CN210514616U - 安检装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种安检装置，其包括：动力装置、机座及机体；机座的承载面一侧设置有一能够在动力装置的驱动下绕垂直于承载面的中心轴旋转的机架，机架将承载面分隔为靠近旋转中心的承载区和远离旋转中心的检测区，且机架上还设置有阵列扫描模块，阵列扫描模块配置为在与机架一体转动过程向检测区发射毫米波检测信号并接收回波信号；机体包括信号处理模块、图像处理模块和系统控制器，信号处理模块配置为在系统控制器的控制下对回波信号进行处理并生成数字信号；图像处理模块配置为基于数字信号生成三维图像信号并显示与三维图像信号相对应的三维图像。该安检装置检测环境开放，检测效率较高。

Description

安检装置

技术领域

本实用新型涉及安全检测技术领域，尤其涉及一种安检装置。

背景技术

出于保障公共安全、反对恐怖袭击的目的，对出入公共场所的人体安检要求越来越高。传统的安检方式主要包括以下几种：1、手持式金属探测器，其局限性是只能检测到人体携带的金属物品，但无法检测出人体携带的非金属物违禁物品，例如毒品、光盘、危险液体及陶瓷等，只能靠安检人员进行手动的排查，不仅效率、准确性较低，而且被检查者会有抵触感；2、采用射线进行人体探测，理论上通过一次剂量为μSv数量级的辐射即能够完成人体探测，其辐射剂量远远小于医疗诊断用的X光机，不会对人体造成伤害，但世界卫生组织(WHO)的建议是任何不必要的电离辐射都应避免，没有安全剂量，因此，公众对于采用射线进行人体探测的安全性还是有所顾虑的。

相比传统的安检方式，频段介于无线电波和红外线之间的毫米波作为一种新型的探测手段逐渐引起人们重视，并在安检领域得到推广。毫米波可以穿透衣物实现对人体的高精度无害探测，可以准确探测人体表面的金属以及非金属违禁品。毫米波探测主要由两种形式，即主动式探测和被动式探测。被动式探测的原理是通过焦平面阵列微波辐射机，测量并显示人体散射或反射的毫米波辐射信号对待检人员进行探测。但被动式探测检测精度较低，成像速度较慢，若想满足较高精度要求则需足够多的辐射单元，成本较高。主动式探测相较于被动式探测，分辨率、成像精度更高，人体成像效果更好，不容易受周围辐射源干扰。例如，美国L3通信公司研制了一维电扫描天线阵列圆柱扫描的安检成像系统ProVision。该系统采用主动全息成像技术，包括两个阵列天线，对待检人体进行扫描，分辨率达十毫米左右。英国SmithsDetection公司研制出Eqo毫米波成像安全检查门。该系统采用平面天线阵列并且通过电扫描进行成像，具备实时成像能力。Eqo毫米波成像系统使用单一源照射，由平面接收阵列接收散射回波信号，方位分辨率可达到4毫米。

虽然上述现有的毫米波人体安监系统解决了高精度无害探测的问题，但仍然存在一定的不足和缺陷，例如：1、待检人员需进入相对封闭的检测区域接受安检，检测环境封闭，给被检人员带来压迫感，不便一些特殊人群进行安检；2、转动装置在转动过程中容易对成像的精度造成影响；3、结构复杂，成本较高。

实用新型内容

有鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型实施例提供了一种检测效率较高、检测环境开放的安检装置。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供的技术方案是：

一种安检装置，包括：

动力装置；

机座，其承载面一侧设置有一能够在所述动力装置的驱动下绕垂直于所述承载面的中心轴旋转的机架，所述机架将所述承载面分隔为靠近旋转中心的承载区和远离所述旋转中心的检测区，且所述机架上还设置有阵列扫描模块，所述阵列扫描模块配置为在与所述机架一体转动过程向所述检测区发射毫米波检测信号并接收回波信号；

机体，包括信号处理模块、图像处理模块和系统控制器，所述信号处理模块配置为在所述系统控制器的控制下对所述回波信号进行处理并生成数字信号；所述图像处理模块配置为基于所述数字信号生成三维图像信号并显示与所述三维图像信号相对应的三维图像。

