构，转动机构用于调节发射子系统和接收子系统循环运动，对人体进行循环扫描，本发明通过转动机构带动收发阵列滚动式循环扫描，省去了加速和减速的过程，扫描速度大大加快，安检效率大大提升，能够对人体的前后两个方向成像，N+1个设备可以组成N个安检通道，传统方法需要2N个设备，系统成本大大降低，采用一维阵列，通道数目少，与多基平面阵列方式相比单个安检设备成本低。

Description

一种滚动式快速、低成本人体安检设备及安检方法
技术领域
本发明涉及安检领域，具体涉及一种滚动式快速、低成本人体安检设备及安检方法。
背景技术
近年来，暴力恐怖事件呈多发态势，对社会安全稳定和人民生命财产安全构成严重威胁。人体安检作为一种非常重要的安全防范手段在正在发挥越来越重要的作用。传统手段主要采用金属探测器来对待检人员进行扫描，然而对新型塑料或陶瓷武器、固体爆炸物等，却无法给出判断。另一种常见的手段是X光成像技术，但是由于X光的致电离性，公众其难以广泛接受。近几年发展起来的主动式毫米波成像技术，具有便捷高效、安全无害的特点，已经取代传统人体安检手段广泛应用到美国和欧洲的机场。
现有技术中的主动式安检产品主要分为两种技术方案：阵列机械扫描式和多基平面阵列电扫式。其中，阵列机械扫描式目前主要两种方案，圆柱形扫描和平面扫描，圆柱形扫描方案利用电机带动垂直排列的一维阵列对人体进行扇形扫描。平面扫描利用电机带动水平阵列对人体进行上下扫描。上述两种扫描方式在每次扫描时电机都要经过加速和减速的过程，受限于惯性器件的存在，扫描速度较慢，安检效率较低。而多基平面阵列电扫式是利用电子开关切换对人体进行扫描，没有机械结构部件，扫描速度很快。但是，多基平面阵列电扫式方案需要采用二维阵列，天线数目是一维阵列的几十倍甚至几百倍，从而导致通道数目非常多，系统成本极高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种滚动式快速、低成本人体安检设备，该安检设备包括发射子系统和接收子系统，发射子系统和接收子系统连接转动机构，转动机构用于调节发射子系统和接收子系统循环运动，对人体进行循环扫描。
优选的：转动机构调节发射子系统和接收子系统由上到下循环扫描人体。
优选的：转动机构调节发射子系统和接收子系统由左到右循环扫描人体。
优选的：转动机构包括输送带、从动轮和主动轮，从动轮和主动轮上下对应布置，输送带装配在从动轮和主动轮上，发射子系统和接收子系统沿着输送带输送方向间隔布置在输送带带面上。
优选的：安检设备还包括上位机，发射子系统、接收子系统通过无线连接的方式和上位机连接。
优选的：安检设备还包括天线罩，发射子系统、接收子系统和转动机构均布置在天线罩内。
优选的：发射子系统还包括装配在一起的一维发射天线阵列和波形产生模块。
优选的：一维发射阵列由集成在一起的倍频器、毫米波功放、开关矩阵、毫米波天线阵元组成。
优选的：接收子系统包括集成在一起的一维接收阵列、信号处理模块、数据处理模块。
优选的：一维接收阵列由集成在一起的毫米波低噪放、毫米波混频器、中频放大器、毫米波天线阵元组成。
优选的：安检设备设置有N个，N为正整数，N≥2，N个安检设备间隔布置，相邻安检设备的输送带带面对应布置，相邻安检设备之间的间隔构成安检通道。
一种使用上述的滚动式快速、低成本人体安检设备的安检方法，包括以下步骤：
步骤一：待检测人员进入安检通道后，按照指示站立在安检通道中，要求正面对准一个安检设备；
步骤二：安检设备同步运行，若判断安检通道内有待安检人员，则对该安检通道内人体的一面进行成像；
步骤三：转动机构带动一维发射阵列、一维接收阵列转动到安检设备的另一面时，安检设备对该安检通道内人体的另一面进行成像；
步骤四：成像结果在各自的数据处理模块内经过图像处理、隐私保护设置、加密操作和威胁识别后通过无线方式传输到上位机进行显示。
