CN210982777U - 毫米波安检舱系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种毫米波安检舱系统，包括安检舱、线阵扫描单元、机械扫描机构、信号采集处理模块、控制模块、成像显示模块及自动识别模块；安检舱包括舱体、入口及出口；安检舱内形成检测区；线阵扫描单元包括多个毫米波源、多个毫米波探测器及主体；毫米波源和毫米波探测器均间隔排列成阵列结构安装于主体的前面和后面；机械扫描机构并能驱动线阵扫描单元沿入口上下或左右移动；信号采集处理模块连接毫米波探测器；控制模块连接机械扫描机构；成像显示模块连接信号采集处理模块、控制模块及自动识别模块。本实用新型采用合成孔径成像原理及稀疏阵列，结构简单成本低；采用安检舱结构，保障了安检流畅性及安检人员的安全。

Description

毫米波安检舱系统

技术领域

本实用新型涉及安检技术领域，尤其是涉及一种毫米波安检舱系统。

背景技术

随着大型公共场所人流量及恐怖活动的急剧增加，人体安检的需求日益增长。但目前在机场、车站等公共场所对人体广泛使用的安全检测手段主要还是金属探测器、离子谱仪和X光检测仪。金属探测器只能检测到人体携带的金属物品，离子谱仪主要用于检测人体是否携带爆炸物，X光检测仪主要用于对随身携带的行李物品等进行检测，无法对人体进行探测。因此，新型安全可靠快捷的人体安检技术研究得到了广泛地重视。其中毫米波及太赫兹波技术近年来逐渐成为研究热点，被应用到人体安检领域。毫米波及太赫兹波本身光子能量低，对人体几乎没有危害，对纺织品、皮革等材料有较好的穿透性，易于得到更高的空间分辨率。

针对此应用趋势，申请号为201710778390.9，名称为《主动式太赫兹安检成像方法及系统》的实用新型专利提出了一种采用太赫兹波进行安检的方法及系统。该专利采用以太赫兹源主动发射太赫兹辐射、带状聚焦波束一维扫描、线性阵列太赫兹探测器接收的模式，完成整个目标平面的照射与扫描，达到对目标成像和检查的目的。但是该方法和系统所需探测器数量很多，由于目前太赫兹器件价格昂贵，因此系统成本极高，难以推广。为此申请号为 201610262003.1，名称为《三维全息成像的安检系统及方法》的实用新型专利提出了一种采用旋转扫描方式的毫米波安检系统及方法。该专利采用毫米波天线阵列旋转扫描的方式对待检人体实现三维成像，达到对目标成像和检查的目的。虽然降低了探测单元成本，但是该方法和系统存在的缺点也非常明显：采用旋转扫描的方法耗费时间，产生令人不适的噪音，用户体验极差。

除此之外，申请号为201610353555.3，名称为《一种微波毫米波人体安检系统及安检方法》的实用新型专利还提出了一种类似安检自动扶梯式的毫米波安检系统，此系统运动方式有所改善，噪音降低。但其采用开放空间安检方式，一旦被检人员在其藏匿危险品被发现时可能采用极端手段反抗，会给安检人员甚至普通旅客带来巨大的安全威胁，不具备安检的实用性。

另外，专利号为201610829046.3，名称为《一种快速通过式毫米波人体安检系统及方法》需要在安检通道内间隔、倾斜安装四套毫米波探测器和两套红外探测装置，对安检通道的长度要求高，占用空间大，结构复杂，制造成本高；而且毫米波探测器的倾斜角度要求十分高，稍有偏差就影响了检测的准确性。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种结构简单，使用安全，能保证测量准确性的毫米波安检系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种毫米波安检舱系统，包括

安检舱，包括舱体、一个入口及至少一个出口；安检舱内形成安置待测人员的检测区；

设于入口处的线阵扫描单元；该线阵扫描单元包括多个毫米波源、多个毫米波探测器及主体；所述主体具有朝向待检区的后面和与后面对立的前面，所述毫米波源和毫米波探测器均间隔排列成阵列结构安装于主体的前面和后面；

