CN209728193U - 场景监控式毫米波扫描成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了场景监控式毫米波扫描成像系统。该场景监控式毫米波扫描成像系统包括适于定位在一安检场景中的多个毫米波扫描成像装置，所述多个毫米波扫描成像装置被布置成分别朝向不同的方位定向，以分别对该安检场景中的不同检测区域内的待检目标进行毫米波扫描成像并提供该目标的扫描数据。

Description

场景监控式毫米波扫描成像系统

技术领域

本实用新型的实施例一般地涉及安检技术领域，尤其涉及一种场景监控式毫米波扫描成像系统和利用该系统进行的安全检查方法。

背景技术

为了保障公共安全，在重要的公共场所进行安全检查是一项必要的手段。当前运用最广泛的成像式安检技术主要是X射线成像技术和毫米波成像技术。毫米波检测成像技术具有非电离辐射，能够穿透人体衣物和识别各类金属及非金属违禁品等诸多优点。近十年来随着毫米波技术的发展和器件成本的降低，在人体安检中正在逐步引起重视。毫米波检测成像技术主要分为被动式毫米波成像技术和主动式毫米波成像技术，而主动式毫米波成像技术又以全息成像技术为主。相比被动式成像技术，主动式毫米波图像清晰，分辨率高，能够较好地满足人体安检的需要。

现有主动式毫米波安检成像系统主要有圆柱扫描系统、平面扫描系统以及面阵扫描系统。由于受到成像时间的限制，受检人员需要在人体安检系统前站立一定时间才能完成检查，因而大大限制了安检通过率。实际安检中，现有设备仅能支持对一个目标的检测，若要多个人体同时进行检测，则需要多台设备，成本及占地面积均大大增加。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种，提出了本实用新型。

根据本实用新型的一个方面，提出了一种场景监控式毫米波扫描成像系统，包括适于定位在一安检场景中的多个毫米波扫描成像装置，所述多个毫米波扫描成像装置被布置成分别朝向不同的方位定向，以分别对该安检场景中的不同检测区域内的待检目标进行毫米波扫描成像并提供该目标的扫描数据。

在一些实施例中，所述多个毫米波扫描成像装置布置成具有多个侧面的柱状结构，每个侧面由一个所述毫米波扫描成像装置限定以朝向安检场景中的对应的方位。

在一些实施例中，所述柱状结构的横截面具有封闭的多边形形状，该多边形形状的每条边由一个所述毫米波扫描成像装置限定。

在一些实施例中，所述封闭的多边形形状包括三角形、四边形、五边形或六边形。

在一些实施例中，所述柱状结构的相邻侧面之间形成大于0度且小于180度的角度。

在一些实施例中，该场景监控式毫米波扫描成像系统还包括光学摄像头，所述光学摄像头被配置成捕获进入所述安检场景内的待检目标的光学图像，以用于在启动毫米波扫描成像装置进行扫描成像前确定待检目标是否到达该毫米波扫描成像装置所朝向的检测区域。

在一些实施例中，该场景监控式毫米波扫描成像系统设置有多个所述光学摄像头，每个光学摄像头与一个毫米波扫描成像装置相关联，以捕获进入该毫米波扫描成像装置所朝向的检测区域内的待检目标的光学图像。

在一些实施例中，每个毫米波扫描成像装置包括毫米波收发天线阵列，该毫米波收发天线阵列包括由多个子阵列单元组成的网格状收发天线阵列，每个子阵列单元包括发射天线线性阵列和接收天线线性阵列，该发射天线线性阵列具有线性排列的多个毫米波发射天线，该接收天线线性阵列具有线性排列的多个毫米波接收天线。

在一些实施例中，每个子阵列单元具有矩形形状，并包括分别沿该矩形形状的彼此相对的一对边设置的两个所述发射天线线性阵列、以及沿该矩形形状的彼此相对的另一对边设置的两个所述接收天线线性阵列。

