CN211086644U - 一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，属于被动式安检成像技术领域，包括扫描装置、聚焦镜组、探测单元、信号处理模块、光学相机和红外相机。本实用新型可以通过多频段的探测器对被检测人体及其携带的隐蔽违禁物品进行太赫兹成像，并融合红外相机的红外图像，从而使检测人员很容易获取到被检测人体所携带的可疑物品的具体位置及物品轮廓；该系统具有成像速度快、成像质量高、危险物品的识别可靠性高等优点，可以进行无辐射、无感知、大客流的快速安检工作，值得被推广使用。

Description

一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统

技术领域

本实用新型涉及被动式安检成像技术领域，具体涉及一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统。

背景技术

太赫兹(terahertz，简称THz)波一般被认为是指频率在0.1THz到10THz(1THz＝10¹²Hz)范围内的电磁波。太赫兹波段位于微波和可见光之间，处在电子学向光子学过渡的区域。太赫兹波的频率和波长范围决定了其独特的电磁特性，其具有频带宽、透射性强、光子能量低和“指纹”等特性，因此，太赫兹技术在通信、安检和医疗等领域都有非常可观的应用价值。

在人体安检领域，太赫兹波的光子能量远低于X射线，仅为X射线的百万分之一，对人体危害极小，不会对生物组织产生有害的电离作用，太赫兹波波长较长，对衣物、皮草和塑料等的穿透性较好；另外，太赫兹波可被金属、胶体、爆炸物、毒品、货币及液体等大量吸收或反射。因此，太赫兹波非常适合于进行人体的安全检查，利用被动式太赫兹成像技术进行无辐射检测在机场、地铁和火车站等公共场所具有巨大的市场前景。

目前，应用于被动式太赫兹成像技术的人体安检设备多为单频段的成像系统，单频段成像系统的成像效果及性能较差，对人体所携带的危险物品的检出可靠性不够高，因此，提出了一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：如何有效提高对人体所携带危险物品的检出可靠性，提供了一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本实用新型包括扫描装置、聚焦镜组、探测单元、信号处理模块、光学相机、金属框架与多个支架，所述探测单元为太赫兹多波段探测器，所述扫描装置、所述聚焦镜组、所述探测单元、所述信号处理模块、所述光学相机均通过所述支架安装到所述金属框架上，其位置由光路和所述金属框架内部空间决定。所述扫描装置用于对被测人或物体发出或反射的太赫兹波进行反射和扫描；所述聚焦镜组用于对人体辐射的太赫兹波进行收集和汇聚；所述太赫兹多波段探测器用于探测聚焦的人体太赫兹辐射波，并将其转化为电压信号；所述信号处理模块用于对电压信号进行模数变换和读取所述扫描装置的位置信息，并分别对被测人或物体的太赫兹图像重构，以及与光学图像及红外成像进行算法融合；所述光学相机用于对被测人或物体进行光学成像；所述红外相机用于对被测人或物体进行红外成像。

该系统具有成像速度快、成像质量高、危险物品的识别可靠性高等优点，可以进行无辐射、无感知、大客流的快速安检工作，值得被推广使用。

更进一步的，所述安全检查系统还包括红外相机，用于对被测人或物体进行红外成像。

更进一步的，所述信号处理模块在对被测人或物体的太赫兹图像进行重构后，再读取所述红外相机中的红外图像进行图像的融合，并输出到外部进行显示。

更进一步的，所述扫描装置通过对被测人或物体发出或反射的太赫兹波进行反射和扫描，将所述聚焦镜组的一维视场成像转化为二维视场成像；由于探测器为线阵排列，其在聚焦镜组的物方视场即为一维视场，通过扫描装置，可以使其一维视场随着时间进行上下(或左右)进行扫描平移，即可转化为二维成像视场。

更进一步的，所述扫描装置为摆镜或可转动的正多面体棱镜，其中摆镜的镜面和正多面体棱镜的侧面均为平面反射面，当所述正多面体棱镜转动时，可将所接收到的太赫兹信号反射到所述聚焦镜组上。