设于入口处的机械扫描机构，机械扫描机构连接线阵扫描单元、并能驱动线阵扫描单元沿入口上下或左右移动；

信号采集处理模块，连接毫米波探测器，能采集和处理毫米波探测器信号；

连接机械扫描机构的控制模块；

成像显示模块，连接信号采集处理模块，并对处理后的信号进行图像重构合成三维图像，并针对不同对象进行区别显示，该成像显示模块连接控制模块；

自动识别模块，连接成像显示模块，并对获取图像数据进行人工智能运算，自动进行违禁物品判断提示。

通过入口处的机械扫描机构的带动线阵扫描单元实现线阵扫描，利用合成孔径全息成像原理，对待检人体完成了毫米波扫描探测成像的安检系统和方法；本实用新型采用平动式扫描，机械结构简单，用户无需过多提示及转身动作，能顺利流畅完成全身扫描，极大地提高了用户体验及通过率；即在主体的前面和后面均设有毫米波和毫米波探测器，进而可站在入口前对人体前面扫描，从入口进入后对人体后面进行扫描；采用封闭的安检舱结构，保证了安检人员的安全，采用稀疏阵结构降低了系统成本，对毫米波安检技术的发展和推广有重要意义；而且通过线阵扫描单元移动位置判断是否扫描完成，扫描速度快，效率高；再者，结构简单，制造成本低；能在现有的舱体结构上进行改进，节能、环保；再者，使用时，待测人员可在入口前面扫面正面然后站在待测区扫描背面。

进一步地，所述检测区内设有用于待测人员站立的金属探测板，该金属探测板连接自动识别模块。能弥补无法通过毫米波扫描检测脚底的漏洞。

进一步地，所述机械扫描机构设于入口的顶部或者一侧。可以将机械扫描机构安装在入口顶部，比如设计成卷轴式，实现上下方向的平动扫描；也可将机械扫描机构安装在入口左侧，比如设计成移门式，实现左右方向的平动扫描。

进一步地，所述出口包括供安检合格的待测人员通过的安检出口和供安检不合格的待测人员通过的复检出口。两个出口可大大提高通行率。

进一步地，所述毫米波源和毫米波探测器间隔排列成周期互质稀疏阵列结构，具体排列方式为：毫米波源个数为N1，毫米波探测器个数为N2，阵列周期长度为D，则N1N2互质，毫米波源的阵元间距为D/N1，毫米波探测器的阵元间距为D/N2。

另外，本实用新型还提供了一种毫米波安检舱的安检方法，包括如下步骤：

(a)准备阶段：启动系统，将待检人员引导至安检的入口前面站立，面对机械扫描机构保持固定姿势不动；

(b)正面扫描：通过控制模块控制机械扫描机构带动线阵扫描单元上下或左右移动进行平动扫描，其毫米波源发出的毫米波扫描待测人员，待测人员反射或散射的毫米波信号由毫米波探测器所接收，信号采集处理模块对毫米波探测器所接收的毫米波信号进行采集处理；

(c)背面扫描：在上述步骤(b)完成后，待测人员从入口进入安检舱，站立于检测区内，面对机械扫描机构保持固定姿势不动；重复步骤(b)，完成了对待测人员背面的毫米波扫描成像；

(d)图像合成：完成上述步骤(c)后，成像显示模块对信号采集处理模块处理后的所有信号进行合成，拼接成待测人员正反两面的全景图像，进而由成像显示模块合成待检人体三维图像，针对不同对象进行区别显示；

(e)自动识别：根据获得图像进行人工智能算法处理，与违禁品的标准图像数据库进行对比，通过自动识别模块给出识别的信息及安全提示。

上述方法可有效完成公共场合对人体的安检工作，并且在尽量降低误检率、漏检率的前提下，很好地保障了待测人员的尊严，而且检测成本低，安检信息采集全面，检测准确性高，特别适合在各种安检应用场景进行推广。

待检人员无需转身环节，即能完成人体正面背面的扫描成像，避免了转身环节，保证了安检的流畅性，极大提高了通行率。

进一步地，还包括步骤(f)：顺利通过安检的待测人员从安检出口离开；需要人工复检的待测人员从复检出口离开，然后进行人工复检。

进一步地，所述步骤(c)中，通过信号采集处理模块，将线阵扫描单所获得的信号进行处理的具体方式是采用时域后向投影成像算法。

综上所述，本实用新型结构简单，制造成本低，机械扫描机构能带动线阵扫描单元上下移动。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的部分原理图；