在一些实施例中，所述信号处理模块包括收发模块、毫米波开关模块和数据处理模块；其中，所述毫米波开关模块用于获取所述阵列扫描模块接收的所述回波信号；所述收发模块用于对所述毫米波开关模块获取的所述回波信号进行处理并生成中频信号；所述数据处理模块用于对所述中频信号进行处理并生成数字信号。

在一些实施例中，所述阵列扫描模块包括发射阵列天线和接收阵列天线，所述发射阵列天线用于发射所述毫米波检测信号以对所述检测区的被检对象进行毫米波检测，所述接收阵列天线用于接收经被检对象反射回来的所述回波信号。

在一些实施例中，所述阵列扫描模块沿其转动所形成的弧面的法线方向向所述检测区发射毫米波检测信号以对所述检测区的被检对象进行毫米波检测。

在一些实施例中，所述图像处理模块包括成像处理器和图像显示器，所述成像处理器配置为基于所述数字信号生成所述三维图像信号，所述图像显示器用于显示与所述三维图像信号相对应的三维图像。

在一些实施例中，所述机架包括相对设置的第一悬臂和第二悬臂，所述阵列扫描模块包括第一阵列扫描模块和第二阵列扫描模块，所述第一阵列扫描模块和第二阵列扫描模块分别设置在所述第一悬臂和所述第二悬臂上。

在一些实施例中，所述第一悬臂和所述第二悬臂的旋转角度均为0°～180°。

在一些实施例中，所述机架的外侧设有透明防护罩。

在一些实施例中，所述透明防护罩的外缘面为弧形。

在一些实施例中，所述检测区包括多个绕所述旋转中心均匀分布的子检测区。

与现有技术相比，本实用新型实施例的有益效果在于：

本实用新型实施例的安检装置，不仅可以准确探测隐匿于人体衣物下的金属和非金属违禁品，实现对人体无害化安检的目的，而且检测效率较高，检测环境开放，有益于提高被检测人员舒适感，方便特殊人群进行安检。

附图说明

图1为本实用新型实施例的安检装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的安检装置的待检区的俯视图；

图3为本实用新型实施例的安检装置的结构框图；

图4为本实用新型实施例的安检装置的控制方法的流程图；

图5为本实用新型实施例的安检装置的数据处理方法的流程图。

附图标记：

1-机座；2-机架；3-透明防护罩；4-承载区；5-检测区；6-第一悬臂；7-第二悬臂；8-第一横梁；9-第二横梁；10-阵列扫描模块。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型实施例的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。

参见图1、图2所示，本实用新型实施例提供了一种安检装置，其包括动力装置、机座1及机体，机座1的承载面一侧设置有一能够在动力装置的驱动下绕垂直于承载面的中心轴旋转的机架2，机架2将承载面分隔为靠近旋转中心的承载区4和远离旋转中心的检测区5，且机架2上还设置有阵列扫描模块10，阵列扫描模块10配置为与机架2一体转动过程向检测区5发射毫米波检测信号并接收回波信号；机体包括信号处理模块、图像处理模块和系统控制器，信号处理模块与阵列扫描模块连接，配置为在系统控制器的控制下对回波信号进行处理并生成数字信号；图像处理模块配置为基于数字信号生成三维图像信号并显示与该三维图像信号相对应的的三维图像。

采用上述结构的安检装置，机架2设置在机座1上靠近旋转中心的位置，检测区5设置在机座1上远离旋转中心的位置，即位于机架2的外侧，安检时，被检对象站立于检测区5内，阵列扫描模块10在随机架2一起转动过程向检测区5发射毫米波检测信号并接收经被检对象反射后形成的回波信号，从而实现对被检对象进行毫米波检测的目的。阵列扫描模块10可依次对多个站立于检测区5内的被检对象进行检测，检测效率较高，并且由于检测区5位于机架2外侧，检测环境开放，不容易产生压迫感，使被检对象更加愿意接受安检，另外，对于残疾人等特殊人群，可以将例如轮椅方便的推到检测区5，克服了现有技术中例如轮椅等辅助工具不容易通过安检装置的问题。

