CN209342946U - 毫米波/太赫兹波成像设备 - Google Patents
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Abstract
公开了一种毫米波/太赫兹波成像设备，包括准光学组件，包括Y形反射板，所述Y形反射板包括第一反射板、第二反射板和所述第三反射板，所述Y形反射板能够绕其转动轴线转动以使得所述第一反射板的第一反射面、第二反射板的第一反射面和所述第三反射板的第一反射面轮流用作第一工作面接收并反射第一被检对象位于第一视场不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波；和毫米波/太赫兹波探测器阵列，适用于接收来自所述准光学组件的波束。该毫米波/太赫兹波成像设备的控制简单，稳定性高。
Description
技术领域
本公开涉及成像技术领域，特别是涉及一种毫米波/太赫兹波成像设备。
背景技术
在当前国内外防恐形势日益严峻的形势下，恐怖分子利用隐匿方式随身携带刀具、枪支、爆炸物等危险物品对公共安全构成了严重的威胁。基于被动式毫米波/太赫兹波的人体安检技术，具有独特的优点，通过检测目标本身的毫米波/太赫兹波辐射实现成像，无需主动辐射，对人体进行安检，利用毫米波/太赫兹波的穿透能力实现藏匿危险物的检测。然而现有的毫米波/太赫兹波成像设备工作效率低。
实用新型内容
本公开的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本公开的实施例，提供了一种毫米波/太赫兹波成像设备，包括：
准光学组件，包括Y形反射板，所述Y形反射板包括第一反射板、第二反射板和第三反射板，所述Y形反射板能够绕其转动轴线转动以使得所述第一反射板的第一反射面、第二反射板的第一反射面和所述第三反射板的第一反射面轮流用作第一工作面接收并反射第一被检对象位于第一视场不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波；和
毫米波/太赫兹波探测器阵列，适用于接收来自所述准光学组件的波束。
在一些实施例中，所述准光学组件还包括第四反射板，当所述Y形反射板转动时，所述第一反射板的与所述第一反射面相反的第二反射面、第二反射板的与所述第一反射面相反的第二工作面和所述第三反射板的与所述第一反射面相反的第二工作面轮流用作第二工作面接收并反射第二被检对象位于第二视场不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波至所述第四反射板；
斩波器，所述斩波器位于所述第一工作面的反射波路和所述第四反射板的反射波路上，所述斩波器被配置成在任一时刻仅来自所述第一工作面的毫米波/太赫兹波或仅来自所述第四反射板的毫米波/太赫兹波反射或透射到所述毫米波/太赫兹波探测器阵列，所述斩波器绕其中心轴线转动以使来自所述Y形反射板的所述第一工作面和所述第四反射板的毫米波/太赫兹波交替地由所述毫米波/太赫兹波探测器阵列接收。
在一些实施例中，所述准光学组件还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述斩波器和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列之间。
在一些实施例中，所述准光学组件还包括第一聚焦透镜和第二聚焦透镜，所述第一聚焦透镜适用于对来自所述Y形反射板的所述第一工作面的毫米波/太赫兹波进行聚焦，所述第二聚焦透镜适用于对来自所述Y形反射板的所述第二工作面的毫米波/太赫兹波进行聚焦。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括吸波材料，所述吸波材料适用于吸收经由所述斩波器反射的来自所述第一工作面的毫米波/太赫兹波，以及经由所述斩波器透射的来自所述第四反射板的毫米波/太赫兹波。
在一些实施例中，3个所述反射板与所述转动轴线之间的角度沿着所述Y形反射板的旋转方向递增或递减。
在一些实施例中，所述斩波器包括至少一个叶片。
在一些实施例中，多个所述叶片等间隔地围绕所述中心轴线设置。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括壳体，所述准光学组件和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列位于所述壳体内，所述壳体的相对侧壁上分别设置有供来自所述第一被检对象的波束穿过的第一窗口和供来自所述第二被检对象的波束穿过的第二窗口。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括适用于驱动所述Y形反射板转动的第一驱动装置。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括适用于驱动所述斩波器转动的第二驱动装置。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括：
数据处理装置，所述数据处理装置与所述毫米波/太赫兹波探测器阵列连接以分别接收来自所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的对于所述第一被检对象的图像数据和对于所述第二被检对象的图像数据并分别生成毫米波/太赫兹波图像；和
