CN116577768B - 一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，包括：检测装置本体和上位机；检测装置本体包括：屏蔽箱和安检传送带；安检传送带用于传输被检测目标物体穿过屏蔽箱；屏蔽箱内设毫米波雷达设备，向被检测目标物体发射毫米波雷达信号，接收反射信号，并与发射毫米波雷达信号混频处理为雷达目标回波；通过有线或无线方式传输给上位机，根据接收到的雷达目标回波进行处理，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测。该检测装置采用屏蔽箱可以有效降低外界电磁信号对毫米波雷达检测设备的干扰，从而有助于实现毫米波雷达检测设备的高效准确运行；能够准确监测安检场景中行李箱、快递件内是否存在活物，提高机场、海关过境货物的安检效率。
Description
技术领域
本发明涉及活体检测设备技术领域，更具体的说是涉及一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置。
背景技术
目前，近年来，随着物种安全的需求变得越来越普遍，安检领域纷纷通过科技手段解决活体检测这一问题。
现有技术中存在的问题：
1、目前，安检场景中的行李箱、快递件的活体检测设备以X光机为主，经过成像处理后靠人工识别来完成的，检测效率低。
毫米波雷达检测技术因其高生物安全性、高精度、非接触式、高安检效率等特点，逐渐成为现在机场、海关等重要场所大力推广的一种安检方式。但是，在安检应用场景中，采用毫米波雷达进行活体检测过程中，接收到的毫米波信号容易受到外界电磁信号的干扰。
2、由于活体的复杂性、目标尺寸差异性、行为的差异性等影响因素，存在着识别准确率低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，至少部分解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，包括：检测装置本体和上位机；
其中，所述检测装置本体包括：屏蔽箱和安检传送带；所述安检传送带用于传输被检测目标物体穿过所述屏蔽箱；所述屏蔽箱内设置毫米波雷达设备；
所述毫米波雷达设备向所述被检测目标物体发射毫米波雷达信号，接收反射回来的毫米波雷达信号，并与所述发射毫米波雷达信号混频处理为雷达目标回波；
所述雷达目标回波通过有线或无线方式传输给所述上位机，所述上位机根据接收到的雷达目标回波进行处理，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测。
在一个实施例中，所述屏蔽箱呈U字型，倒扣在所述安检传送带上；
所述屏蔽箱的入口处和出处口均设有活动的电磁屏蔽帘；所述屏蔽箱的外层材质为全金属屏蔽材料。
在一个实施例中，所述电磁屏蔽帘由柔性基底材料组成，在底材表面包覆5~90微米厚的金属材料。
在一个实施例中，所述屏蔽箱设有所述检测装置本体的启动按钮和上位机数据接口。
在一个实施例中，所述毫米波雷达设备包括：发射天线、接收天线、锯齿波发生器和模数转换器；
其中，所述锯齿波发生器产生的锯齿波信号经过倍频处理，由所述发射天线向所述被检测目标物体发射毫米波雷达信号；所述接收天线接收到由所述被检测目标物体反射回的毫米波信号，并与所述发射毫米波雷达信号经过混频处理形成雷达目标回波，并通过模数转换器存储在ADC缓存器中。
在一个实施例中，所述屏蔽箱的至少一个内壁上设有吸波尖劈，或者两个内壁上均设有吸波尖劈（尖劈中间挖孔安装毫米波雷达设备）。
在一个实施例中，所述上位机包括：采样模块和数字信号处理模块；
其中，所述采样模块用于采集所述ADC缓存器中的数字信号；
所述数字信号处理模块，用于将采集的数字信号进行实时处理，从而提取生命体征信号，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测。
在一个实施例中，所述上位机还包括：
显示终端，用于显示所述生命体征信号的波形图。
在一个实施例中，所述上位机还包括：
安装在所述屏蔽箱顶部的报警设备，用于当根据所述生命体征信号判断存在活体时进行声光报警。
在一个实施例中，所述数字信号处理模块具体包括：
提取单元，用于从采集的数字信号中提取第一生命体征信号；
分离单元，用于从所述第一生命体征信号中分离出包括呼吸、心跳、运动的信号并通过傅里叶变换得到连续频率特征信号，并进行离散化处理；
转换提取单元，用于将离散化处理后的频率变量转换为距离变量得到检测目标的距离参数，根据目标距离参数提取相位参数；