在一些实施例中，每个子阵列单元包括彼此相交成“十”字型的一个所述发射天线线性阵列和一个所述接收天线线性阵列。

在一些实施例中，至少一个毫米波收发天线阵列具有平面或弧面轮廓。

在一些实施例中，每个毫米波扫描成像装置还包括第一毫米波源、第二毫米波源、混频器、开关矩阵、发射模块和接收模块，所述第一毫米波源被配置为用于产生第一毫米波信号的发射源；所述第二毫米波源被配置为用于产生第二毫米波信号的参考源；所述混频器被配置成将第二毫米波源产生的第二毫米波信号与第一毫米波源产生的第一毫米波信号混频，以形成作为参考信号的混频信号；所述开关矩阵连接在第一毫米波源和发射模块之间，并被配置成控制毫米波发射天线和毫米波接收天线的开关状态的切换，使得一个毫米波发射天线向待检目标发射毫米波信号时，仅位于与该毫米波发射天线相同的子阵列单元中的毫米波接收天线同时接收来自该待检目标的反射毫米波信号；所述发射模块被配置成根据开关矩阵的控制，基于第一毫米波源产生的第一毫米波信号驱动毫米波发射天线发射毫米波；接收模块接收由毫米波接收天线从待检目标接收到的反射毫米波信号，并基于混频器输出的参考信号，对接收到的反射毫米波信号进行解调，以得到该待检目标的扫描数据。

在一些实施例中，该场景监控式毫米波扫描成像系统还包括：数据处理装置，所述数据处理装置与一个或多个所述毫米波扫描成像装置无线或有线地电连接，以接收来自一个或多个所述毫米波扫描成像装置对待检目标进行毫米波扫描而获得的扫描数据；和显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收扫描数据并显示与该扫描数据对应的毫米波图像。

通过下文中参照附图对本实用新型所作的详细描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

附图说明

通过参考附图能够更加清楚地理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的场景监控式毫米波扫描成像系统的布置的示意图；

图2为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的毫米波扫描成像装置的布置的框图；

图3A为示出根据本实用新型的一个示例性实施例的毫米波收发天线阵列的天线布置的示意图；

图3B为示出根据本实用新型的另一个示例性实施例的毫米波收发天线阵列的天线布置的示意图；

图4A为示出根据本实用新型的一些示例性实施例的由多个毫米波收发天线阵列组成的毫米波收发装置的横截面形状的示例的俯视图；以及

图4B为示出根据本实用新型的另一些示例性实施例的由多个毫米波收发天线阵列组成的毫米波收发装置的横截面形状的示例的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型内容的实施例的全面理解。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实用新型的一个示例性实施例的场景监控式毫米波扫描成像系统的布置。示例性地，该毫米波扫描成像系统可以用于主动式毫米波安检。如图所示，场景监控式毫米波扫描成像系统10包括多个毫米波扫描成像装置100，这些毫米波扫描成像装置100适于定位在一安检场景或公共场所中并被布置成分别朝向不同的方位定向，以分别对该安检场景或公共场所中的不同检查区域或范围内的待检目标1(如，行人或待检人员)进行毫米波扫描成像，并提供该待检目标的扫描数据。由此，在将这种毫米波扫描成像系统布置在诸如机场、车站、商场等安检场景或公共场所中时，各个毫米波扫描成像装置面向不同的方位定向并对进入不同检查区域或范围内的不同待检目标同时或定向地进行毫米波扫描成像，用于确定待检目标是否存在或携带危险物品或违禁物品，从而能够对整个安检场景或公共场所进行全方位的安检监控，这对于提高检测安检系统的通过效率是很有帮助的，尤其是在机场、车站等人流密集的区域。可以使人员在通过安检系统时停留很短的时间，必要时可以通过位于安检出口的远程终端对可疑的人员进行拦截和特定检查。

如图1所示，该场景监控式毫米波扫描成像系统10还可以包括数据处理装置200和显示装置300，数据处理装置200与一个或多个毫米波扫描成像装置100无线或有线地电连接，以接收来自毫米波扫描成像装置100对待检目标1进行毫米波扫描而获得的扫描数据，显示装置300与数据处理装置200无线或有线地电连接，用于接收扫描数据并显示与该扫描数据对应的毫米波图像，如被检查目标的全息图像。

数据处理装置200可以接收扫描得到的数据(例如，全息数据) 并进行图像重建。例如，数据处理装置可以包括个人计算机(PC)、服务器、工作站等。根据一些实施例，数据处理装置可以包括处理器和存储器。处理器可以电连接至毫米波扫描成像装置，以接收扫描数据，并对其进行处理。存储器可电连接至处理器，并且存储有指令，所述指令在由处理器执行时使处理器执行图像重建，或控制毫米波扫描成像装置对待检目标进行扫描成像。显示装置还可以显示毫米波扫描成像系统的相关信息，例如状态信息、成像结果、报警信息等。