显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收和显示来自所述数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括报警装置，所述报警装置与所述数据处理装置连接，以使得当所述数据处理装置识别出所述毫米波/太赫兹波图像中的可疑物品时发出指示该毫米波/太赫兹波图像存在可疑物品的警报。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括校准源，所述校准源位于所述准光学组件的物面上，所述数据处理装置接收来自所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的对于所述校准源的校准数据，并基于所述校准数据更新所述第一被检对象的图像数据和所述第二被检对象的图像数据。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括光学摄像装置，所述光学摄像装置包括适用于采集所述第一被检对象的光学图像的第一光学摄像装置和适用于采集所述第二被检对象的光学图像的第二光学摄像装置，所述第一光学摄像装置和所述第二光学摄像装置分别与所述显示装置连接。
在一些实施例中，所述显示装置包括显示屏，所述显示屏包括适用于显示所述毫米波/太赫兹波图像的第一显示区以及适用于显示所述光学摄像装置所采集的光学图像的第二显示区。
在一些实施例中，所述第一反射板和所述第二反射板、所述第二反射板和所述第三反射板以及所述第三反射板和所述第一反射板之间的夹角均为120°。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括第五反射板，所述第五反射板绕其中心轴往复摆动，以接收并反射第一被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波到所述第一工作面上，以经由所述第一工作面的反射后由毫米波/太赫兹波探测器阵列接收，所述第五反射板的摆动周期T1为所述Y形反射板的转动周期的2m倍，其中m为大于等于1的整数。
在一些实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括适用于驱动所述第五反射板往复摆动的第三驱动装置。
根据本公开上述各种实施例的毫米波/太赫兹波成像设备，通过采用Y形反射板，该Y形反射板包括第一反射板、第二反射板和第三反射板，驱动Y形反射板绕第一反射板、第二反射板和第三反射板的连接处转动以使得第一反射板的第一反射面、第二反射板的第一反射面和第三反射板的第一反射面轮流用作第一工作面接收并反射第一被检对象位于第一视场不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波，从而实现对被检对象进行成像，且控制简单、成本低。
附图说明
图1为根据本公开的一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的结构示意图；
图2为根据本公开的另一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备在移除壳体后的结构示意图；
图3为根据本公开的一示例性实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的Y形反射板的安装示意图；
图4为图3所示的Y形反射板的侧视图；
图5为根据本公开的另一实施例的多面体转镜的各反射板与转动轴线之间的角度的示意图；
图6为根据本公开的毫米波/太赫兹波成像设备的斩波器的一示例性实施例的结构示意图；
图7为根据本公开的毫米波/太赫兹波成像设备的斩波器的另一示例性实施例的结构示意图；
图8为根据本公开的毫米波/太赫兹波成像设备的斩波器的再一示例性实施例的结构示意图；
图9为根据本公开的毫米波/太赫兹波成像设备的斩波器的又一示例性实施例的结构示意图；
图10为透镜成像的示意图；
图11为根据本公开的又一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的结构示意图；
图12为根据本公开的再一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的结构示意图；
图13为根据本公开的一个实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的总像素、各反射板的扫描像素与稀疏排布的毫米波/太赫兹波探测器阵列的示意图；
图14为根据本公开的一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备对人体或物品进行检查的方法的流程图；以及
图15是根据本公开的一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的应用场景图。
具体实施方式
虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的公开，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1示意性地示出了根据本公开的一种示例性实施例的毫米波/太赫兹波成像设备。