图3为本实用新型实施例1的线阵扫描单元结构图；

其中，安检舱1、舱体11、入口12、出口13、安检出口131、复检出口132；检测区1a；机械扫描机构2；线阵扫描单元3、毫米波源31、毫米波探测器32、主体33；信号采集处理模块4；控制模块5；成像显示模块6；自动识别模块7；金属探测板8；待测人员100。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，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。

实施例1

一种毫米波安检舱系统，包括安检舱1、机械扫描机构2、线阵扫描单元3、信号采集处理模块4、控制模块5、成像显示模块6、自动识别模块7。

所述安检舱1为完全密闭的空间，为进一步控制携带有危险违禁品的嫌疑人提供了各种可能的强制手段。安检舱1包括舱体11、一个入口12及两个出口 13。所述安检舱1内形成检测区1a，检测区1a用于安置待测人员100。如果场地空间允许，所述出口13可以设置成两个，包括安检出口131和复检出口132，安检出口131供安检合格的待测人员通过，复检出口132供安检不合格的待测人员通过，再进行人工复查。而在其他实施例中，所述出口13也可以是一个或者是两个以上。

所述线阵扫描单元3设于入口12处。该线阵扫描单元3包括多个毫米波源 31、多个毫米波探测器32及主体33，所述毫米波源31和毫米波探测器32的数量可根据需要设置。所述主体33具有前面和后面，该后面朝向待检区，前面与后面对立设置。所述主体33的前面和后面均设有毫米波源31和毫米波探测器 32。且毫米波源31和毫米波探测器32在主体33的前面和后面上均呈间隔排列成阵列结构。本实用新型采用多级倍频的方式获得稳定可靠的毫米波源，通过混频天线耦合发生及接收毫米波，通过毫米波探测器完成信号探测，保证了主动式毫米波检测的稳定性。

作为优选，所述毫米波源31和毫米波探测器32间隔排列成周期互质稀疏阵列结构，具体排列方式为：毫米波源31个数为N1，毫米波探测器32个数为 N2，阵列周期长度为D，则N1N2互质，毫米波源31的阵元间距为D/N1，毫米波探测器32的阵元间距为D/N2。

例如在本实例中，线阵扫描单元2采用周期互质稀疏阵列结构排列，包括三个阵列周期，主动发射毫米波的毫米波源31和接收毫米波信号的毫米波探测器32数目比例为5:6，保证了互质，根据公式α＝2N1N2/(N1+N2)可计算得到其稀疏度达到5.56，即总共采用了15个毫米波源31和18个毫米波探测器32，合计33个实际元件，间隔一定距离分立周期排列，组成稀疏阵结构，等效于180 个探测元件，在保证成像质量的前提下，大大降低器件成本。

所述机械扫描机构2设于入口12处。机械扫描机构2连接线阵扫描单元 3、并能驱动线阵扫描单元3沿入口12上下移动；当然所述机械扫描机构2也可以驱动线阵扫描单元3沿入口左右移动。即可以将机械扫描机构2安装在入口12顶部，比如设计成卷帘，通过电机带动卷帘卷绕，实现上下方向的平动扫描；也可将扫描机构2安装在入口12左侧，实现左右方向的平动扫描。当然也可以将扫描机构设置成气缸，通过气缸推动线阵扫描单元3移动。

线阵扫描单元3所获得的信号进行处理，采用时域后向投影(Back Projection，BP)成像算法，直接将原始数据投影到最终成像平面上，无须定位运算，所得图像为真实三维空间位置的散射强度，便于后续的合成操作，同时避免了采用近似为均匀线性阵列进行计算的误差，对阵列结构没有要求，适合在大稀疏度的互质周期阵列中应用。

机械扫描机构2带动线阵扫描单元3进行平动扫描，其稀疏阵结构的毫米波源31发出的毫米波扫描待检人体，实现了对人体全身的毫米波扫描成像。在本实例中，在本实例中，对人体进行检测时，每个时刻线阵扫描单元3对一部分区域进行检测与成像算法处理，通过合成孔径雷达全息成像的原理对接收的毫米波成像，避免光学成像所需的光学聚焦处理。

所述信号采集处理模块4连接毫米波探测器32，信号采集处理模块4能采集和处理毫米波探测器32信号。

在本实例中，信号采集模块4采用高速数字信号处理器(DSP)为核心进行电路设计，选用德州仪器的TMS320VC5509芯片，辅之以滤波电路、整形电路、 A/D、存储器、电源控制等构成。