步骤二中，判断安检通道内有无待安检人员的方法为：每台安检设备周期性的向各自的探测区域内发射毫米波电磁信号并接收回波信号，将回波信号的与背景信号对比判断探测区域内是否有被安检人员进入，若判断有被安检人员进入，则当前采集图像有效，否则采集图像无效，不上传到上位机。
步骤二中，N个安检设备保持同步，同步控制令每个通道两侧两个安检设备分别扫描不同的通道，即同一个通道内的两个安检设备不同时对发信号。
步骤二和步骤三中，人体成像过程包括如下步骤：
S1：波形产生模块根据工作时序产生低频信号，通过射频电缆送到一维发射阵列；
S2：信号经过天线阵列中的倍频器倍频到毫米波，毫米波信号经过放大后被送入开关选择矩阵，经过开关选择矩阵选择后顺序送入一维发射阵列逐个阵元发射毫米波信号；
S3：一维接收阵列所有阵元同时接收信号，接收到的信号经过放大、混频后输出中频信号，中频信号经过射频电缆送入信号处理模块；
S4：接收信号在信号处理模块进行校正补偿、波束形成、滤波后送入数据处理模块进行图像重构。
本发明的技术效果和优点：本发明通过转动机构带动收发阵列滚动式循环扫描，省去了加速和减速的过程，扫描速度大大加快，安检效率大大提升，能够对设备的前后两个方向成像，N+1个设备可以组成N个安检通道，传统方法需要2N个设备，系统成本大大降低，采用一维阵列，通道数目少，与多基平面阵列方式相比单个安检设备成本低。
附图说明
图1为本发明的安检设备整体结构示意图。
图2为本发明的一维发射阵列和一维接收阵列的结构示意图。
图3为本发明安检设备组合成安检通道的示意图。
图4为本发明安检方法的步骤框图。
图5为本发明的成像过程步骤框图。
附图标记说明：100-发射子系统、110-一维发射阵列、210-一维接收阵列、200-接收子系统、300-天线罩、400-转动机构、410-主动轮、420-输送带、430-从动轮。
具体实施方式
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。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
参照图1-3，在本实施例中提出了一种滚动式快速、低成本人体安检设备，安检设备包括发射子系统100和接收子系统200，发射子系统100和接收子系统200连接转动机构400，转动机构400用于调节发射子系统100和接收子系统200循环运动，对人体进行循环扫描。
转动机构400调节发射子系统100和接收子系统200由左到右循环扫描人体。
转动机构400调节发射子系统100和接收子系统200由上到下循环扫描人体。
转动机构400包括输送带420、从动轮430和主动轮410，从动轮430和主动轮410上下对应布置，输送带520装配在从动轮430和主动轮410上，发射子系统100和接收子系统200沿着输送带420输送方向间隔布置在输送带420带面上。
安检设备还包括上位机，发射子系统100、接收子系统200通过无线连接的方式和上位机连接。
安检设备还包括天线罩300，发射子系统100、接收子系统200和转动机构400均布置在天线罩300内。
发射子系统100还包括装配在一起的一维发射天线阵列110和波形产生模块。
一维发射阵列110由集成在一起的倍频器、毫米波功放、开关矩阵、毫米波天线阵元组成。
接收子系统200包括集成在一起的一维接收阵列210、信号处理模块、数据处理模块。
一维接收阵列210由集成在一起的毫米波低噪放、毫米波混频器、中频放大器、毫米波天线阵元组成。
安检设备设置有N个，N为正整数，N≥2，N个安检设备间隔布置，相邻安检设备的输送带420带面对应布置，相邻安检设备之间的间隔构成安检通道。