如图所示，该毫米波/太赫兹波成像设备100包括准光学组件、毫米波/太赫兹波探测器阵列2和斩波器8，其中，准光学组件包括Y形反射板1，Y形反射板1包括第一反射板1A、第二反射板1B和第三反射板1C，Y形反射板1能够绕第一反射板1A、第二反射板1B和第三反射板1C的连接处(即转动轴线o)转动以使得第一反射板1A的第一反射面、第二反射板1B的第一反射面和第三反射板1C的第一反射面轮流用作第一工作面接收并反射第一被检对象31A位于第一视场3A不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波；准光学组件还包括第四反射板7，当Y形反射板1转动时，第一反射板1A的与第一反射面相反的第二反射面、第二反射板1B的与第一反射面相反的第二工作面和第三反射板1C的与第一反射面相反的第二工作面轮流用作第二工作面接收并反射第二被检对象31B位于第二视场3B不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波至第四反射板7。准光学元件还包括第一聚焦透镜4A和第二聚焦透镜4B，该第一聚焦透镜4A适用于汇聚来自第一工作面的波束，该第二聚焦透镜4B适用于汇聚来自第二工作面的波束。斩波器8位于第一工作面的反射波路和第四反射板7的反射波路上，斩波器8被配置成在任一时刻仅来自第一工作面的毫米波/太赫兹波透射到毫米波/太赫兹波探测器阵列2或仅来自第四反射板7的毫米波/太赫兹波反射到毫米波/太赫兹波探测器阵列2，斩波器8绕其中心轴线转动以交替地使来自Y形反射板1的第一工作面和第四反射板7的毫米波/太赫兹波由毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收。毫米波/太赫兹波探测器阵列2适用于接收来自准光学组件反射并汇聚后的波束；毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的探测器的个数根据所需的视场3A、3B大小以及所需分辨率确定，其排布方向与视场法线垂直且平行于水平面，探测器的大小根据波长、加工工艺以及所需采样密度确定。
根据本公开的实施例的毫米波/太赫兹波成像设备100，通过驱动Y形反射板1绕第一反射板1A、第二反射板1B和第三反射板1C的连接处转动，以分别完成对第一视场3A和第二视场3B的数据采集，在Y形反射板1转动的过程中，通过斩波器8将来自第一视场3A和第二视场3B的毫米波/太赫兹波交替地切换到同一个毫米波/太赫兹波探测器阵列2，从而实现对位于两个视场3A、3B的两个被检对象31A、31B进行成像的同时，可以降低毫米波/太赫兹波探测器的数量，以降低设备成本，且稳定性高、占地空间小。
在该实施例中，聚焦透镜4包括第一聚焦透镜4A和第二聚焦透镜4B，第一聚焦透镜4A位于Y形反射板1和斩波器8之间，并适用于对来自Y形反射板的所述第一工作面的毫米波/太赫兹波进行聚焦，第二聚焦透镜4B位于Y形反射板1和第四反射板7之间，并适用于对来自Y形反射板1的所述第二工作面的毫米波/太赫兹波进行聚焦。两个聚焦透镜4A、4B的焦距分别为f1、f2，其中f1与f2的大小可以是一样的，也可以是不一样的。由于斩波器8放置在经过聚焦透镜4A、4B聚焦后的波路中，因此斩波器8的叶片82的尺寸可以较小，在这种情况下，斩波器8的叶片82的具体尺寸由经过聚焦透镜4A、4B聚焦后在预放置斩波器8的地方的束斑大小决定。假设经过聚焦透镜4A、4B聚焦后在预放置斩波器8的地方的束斑半径为wcut，那么斩波器8的叶片82的尺寸(面积)选择为
需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，如图2所示，也可以采用一个聚焦透镜4，该聚焦透镜4位于斩波器8和毫米波/太赫兹波探测器阵列2之间。在这种情况下，由于斩波器8放置在未聚焦的波路中，所以其叶片82的尺寸大小应与Y形反射板1的反射面相匹配。
在图1和图2所示的示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括吸波材料9，该吸波材料9适用于吸收经由斩波器8反射的来自第一工作面的毫米波/太赫兹波，以及经由斩波器8透射的来自第四反射板7的毫米波/太赫兹波。
在图1和图2所示的示例性实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B和第二反射板1C之间的角度θ为120°。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B和第二反射板1C中的相邻两个的角度θ也可以为其它数值。
在图1和图2所示的示例性实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C为长方形，其长度和宽度应与相应的聚焦透镜4相匹配，通常情况下，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C的宽度大于或等于相应的聚焦透镜4的直径，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C的长度应为其宽度的倍，聚焦透镜4的直径例如可以为3cm-50cm。
在图1至图4所示的示例性实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C与转动轴线o均是平行的。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C与转动轴线o之间的角度可以沿着Y形反射板1的旋转方向以α的增量递增或递减，以实现像素差值，这样可以将毫米波/太赫兹波探测器阵列2的探测器稀疏分布，从而降低探测器的数量。
其中α由下列等式算出：
式中，λ为毫米波/太赫兹波的波长，
D为聚焦透镜4的直径。
需要说明的是，上式只是一个透镜理想聚集下的角分辨率估算公式。在实际的系统中应该根据实验结果，微调α的大小，使得最终的像素排列尽可能均匀且无重叠与空隙。也就是说Y形反射板1上的反射板1A、1B、1C与转动轴线o之间的角度是可微调的。