具体的，本实施例中机座1为圆形机座，该圆形机座包括靠近其中心轴的承载区4和远离其中心轴的检测区5，即该检测区5位于该承载区4的外侧，机架2设置在承载区4上。该机座1不仅限于圆形，也可为其他形状。

进一步的，配合图2所示，检测区5可包括多个绕旋转中心均匀分布的子检测区，检测时可在每个子检测区设置一名被检对象，以便于可同时检测多个被检对象，提高安检效率。例如，本实施例中绕该圆形机座的周向均匀划分了六个子检测区，并分别标记为A₁、A₂、B₁、B₂、C₁、C₂子检测区，即可同时在检测区5站立六名被检对象，安检效率较高。

进一步的，该动力装置设置在机座1的中部，该动力装置包括伺服电机和与伺服电机传动连接的传动机构，传动机构还与机架2连接，伺服电机可通过传动机构驱动机架2绕该圆形机座的中心轴旋转。该动力装置也可采用例如液压杆和传动机构配合的结构，只要能够驱动机架2绕该圆形机座的中心轴旋转即可。

进一步的，还可在机架2的外侧设有透明防护罩3，以避免被检对象不小心触碰到机架2上的阵列扫描模块10，保护被检对象的人身安全，也避免损坏该安检装置。可选的，该透明防护罩3的外缘面为弧形，当然该透明防护罩3也可设置成例如三棱柱形、四棱柱形或其他形状。

进一步的，该机架2包括相对设置的第一悬臂6、第二悬臂7以及连接在第一悬臂6和第二悬臂7之间的第一横梁8和第二横梁9，其中，第一悬臂6和第二悬臂7靠近承载区4的外缘处，也即靠近检测区5的内缘处，第一横梁8与传动机构连接，伺服电机能够通过传动机构、第一横梁8带动第一悬臂6和第二悬臂7绕机座1的中心轴旋转。该机架2也可采用其他结构，例如可包括多个悬臂，多个悬臂可绕该圆形机座的中心轴等角度分布。

进一步的，该阵列扫描模块10包括第一子阵列扫描模块和第二子阵列扫描模块，第一子阵列扫描模块和第二子阵列扫描模块分别设置在第一悬臂6和第二悬臂7上。第一子阵列扫描模块和第二子阵列扫描模块随第一悬臂6和第二悬臂7转动过程能够同时对检测区5内的被检对象进行毫米波检测。本实施例中该第一悬臂6和第二悬臂7每旋转180°，第一子阵列扫描模块和第二子阵列扫描模块即可共同完成对整个检测区5的毫米波检测。该阵列扫描模块10也可包括例如三个、四个或更多的子阵列扫描模块，相应的当阵列扫描模块10包括的子阵列扫描模块越多时，每个子阵列扫描模块需要检测的角度越小。

进一步的，第一子阵列扫描模块和第二子阵列扫描模块均包括发射阵列天线和接收阵列天线，发射阵列天线用于向检测区5发射毫米波检测信号，接收阵列天线用于接收经被检对象反射回来的回波信号，通过发射阵列天线和接收阵列天线相配合能够实现对检测区5的被检对象进行毫米波检测的目的。

进一步的，该第一子阵列扫描模块和第二子阵列扫描模块可沿旋转过程中所形成的弧面的法线方向向检测区5发射毫米波检测信号，也即发射阵列天线沿透明防护罩3的法线方向向检测区5发射毫米波检测信号。发射阵列天线沿透明防护罩3的法线方向发射毫米波检测信号，使毫米波检测信号以基本垂直于被检对象的方向射向被检对象，能够提高检测效果，还能够避免检测时出现检测盲区。

配合图3所示，该信号处理模块包括收发模块、毫米波开关模块和数据处理模块；其中，毫米波开关模块包括发射阵列开关模块、接收阵列开关模块、驱动器和开关控制器，开关控制器用于通过驱动器控制发射阵列开关模块和接收阵列开关模块。收发模块用于生成毫米波检测信号并将该毫米波检测信号发送至发射阵列开关模块，发射阵列开关模块用于将收发模块生成的毫米波检测信号传输至发射阵列天线，接收阵列开关模块用于将接收阵列天线接收的回波信号并传输至收发模块，收发模块还用于对回波信号进行处理并生成中频信号，数据处理模块用于对中频信号进行处理并生成数字信号。该数据处理模块可包括模数转换器等组件。