本发明中，主动轮通过电机带动不停转动，通过输送带带动一维阵列天线进行快速的循环扫描，省略了每次扫描的加速和减速过程，扫描速度大大提升，仍然采用一维阵列，这种扫描方式采用了一维收发阵列，通道数目少，成本低，而且能够正反两面扫描，构成N个扫描通道时只需要N+1面设备，传统方案都需要2N个阵面设备，因此在多个设备同时使用时，成本较传统机械扫描方式具备极大优势，同时，传统机械式和多基阵列式安检设备只能对前方成像，因此需要组成N个安检通道时，需要2N台设备。而本专利所述的安检设备能够扫描前后两个方向的区域，从而对系统的前方和后方成像，因此当需要多个扫描N个通道时，只需要N+1台扫描设备即可，系统成本大大降低。
参照图4和图5，一种使用上述滚动式快速、低成本人体安检设备的安检方法，包括以下步骤：
步骤一：待检测人员进入安检通道后，按照指示站立在安检通道中，要求正面对准一个安检设备；
步骤二：安检设备同步运行，若判断安检通道内有待安检人员，则对该安检通道内人体的一面进行成像；
步骤三：转动机构400带动一维发射阵列110、一维接收阵列210转动到安检设备的另一面时，安检设备对该安检通道内人体的另一面进行成像；
步骤四：成像结果在各自的数据处理模块内经过图像处理、隐私保护设置、加密操作和威胁识别后通过无线方式传输到上位机进行显示。
步骤二中，判断安检通道内有无待安检人员的方法为：每台安检设备周期性的向各自的探测区域内发射毫米波电磁信号并接收回波信号，将回波信号的与背景信号对比判断探测区域内是否有被安检人员进入，若判断有被安检人员进入，则当前采集图像有效，否则采集图像无效，不上传到上位机。
步骤二中，N个安检设备需要保持同步，为避免安检通道两侧安检设备发射信号影响对面设备的成像结果，通过同步控制令每个通道两侧两个安检设备分别扫描不同的通道，即同一个通道内的两个安检设备不同时对发信号。当转动结构带动收发阵列转动到另一面时，所有安检通道对人体的另一个面成像，这样对于同一个安检通道而言，两侧两个安检设备之间始终保持分时扫描，两个设备的发射信号不会相互影响。
步骤二和步骤三中，人体成像过程包括如下步骤：
S1：波形产生模块根据工作时序产生低频信号，通过射频电缆送到一维发射阵列110；
S2：信号经过天线阵列中的倍频器倍频到毫米波，毫米波信号经过放大后被送入开关选择矩阵，经过开关选择矩阵选择后顺序送入一维发射阵列110逐个阵元发射毫米波信号；
S3：一维接收阵列210所有阵元同时接收信号，接收到的信号经过放大、混频后输出中频信号，中频信号经过射频电缆送入信号处理模块；
S4：接收信号在信号处理模块进行校正补偿、波束形成、滤波后送入数据处理模块进行图像重构。经过数据处理模块图像处理、隐私保护设置、加密操作和威胁识别后，通过无线方式传输到上位机中显示屏上进行显示，采用无线传输的方式是为了避免在阵列转动的过程中引起数据线的缠绕。
本发明通过转动机构带动收发阵列滚动式循环扫描，省去了加速和减速的过程，扫描速度大大加快，安检效率大大提升，能够对人体的前后两个方向成像，N+1个设备可以组成N个安检通道，传统方法需要2N个设备，系统成本大大降低，采用一维阵列，通道数目少，与多基平面阵列方式相比单个安检设备成本低。
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，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (10)

1.一种滚动式快速、低成本人体安检设备，其特征在于：所述的安检设备包括发射子系统(100)和接收子系统(200)，发射子系统(100)和接收子系统(200)连接转动机构(400)，转动机构(400)用于调节发射子系统(100)和接收子系统(200)循环运动，对人体进行循环扫描。
2.根据权利要求1所述的滚动式快速、低成本人体安检设备，其特征在于：所述转动机构(400)调节发射子系统(100)和接收子系统(200)由左到右循环扫描人体。