更进一步的，所述聚焦镜组为聚焦凸透镜或聚焦反射镜。

更进一步的，所述聚焦凸透镜为非球面凸透镜，由高分子透波材料加工而成。高分子透波材料为聚四氟乙烯，其加工尺寸由仿真计算得到。

更进一步的，所述聚焦反射镜为非球面反射镜，由金属材料加工而成。

更进一步的，所述太赫兹多波段探测器的排列方式为多排排列。

更进一步的，所述多排排列为直线型或圆弧型，其中当聚焦镜组为反射镜时，选用直线型排列，当所述聚焦镜组为凸透镜时选用圆弧形排列，探测器喇叭口都朝向透镜的中心。

更进一步的，所述太赫兹多波段探测器包括W波段、D波段以及200-240GHz频段的探测器，通过所述太赫兹多波段探测器可探测到W波段、D波段以及200-240GHz频段的太赫兹波。单个探测器集成一种频段的探测芯片，通过三种频段探测器有序混合排布可以对视场中不同频段的太赫兹波进行探测，并将太赫兹的强度信号转化为电压信号，并输出到所述信号处理模块。通过多频段的探测器对被检测人体及其携带的隐蔽违禁物品进行太赫兹成像，并融合红外相机的红外图像，从而使检测人员很容易获取到被检测人体所携带的可疑物品的具体位置。

更进一步的，所述光学相机为高清晰度、广角相机，通过所述光学相机可对视场中的被测人或物体进行清晰的光学成像，并通过算法在光学图像上对人体所携带物品位置进行框选，及显示物品轮廓，实现对人体隐私的保护；所述红外相机为高分辨率、高速红外相机，通过所述红外相机可对视场中的被测人或物体进行快速清晰的红外成像，并与太赫兹图像进行融合，通过算法实现物品的精确检出。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：该融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，可以通过多频段的探测器对被检测人体及其携带的隐蔽违禁物品进行太赫兹成像，并融合红外相机的红外图像，从而使检测人员很容易获取到被检测人体所携带的可疑物品的具体位置；并且该系统具有成像速度快、成像质量高、危险物品的识别可靠性高等优点，可以进行无辐射、无感知、大客流的快速安检工作，值得被推广使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例二中安全检查系统的结构示意框图；

图2是本实用新型实施例二中多波段探测器的双排直线型排列方式的示意图；

图3是本实用新型实施例二中多波段探测器的双排圆弧型排列方式的示意图；

图4是本实用新型实施例三中多波段探测器的三排直线型排列方式的示意图；

图5是本实用新型实施例三中多波段探测器的三排圆弧型排列方式的示意图。

图中：1、扫描装置；2、聚焦镜组；3、探测单元；4、信号处理模块；5、光学相机；6、红外相机。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，包括扫描装置、聚焦镜组、探测单元、信号处理模块、光学相机、金属框架与多个支架，所述探测单元为太赫兹多波段探测器，所述扫描装置、所述聚焦镜组、所述探测单元、所述信号处理模块、所述光学相机均通过所述支架安装到所述金属框架上，其位置由光路和所述金属框架内部空间决定。

所述扫描装置，用于对被测人或物体发出或反射的太赫兹波进行反射和扫描；

所述聚焦镜组，用于对人体辐射的太赫兹波进行收集和汇聚，其主要基于太赫兹准光学成像原理对人体辐射的太赫兹波进行收集和汇聚；

所述太赫兹多波段探测器，用于探测聚焦的人体太赫兹辐射波，并将其转化为电压信号；

所述信号处理模块，用于对电压信号进行模数变换和读取位置信息，并分别对被测人或物体的太赫兹图像和红外图像进行重构，然后再进行图像的融合，并输出到外部进行显示；

所述光学相机，用于对被测人或物体进行光学成像；

所述红外相机，用于对被测人或物体进行红外成像。

该系统可以进行无辐射、无感知、大客流的快速安检工作，该系统具有成像速度快、成像质量高、危险物品的识别可靠性高等优点，值得被推广使用

所述扫描装置通过对被测人或物体发出或反射的太赫兹波进行反射和扫描，将所述聚焦镜组的一维视场成像转化为二维视场成像，由于探测器为线阵排列，其在聚焦镜组的物方视场即为一维视场，通过扫描装置，可以使其一维视场随着时间进行上下(或左右)进行扫描平移，即可转化为二维成像视场。

所述扫描装置为摆镜或可转动的正多面体棱镜，其中摆镜的镜面和正多面体棱镜的侧面均为平面反射面，当所述正多面体棱镜转动时，可将所接收到的太赫兹信号反射到所述聚焦镜组上。