如图5所示，在一种示例性实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C与转动轴线o之间的角度大小沿着Y形反射板1的旋转方向递增。第一反射板1A与转动轴线o之间的角度θ为0°，第二反射板1B与转动轴线o之间的角度θ为+α，第三反射板1C与转动轴线o之间的角度θ为-α。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B、第三反射板1C与转动轴线o之间的角度大小沿着Y形反射板1的旋转方向递减。
图6至图9分别示出了几种斩波器的结构示意图，斩波器8包括至少一个叶片，例如1个、2个、3个和4个等，多个叶片82等间隔地围绕中心轴线81设置。在斩波器8绕其中心轴线81旋转的过程中，在任一时刻当来自第一工作面的毫米波/太赫兹波入射到斩波器8的叶片82上，该叶片82将来自第一工作面的毫米波/太赫兹波反射到吸波材料9，以由吸波材料9吸收，同时将来自第四反射板7的毫米波/太赫兹波反射到毫米波/太赫兹波探测器阵列2。随着斩波器8绕其中心轴线81的旋转，在下一时刻，来自第一工作面的毫米波/太赫兹波入射到斩波器8未设置有叶片82的部分(即空的部分)，以透射到毫米波/太赫兹波探测器阵列2，该斩波器8未设置有叶片82的部分同时将来自第四反射板7的毫米波/太赫兹波透射到吸波材料9，以由吸波材料9吸收，依次循环下去。
需要说明的是，斩波器8也可以由能够快速切换到高反射和高透射状态的其它装置来代替。
在图1和图2所示的示例性实施例中，斩波器8与来自第一工作面的波路和来自第四反射板7的波路均呈45度夹角放置。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，斩波器8与来自第一工作面的波路和来自第四反射板7的波路也可以呈其它角度放置。
如图1所示，在一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括壳体6，准光学组件和毫米波/太赫兹波探测器阵列2位于壳体6内，壳体6的相对侧壁上分别设置有供第一被检对象31A自发辐射或反射的毫米波/太赫兹波穿过的第一窗口61A和供第二被检对象31B自发辐射或反射的毫米波/太赫兹波穿过的第二窗口61B。
如图3和图4所示，在一种示例性实施例中，第一反射板1A、第二反射板1B和第二反射板1C的连接处设置有转轴11，转轴11的两端经由轴承10A、10B与壳体6可转动地连接，以使得Y形反射板能够转动，从而使得第一反射板1A的第一反射面、第二反射板1B的第一反射面和第二反射板1C的第一反射面分别对来自被检对象31A位于视场3A不同竖直位置的部分的波束进行反射，同时第一反射板1A的第二反射面、第二反射板1B的第二反射面和第二反射板1C的第二反射面分别对来自被检对象31B位于视场3B不同竖直位置的部分的波束进行反射。
如图3和图4所示，在一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括适用于驱动Y形反射板1转动的第一驱动装置13，例如伺服电机。
如图3和图4所示，在一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括实时检测Y形反射板的角位移的角位移测量机构12，例如光电码盘，以便准确地计算出Y形反射板的姿态，这可以在相当程度上减小控制算法和成像算法的研制难度。
如未示出的一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括适用于驱动斩波器8转动的第二驱动装置，例如伺服电机，以驱动斩波器8绕其中心轴线81高速旋转，斩波器8的旋转周期应与Y形反射板1的扫描周期相匹配，以使得对该毫米波/太赫兹波成像设备能够同时对两个视场3A、3B的两个被检对象31A、31B分别进行成像，优选斩波器8的旋转周期为Y形反射板的扫描周期的1/1000-1/2。
在该实施例中，探测器的静态视场为水平视场，假定探测器的个数为N，两个相邻的探测器的中心间距d时，则探测器的最大偏馈距离ym，则
由此可以计算出毫米波/太赫兹波探测器阵列2的静态视场为H0。如图10所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2的静态视场H0与物距L1、像距L2需要满足如下关系式
Y形反射板1绕着其转动轴线o转动，数据采集的角度大小根据需要扫描的被检对象31A、31B的高度方向的视场范围决定，假设高度方向所需的成像视场对应的角度方位为θm，那么对应的扫描视场角度为θrot＝θm/2。
其中，Y形反射板1完成对相应的被检对象31A(31B)所在的视场竖直范围的反射所需要摆动的次数Nv通过下式计算：
式中，[]表示向上取整；
L为视场3A(3B)的中心到第一工作面(第二工作面1B)的中心的距离；
δ表示物方分辨率；
θm为竖直视场范围H所对应的视场角度。
Y形反射板1转动一个周期对每个视场完成都3幅图像的采集。
高度方向采样密度决定于波束驻留时间，Y形反射板1转动一个周期，每个视场各输出3副图像。假设探测器的角分辨率为θres，Y形反射板1转动一个周期包含的3dB波束数为
n＝360°/θres (5)
假设成像速率要求为mhz，则每个采样波束的在高度方向的平均驻留时间τd为
以成像距离系统3000mm处，角分辨率θres＝0.57°，则物方分辨率为δ＝30mm，成像速率10Hz为例，可以求得高度方向采集的步数为约67个，平均每个波束驻留时间为τd＝100ms/67＝1.47ms。第一驱动装置13控制Y形反射板1转动，其周期为0.05s。