控制模块5连接机械扫描机构2。所述控制模块5选用现有的控制器。控制模块5可方便控制上述多个模块的协调工作。

所述成像显示模块6连接信号采集处理模块4，并对处理后的信号进行图像重构合成三维图像，并针对不同对象进行区别显示，以适应不同工作需求。该成像显示模块6连接控制模块5。在本实例中，通过毫米波探测器32完成信号探测，所述信号采集处理模块4对此信号进行处理，然后转换为可供后续算法处理的分段局部图像信号。所述成像显示模块6将上述信号采集处理模块4所成的不同时刻局部图像进行合成即可得到完整的目标图像。

在本实例中，成像显示模块6将合成的全景图像进行显示。优选地，可以采用两路显示输出，其中一路输出至安检人员控制台，其中包括全部成像信息，以便安检人员可以全方位查看待检人员成像信息，做多角度分析处理。另外一路输出至外部显示设备，供公共环境观看显示。此路信号考虑到保护个人隐私问题，采用卡通人物形象模拟显示，只对相关检测物体做区域提示处理。

所述自动识别模块7连接成像显示模块6，自动识别模块7对获取图像数据进行人工智能运算，自动进行违禁物品判断提示，防止人工检测的疏漏。另外, 所述检测区1a内设有金属探测板8,该金属探测板8用于待测人员100站立，该金属探测板8连接自动识别模块7。

在本实例中，所述自动识别模块7用来对合成的全景图像进行人工智能计算，进而与违禁品图像数据库进行对比，对其危险程度进行自动识别和提示，防止人工检测的疏漏，做到万无一失。如果个别物品自动识别有困难，将可以提示安检人员进行人工复检。

在本实例中，上述成像显示模块6和自动识别模块7通过带多个显示设备的计算机构成。考虑到实时图像处理及深度学习算法要求，计算机选用图形工作站类型，核心部件采用CPU+GPU结构，选用60核Xeon E7 4890V2 CPU和 Nvidia Quadro K6000 12GB，如果需要加速其并行计算能力，还可添加多块 Nvidia Tesla V100 GPU，同时辅之以CUDA并行计算平台及两个以上大屏幕显示器，能够很好完成全景图像的实时合成及人工智能算法判定，同时将结果在不同场景呈现。

当然，这仅仅是部分实施例，所述模块还可采用其他结构。

在本实例中，金属探测板的检测结果也能直接和安检服务器相连，自动提示脚底金属检测情况。

通过更改毫米波源31的输出电磁波频率后能同样适用于太赫兹波成像安检领域。

实施例2

本实施例是实施例1的使用方法，一种毫米波安检舱的安检方法，包括如下步骤：

(a)准备阶段：启动系统，将待检人员引导至安检舱1的入口12前面站立，面对机械扫描机构2保持固定姿势不动；

所述步骤(a)中，待检人员需举起双手，将全身特别是腋下暴露，以保证检测区域完整。

(b)正面扫描：通过控制模块5控制机械扫描机构2带动线阵扫描单元3 上下或左右移动进行平动扫描，其毫米波源31发出的毫米波扫描待测人员100，待测人员100反射或散射的毫米波信号由毫米波探测器32所接收，信号采集处理模块4对毫米波探测器32所接收的毫米波信号进行采集处理。

(c)背面扫描：在上述步骤(b)完成后，待测人员100从入口12进入安检舱1，站立于检测区1a内，具体站于金属探测板8之上；背对机械扫描机构 2保持固定姿势不动；重复步骤(b)，完成了对待测人员100背面的毫米波扫描成像。

所述步骤(c)中，通过信号采集处理模块4，将线阵扫描单元3所获得的信号进行处理的具体方式是采用时域后向投影成像算法。

在所述步骤(b)(c)中，待检人员无需转身环节，即能完成人体正面背面的扫描成像，避免了转身环节，保证了安检的流畅性，极大提高了通行率。

所述步骤(b)(c)中，实时自动记录线阵扫描单元的坐标，为不同时刻所检测区域的图像合成建立映射方程。

(d)图像合成：完成上述步骤(c)后，成像显示模块6对信号采集处理模块4处理后的所有信号进行合成，拼接成待测人员正反两面的全景图像，进而由成像显示模块6合成待检人体三维图像，针对不同对象进行区别显示。