进一步的，该图像处理模块包括成像处理器和图像显示器，成像处理器配置为基于数字信号生成三维图像信号，具体的，该成像处理器可基于特定的数据处理方法将数字信号处理成三维图像信号；图像显示器用于显示与三维图像信号相对应的三维图像，也即被检对应的三维图像，以便于安检工作人员可以通过图像显示器直观的观察被检对象是否携带危险物品。

参见图4所示，本实用新型的安检装置的控制方法，包括：

检测检测区5是否存在被检对象，如是，启动动力装置驱动机架2绕中心轴沿第一方向旋转，同时启动阵列扫描模块10向检测区5发射毫米波检测信号并接收回波信号以对被检对象进行毫米波检测；

判断机架2沿第一方向的旋转角度是否达到预设条件，如是，控制动力装置驱动机架2绕中心轴沿第二方向旋转。

采用上述的控制方法，可以实现该安检装置实现自动检测，能够提高安检效率，节约人工成本，同时还能够提高用户体验。

进一步的，当判断机架2沿第一方向旋转的角度达到预设条件时，还可再次检测检测区5是否存在被检对象，如果存在被检对象，控制动力装置驱动机架2绕中心轴沿第二方向旋转的同时，启动阵列扫描模块10向检测区5发射毫米波检测信号并接收经被检对象反射回来的回波信号，以实现对被检对象进行毫米波检测的目的，这样，阵列扫描模块10在随机架2绕中心轴沿第二方向旋转的过程中，也能够对检测区5的被检对象进行毫米波检测，进一步提高按键效率。

具体的，在通过该控制方法控制该安检装置进行安检时可包括如下步骤：

S11：通过例如传感器检测被检对象是否进入检测区5域，该传感器有多种形式，例如光电传感器、红外传感器等，当传感器检测到任一子检测区5存在被检对象后向系统控制器发送存在被检对象信号。被检对象进入检测区5后首先应该根据安检工作人员的指示正对机架2站立，即面向机座1的中心轴站立。

S12：系统控制器收到存在被检对象信号后，启动动力装置驱动机架2绕中心轴沿第一方向旋转，该第一方向可为顺时针方向；与此同时，系统控制器还启动信号处理模块、阵列扫描模块10和图像处理模块对检测区5域的被检对象进行毫米波检测，系统控制器可通过例如局域网或RS232控制动力装置、信号处理模块、阵列扫描模块10和图像处理模块。

对检测区5的被检对象进行毫米波检测的具体原理如下：该信号处理模块启动后其收发模块生成两路毫米波检测信号I₁和I₂，毫米波信号I₁经功率放大后传输至发射阵列开关模块，发射阵列开关模块通过选择毫米波开关通断将毫米波检测信号I₁传输至发射阵列天线，发射阵列天线对外发射毫米波检测信号，毫米波检测信号经被检测人员身体反射后形成回波信号，两个接收阵列天线各接收一路反射回来的回波信号，而后通过接收阵列开关模块传输至收发模块；收发模块生成的毫米波检测信号I₂经功率放大和功分处理后输出两路毫米波检测信号I₂₁和I₂₂，两路毫米波检测信号I₂₁和I₂₂分别与接收的两路回波信号进行混频处理后分别形成中频信号IT₁和IT₂。数据处理模块对中频信号IT₁和IT₂进行模数转化生成对应的数字信号MI₁和MI₂，最后将数字信号MI₁和MI₂传输至图像处理模块。