在一种示例性实施例中，工作在中心频率为94GHz的毫米波/太赫兹波成像设备，探测器个数N＝30个，排成一列，探测器的中心间距d＝7mm，探测器阵列长2ym＝21cm。物距L1＝3.5m，像距L2＝0.7m，根据公式(3)可以计算出静态视场H0＝105cm。假设成像区域高度方向大小为1.8m，那么用于重建图像的高度方向的扫描角度为θm＝34°。
在另一示例性实施例中，工作在中心频率为220GHz的毫米波/太赫兹波成像设备，探测器个数N＝48个，排成一列，探测器的中心间d＝3mm，探测器阵列长度为2ym＝14.4cm。物距L1＝5m，像距L2＝0.7m，根据公式(3)可以计算出静态视场H0＝103cm。假设成像区域高度方向大小为1.8m，那么用于重建图像的高度方向的扫描角度为θm＝20°。
在一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括数据处理装置(未示出)。该数据处理装置与毫米波/太赫兹波探测器阵列2无线连接或有线连接以分别接收毫米波/太赫兹波探测器阵列2所接收的关于第一被检对象31A和关于第二被检对象31B的图像数据。
在一个示例性实施例中，该成像设备还可以包括显示装置，该显示装置与数据处理装置相连接，用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。
如图1所示，在一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括校准源5，该校准源5位于壳体6内并在准光学组件的物面上，以使得当第一工作面转动到校准区域时，通过毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收关于校准源5的校准数据，数据处理装置接收毫米波/太赫兹波探测器阵列2所接收的关于校准源5的校准数据，并基于校准数据实时地更新第一被检对象31A和第二被检对象31B的图像数据。由于校准源5封装在壳体1内部，因此使得该毫米波/太赫兹波成像设备比采用远处的空气进行校准更加稳定可靠。
在该实施例中，校准源5位于Y形反射板1的斜上方，需要说明的是，校准源5的位置只要使得毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收关于校准源5的校准数据和被检对象31A、31B的图像数据不相互干涉即可，校准源5辐射的波束经由第一工作面和/或第二工作面反射到毫米波/太赫兹波探测器阵列2，这样可以实现对包含聚焦透镜4和探测器的完整接收通道的校准，进一步保证了通道的一致性。
在图1和图2所示的示例性实施例中，Y形反射板1的转轴11水平设置，以使得第一工作面、第二工作面对来自相应的被检对象31A、31B位于视场不同竖直位置的部分的波束进行反射。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，Y形反射板1的转轴11也可以竖直设置，以使得第一工作面、第二工作面对来自相应的被检对象31A、31B位于视场不同水平位置的部分的波束进行反射。此外，校准源5可以是塑料、泡沫等发射率接近于1的吸波材料，也可以采用黑体或半导体致冷器等。
由奈奎斯特采样定律，在一个半功率波束宽度内至少有两个采样点才能完全恢复图像。该实施例中的毫米波/太赫兹波探测器阵列2的排布方向与视场法线垂直且平行于水平面，以对高度方向的视场进行采样，毫米波/太赫兹波探测器阵列2的排列密度决定采样密度。毫米波成像系统所成图像实际为灰度图像，其空间采样率在达不到奈奎斯特采样要求(欠采样)时，仍然可以对目标场景成像，只是成像效果相对较差。为了弥补欠采样所带来的像素缺失，可以在后期信号处理时采用插值算法增加数据密度。
如图1所示，在一种示例性实施例中，校准源5的长度方向平行于Y形反射板的转轴11，校准源5的长度大于等于毫米波/太赫兹波探测器阵列2在平行于转轴11方向上的视场大小，校准源5的宽度为毫米波/太赫兹波探测器2的天线波束宽度的10倍。然而，需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，校准源5的宽度也可以为毫米波/太赫兹波探测器的天线波束宽度的1倍或2倍或其它倍数。
在一种实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括光学摄像装置，该光学摄像装置包括适用于采集第一被检对象31A的光学图像的第一光学摄像装置和适用于采集第二被检对象31B的光学图像的第二光学摄像装置，该光学摄像装置与显示装置连接，该光学摄像装置可以实现可见光实时成像，给出第一被检对象31A和第二被检对象31B的图像信息，以与毫米波/太赫兹波图像进行对照，以供使用者参考。
在未示出的一种示例性实施例中，显示装置包括显示屏，显示屏包括适用于显示第一被检对象31A和第二被检对象31B的毫米波/太赫兹波图像的第一显示区以及适用于显示光学摄像装置所采集的第一被检对象31A和第二被检对象31B的光学图像的第二显示区，以便于使用者将光学摄像装置所采集的光学图像和毫米波/太赫兹波图像进行对比。
在未示出的一种示例性实施例中，该毫米波/太赫兹波成像设备还包括报警装置，该报警装置与数据处理装置连接，以使得当识别出第一被检对象31A和/或第二被检对象31B的毫米波/太赫兹波图像中的可疑物品时，例如在相应的被检对象所对应的毫米波/太赫兹波图像的下方发出警报，例如报警灯亮起，需要说明的是，也可以采用声音提示的报警方式。
在一个示例性实施例中，数据处理装置可以用于生成控制信号并将控制信号发送给第一驱动装置13和第二驱动装置，以分别驱动Y形反射板1和斩波器8转动。在另一示例性实施例中，成像设备也可以包括与数据处理装置相独立的控制装置。