在图1中图示的实施例中，多个毫米波扫描成像装置100可以布置(例如，拼接或以其它方式连接)成具有多个侧面(竖直侧面)的柱状结构，每个侧面由一个毫米波扫描成像装置100限定以朝向安检场景中的对应的方位。这种柱状结构可以布置在安检场景或公共场所的开放区域，如中心区域，在待检人员从不同的方位在其旁边经过时，可以对该待检人员进行扫描成像，从而无需挪动毫米波扫描成像装置或无需要求待检人员进入设置在特定的安检地点(如，安检场景或公共场所的入口、专门的安检房间等)的安检系统进行检查。

在一些实施例中，如图1和4A中的(a)至(d)部分所示，由多个毫米波扫描成像装置100构成的柱状结构的横截面具有封闭的多边形形状，该多边形形状的每条边由一个毫米波扫描成像装置100 限定，或者一个毫米波扫描成像装置100位于柱状结构的一个侧面。例如，这种封闭的多边形形状可以包括三角形、四边形、五边形或六边形等。所构成的这种多边形的边数越多，对场景监控的角度方向就越多，这种多边形的边数或毫米波扫描成像装置的数量可以根据具体安检场景或公共场所的安检区域的大小、位置、成像分辨率等因素进行选择。

在其它实施例中，如在图4B所示的俯视图中，由多个毫米波扫描成像装置100构成的柱状结构是部分敞开或侧面开口的，而未形成封闭结构，其横截面具有折线轮廓，例如只构成多边形的一部分。这种未封闭的柱状结构可以布置在安检场景或公共场所的角落或靠墙位置，以对不同方位的待检目标进行扫描成像。示例性地，柱状结构的相邻侧面或横截面的相邻侧边之间形成大于0度且小于180度的角度，这种角度可以安检场景或公共场所的安检区域的大小、位置等因素进行设置。

在一个示例性实施例中，如图1所示，数据处理装置200定位在由多个毫米波扫描成像装置100围成的封闭或部分封闭的空间内。显示装置300可以定位在远离毫米波扫描成像装置的位置，如监控室内，并与数据处理装置200进行有线或无线通信，以接收来自数据处理装置的数据。

图2示意性地示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的毫米波扫描成像装置的布置。如图所示，毫米波扫描成像装置100包括第一毫米波源101、第二毫米波源102、混频器103、开关矩阵104、发射模块105、接收模块106、以及由多个毫米波发射天线和多个毫米波接收天线构成的毫米波收发天线阵列110。

示例性地，第一毫米波源101可以被配置为毫米波发射源，用于产生第一、发射毫米波信号；第二毫米波源102可以被配置为用于产生第二、参考毫米波信号的参考源；例如，第一毫米波源101或第二毫米波源102可以是产生一定频率的信号的振荡器。混频器103将第一毫米波源101和第二毫米波源102产生的毫米波信号混频，以形成作为参考信号的混频信号。

开关矩阵104连接在第一毫米波源101和发射模块105之间，控制发射/接收天线的切换，例如，控制毫米波发射天线和毫米波接收天线的开关状态的切换。示例性地，开关矩阵可以通过电子开关控制发射天线按照一定顺序依次发射毫米波信号。根据一实施例，可以通过开关矩阵切换发射天线，对待检目标的进行毫米波扫描，以获取该目标的全息数据。在一个示例中，开关矩阵控制毫米波发射天线和毫米波接收天线的开关状态的切换，控制发射天线依次发射毫米波信号，使得一个毫米波发射天线向待检目标发射毫米波信号时，仅与该毫米波发射天线相关联(如下所述，位于与该毫米波发射天线相同的子阵列单元中)的毫米波接收天线同时接收来自该待检目标的反射毫米波信号。在另一个示例中，可以通过开关矩阵控制发射天线依次发射毫米波信号，所有接收天线同时接收目标反射的毫米波信号。

发射模块105被配置成根据开关矩阵的控制，基于第一毫米波源 101产生的第一毫米波信号驱动毫米波发射天线发射毫米波。例如，发射模块可以将第一毫米波源输出的第一毫米波信号倍频、功率放大后作为发射信号输入到发射天线，使发射天线发射毫米波。发射的毫米波可以照射待检目标，并被目标反射。由受检目标反射后的毫米波由接收天线接收，接收到的毫米波信号可以输入到接收模块106。接收模块406可以基于混频器输出的参考信号，对接收到的毫米波信号进行解调，以得到该目标的扫描数据，如毫米波全息数据。

