CN113640892A - 一种双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，包括设备面板、底板装置与显示控制装置，所述设备面板固定在所述底板装置上，所述显示控制装置与所述设备面板连接；所述设备面板包括外壳、多视角毫米波收发阵列、竖直支架、驱动装置、连接装置，所述竖直支架竖直设置在所述外壳内，所述多视角毫米波收发阵列活动连接在所述竖直支架上，所述驱动装置通过所述连接装置与所述多视角毫米波收发阵列传动连接，通过所述驱动装置带动所述多视角毫米波收发阵列沿所述竖直支架在竖直方向上自由移动；本发明通过采用多视角毫米波平面阵列，通过单侧阵列在一次扫描中实现多个视角的检测成像，较少扫描盲区，提高设备检测率。
Description
技术领域
本发明涉及安全检查技术领域，具体涉及一种双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备。
背景技术
常见的人体安全检查设备主要有金属探测器、痕量检查仪、微剂量X光透射/背向散射成像设备与被动式毫米波/太赫兹成像设备。
具体地，金属探测器基于电磁涡流或弱磁场探测技术，只能检测金属物质。痕量检查仪基于离子迁移原理，仅对爆炸物和毒品检测有效。微剂量X光透射/背向散射成像设备是基于X射线透射/背向散射成像技术，可对金属、非金属、爆炸物、毒品等进行检测，且具备较高的空间分辨率和较长的扫描速度，但X射线单光子能量强，其引起的电离辐射对人体健康存在一定危害，仅能用于物品检测。被动式毫米波/太赫兹成像设备采用被动接收物体辐射，通过对比不同物体辐射亮温来检测包括金属、非金属、爆炸物、毒品等，被广泛应用于人体安检领域，但被动式毫米波/太赫兹成像设备受制于环境辐射杂散的影响，环境适应性差，使用场所具有一定的局限性；且其空间分辨力低、检出率低，仅适用于粗检领域。
与上述人体表隐匿物检测设备相比，毫米波检测成像技术具有能够穿透能力强，单光子能力弱，空间分辨力高，环境适应性强、能够识别金属、非金属违禁品等诸多优点，逐步进入人体安全检查领域。
公知的毫米波检测成像设备运用毫米波三维全息成像技术。从产品形态上有柱面扫描设备、平面扫描设备与平面稀疏阵列成像设备三种。柱面扫描设备采用一维柱面逆时针/顺时钟机械扫描，配合二维电扫描实现三维全息成像；平面扫描设备采用一维上下平面机械扫描，配合二维电扫描实现三维全息成像；平面稀疏阵列成像设备采用平面稀疏阵列综合合成孔径技术实现三维全息成像。
柱面扫描设备采用两列竖直的毫米波收发阵列，阵列单元数量多，设备的成本高，体积庞大，不利于狭窄的安检通道使用，如机场、海关、火车站、检查站等，安装部署困难，但其可实现一次扫描多个视角成像，具有检出率高等优点，被广泛使用。平面扫描设备采用水平阵列，阵列单元数量少，设备成本低，体积适中，特别适合狭窄的安检通道，但其一次扫描只能取得人体前后两个视角的成像，检出率低。平面稀疏阵列成像设备，设备体积小，扫描成像速度快，但其一次扫描只能取得人体前后两个视角的成像，检出率低；其次，其稀疏阵列单元数量庞大，设备成本高，不利于大规模推广使用。
此外，上述的三种类型的毫米波成像设备，均需要前后两个阵列配合工作，无法实现单面成像，设备成本高，不利于要求设备成本低，安检通行速度低的场合使用。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，包括设备面板、底板装置与显示控制装置，所述设备面板固定在所述底板装置上，所述显示控制装置与所述设备面板连接；
所述设备面板包括外壳、多视角毫米波收发阵列、竖直支架、驱动装置、连接装置，所述竖直支架竖直设置在所述外壳内，所述多视角毫米波收发阵列活动连接在所述竖直支架上，所述驱动装置通过所述连接装置与所述多视角毫米波收发阵列传动连接，通过所述驱动装置带动所述多视角毫米波收发阵列沿所述竖直支架在竖直方向上自由移动。
较佳的，对应所述多视角毫米波收发阵列设置有位置测量机构，所述位置测量机构监测所述多视角毫米波收发阵列在所述竖直支架上的位置。
较佳的，所述外壳包括透波面板与后盖，所述透波面板设置在所述外壳靠近所述底板装置的一侧，所述后盖设置在所述外壳远离所述底板装置的一侧；所述透波面板为发泡材料或透波材料，所述后盖设置为内侧覆涂吸波材料层的金属板。
较佳的，所述多视角毫米波收发阵列包括若干子毫米波收发阵列，所述子毫米波收发阵列均通过电缆级联，所述子毫米波收发阵列沿直线或折线或曲线排列成阵列。
较佳的，所述子毫米波收发阵列均包括发射毫米波信号的发射阵列、下视角接收毫米波信号的接收阵列、上视角接收毫米波信号的接收阵列，所述发射毫米波信号的发射阵列设置在所述下视角接收毫米波信号的接收阵列和所述上视角接收毫米波信号的接收阵列之间，所述下视角接收毫米波信号的接收阵列的波束方向与所述上视角接收毫米波信号的接收阵列的波束方向之间设置夹角。
较佳的，所述竖直支架上设置有导轨，所述多视角毫米波收发阵列通过所述导轨滑动连接在所述竖直支架上。
较佳的，两所述导轨对称设置在所述竖直支架的两侧。
较佳的，所述连接装置包括滑块、同步带、上带轮与下带轮，所述同步带的两端均采用卡槽固定在所述滑块上，所述第一上带轮与所述第一下带轮分别设置在所述第一竖直支架的两端，所述多视角毫米波收发阵列固定设置在所述滑块上，所述同步带与所述上带轮、所述下带轮啮合，所述驱动装置通过连轴装置与所述下带轮相连。
