CN115755210A - 一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其能解决现有采用单台设备无法满足三维成像要求、同时采用多台设备又存在占用场地空间大及设备成本高的问题。其包括扫描镜，用于控制扫描镜对被探测区域进行扫描并将扫描位置信息反馈给电子学处理装置、实现对被探测区域的扫描成像的扫描装置，由多个菲涅尔单元透镜构成的基于菲涅尔透镜的非共焦面准光学装置，用于探测并接收由基于菲涅尔透镜的非共焦面准光学装置聚集的太赫兹辐射信号、并将接收到的太赫兹辐射信号输出给电子学处理装置的探测器组和用于对探测器组输出的太赫兹辐射信号进行滤波、放大、采样及数字图像处理，并对扫描装置进行控制和接收反馈的子学处理装置。

Description

一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统

技术领域

本发明涉及安检技术领域，尤其是涉及被动式太赫兹成像系统领域，具体为一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统。

背景技术

长久以来，机场、铁路等人员密集型场所进行安检的设备主要由X射线行李检测设备和金属安检门或手持式金属探测器类人体检测设备构成。X射线行李安检仪在对行李物品的检查中表现出优异的性能，但由于X射线的电离作用会对人体造成伤害，使其只适用于检查物品，而不适合对人体进行检查。金属探测器可有效地检测出金属制品，但无法检测到人体衣物内携带的非金属物品，虽然采用金属探测器配合人工检查的方法可以一定程度上检测出人身携带的危险物品，但是存在安检速度缓慢，对非金属危险物容易漏检，以及对人的隐私造成侵犯的问题。缺乏一种能对人随身携带的隐蔽危险物品进行检测，而对人体又不构成伤害的安检方法。

近十年来，随着技术的发展，被动式太赫兹安检仪的出现解决了上述问题，被动式太赫兹人体安检仪通过接收被测物体的太赫兹波段的电磁辐射实现成像，通过实现对随身携带危险品的成像准确判断物品位置及形状，帮助安保人员作出更好的判断。但是现有采用的被动式成像技术的毫米波/太赫兹成像系统只能获取被成像目标的二维信息，而无法获取深度信息，因此无法对目标进行三维成像，但是仅利用二维信息进行成像时，在无法获取物体的深度(厚度)信息的情况下，很容易在物品识别时造成误判；为了解决这一问题，目前本领域内出现了采用通过多台设备联动实现被动式太赫兹三维成像探测，如公告号为CNCN110411375B的中国发明专利，其公开了一种基于被动式毫米波/太赫兹成像技术的三维成像方法，其通过两个相同的被动式毫米波/太赫兹成像系统对同一目标分别进行成像，利用图像配准技术，获取同一目标点在两个成像系统图像中的位置信息，结合两个成像系统间的安装距离及角度信息，并通过三维坐标计算公式计算出三维坐标点，从而可获取到目标的深度信息，实现被动式毫米波/太赫兹成像系统对目标的三维成像；该方法虽然能够实现三维成像，但是因为要采用两台设备联动，故在实际应用中存在设备占用场地空间大并设备成本高的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其能解决现有采用单台设备无法满足三维成像要求、同时采用多台设备又存在占用场地空间大及设备成本高的问题。

其技术方案为，一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其特征在于：其包括扫描镜、扫描装置、光学装置、探测器组和电子学处理装置，所述扫描装置分别与所述扫描镜、电子学处理装置相连，所述探测器组与所述电子学处理装置相连；其中，

扫描镜，用于对被探测区域进行扫描并接收从被探测区域返回的太赫兹辐射信号；

扫描装置，控制所述扫描镜对被探测区域进行扫描并将扫描位置信息反馈给电子学处理装置、实现对被探测区域的扫描成像；

光学装置，用于接收从所述扫描镜反射的太赫兹辐射信号并将信号聚集；

探测器组，用于探测并接收由所述光学装置聚集的太赫兹辐射信号，并将接收到的太赫兹辐射信号输出给电子学处理装置；

电子学处理装置，用于对所述探测器组输出的太赫兹辐射信号进行滤波、放大、采样及数字图像处理，并对所述扫描装置进行控制和接收反馈；

所述光学装置为基于菲涅尔透镜的非共焦面准光学装置，其是由至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组构成的透镜阵列，所述菲涅尔透镜组由至少一个菲涅尔单元透镜排列构成。

进一步优选的技术方案，所述至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组按成列相邻的方式构成透镜阵列。

进一步的，所述探测器组的数量与所述非共焦面准光学装置的菲涅尔透镜组的数量相同。

进一步优选的技术方案，至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组的各个菲涅尔单元透镜按蜂窝式结构形式排布形成所述透镜阵列。

本发明系统的有益效果在于：其采用了基于菲涅尔透镜的非共焦面准光学装置，由至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组构成透镜阵列，且菲涅尔透镜组至少由一个菲涅尔单元透镜排列构成，从而实现仅通过一台被动式毫米波/太赫兹成像系统即能对被探测区域进行不同角度的成像、进而通过对多角度图像进行融合实现被检测区域的三维成像，故能够有效降低实际应用中设备占用场地空间大、设备成本高的问题；而且其采用了至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组按成列相邻的方式构成透镜阵列的方式，以便于建立探测器与透镜的对应关系以及被探测区域内的具体被测点与成像的图像上相应点的位置关系，从而能够起到简化整个三维成像系统设计的目的；此外，至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组的各个菲涅尔单元透镜按蜂窝式结构形式排布能够使得透镜阵列的排布更加紧凑、整体结构趋于更加简单而易于加工，并能由此尽可能地提高光线利用率、提高三维成像精度和效果。