图11为根据本公开的又一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的结构示意图。如图11所示，该毫米波/太赫兹波成像设备包括Y形反射板1和一个聚焦透镜4，通过驱动Y形反射板1转动，以使得第一反射板1A的第一反射面、第二反射板1B的第一反射面和第二反射板1C的第一反射面分别对来自被检对象31A位于视场3A不同位置的部分的波束进行反射，从而实现对单视场的成像，Y形反射板1转动一圈能够完成3幅图像的采集。
图12为根据本公开的再一实施例的毫米波/太赫兹波成像设备的结构示意图。如图12所示，该还包括Y形反射板1、聚焦透镜4和第五反射板14，所述第五反射板14绕其中心轴往复摆动，以接收并反射第一被检对象31A自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波到所述第一工作面上，以经由所述第一工作面的反射后由毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收，第五反射板14的摆动周期T1为Y形反射板1的转动周期的2m倍，其中m为大于等于1的整数。在该实施例中，通过驱动第五反射板14绕其中心轴往复摆动，以此来增加对被测对象31水平方向的扫描列数，由于第五反射板14的摆动范围刚好可使被测对象在像平面上所成的像的移动范围为两个相邻探测单元之间的距离，因此当该第五反射板14绕其中心轴往复摆动时，可以将与毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的探测单元相邻的像素点先后送入每个探测单元中。
在第五反射板14不摆动的情况下，被检对象31A发射或反射的毫米波/太赫兹波经由第五反射板14反射到Y形反射板1上，Y形反射板1绕其转动轴线o进行高速稳定旋转，Y形反射板1中的第一反射板1A、第二反射板1B和第三反射板1C转到第五反射板14后方的波路中时，都会对被检对象31A的竖直列方向完成一维多列快速扫描，然后再经聚焦透镜4的汇聚，形成被检对象31A的像，最终由排列在像平面的毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收，被检对象31A上被探测到的列数与毫米波/太赫兹波探测器阵列2中探测单元的数量一致。
当第五反射板14绕其中心轴偏转一个角度，则被测对象31A在聚焦透镜4后方的像平面也相应地移动一定角度，毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的每一个探测单元就会探测到原来成在它所在位置左方或右方的某列像素点，如果第五反射板14转动的角度合适，则每一个探测单元就可以接收到在第五反射板14转动前任何探测单元所没有接收到的像素点，即原两个相邻探测单元之间的像素点，如图13所示。由此，第五反射板14偏转一定角度就可以在没有增加毫米波/太赫兹波探测器阵列2中探测单元的基础上提高被测对象的扫描列数，即增加了被测对象31A在水平行方向上的像素数，从而可以提高扫描速度，此外由于第五反射板14的摆动角度较小，因而使得系统稳定性比较高。
在该成像设备启动前，按照要求布置系统中的各器件，使第五反射板14置于其中心轴左侧或右侧最大角度上，Y形反射板1中的第一反射板1A、第二反射板1B和第三反射板1C与第五反射板14的中心轴平行。成像设备启动后，第五反射板14和Y形反射板1同步运动，毫米波/太赫兹波探测器阵列2开始对聚焦透镜4透射的毫米波/太赫兹波进行接收，毫米波/太赫兹波探测器阵列2将毫米波/太赫兹波信号转换为直流电压信号。
如图14所示，本公开还提供了一种利用毫米波/太赫兹波成像设备对人体或物品进行检测的方法，包括以下步骤：
S1：驱动Y形反射板1转动，以使得第一反射板1A的第一反射面、第二反射板1B的第一反射面和第三反射板1C的第一反射面轮流接收并反射第一被检对象31A自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波；通过所述第一反射板1A的第二反射面、第二反射板1B的第二反射面和第三反射板1C的第二反射面轮流接收并反射第二被检对象31B自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波；在Y形反射板1转动的同时，斩波器8绕其中心轴线转动以交替地使来自第一工作面的毫米波/太赫兹波和第四反射板7所反射的来自第二工作面的毫米波/太赫兹波由毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收；
S2：将毫米波/太赫兹波探测器阵列2所获得的对于第一被检对象31A的图像数据和关于第二被检对象31B的图像数据发送给数据处理装置；以及
S3：利用数据处理装置分别对第一被检对象31A的图像数据和第二被检对象31B的图像数据进行重建以生成第一被检对象31A和第二被检对象31B的毫米波/太赫兹波图像。
该方法可以同时对两个被检对象31A、31B进行全方位的成像和检测，其中被检对象31可以是人体，也可以是物品。当被检对象31A、31B是人体时，该毫米波/太赫兹波成像设备100可以配合物品成像设备200使用，如图15所示，两个被检对象31A和31B分别在左侧待检位置和右侧待检位置进行检测，或者，也可以当一个被检对象31A在左侧待检位置完成正面检测之后，可以沿着箭头所示的路径行走至到右侧待检位置，并完成背面检测，从而无需被检对象31A转身即可完成全方位的检测。