3.根据权利要求1所述的滚动式快速、低成本人体安检设备，其特征在于：所述转动机构(400)调节发射子系统(100)和接收子系统(200)由上到下循环扫描人体。
4.根据权利要求3所述的滚动式快速、低成本人体安检设备，其特征在于：所述转动机构(400)包括输送带(420)、从动轮(430)和主动轮(410)，从动轮(430)和主动轮(410)上下对应布置，输送带(520)装配在从动轮(430)和主动轮(410)上，发射子系统(100)和接收子系统(200)沿着输送带(420)输送方向间隔布置在输送带(420)带面上。
5.根据权利要求4所述的滚动式快速、低成本人体安检设备，其特征在于：所述安检设备还包括上位机，发射子系统(100)、接收子系统(200)通过无线连接的方式和上位机连接。
6.根据权利要求5所述的滚动式快速、低成本人体安检设备，其特征在于：还包括如下特征中的一者或几者：
A：所述安检设备还包括天线罩(300)，发射子系统(100)、接收子系统(200)和转动机构(400)均布置在天线罩(300)内。
B：所述发射子系统(100)还包括装配在一起的一维发射天线阵列(110)和波形产生模块。
C：所述一维发射阵列(110)由集成在一起的倍频器、毫米波功放、开关矩阵、毫米波天线阵元组成。
D：所述接收子系统(200)包括集成在一起的一维接收阵列(210)、信号处理模块、数据处理模块。
E：所述一维接收阵列(210)由集成在一起的毫米波低噪放、毫米波混频器、中频放大器、毫米波天线阵元组成。
F：所述安检设备设置有N个，N为正整数，N≥2，N个安检设备间隔布置，相邻安检设备的输送带(420)带面对应布置，相邻安检设备之间的间隔构成安检通道。
7.一种使用权利要求6所述的滚动式快速、低成本人体安检设备的安检方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：待检测人员进入安检通道后，按照指示站立在安检通道中，要求正面对准一个安检设备；
步骤二：安检设备同步运行，若判断安检通道内有待安检人员，则对该安检通道内人体的一面进行成像；
步骤三：转动机构(400)带动一维发射阵列(110)、一维接收阵列(210)转动到安检设备的另一面时，安检设备对该安检通道内人体的另一面进行成像；
步骤四：成像结果在各自的数据处理模块内经过图像处理、隐私保护设置、加密操作和威胁识别后通过无线方式传输到上位机进行显示。
8.根据权利要求7所述的安检方法，其特征在于：步骤二中，判断安检通道内有无待安检人员的方法为：每台安检设备周期性的向各自的探测区域内发射毫米波电磁信号并接收回波信号，将回波信号的与背景信号对比判断探测区域内是否有被安检人员进入，若判断有被安检人员进入，则当前采集图像有效，否则采集图像无效，不上传到上位机。
9.根据权利要求8所述的安检方法，其特征在于：步骤二中，N个安检设备保持同步，同步控制令每个通道两侧两个安检设备分别扫描不同的通道，即同一通道内的两个安检设备不同时对发信号。
10.根据权利要求9所述的安检方法，其特征在于：步骤二和步骤三中，人体成像过程包括如下步骤：
S1：波形产生模块根据工作时序产生低频信号，通过射频电缆送到一维发射阵列110；
S2：信号经过天线阵列中的倍频器倍频到毫米波，毫米波信号经过放大后被送入开关选择矩阵，经过开关选择矩阵选择后顺序送入一维发射阵列(110)逐个阵元发射毫米波信号；
S3：一维接收阵列210所有阵元同时接收信号，接收到的信号经过放大、混频后输出中频信号，中频信号经过射频电缆送入信号处理模块；
S4：接收信号在信号处理模块进行校正补偿、波束形成、滤波后送入数据处理模块进行图像重构。
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