附图说明

图1为本发明一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统的系统构成示意图；

图2为本发明系统中非共焦面准光学装置的多个菲涅尔透镜呈蜂窝式结构的排布示意图。

具体实施方式

见图1，本发明一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其包括扫描镜、扫描装置、光学装置、探测器组和电子学处理装置，

扫描镜，用于对被探测区域进行扫描并接收从被探测区域返回的太赫兹辐射信号；

扫描装置，分别与扫描镜、电子学处理装置相连，其用于控制扫描镜对被探测区域进行扫描并将扫描位置信息反馈给电子学处理装置、实现对被探测区域的扫描成像；

光学装置，用于接收从扫描镜反射的太赫兹辐射信号并将信号聚集，其包括至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组构成的透镜阵列，菲涅尔透镜组由至少一个菲涅尔单元透镜排列构成，至少两组菲涅尔透镜组构成透镜阵列；本实施例中，光学装置是由五组菲涅尔透镜组构成，其中编号为3、4、5的三个菲涅单元透镜形成焦距为f₁的第一组菲涅尔透镜组，编号为2、14、15、6的四个菲涅尔单元透镜形成焦距为f₂的第二组菲涅尔透镜组，编号为1、13、19、16、7的五个菲涅尔单元透镜形成焦距为f₃的第三组菲涅尔透镜组，编号为12、18、17、8的四个菲涅尔单元透镜形成焦距为f₄的第四组菲涅尔透镜组，编号为11、10、9的三个菲涅尔单元透镜形成焦距为f₅的第五组菲涅尔透镜组，焦距f₁、焦距f₂、焦距f₃、焦距f₄、焦距f₅均不相同。

探测器组，由多个单体探测器构成并分别与电子学处理装置连接，每个单体探测器均分别用于探测并接收由光学装置聚集的太赫兹辐射信号，并将接收到的太赫兹辐射信号输出给电子学处理装置；

电子学处理装置，用于对探测器组的各个单体探测器输出的太赫兹辐射信号进行滤波、放大、采样及数字图像处理，并对扫描装置进行控制和接收扫描装置反馈的扫描位置信息。

作为本发明系统的优选技术方案，探测器组的数量与非共焦面准光学装置中不同焦距的菲涅尔透镜组的数量相同；本实施例中，设置了焦距不同的五组菲涅尔透镜组，则探测器组设置五组。并且，每组探测器组内部单体探测器数量由实际单元透镜的光斑、探测器喇叭天线尺寸等设计参数决定。

本发明的上述被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其由至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组构成透镜阵列，且菲涅尔透镜组至少由一个菲涅尔单元透镜排列构成，从而实现仅通过一台被动式毫米波/太赫兹成像系统即能对被探测区域进行多角度的扫描成像、进而通过对多角度成像数据进行融合实现同一被检测区域的三维扫描成像，故能够有效降低实际应用中设备占用场地空间大、设备成本高的问题。

作为本发明系统的优选的技术方案，至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组按不同的焦距成列相邻的方式构成透镜阵列，从而能够便于建立探测器与透镜的对应关系以及被探测区域内的具体被测点与成像的图像上相应点的位置关系，既而能够起到简化整个三维成像系统设计的目的。见图2，在本实施例中，透镜阵列包括前述五组菲涅尔透镜组，该五组菲涅尔透镜组依次成列相邻排布；

作为本发明系统更进一步优选的技术方案，至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组的各个菲涅尔单元透镜按蜂窝式结构形式排布形成所述透镜阵列，从而能够使得透镜阵列的排布更加紧凑、整体结构趋于更加简单而易于加工，并能由此尽可能地提高光线利用率、提高三维成像精度和效果。本实施例中，编号为1～19的十九个菲涅尔单元透镜在按五种不同焦距(焦距f₁、焦距f₂、焦距f₃、焦距f₄、焦距f₅)成列相邻的方式构成透镜阵列的同时，依次按蜂窝式结构排布。

本发明将菲涅尔透镜应用于太赫兹三维成像系统领域，具有良好的可移植性，不仅可以满足太赫兹被动成像、毫米波被动成像，甚至远红外被动成像都可以利用本发明改进系统设计方案。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其特征在于：其包括扫描镜、扫描装置、光学装置、探测器组和电子学处理装置，所述扫描装置分别与所述扫描镜、电子学处理装置相连，所述探测器组与所述电子学处理装置相连；其中，

扫描镜，用于对被探测区域进行扫描并接收从被探测区域返回的太赫兹辐射信号；

扫描装置，控制所述扫描镜对被探测区域进行扫描并将扫描位置信息反馈给电子学处理装置、实现对被探测区域的扫描成像；

光学装置，用于接收从所述扫描镜反射的太赫兹辐射信号并将信号聚集；

探测器组，用于探测并接收由所述光学装置聚集的太赫兹辐射信号，并将接收到的太赫兹辐射信号输出给电子学处理装置；

电子学处理装置，用于对所述探测器组输出的太赫兹辐射信号进行滤波、放大、采样及数字图像处理，并对所述扫描装置进行控制和接收反馈；

所述光学装置为基于菲涅尔透镜的非共焦面准光学装置，其是由至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组构成的透镜阵列，所述菲涅尔透镜组由至少一个菲涅尔单元透镜排列构成。

2.根据权利要求1所述的一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其特征在于：所述至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组按成列相邻的方式构成透镜阵列。

3.根据权利要求2所述的一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其特征在于：所述探测器组的数量与所述非共焦面准光学装置的菲涅尔透镜组的数量相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于菲涅尔透镜的被动式毫米波太赫兹三维成像系统，其特征在于：至少两组焦距不同的菲涅尔透镜组的各个菲涅尔单元透镜按蜂窝式结构形式排布形成所述透镜阵列。

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