CN116087945A - 一种360°扫描人体全息成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据采集成像装置技术领域，具体涉及一种360°扫描人体全息成像装置。该装置包括壳体、转台、电控和数据采集装置和多个天线阵列，每个天线阵列均包括多个发射天线单元、多个接收天线单元；转台转动设置于壳体的底端面且用于承载被成像人员，电控和数据采集装置用于控制发射天线单元、接收天线单元的开启/关闭，多个天线阵列分别间隔设置于壳体的内侧；其中，多个天线阵列与转台同步转动且转动方向相反，转台的旋转角度与每个天线阵列的两个极限位置夹角之和大于或等于180°。该360°扫描人体全息成像装置的目的是解决天线阵列实现圆周360°全方位扫描成像难度较大的问题。

Description

一种360°扫描人体全息成像装置

技术领域

本发明涉及数据采集成像装置技术领域，具体涉及一种360°扫描人体全息成像装置。

背景技术

毫米波是波长1mm～10mm的电磁波。与X射线相比，毫米波不会引起电离效应，在一定功率下对人体无害；与红外频道相比，毫米波穿透能力强，可以穿透衣物的遮蔽，对隐匿在衣物之下危险物品进行成像；与低频微波相比，毫米波波长更短，分辨率更高，成像质量更好。以上优势使得毫米波成为用于人体安检的理想频段。

现有的毫米波安检技术可分为被动和主动成像两大类。被动式毫米波安检成像对目标的辐射亮温进行反演，本质上是一台毫米波辐射计，由于该技术成像质量差，精度不高。与之相对地，主动成像技术则具有完整的信号发射和接收系统，可以提供更高的信噪比和目标对比度，成像质量和精度明显高于被动成像，是目前广泛应用于交通枢纽、大型场馆、监狱、工厂、政府机关要害部门等安检的主流技术手段，并在智能试衣、人体三维建模等领域有巨大的应用前景。

主动式毫米波成像按照扫描方式可分为平面扫描和圆柱扫描两种技术路径。平面扫描设备通常对人体正面、背面成两幅像。由于成像天线阵列覆盖范围有限，往往无法获取人体侧面的回波信号，因此对人体侧面的成像效果较差。圆柱扫描毫米波成像的天线线阵列与地面垂直，在以人体为中心的圆柱面上扫描并完成信号采集，可以对人体正面、背面、侧面等多个角度成像，在很大程度上解决了体侧信息缺失的问题。然而由于现有圆柱扫描产品往往存在出入口，天线阵列无法实现圆周360°全方位扫描成像，不可避免地在人体侧面存在盲区。为解决这一问题，有人提出扫描天线阵列静止，待扫描人员站在转台上旋转一周成像的方案。然而处于安全和舒适性考虑，该方案的转台转速较慢，一次成像耗时较久，人员身体晃动易引起图像模糊。还有人提出带防护门的圆柱扫描方案，设备防护门闭合后，天线阵列绕人员360°进行回波采集，采集完成后打开防护门，人员离开成像区域。这种方式的缺点在于控制机构复杂，容易因操作不当引起人员夹伤。

因此，发明人提供了一种360°扫描人体全息成像装置。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种360°扫描人体全息成像装置，解决了天线阵列实现圆周360°全方位扫描成像难度较大的技术问题。

(2)技术方案

本发明提供了一种360°扫描人体全息成像装置，包括壳体、转台、电控和数据采集装置和多个天线阵列，每个所述天线阵列均包括多个发射天线单元、多个接收天线单元；

所述转台转动设置于所述壳体的底端面且用于承载被成像人员，所述电控和数据采集装置用于控制所述发射天线单元、所述接收天线单元的开启/关闭，多个所述天线阵列分别间隔设置于所述壳体的内侧；其中，

多个所述天线阵列与所述转台同步转动且转动方向相反，所述转台的旋转角度与每个所述天线阵列的两个极限位置夹角之和大于或等于180°。

进一步地，所述壳体为中空圆柱状。

进一步地，还包括旋转驱动装置，所述旋转驱动装置设于所述壳体的顶部，所述旋转驱动装置的多个输出端别与对应的所述天线阵列连接且用于驱动其沿所述壳体的周向运动。

进一步地，所述旋转驱动装置包括驱动机构、回转支撑架、电机、减速机及位置反馈组件；所述电机的输出端通过所述减速机与所述驱动机构的输入端连接，所述驱动机构的输出端与所述回转支撑架连接且用于驱动其转动，所述回转支撑架分别与每个所述天线阵列连接且同步转动；所述位置反馈组件用于将采集到的所述天线阵列在运动中的位置信息反馈至所述电控和数据采集装置。

进一步地，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述旋转驱动装置及所述转台电控连接且用于控制所述天线阵列与所述转台同步转动。