在另一个实施例中，毫米波扫描成像装置100还可以包括多通道模拟转数字电路107，其用于将接收模块106输出的毫米波全息数据模拟信号转为为数字信号，以便输出到数据处理装置200进行处理。

在其他实施例中，上述第一毫米波源101、第二毫米波源102、混频器103、开关矩阵104、发射模块105、接收模块106、模拟转数字电路107中的一个或多个可以集成在同一装置中，或被实现为该装置的不同模块。

在如图2至图3B所示的实施例中，毫米波收发天线阵列110包括由多个子阵列单元组成的网格状收发天线阵列，每个子阵列单元包括发射天线阵列111和接收天线阵列112。根据本实用新型的实施例，毫米波收发天线阵列可以具有平面或弧面轮廓。示例性地，为数据处理的方便，各子阵列单元可以具有相同或相似的配置，例如相同或相似的形状和/或尺寸、相同或相似的发射天线/接收天线排布。

例如，发射天线阵列111和/或接收天线阵列112可以包括线性天线阵列。每个发射天线线性阵列可以具有线性排列的多个毫米波发射天线1111，每个接收天线线性阵列可以具有线性排列的多个毫米波接收天线1121。

如图2和3A所示，每个子阵列单元具有矩形形状，如正方形，并包括分别沿该矩形形状的彼此相对的一对边设置的两个发射天线线性阵列111、以及沿该矩形形状的彼此相对的另一对边设置的两个接收天线线性阵列112。示例性地，每个正方形子阵列单元包含第一和第二发射天线线性阵列以及第一和第二接收天线线性阵列，第一发射天线线性阵列与第二发射天线线性阵列相对，第一接收天线线性阵列与第二接收天线线性阵列相对，第一和第二接收天线线性阵列以及第一和第二接收天线线性阵列共同构成了正方形子单元的四条边。相邻的两个子阵列单元共用一个发射或接收天线线性阵列。

在图3B所示的实施例中，每个子阵列单元可以为由交叉型子单元组成的网格状收发阵列，每个正交型子单元包含一个发射天线线性阵列111和一个接收天线线性阵列112，它们交叉(如正交)组成“十”字型轮廓。可以理解，毫米波收发天线阵列中的天线的布置不限于图示的实施例，可以根据实际要求进行设置，使得朝向对安检场景或公共场所的不同方位定向的各个毫米波收发天线阵列能够对其面对的不同检查区域或范围内的待检目标(如，行人或待检人员)分别进行毫米波扫描成像。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和2所示，还可以设置有光学摄像头109，其被配置成捕获进入安检场景内的待检目标1的光学图像，以用于在启动毫米波扫描成像装置进行扫描成像前确定待检目标是否到达该毫米波扫描成像装置所朝向的检测区域。例如，场景监控式毫米波扫描成像系统10可以设置有多个光学摄像头109，每个光学摄像头109与一个毫米波扫描成像装置100相关联，以捕获进入该毫米波扫描成像装置所朝向的检测区域内的待检目标的光学图像。

光学摄像头记录待检目标的光学图像，例如可以在启动扫描前用于确定待检目标是否到达正确的检测区域，在扫描过程中，用于获取待检目标的光学图像。此外，数据处理装置可以同时获取由光学摄像头得到的待检目标的光学图像，通过人脸识别技术对待检目标进行身份识别。数据处理装置可以将待检目标的光学图像和毫米波图像进行匹配，给出综合查验信息，可以向显示装置输出待检目标的身份信息以及安检报警信息，因此显示装置可以在光学图像上对应位置标注红框来显示报警信息，当然也可以同时显示光学图像和带有报警框的毫米波图像或卡通图像。

本实用新型的实施例还提供了一种安全检查方法，其可以将上述场景监控式毫米波扫描成像系统布置在安检场景或公共场所中，以对安检场景或公共场所中不同方位的检查区域内的待检目标分别进行毫米波扫描成像。

在一个实施例中，例如通过光学摄像头可以确定待检目标是否进入该安检场景的一个检查区域内，并在确定待检目标进入该安检场景的一个检查区域内时，由朝向该检查区域定向的毫米波扫描成像装置对该待检目标进行毫米波扫描成像。在一个示例中，在启动毫米波扫描成像时，可以控制发射天线依次发射毫米波信号，使得一个毫米波发射天线向待检目标发射毫米波信号时，仅与该毫米波发射天线相关联(如，位于与该毫米波发射天线相同的子阵列单元中)的毫米波接收天线同时接收来自该待检目标的反射毫米波信号，如此可以尽量避免信号干扰。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种场景监控式毫米波扫描成像系统(10)，其特征在于，该场景监控式毫米波扫描成像系统包括适于定位在一安检场景中的多个毫米波扫描成像装置(100)，所述多个毫米波扫描成像装置被布置成分别朝向不同的方位定向，以分别对该安检场景中的不同检查区域内的待检目标(1)进行毫米波扫描成像并提供该目标的扫描数据。