较佳的，所述位置测量机构设置为磁栅尺或光栅尺或角度编码器。
较佳的，所述多视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备还包括底部金属探测器，所述底部金属探测器设置在所述底板装置正下方。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过采用多视角毫米波平面阵列，通过单侧阵列在一次扫描中实现多个视角的检测成像，较少扫描盲区，提高设备检测率。
附图说明
图1为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的立体结构视图；
图2为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的结构侧视图；
图3为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的内部结构视图；
图4为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的结构剖视图；
图5为所述第一设备面板的内部结构视图；
图6为所述第一设备面板的俯视剖面图；
图7为所述第一多视角毫米波收发阵列的剖面图。
图中数字表示：
1-双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备；10-第一设备面板；20-第二设备面板；300-底板装置；30-显示控制装置；40-系统控制模块；50-微波毫米波模块；60-信号采集处理模块；70-电源模块；100-第一多视角毫米波收发阵列；101-第一毫米波信号的发射阵列；102-下视角第一接收毫米波信号的接收阵列；103-上视角第一接收毫米波信号的接收阵列；104-第一驱动装置；105-第一连接装置；106-第一位置测量机构；107-第一竖直支架；109-第一外壳；110-第一透波面板；111-第一后盖；112-第一滑块；113-第一同步带；114-第一上带轮；115-第一下带轮；116-第一连轴装置；117-第一减速机；118-第一电机；119-第一抱闸装置；120-子毫米波收发阵列；121-第一导轨；200-第二多视角毫米波收发阵列；209-第二外壳；210-第二透波面板；213-第二同步带；214-第二上带轮；215-第二下带轮；301-底部金属探测器。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1至图4所示，图1为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的立体结构视图；图2为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的结构侧视图；图3为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的内部结构视图；图4为所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备的结构剖视图。
本发明所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备1包括第一设备面板10、第二设备面板20、底板装置300与显示控制装置30，所述第一设备面板10与所述第二设备面板20通过紧固件固定在所述底板装置300上，形成“U”字型结构，所述显示控制装置30与所述第一设备面板10和/或所述第二设备面板20连接。
在实际使用中，被检测对象以特地姿势站立在所述底板装置300中央位置，通过所述第一设备面板10与所述第二设备面板20同时对被检测对象的前面和后面进行检测。所述显示控制装置30通过线缆或无线形式与所述第一设备面板10或所述第二设备面板20相连，可根据实际使用需要将其放置于“U”字形总体结构的出口或入口。
具体地，所述第一设备面板10包括第一外壳109、第一多视角毫米波收发阵列100、第一竖直支架107、第一驱动装置104、第一连接装置105与第一位置测量机构106。
所述第一竖直支架107竖直设置在所述第一外壳109内，所述第一多视角毫米波收发阵列100活动连接在所述第一竖直支架107上，所述第一驱动装置104通过所述第一连接装置105与所述第一多视角毫米波收发阵列100传动连接，通过所述第一驱动装置104可带动所述第一多视角毫米波收发阵列100沿所述第一竖直支架107在竖直方向上自由移动，所述第一位置测量机构106设置在所述第一多视角毫米波收发阵列100以监测所述第一多视角毫米波收发阵列100在所述第一竖直支架107上的高度位置。
所述第一外壳109包括第一透波面板110与第一后盖111。所述第一透波面板110设置在所述第一外壳109靠近所述底板装置300的一侧，所述第一后盖111设置在所述第一外壳109远离所述底板装置300的一侧。