处理报警单元，对所述相位参数进行相位解缠绕处理，从而得到第二生命体征信号；并根据所述第二生命体征信号判断存在活物时，发出警报。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，包括：检测装置本体和上位机；其中，检测装置本体包括：屏蔽箱和安检传送带；所述安检传送带用于传输被检测目标物体穿过所述屏蔽箱；所述屏蔽箱内设置毫米波雷达设备；所述毫米波雷达设备向所述被检测目标物体发射毫米波雷达信号，接收反射回来的毫米波雷达信号，并与所述发射毫米波雷达信号混频处理为雷达目标回波；所述雷达目标回波通过有线或无线方式传输给所述上位机，所述上位机根据接收到的雷达目标回波进行处理，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测。该检测装置采用屏蔽箱设备可以有效降低外界电磁信号对毫米波雷达检测设备的干扰，从而有助于实现毫米波雷达检测设备的高效准确运行。另外，采用毫米波雷达探测方法解决了安检场景中对于活体目标的快速、精确检测识别所面临的技术问题。能够准确监测行李箱、快递件内是否存在活物，提高机场、海关过境货物的安检效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置结构示意图；
图2为本发明提供的屏蔽箱的立体结构示意图；
图3为本发明提供的基于毫米波雷达的安检场景活体检测原理示意图；
图4为本发明提供的数字信号处理模块的结构框图。
附图中： 1-检测装置本体；2-上位机；11-屏蔽箱；12-安检传送带；13-摄像头设备；14-电磁屏蔽帘；15-启动按钮；16-上位机数据接口；17-报警设备；18-吸波尖劈;19-毫米波雷达设备。
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。
本发明实施例公开了一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，参照图1所示，包括：检测装置本体1和上位机2；
其中，检测装置本体1包括：屏蔽箱11和安检传送带12；安检传送带12用于传输被检测目标物体穿过屏蔽箱11；屏蔽箱11呈U字型，倒扣在安检传送带12上，并通过螺栓连接在安检传送带12两侧框架上。
如图2所示，屏蔽箱11内设置毫米波雷达设备19；毫米波雷达设备19采用塑料件或者金属螺钉固定在U字型屏蔽箱11的上方或者侧壁。毫米波雷达设备19向被检测目标物体发射毫米波雷达信号，接收反射回来的毫米波雷达信号，并与发射毫米波雷达信号混频处理为雷达目标回波，然后通过有线或无线方式传输给上位机2，上位机2根据接收到的雷达目标回波进行处理，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测。通过采用毫米波雷达探测，解决了安检场景中对于活体目标的快速、精确检测识别所面临的技术问题，能够准确监测安检场景中行李箱、快递件内是否存在活物，可提高机场、海关过境货物的安检效率。
另外，在屏蔽箱11内部顶壁上，还设有摄像头设备13，可用于给检测目标拍照，作为标签。
本实施例中，通过采用屏蔽箱可以有效降低外界电磁信号对毫米波雷达检测设备的干扰，从而有助于实现毫米波雷达检测设备的快速、高效准确运行。
如图1所示，屏蔽箱11的入口处和出处口均设有活动的电磁屏蔽帘14；屏蔽箱11的外层材质为全金属屏蔽材料。在具体实施时，安检场景中屏蔽箱，包括前后端面电磁屏蔽帘14、上端面和左右端面全为电磁屏蔽面；
其中，电磁屏蔽帘由柔性基底材料组成，在底材表面包覆几十微米（比如5~90微米）厚的金属材料，如铜、铝等，电磁屏蔽帘材料具有可变形特点，以悬挂的方式通过底材连接在屏蔽箱顶部的内壁上。
电磁屏蔽面由电磁屏蔽材料组成，为了减轻重量，降低成本，内壁可由其他材料（比如工程塑料等）形成，仅在表面覆盖能够屏蔽高频电磁信号的材料，例如铜、铝制金属等，从而具备阻挡电磁干扰的功能。
比如选用导电率高、低电阻、价格低廉、机械强度较大的铝板，利用铝板对电磁场产生反射以达到屏蔽的目的，防止高频电磁场的干扰，本发明屏蔽箱前、后两面采用电磁屏蔽帘的设计，选用柔性可变形电磁吸波材料，既不阻碍被测目标的传送，又可实现电磁屏蔽效果。通过柔性电磁屏蔽帘以及金属电磁屏蔽面的设计，可减少毫米波雷达检测被测目标过程中外界电磁干扰信号对检测结果的影响。
为了进一步的电磁干扰信号屏蔽，可在屏蔽箱的内壁上设有吸波尖劈18为金字塔形状，主要由聚氨酯泡沫型、无纺布难燃型、硅酸盐板金属膜组装型等。
如图1所示，在屏蔽箱侧面设有检测装置本体的启动按钮15和上位机数据接口16，其中上位机数据接口16可通过有线或无线数据传输方式与上位机相连，上位机与显示终端设备连接，可用于人机交互，显示终端设备用于显示检测结果的动态波形图。
在一个实施例中，如图3所示，上述毫米波雷达设备19包括：发射天线、接收天线、锯齿波发生器和模数转换器；
其中，锯齿波发生器产生的锯齿波信号经过倍频处理，由发射天线向被检测目标物体发射毫米波雷达信号；接收天线接收到由被检测目标物体反射回的毫米波信号，并与发射毫米波雷达信号经过混频处理形成雷达目标回波，并通过模数转换存储在ADC缓存器中。
其中，上位机包括：采样模块、数字信号处理模块、显示终端；
采样模块用于采集ADC缓存器中的数字信号；
数字信号处理模块，用于将采集的数字信号进行实时处理，从而提取生命体征信号，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测；
显示终端，用于显示生命体征信号的波形图。
上位机还包括：如图1所示，安装在屏蔽箱顶部的报警设备17，用于当根据生命体征信号判断存在活体时进行声光报警。