2.根据权利要求1所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，所述多个毫米波扫描成像装置布置成具有多个侧面的柱状结构，每个侧面由一个所述毫米波扫描成像装置限定以朝向安检场景中的对应的方位。

3.根据权利要求2所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，所述柱状结构的横截面具有封闭的多边形形状，该多边形形状的每条边由一个所述毫米波扫描成像装置限定。

4.根据权利要求3所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，所述封闭的多边形形状包括三角形、四边形、五边形或六边形。

5.根据权利要求2所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，所述柱状结构的相邻侧面之间形成大于0度且小于180度的角度。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，该场景监控式毫米波扫描成像系统还包括：

光学摄像头(109)，所述光学摄像头被配置成捕获进入所述安检场景内的待检目标的光学图像，以用于在启动毫米波扫描成像装置进行扫描成像前确定待检目标是否到达该毫米波扫描成像装置所朝向的检查区域。

7.根据权利要求6所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，

该场景监控式毫米波扫描成像系统设置有多个所述光学摄像头，每个光学摄像头与一个毫米波扫描成像装置相关联，以捕获进入该毫米波扫描成像装置所朝向的检查区域内的待检目标的光学图像。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，

每个毫米波扫描成像装置包括毫米波收发天线阵列，该毫米波收发天线阵列包括由多个子阵列单元组成的网格状收发天线阵列，

每个子阵列单元包括发射天线线性阵列(111)和接收天线线性阵列(112)，该发射天线线性阵列具有线性排列的多个毫米波发射天线(1111)，该接收天线线性阵列具有线性排列的多个毫米波接收天线(1121)。

9.根据权利要求8所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，每个子阵列单元具有矩形形状，并包括分别沿该矩形形状的彼此相对的一对边设置的两个所述发射天线线性阵列、以及沿该矩形形状的彼此相对的另一对边设置的两个所述接收天线线性阵列，并且

相邻的两个子阵列单元共用一个发射或接收天线线性阵列。

10.根据权利要求8所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，每个子阵列单元包括彼此相交成“十”字型的一个所述发射天线线性阵列和一个所述接收天线线性阵列。

11.根据权利要求8所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，至少一个毫米波收发天线阵列具有平面或弧面轮廓。

12.根据权利要求8所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，每个毫米波扫描成像装置还包括第一毫米波源(101)、第二毫米波源(102)、混频器(103)、开关矩阵(104)、发射模块(105)和接收模块(106)，

所述第一毫米波源被配置为用于产生第一毫米波信号的发射源；

所述第二毫米波源被配置为用于产生第二毫米波信号的参考源；

所述混频器被配置成将第二毫米波源产生的第二毫米波信号与第一毫米波源产生的第一毫米波信号混频，以形成作为参考信号的混频信号；

所述开关矩阵连接在第一毫米波源和发射模块之间，并被配置成控制毫米波发射天线和毫米波接收天线的开关状态的切换，使得一个毫米波发射天线向待检目标发射毫米波信号时，仅位于与该毫米波发射天线相同的子阵列单元中的毫米波接收天线同时接收来自该待检目标的反射毫米波信号；

所述发射模块被配置成根据开关矩阵的控制，基于第一毫米波源产生的第一毫米波信号驱动毫米波发射天线发射毫米波；

接收模块接收由毫米波接收天线从待检目标接收到的反射毫米波信号，并基于混频器输出的参考信号，对接收到的反射毫米波信号进行解调，以得到该待检目标的扫描数据。

13.根据权利要求1-5、7和9-12中任一项所述的场景监控式毫米波扫描成像系统，其特征在于，该场景监控式毫米波扫描成像系统还包括：

数据处理装置，所述数据处理装置与一个或多个所述毫米波扫描成像装置无线或有线地电连接，以接收来自一个或多个所述毫米波扫描成像装置对待检目标进行毫米波扫描而获得的扫描数据；和

显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收扫描数据并显示与该扫描数据对应的毫米波图像。