在一种示例性实施例中，该方法在步骤S3之前还包括以下步骤：当Y形反射板1转动到校准区域时，通过毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收关于校准源5的校准数据；并且基于校准源5的校准数据实时更新所接收的第一被检对象31A和第二被检对象31B的图像数据。
检波的输出电压Vout对应的天线温度为TA，其应满足如下关系，
TA＝(Vout-b)/a (7)
式中，a为增益定标系数，
b为偏置定标系数。
因此，基于校准源5的校准数据更新所接收的被检对象31的图像数据包括对偏置定标系数b的校正和对增益定标系数a的校正。
在校准区域内，校准源5及其周围环境的辐射亮温都可以视作是均匀的，即所有通道的天线温度TA是一致的。当通道完全一致时，焦面阵接收通道的输出Vout应该完全一致，如果输出不一致，则需要调整各通道的增益定标系数a和偏置定标系数b，使所有通道输出一致，从而实现通道的一致性调节。增益定标参数a反映的是通道的总增益和等效带宽，在通道调试时这部分已经经过仔细调节，可以认为各通道的增益定标系数a近似相等，因此在正常使用过程中校正通过调节偏置定标系数b来完成。
在一种示例性实施例中，基于校准源5的校准数据更新所接收的被检对象31的图像数据主要包括对偏置定标系数b的校正，包括以下步骤：
A1：计算所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的所有通道在所述校准区域的多次测量输出电压的平均值
A2：每个通道的检测区域校准后的数据为每个通道的检测区域采集的数据Vi减去所述平均值然后再除以每个通道的增益定标系数ai。
该方法可以对焦平面阵系统接收通道阵列进行整体校准，校准算法只需简单的运算，耗时极少，可以实现实时校准；对每幅图像都进行通道一致性校准。
当设备在长期运行或者更换使用场所等情况下，由于系统温度漂移而带来的系统性能恶化，各通道的增益定标系数a通常也会发生变化。这时需要对通道的增益定标系数a和偏置定标系数b进行调整，具体包括以下步骤
B1：使用所述毫米波/太赫兹波探测器阵列测量空气的电压值Vair(i)，i∈[1，通道数]，并计算所有通道的空气的平均电压值
B2：设置所述校准源的温度与空气的温度具有差值，使用所述毫米波/太赫兹波探测器阵列测量所述校准源的电压值Vca1(i)，i∈[1，通道数]，并计算所有通道的校准源的平均电压值并通过下列等式计算出每个通道的增益定标系数ai和偏置定标系数bi：
B3：每个通道的检测区域校准后的数据为的绝对值，其中Vi为每个通道的检测区域采集的数据。
数据处理装置每个3dB波束方位内采集两次，这样在图1所示的实施例中，每个通道在校准区域获得至少10个采集数据。在校准区域的输出电压数据与检测区域的输出电压数据均存储在数据处理装置的同一个数据表格中。
作为一个示例性实施例，该方法还可以包括S4：在生成第一被检对象31A和第二被检对象31B的毫米波/太赫兹波图像之后，对第一被检对象31A和第二被检对象31B是否带有可疑物以及可疑物的位置进行识别并将结果输出。
在上述步骤中，对于可疑物及其位置的识别可以通过计算机自动识别或是人工识别或是两者相结合的方法来进行。结果输出可以通过例如在显示装置上显示标有直接显示是否带有可疑物的结论等方式来实现，也可以将检测结果直接打印或发送。
执行检测的安检人员可以根据上述步骤S4给出的检测结果来对人体或物品是否带有可疑物以及可疑物的位置进行确认，也可以通过人工检测来进行复核。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。
Claims (19)
1.一种毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，包括：
准光学组件，包括Y形反射板，所述Y形反射板包括第一反射板、第二反射板和第三反射板，所述Y形反射板能够绕其转动轴线转动以使得所述第一反射板的第一反射面、第二反射板的第一反射面和所述第三反射板的第一反射面轮流用作第一工作面接收并反射第一被检对象位于第一视场不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波；和
毫米波/太赫兹波探测器阵列，适用于接收来自所述准光学组件的波束。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述准光学组件还包括第四反射板，当所述Y形反射板转动时，所述第一反射板的与所述第一反射面相反的第二反射面、第二反射板的与所述第一反射面相反的第二工作面和所述第三反射板的与所述第一反射面相反的第二工作面轮流用作第二工作面接收并反射第二被检对象位于第二视场不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波至所述第四反射板；
斩波器，所述斩波器位于所述第一工作面的反射波路和所述第四反射板的反射波路上，所述斩波器被配置成在任一时刻仅来自所述第一工作面的毫米波/太赫兹波或仅来自所述第四反射板的毫米波/太赫兹波反射或透射到所述毫米波/太赫兹波探测器阵列，所述斩波器绕其中心轴线转动以使来自所述Y形反射板的所述第一工作面和所述第四反射板的毫米波/太赫兹波交替地由所述毫米波/太赫兹波探测器阵列接收。
3.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，所述准光学组件还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述斩波器和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列之间。