该步骤中，成像显示模块6通过合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar， SAR)成像的原理进行聚焦成像。考虑到实时成像的要求，通过信号采集处理模块4，将机械扫描机构2所获得的信号进行处理，采用时域后向投影 (Backprojection，BP)成像算法，直接将原始数据投影到最终成像平面上，无须定位运算，所得图像为真实三维空间位置的散射强度，便于后续的合成操作，同时避免了采用近似为均匀线性阵列进行计算的误差，对阵列结构没有要求，适合在本实施例中大稀疏度的互质周期阵列中应用。优选地，可以采用分块BP成像算法，降低算法计算量，结合GPU并行计算技术，可以做到实时成像。

所述步骤(d)图像合成过程中，为了保障待检人员个人隐私，将对显示的图像做部分卡通化处理。

(e)自动识别：根据获得图像进行人工智能算法处理，与违禁品的标准图像数据库进行对比，通过自动识别模块7给出识别的信息及安全提示。即根据获得图像进行人工智能算法处理，与违禁品的标准图像数据库进行对比，自动识别模块7针对全景图像中特殊物体的轮廓及灰度进行综合智能判断，以识别提示其疑似属性或质地，并可通过深度学习等算法，逐步加强其自动识别判断的能力。

最好再加设步骤(f)：顺利通过安检的待测人员100从安检出口131离开；需要人工复检的待测人员100从复检出口132离开，然后进行人工复检。即当提示有疑问时，可以从专门出口离开，继而分别由男女检查员进行复检，以进一步减小误差，提高安检的准确性；而正常通过安检的人员可以由另外出口离开，保证安检流畅性，提高通行率。

本方法通过更改毫米波源31的输出电磁波频率后能同样适用于太赫兹波成像安检领域。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种毫米波安检舱系统，其特征在于：包括

安检舱(1)，包括舱体(11)、一个入口(12)及至少一个出口(13)；安检舱(1)内形成安置待测人员(100)的检测区(1a)；

设于入口(12)处的线阵扫描单元(3)；该线阵扫描单元(3)包括多个毫米波源(31)、多个毫米波探测器(32)及主体(33)；所述主体(33)具有朝向待检区的后面和与后面对立的前面，所述毫米波源(31)和毫米波探测器(32)均间隔排列成阵列结构安装于主体(33)的前面和后面；

设于入口(12)处的机械扫描机构(2)，机械扫描机构(2)连接线阵扫描单元(3)、并能驱动线阵扫描单元(3)沿入口(12)上下或左右移动；

信号采集处理模块(4)，连接毫米波探测器(32)，能采集和处理毫米波探测器(32)信号；

连接机械扫描机构(2)的控制模块(5)；

成像显示模块(6)，连接信号采集处理模块(4)，并对处理后的信号进行图像重构合成三维图像，并针对不同对象进行区别显示，该成像显示模块(6)连接控制模块(5)；

自动识别模块(7)，连接成像显示模块(6)，并对获取图像数据进行人工智能运算，自动进行违禁物品判断提示。

2.根据权利要求1所述的毫米波安检舱系统，其特征在于：所述检测区(1a)内设有用于待测人员(100)站立的金属探测板(8)，该金属探测板(8)连接自动识别模块(7)。

3.根据权利要求1所述的毫米波安检舱系统，其特征在于：所述机械扫描机构(2)设于入口(12)的顶部或者一侧。

4.根据权利要求1所述的毫米波安检舱系统，其特征在于：所述出口(13)包括供安检合格的待测人员通过的安检出口(131)和供安检不合格的待测人员通过的复检出口(132)。

5.根据权利要求1所述的毫米波安检舱系统，其特征在于：所述毫米波源(31)和毫米波探测器(32)间隔排列成周期互质稀疏阵列结构，具体排列方式为：毫米波源(31)个数为N1，毫米波探测器(32)个数为N2，阵列周期长度为D，则N1N2互质，毫米波源(31)的阵元间距为D/N1，毫米波探测器(32)的阵元间距为D/N2。

6.根据权利要求1所述的毫米波安检舱系统，其特征在于：所述毫米波的频段为：26.5GHz-1000GHz。

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