如图4所示，数字信号处理模块具体包括：
提取单元41，用于从采集的数字信号中提取第一生命体征信号；
分离单元42，用于从所述第一生命体征信号中分离出包括呼吸、心跳、运动的信号并通过傅里叶变换得到连续频率特征信号，并进行离散化处理；
转换提取单元43，用于将离散化处理后的频率变量转换为距离变量得到检测目标的距离参数，根据目标距离参数提取相位参数；
处理报警单元44，对所述相位参数进行相位解缠绕处理，从而得到第二生命体征信号；并根据所述第二生命体征信号判断存在活物时，发出警报。
在另外的实施例中，核心部件毫米波雷达设备，也可以包括毫米波雷达反射/接收系统、信号处理系统；
其中，毫米波雷达反射/接收系统包括发射天线、接收天线、锯齿波发生器、模数转换器（ADC），锯齿波发生器产生的锯齿波信号经过倍频处理由发射天线向待测目标发出毫米波雷达信号，接收天线接收由待测目标反射回的毫米波信号，并与发射信号经过混频处理形成雷达目标回波，通过模数转换存储在缓存器中；
其中，信号处理系统包括采样模块、数字信号处理模块、ARM处理器，采样模块对中频连续信号进行离散化处理，数字信号处理模块得到被测目标的距离像数据，提取相位，解缠绕相位，得到相位波形图，ARM处理器完成系统操作及应用程序的处理；
信号处理系统处理完的数据通过有线或者无线传输的方式与上位机及显示终端设备进行数据通信，对有活体的检测结果通过报警模块进行声光报警。
本发明提供的基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，采用毫米波雷达探测，解决了安检场景中对于活体目标的快速、精确检测识别所面临的技术问题，对活体检测具有快速、高效、准确率高等优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，包括：检测装置本体和上位机；
其中，所述检测装置本体包括：屏蔽箱和安检传送带；所述安检传送带用于传输被检测目标物体穿过所述屏蔽箱；所述屏蔽箱内设置毫米波雷达设备；
所述毫米波雷达设备向所述被检测目标物体发射毫米波雷达信号，并接收反射回来的毫米波雷达信号，作为雷达目标回波；
所述雷达目标回波通过有线或无线方式传输给所述上位机，所述上位机根据接收到的雷达目标回波进行处理，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测；
所述毫米波雷达设备包括：发射天线、接收天线、锯齿波发生器和模数转换器；其中，所述锯齿波发生器产生的锯齿波信号经过倍频处理，由所述发射天线向所述被检测目标物体发射毫米波雷达信号；所述接收天线接收到由所述被检测目标物体反射回的毫米波信号，并与所述发射毫米波雷达信号经过混频处理形成雷达目标回波，并通过所述模数转换存储在ADC缓存器中；
所述上位机包括：采样模块和数字信号处理模块；其中，所述采样模块用于采集所述ADC缓存器中的数字信号；所述数字信号处理模块，用于将采集的数字信号进行实时处理，从而提取生命体征信号，实现对被检测目标物体是否存在活体进行检测；
所述数字信号处理模块具体包括：
提取单元，用于从采集的数字信号中提取第一生命体征信号；
分离单元，用于从所述第一生命体征信号中分离出包括呼吸、心跳、运动的信号并通过傅里叶变换得到连续频率特征信号，并进行离散化处理；
转换提取单元，用于将离散化处理后的频率变量转换为距离变量得到检测目标的距离参数，根据目标距离参数提取相位参数；
处理报警单元，对所述相位参数进行相位解缠绕处理，从而得到第二生命体征信号；并根据所述第二生命体征信号判断存在活物时，发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，所述屏蔽箱呈U字型，倒扣在所述安检传送带上；
所述屏蔽箱的入口处和出处口均设有活动的电磁屏蔽帘；所述屏蔽箱的外层材质为全金属屏蔽材料。
3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，所述电磁屏蔽帘由柔性基底材料组成，在底材表面包覆5~90微米厚的金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，所述屏蔽箱设有所述检测装置本体的启动按钮和上位机数据接口。
5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，所述屏蔽箱的至少一个内壁上设有吸波尖劈。
6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，所述上位机还包括：
显示终端，用于显示所述生命体征信号的波形图。
7.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的安检场景活体检测装置，其特征在于，所述上位机还包括：
安装在所述屏蔽箱顶部的报警设备，用于当根据所述生命体征信号判断存在活体时进行声光报警。
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