4.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，所述准光学组件还包括第一聚焦透镜和第二聚焦透镜，所述第一聚焦透镜适用于对来自所述Y形反射板的所述第一工作面的毫米波/太赫兹波进行聚焦，所述第二聚焦透镜适用于对来自所述Y形反射板的所述第二工作面的毫米波/太赫兹波进行聚焦。
5.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括吸波材料，所述吸波材料适用于吸收经由所述斩波器反射的来自所述第一工作面的毫米波/太赫兹波，以及经由所述斩波器透射的来自所述第四反射板的毫米波/太赫兹波。
6.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，3个所述反射板与所述转动轴线之间的角度沿着所述Y形反射板的旋转方向递增或递减。
7.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，所述斩波器包括至少一个叶片。
8.根据权利要求7所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，多个所述叶片等间隔地围绕所述中心轴线设置。
9.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括壳体，所述准光学组件和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列位于所述壳体内，所述壳体的相对侧壁上分别设置有供来自所述第一被检对象的波束穿过的第一窗口和供来自所述第二被检对象的波束穿过的第二窗口。
10.根据权利要求9所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括适用于驱动所述Y形反射板转动的第一驱动装置。
11.根据权利要求2所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括适用于驱动所述斩波器转动的第二驱动装置。
12.根据权利要求2-11中任一项所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括：
数据处理装置，所述数据处理装置与所述毫米波/太赫兹波探测器阵列连接以分别接收来自所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的对于所述第一被检对象的图像数据和对于所述第二被检对象的图像数据并分别生成毫米波/太赫兹波图像；和
显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收和显示来自所述数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。
13.根据权利要求12所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置与所述数据处理装置连接，以使得当所述数据处理装置识别出所述毫米波/太赫兹波图像中的可疑物品时发出指示该毫米波/太赫兹波图像存在可疑物品的警报。
14.根据权利要求12所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括校准源，所述校准源位于所述准光学组件的物面上，所述数据处理装置接收来自所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的对于所述校准源的校准数据，并基于所述校准数据更新所述第一被检对象的图像数据和所述第二被检对象的图像数据。
15.根据权利要求12所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括光学摄像装置，所述光学摄像装置包括适用于采集所述第一被检对象的光学图像的第一光学摄像装置和适用于采集所述第二被检对象的光学图像的第二光学摄像装置，所述第一光学摄像装置和所述第二光学摄像装置分别与所述显示装置连接。
16.根据权利要求14所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，所述显示装置包括显示屏，所述显示屏包括适用于显示所述毫米波/太赫兹波图像的第一显示区以及适用于显示所述光学摄像装置所采集的光学图像的第二显示区。
17.根据权利要求1所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，所述第一反射板和所述第二反射板、所述第二反射板和所述第三反射板以及所述第三反射板和所述第一反射板之间的夹角均为120°。
18.根据权利要求16所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括第五反射板，所述第五反射板绕其中心轴往复摆动，以接收并反射第一被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波到所述第一工作面上，以经由所述第一工作面的反射后由毫米波/太赫兹波探测器阵列接收，所述第五反射板的摆动周期T1为所述Y形反射板的转动周期的2m倍，其中m为大于等于1的整数。
19.根据权利要求18所述的毫米波/太赫兹波成像设备，其特征在于，还包括适用于驱动所述第五反射板往复摆动的第三驱动装置。
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