所述第一透波面板110为发泡材料或多层复合板材等透波材料。例如PMI，发泡PVC，多层空心PC板、PP板、PVC蒙皮+PMI发泡板+PVC蒙皮三明治板等。优选地，所述第一透波面板的厚度根据雷达天线罩厚度公式进行计算。在一个具体实施例中，所述第一透波面板110为5毫米厚度PC板。优选地，所述第一后盖111采用金属材质，其内侧覆涂一定厚度的吸波材料，以解决设备因毫米波散射造成的电磁兼容性问题。
所述第一多视角毫米波收发阵列100包括若干子毫米波收发阵列120，所述子毫米波收发阵列120均通过电缆级联，所述子毫米波收发阵列120沿直线排列成平面阵列。另一种优选方案为，沿折线排列成曲面阵列，曲面围绕被检测对象为中心，可以进一步提高多视角毫米波三维全息人体成像设备1的检出率。
如图5、图6、图7所示，图5为所述第一设备面板的内部结构视图；图6为所述第一设备面板的俯视剖面图；图7为所述第一多视角毫米波收发阵列的剖面图。
所述子毫米波收发阵列120均包括发射第一毫米波信号的发射阵列101、下视角第一接收毫米波信号的接收阵列102、上视角第一接收毫米波信号的接收阵列103，所述发射第一毫米波信号的发射阵列101设置在所述下视角第一接收毫米波信号的接收阵列102和所述上视角第一接收毫米波信号的接收阵列103之间。所述下视角第一接收毫米波信号的接收阵列102的波束方向与所述上视角第一接收毫米波信号的接收阵列103的波束方向夹角设置为5°～45°。
所述第一多视角毫米波收发阵列100中所述第一发射毫米波信号的发射阵列101与下视角第一接收毫米波信号的接收阵列102以及上视角第一接收毫米波信号的接收阵列103是同时工作的。
所述第一竖直支架107上设置有第一导轨121，所述第一多视角毫米波收发阵列100通过所述第一导轨121滑动连接在所述第一竖直支架107上，以实现所述第一多视角毫米波收发阵列100沿所述第一导轨121在竖直方向上的自由移动。
优选地，两所述第一导轨121对称设置在所述第一竖直支架107的两侧，以减小所述第一驱动装置104的负载扭矩，提高多视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备1的可靠性。
所述第一驱动装置104包括第一减速机117、第一电机118、第一抱闸装置119，所述第一减速机117、所述第一电机118与所述第一抱闸装置119以轴向耦合的方式连接。优选地，所述第一电机118为具有抱闸装置的伺服电机，也可以为具有相同功能的步进电机。
所述第一连接装置105包括第一滑块112、第一同步带113、第一上带轮114与第一下带轮115，所述第一同步带113的两端均采用卡槽固定在所述第一滑块112上，所述第一上带轮114与所述第一下带轮115分别设置在所述第一竖直支架107的两端，所述第一多视角毫米波收发阵列100固定设置在所述第一滑块112上，所述第一同步带113与所述第一上带轮114、所述第一下带轮115啮合，所述第一驱动装置104通过第一连轴装置116与所述第一下带轮115相连，并传送动力。
同样的，所述第一位置测量机构106通过紧固件安装在所述第一滑块112上，并随第一滑块112一起上下移动，测量所述第一多视角毫米波收发阵列100的实时移动位置。
优选地，所述第一同步带113为带有“人”字齿结构的同布带；但是本发明并不仅限于此，例如所述第一连接装置105也可采用三角带或柔性钢丝绳等。所述第一上带轮114、所述第一下带轮115与所述第一同步带113具有相同大小和形状的齿结构，以保证其转动过程中保持啮合状态。
所述第一位置测量机构106可为磁栅尺、光栅尺或角度编码器。在一个具体的实施例中，所述第一位置测量机构106为光栅尺。
所述多视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备还包括系统控制模块40、微波毫米波模块50，信号采集处理模块60与电源模块70，并将其设置在所述第一设备面板10或所述第二设备面板20内，所述系统控制模块40与所述第一多视角毫米波收发阵列100、所述第一驱动装置104、所述微波毫米波模块50，所述信号采集处理模块60、所述电源模块70、所述显示控制装置30连接，所述系统控制模块40通过接受所述显示控制装置30的指令控制各部件的具体行动，所述第一多视角毫米波收发阵列100与所述微波毫米波模块50、所述信号采集处理模块60连接，所述微波毫米波模块50为所述第一多视角毫米波收发阵列100提供检测波束，所述信号采集处理模块60收集所述第一多视角毫米波收发阵列100接受的反馈波束信息，并进一步的传输至所述显示控制装置30上进行显示。
所述第一设备面板10与所述第二设备面板20在结构及内部构造是完全一致。即所述第二设备面板20包括第二多视角毫米波收发阵列200、第二外壳209、第二透波面板210、第二同步带213、第二上带轮214、第二下带轮215、第二驱动装置。
所述第二多视角毫米波收发阵列200结构与所述第一多视角毫米波收发阵列100一致，与所述第一多视角毫米波收发阵列100对向设置；所述第一驱动装置104与所述第二驱动装置是独立的，可选地，其驱动可以是同向也可以是相反方向往返移动。