进一步地，多个所述天线阵列包括第一天线阵列及第二天线阵列，所述第一天线阵列、所述第二天线阵列分别位于所述壳体的内侧的相对两侧且同步、同向转动。

进一步地，所述电控和数据采集装置设于所述壳体的顶端。

进一步地，所述转台的旋转角度小于或等于最大转速与最长扫描时间的乘积。

进一步地，所述天线阵列的两个极限位置夹角之和β满足以下设定条件：

式中，d为所述壳体出入口的最小宽度，r为所述壳体内空间的半径。

进一步地，所述转台的上端面设有站立区，所述站立区内设置有用于触发开关的压力传感器。

(3)有益效果

综上，本发明通过天线阵列和转台同步进行转动且转动方向相反，机械扫描配合天线阵列的快速电扫描，使被成像人员全身360°均可被天线阵列有效照射，并获得人体各角度反射的回波。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种360°扫描人体全息成像装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种360°扫描人体全息成像装置的俯视图；

图3是本发明实施例提供的一种360°扫描人体全息成像装置中旋转驱动装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种360°扫描人体全息成像装置的工作过程示意图。

图中：

101-壳体；102-转台；103-电控和数据采集装置；104-第一天线阵列；105-第二天线阵列；106-旋转驱动装置；1061-驱动机构；1062-回转支撑架；1063-电机；1064-减速机；1065-位置反馈组件；1066-支撑轴承；107-被成像人员。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明实施例提供的一种360°扫描人体全息成像装置的结构示意图，如图1所示，该全息成像装置可以包括壳体101、转台102、电控和数据采集装置103和多个天线阵列，每个天线阵列均包括多个发射天线单元、多个接收天线单元；

转台102转动设置于壳体101的底端面且用于承载被成像人员107，电控和数据采集装置103用于控制发射天线单元、接收天线单元的开启/关闭，多个天线阵列分别间隔设置于壳体101的内侧；其中，

多个天线阵列与转台102同步转动且转动方向相反，转台102的旋转角度与每个天线阵列的两个极限位置夹角之和大于或等于180°。

在上述实施方式中，通过天线阵列和转台102同步进行转动且转动方向相反，机械扫描配合天线阵列的快速电扫描，使被成像人员全身360°均可被天线阵列有效照射，并获得人体各角度反射的回波。

该全息成像设备可实现全方位成像，无成像盲区，回波数据采集速度快，人员体验好，无需防护门等机械保护装置和复杂的机械控制。

作为一种可选的实施方式，壳体101为中空圆柱状。其中，圆柱状的结构能够实现被成像人员在转动过程中眼睛到壳体101的内壁之间的距离不变，从而不会发生眩晕。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，还包括旋转驱动装置106，旋转驱动装置106设于壳体101的顶部，旋转驱动装置106的多个输出端别与对应的天线阵列连接且用于驱动其沿壳体的周向运动。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，旋转驱动装置106包括驱动机构1061、回转支撑架1062、电机1063、减速机1064及位置反馈组件1065；电机1063的输出端通过减速机1064与驱动机构1061的输入端连接，驱动机构1061的输出端与回转支撑架1062连接且用于驱动其转动，回转支撑架1062分别与每个天线阵列连接且同步转动；位置反馈组件1065用于将采集到的天线阵列在运动中的位置信息反馈至电控和数据采集装置103。

具体地，回转支撑架1062为圆盘状，通过支撑轴承1066安装于壳体101的顶部框架上，并以支撑轴承1066为旋转中心在传动机构1061(优选为同步带，此时的回转支撑架1062类似于皮带轮)的带动下发生旋转，在回转支撑架1062的周向依次间隔安装多个天线阵列，从而实现天线阵列的同步转动。

作为一种可选的实施方式，还包括控制系统(图中未示出)，控制系统分别与旋转驱动装置106及转台102电控连接且用于控制天线阵列与转台102同步转动。

作为一种可选的实施方式，如图1-2所示，多个天线阵列包括第一天线阵列104及第二天线阵列105，第一天线阵列104、第二天线阵列105分别位于壳体101的内侧的相对两侧且同步、同向转动。

具体地，第一天线阵列202采集人体前向0～180°的回波数据，第二天线阵列204采集人体后向0～180°的回波数据，进而在绕人体一周360°的圆柱面实现聚束合成孔径成像。