S13：图像处理模块配置为基于该数字信号生成三维图像信号，并显示与该三维图像信号相对应的三维图像，也即被检对象的正面的三维图像；

S131：成像处理器接收数据处理模块发送的数字信号，并通过特定的数据处理方法将数字信号处理成三维图像信号；

S132：图像显示器显示与三维图像信号相对应的被检对象正面的三维图像，供用户查看。

S14：判断机架2沿第一方向旋转的角度是否达到预设条件，该预设条件可为例如预设角度，本实施例中该预设角度可为180°，即当机架2沿顺时针旋转至180°时触发该预设条件，此时系统控制器可暂停动力装置、信号处理模块、阵列扫描模块10和图像处理模块，安检工作人员可指示被检对象调整到背对机架2站立，当通过传感器检测到被检对象重新进入检测区5域后，传感器再次向系统控制器发送存在被检对象信号。

S15：系统控制器重新启动动力装置驱动机架2沿第二方向旋转，该第二方向可为逆时针方向，当然第一方向和第二方向可根据实际需要调整，与此同时，系统控制器再次启动信号处理模块、阵列扫描模块10和图像处理模块对检测区5域的被检对象进行毫米波检测，具体检测原理可参见步骤S2。

S16：图像处理模块配置为基于数字信号生成三维数字信号，并显示与该三维数字信号相对应的被检对象背面的三维图像；

S161：成像处理器接收数据处理模块发送的数字信号，并通过特定的数据处理方法将数字信号处理成三维图像信号；

S162：通过图像显示器显示与该三维图像信号相对应的被检对象背面的三维图像，供用户查看。

参见图5所示，本实用新型实施例的安检装置的数据处理方法，具体包括如下步骤：

S21、获取基于所述回波信号生成的数字信号。

阵列扫描模块10绕中心轴旋转所形成的路径呈圆柱形，所以可以该中心轴方向为高度向，以毫米波检测信号的发射方向为距离向，以绕该中心轴逆时针旋转的角度方向为方位向，构建柱坐标系，对于柱坐标系下(r,θ,z)处的点目标，其距离历程可表示如下：

其中，θ_n为发射阵列天线的阵元的方位角度，z_m为发射阵列天线的阵元的高度，L为阵列扫描模块的旋转半径。

故基于获取的步进频连续波回波信号生成的数字信号可表示为：

其中，f为发射阵列天线的工作频率，c为电磁波传播速度，σ(r,θ,z)为目标散射系数，j是虚数单位。

S22、对数字信号沿高度向进行傅里叶变换以获得高度向频域信号。

对数字信号沿高度向做傅里叶变换，可得高度向频域信号，该高度向频域信号可表示如下：

其中，

表示空间波数，k_z表示高度向波数。

对于三维立体空间目标，该高度向频域信号可标示为：

S23、对所述高度向频域信号沿距离向和高度向所形成的平面进行Stolt变换处理。

沿距离向和高度向所形成的平面进行Stolt变换处理的映射关系如下：

其中，k_r表示距离向波数。

高度向频域信号得经Stolt变换处理后可表示如下：

S24、获取多个检测角度处的Stolt变换处理后的所述高度向频域信号，对每个所述检测角度处的Stolt变换处理后的所述高度向频域信号进行相位补偿以获得补偿后的高度向频域信号；

对于Stolt变换处理后的所述高度向频域信号中的距离向和方位向所形成平面的斜距

进行泰勒展开，可得：

省略式(7)中的高次项，对式(6)进行重写，该高度向频域信号可表示为：

检测区5的方位角度范围可表示为[θ_min,θ_max]，θ_min表示检测区5的最小方位角，θ_max表示检测区5的最大方位角，对于检测角度θ＝θ_η处的目标，其相位补偿函数为：

观测角度为θ＝θ_η处的目标的补偿后的高度向频域信号可表示为：

计算过程中，可按检测角度在方位角度上的排序，依次对每个检测角度处的Stolt变换处理后的所述高度向频域信号进行相位补偿以获得补偿后的高度向频域信号。

S25、对每个所述检测角度处的所述补偿后的高度向频域信号沿方位向进行傅里叶变换以获得方位向频域信号，选取零方位多普勒位置的所述方位向频域信号作为每个所述检测角度处的方位向压缩信号，并获得由全部所述检测角度处的方位向压缩信号组成的方位向压缩信号集。