所述第二多视角毫米波收发阵列200的工作方式与第一多视角毫米波收发阵列100一致，但所述第一多视角毫米波收发阵列100、所述第二多视角毫米波收发阵列200是间隔分时段工作的。具体地，所述第一多视角毫米波收发阵列100工作时段是根据预设位置点与所述第一位置测量机构106实时测量进行比对，当所述第一位置测量机构106实时测量值与预设位置点位置距离差在一定阈值范围内，所述第一多视角毫米波收发阵列100开始工作。所述第二多视角毫米波收发阵列200与所述第一多视角毫米波收发阵列100以相同控制方式工作。
如图3所示，所述第一驱动装置104、所述第二驱动装置安装在多视角可扩展型毫米波三维全息毫米波人体成像设备1底部；可以降低设备的工作噪声。
所述多视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备1还包括底部金属探测器301，所述底部金属探测器301镶嵌在所述底板装置300正下方，在一个具体的实施例中，所述底部金属探测器301为金属涡流探测器。
可选地，所述第一设备面板或所述第二设备面板可独立工作，与所述底板装置300形成“L”形结构。
与常见的人体表隐匿物检测设备相比，本发明所述双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备具有人体衣物穿透能力强，检测违禁物品种类包括金属、非金属物质，成像分辨力高，环境适应性好等优点。
本发明的技术方案中，通过采用多视角毫米波平面阵列，在一次扫描中实现4个视角的检测成像，较少扫描盲区，提高设备检测率。
本发明的技术方案中，通过采用两套独立的驱动系统，实现了具有第一、第二设备面板可独立工作功能，满足多种场合使用，应用灵活。
本发明的技术方案中，其采用U字形平面机械扫描结构方式，结构紧凑，设备安装部署便利，检测体验感好，能够很好的结合到现有的机场、海关、火车站、检查站等配备设备中，不需要对现有设备进行较大改造和变动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，包括设备面板、底板装置与显示控制装置，所述设备面板固定在所述底板装置上，所述显示控制装置与所述设备面板连接；
所述设备面板包括外壳、多视角毫米波收发阵列、竖直支架、驱动装置、连接装置，所述竖直支架竖直设置在所述外壳内，所述多视角毫米波收发阵列活动连接在所述竖直支架上，所述驱动装置通过所述连接装置与所述多视角毫米波收发阵列传动连接，通过所述驱动装置带动所述多视角毫米波收发阵列沿所述竖直支架在竖直方向上自由移动。
2.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，对应所述多视角毫米波收发阵列设置有位置测量机构，所述位置测量机构监测所述多视角毫米波收发阵列在所述竖直支架上的位置。
3.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，所述外壳包括透波面板与后盖，所述透波面板设置在所述外壳靠近所述底板装置的一侧，所述后盖设置在所述外壳远离所述底板装置的一侧；所述透波面板为发泡材料或透波材料，所述后盖设置为内侧覆涂吸波材料层的金属板。
4.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，所述多视角毫米波收发阵列包括若干子毫米波收发阵列，所述子毫米波收发阵列均通过电缆级联，所述子毫米波收发阵列沿直线或折线或曲线排列成阵列。
5.如权利要求4所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，所述子毫米波收发阵列均包括发射毫米波信号的发射阵列、下视角接收毫米波信号的接收阵列、上视角接收毫米波信号的接收阵列，所述发射毫米波信号的发射阵列设置在所述下视角接收毫米波信号的接收阵列和所述上视角接收毫米波信号的接收阵列之间，所述下视角接收毫米波信号的接收阵列的波束方向与所述上视角接收毫米波信号的接收阵列的波束方向之间设置夹角。
6.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，所述竖直支架上设置有导轨，所述多视角毫米波收发阵列通过所述导轨滑动连接在所述竖直支架上。
7.如权利要求6所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，两所述导轨对称设置在所述竖直支架的两侧。
8.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，所述连接装置包括滑块、同步带、上带轮与下带轮，所述同步带的两端均采用卡槽固定在所述滑块上，所述第一上带轮与所述第一下带轮分别设置在所述第一竖直支架的两端，所述多视角毫米波收发阵列固定设置在所述滑块上，所述同步带与所述上带轮、所述下带轮啮合，所述驱动装置通过连轴装置与所述下带轮相连。
9.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，所述位置测量机构设置为磁栅尺或光栅尺或角度编码器。
10.如权利要求1所述的双视角可扩展型毫米波三维全息人体成像设备，其特征在于，还包括底部金属探测器，所述底部金属探测器设置在所述底板装置正下方。
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