当然，如果天线阵列的数量更多时，每个天线阵列需要采集的范围会相应减小，例如设置三个天线阵列，则每个天线阵列的覆盖范围可以是0～90°，以此类推。

作为一种可选的实施方式，如图1所示，电控和数据采集装置103设于壳体101的顶端。这样的设置方式能够进一步提高壳体101的有效利用空间。

作为一种可选的实施方式，转台102的旋转角度小于或等于最大转速与最长扫描时间的乘积。其中，在扫描时间确定的情况下，旋转角度α越小则转速越慢，人员的舒适性越好。

作为一种可选的实施方式，天线阵列的两个极限位置夹角之和β满足以下设定条件：

式中，d为壳体出入口的最小宽度，r为壳体内空间的半径。

具体地，在半径不变的情况下β越小，则出入口宽度越大，设备的通过性越好。

作为一种可选的实施方式，转台102的上端面设有站立区，站立区内设置有用于触发开关的压力传感器。

具体地，这样能够避免在人还没有站稳时，转台102就开始发生转动，从而发生意外事故。转台102可采用齿轮齿圈驱动，其大齿圈可与支撑轴承连为一体，形成驱动和回转机构。

实施例1

本实例的设备内半径r＝1400mm，扫描时间t＝2s，转速ω＝30°/s，出入口宽度d＝700mm，α＝60°，β＝120°。

如图4所示，转台上印有脚印图案，用于指引人员站立位置。出于安全考虑，在人员转台脚印处可设置压力传感器作为触发开关。被成像人员从入口进入设备，站在转台102上的脚印所示位置，此时人体所在平面与设备出入口中心连线所成轴线夹角为α/2＝30°。第一天线阵列104位于设备出口侧的极限位置，第二天线阵列105位于入口侧的极限位置，两者与人体所在平面共面(状态1)。待人员站立到位且压力值稳定后可触发扫描开始，多路式控制系统控制天线驱动部件，带动第一天线阵列104和第二天线阵列105顺时针运动，在2s内转动120°，到达各自运动区间的另一端的极限位置停止，期间位置反馈组件实时记录第一天线阵列104和第二天线阵列105的运动位置信息。与此同时，多路式控制系统控制转台102载被成像人员载2s内逆时针旋转60°并停止，位置反馈组件实时记录转台102的运动角度信息用于后续解算如图3状态2所示。通过天线阵列和转台102的合成运动，第一天线阵列104可以采集人体前向0～180°的回波数据，第二天线阵列105可以采集人体后向0～180°的回波数据，待扫描完成后，人员可以离开设备，采集到的人体回波信号进入后续处理和成像环节。

其中，完成第一次扫描后，下一名被成像人员可在设备处于状态2下进入设备进行扫描成像，此时天线阵列逆时针运动，转台102顺时针运动，运动轨迹与上次扫描相反，如此往复。

也可以是在完成一次扫描后，设备复位至状态1，再进行后续扫描成像。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，包括壳体(101)、转台(102)、电控和数据采集装置(103)和多个天线阵列，每个所述天线阵列均包括多个发射天线单元、多个接收天线单元；

所述转台(102)转动设置于所述壳体(101)的底端面且用于承载被成像人员(107)，所述电控和数据采集装置(103)用于控制所述发射天线单元、所述接收天线单元的开启/关闭，多个所述天线阵列分别间隔设置于所述壳体(101)的内侧；其中，

多个所述天线阵列与所述转台(102)同步转动且转动方向相反，所述转台(102)的旋转角度与每个所述天线阵列的两个极限位置夹角之和大于或等于180°。

2.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，所述壳体(101)为中空圆柱状。

3.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，还包括旋转驱动装置(106)，所述旋转驱动装置(106)设于所述壳体(101)的顶部，所述旋转驱动装置(106)的多个输出端别与对应的所述天线阵列连接且用于驱动其沿所述壳体的周向运动。

4.根据权利要求3所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，所述旋转驱动装置(106)包括驱动机构(1061)、回转支撑架(1062)、电机(1063)、减速机(1064)及位置反馈组件(1065)；所述电机(1063)的输出端通过所述减速机(1064)与所述驱动机构(1061)的输入端连接，所述驱动机构(1061)的输出端与所述回转支撑架(1062)连接且用于驱动其转动，所述回转支撑架(1062)分别与每个所述天线阵列连接且同步转动；所述位置反馈组件(1065)用于将采集到的所述天线阵列在运动中的位置信息反馈至所述电控和数据采集装置(103)。

5.根据权利要求3所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述旋转驱动装置(106)及所述转台(102)电控连接且用于控制所述天线阵列与所述转台(102)同步转动。

6.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，多个所述天线阵列包括第一天线阵列(104)及第二天线阵列(105)，所述第一天线阵列(104)、所述第二天线阵列(105)分别位于所述壳体(101)的内侧的相对两侧且同步、同向转动。

7.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，所述电控和数据采集装置(103)设于所述壳体(101)的顶端。

8.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，所述转台(102)的旋转角度小于或等于最大转速与最长扫描时间的乘积。

9.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，所述天线阵列的两个极限位置夹角之和β满足以下设定条件：

式中，d为所述壳体出入口的最小宽度，r为所述壳体内空间的半径。

10.根据权利要求1所述的360°扫描人体全息成像装置，其特征在于，所述转台(102)的上端面设有站立区，所述站立区内设置有用于触发开关的压力传感器。

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