其中，零方位多普勒位置的方位向频域信号也即方位向频域信号的中间值，选取的方位向频域信号即为检测角度θ_η处目标的方位向压缩结果。计算过程中可按检测角度在方位角度上的排序，依次对每个检测角度处的补偿后的高度向频域信号沿方位向进行傅里叶变换，并获取每个检测角度处的方位向压缩信号。处理过程中重复执行S24和S25直至获取到整个检测区5内全部检测角度所对应的方位向压缩信号，并将全部检测角度所对应的方位向压缩信号组合成方位向压缩信号集。例如，在检测区5所对应的方位角度为0°～60°时，可每隔1°设置一个检测角度，获取每个检测角度处的方位向压缩信号，最后形成一个由60个方位向压缩信号组成的方位向压缩信号集。

S26、对所述方位向压缩信号集沿距离向和高度向所形成的平面进行二维逆傅里叶变换以获得三维图像信号。

三维图像信号可表示为：

S_3D＝σ(r,θ,z)·exp{-jk_cr} (11)

其中，k_c为k_r的中间值，代表中心波数。

之后，图像显示器即可基于该三维图像信号显示与之相对应的三维图像。利用该数据处理方法将数字信号处理成三维图像信号的数据处理过程简单，计算量较小，有益于降低成像处理器的负担，能够提高数据处理效率较高，进而能够提高成像速度。

需要说明的是，本实用新型实施例的安检装置的成像处理模块不仅限于利用该数据处理方法对数字信号进行处理，也可应用现有技术中的其他数据处理方法对数字信号进行处理。

本实用新型实施例的安检装置，不仅可以准确探测隐匿于人体衣物下的金属和非金属违禁品，实现对人体无害化安检的目的，而且检测效率较高，检测环境开放，有益于提高被检测人员舒适感，方便特殊人群进行安检。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种安检装置，其特征在于，包括：

动力装置；

机座，其承载面一侧设置有一能够在所述动力装置的驱动下绕垂直于所述承载面的中心轴旋转的机架，所述机架将所述承载面分隔为靠近旋转中心的承载区和远离所述旋转中心的检测区，且所述机架上还设置有阵列扫描模块，所述阵列扫描模块配置为在与所述机架一体转动过程向所述检测区发射毫米波检测信号并接收回波信号；

机体，包括信号处理模块、图像处理模块和系统控制器，所述信号处理模块配置为在所述系统控制器的控制下对所述回波信号进行处理并生成数字信号；所述图像处理模块配置为基于所述数字信号生成三维图像信号并显示与所述三维图像信号相对应的三维图像。

2.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述信号处理模块包括收发模块、毫米波开关模块和数据处理模块；其中，所述毫米波开关模块用于获取所述阵列扫描模块接收的所述回波信号；所述收发模块用于对所述毫米波开关模块获取的所述回波信号进行处理并生成中频信号；所述数据处理模块用于对所述中频信号进行处理并生成数字信号。

3.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述阵列扫描模块包括发射阵列天线和接收阵列天线，所述发射阵列天线用于发射所述毫米波检测信号以对所述检测区的被检对象进行毫米波检测，所述接收阵列天线用于接收经被检对象反射回来的所述回波信号。

4.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述阵列扫描模块沿其转动所形成的弧面的法线方向向所述检测区发射毫米波检测信号以对所述检测区的被检对象进行毫米波检测。

5.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述图像处理模块包括成像处理器和图像显示器，所述成像处理器配置为基于所述数字信号生成所述三维图像信号，所述图像显示器用于显示与所述三维图像信号相对应的三维图像。

6.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述机架包括相对设置的第一悬臂和第二悬臂，所述阵列扫描模块包括第一阵列扫描模块和第二阵列扫描模块，所述第一阵列扫描模块和第二阵列扫描模块分别设置在所述第一悬臂和所述第二悬臂上。

7.根据权利要求6所述的安检装置，其特征在于，所述第一悬臂和所述第二悬臂的旋转角度均为0°～180°。

8.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述机架的外侧设有透明防护罩。

9.根据权利要求8所述的安检装置，其特征在于，所述透明防护罩的外缘面为弧形。

10.根据权利要求1所述的安检装置，其特征在于，所述检测区包括多个绕所述旋转中心均匀分布的子检测区。

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