所述聚焦镜组为聚焦凸透镜或聚焦反射镜。

所述聚焦凸透镜为非球面凸透镜，由高分子透波材料加工而成。高分子透波材料为聚四氟乙烯，其加工尺寸由仿真计算得到。

所述聚焦反射镜为非球面反射镜，由金属材料加工而成。

所述太赫兹多波段探测器的排列方式为多排排列。

所述多排排列为直线型或圆弧型，其中当聚焦镜组为反射镜时，选用直线型排列，当所述聚焦镜组为凸透镜时选用圆弧形排列，探测器喇叭口都朝向透镜的中心。

所述太赫兹多波段探测器包括W波段、D波段以及200-240GHz频段的探测器，通过所述太赫兹多波段探测器可探测到W波段、D波段以及200-240GHz频段的太赫兹波。

单个探测器集成一种频段的探测芯片，通过三种频段探测器有序混合排布可以对视场中不同频段的太赫兹波进行探测，并将太赫兹的强度信号转化为电压信号，并输出到所述信号处理模块。由于人体是一个热辐射体，在一定频率范围内，其辐射信号的强度随频率的升高而增强，而来自外界的辐射也具有相似的规律，因此通过多波段探测器的融合探测，可以实现太赫兹信号采集的增强和降低外界环境的干扰，而通过多排和错排排列可以提高探测器的数量，进而提高成像系统的分辨力。通过多频段的探测器对被检测人体及其携带的隐蔽违禁物品进行太赫兹成像，并融合红外相机的红外图像，从而使检测人员很容易获取到被检测人体所携带的可疑物品的具体位置。

所述光学相机为高清晰度、广角相机，通过所述光学相机可对视场中的被测人或物体进行清晰的光学成像，并通过算法在光学图像上对人体所携带物品位置进行框选，及显示物品轮廓，实现对人体隐私的保护；所述红外相机为高分辨率、高速红外相机，通过所述红外相机可对视场中的被测人或物体进行快速清晰的红外成像。

人体或物体发出的太赫兹波，经扫描装置的反射到聚焦镜组，并通过聚焦镜组的收集，并聚焦到探测器喇叭口天线处，探测器可以实现信号的强弱检测，并把幅射波信号转化成电信号，信号处理模块通过采集电压信号并通过算法实现图像的重构，与红外图像实现融合对危险物品进行框选。

实施例二

如图1所示，该安全检查系统主要包括：扫描装置1、聚焦镜组2、探测单元3、信号处理模块4、光学相机5和红外相机6；

所述扫描装置1为扫描摆镜或正多面体镜，用于对待测人体或物体发出或反射的太赫兹波进行反射和扫描，并把太赫兹波反射到聚焦镜组2上；

所述聚焦镜组2为聚焦透镜或反镜镜组，用于对人体辐射的太赫兹波进行收集和汇聚；

所述探测单元3为太赫兹多波段探测器，用于探测经过聚焦镜组2聚焦的太赫兹辐射波，并将其转化为电压信号，并将电压信号输出给信号处理模块4；

所述信号处理模块4用于将探测单元3的电压信号进行模数变换和读取位置信息，并分别对被测人或物体的太赫兹图像进行重构，然后再读取红外相机6中的红外图像进行图像的融合，并输出到外部显示屏进行显示；

所述光学相机5用于对被测人或物体进行光学成像，所述红外相机6用于对被测人或物体进行红外成像。

所述的扫描装置1为扫描摆镜或正多面体转镜，所述转镜为可转动的正多面体棱镜，多面体棱镜横截面为正多边形，所述正多面体棱镜的侧面均为平面反射面，当所述转镜转动时，能够将其所接收到的来自视场中太赫兹波不断地反射到聚焦镜组2上。

当转镜为正四面体棱镜时，当转镜转动一圈(360°)时，可以得到4辐太赫兹图像，但转镜的面数越多，转镜的体积也会越大，使用时一般选用正三面体棱镜。所述扫描摆镜为曲柄连杆机构，摆镜镜面为平面反射面。

所述聚焦镜组2为聚焦凸透镜或反射镜，所述聚焦凸透镜为非球面凸透镜，其材质为聚四氟乙烯，其加工尺寸由仿真计算得到。所述反射镜为非球面反射镜，其为金属材质。

所述探测单元3为阵列排布的多频段太赫兹探测器。单个探测器集成一种频段的探测芯片，通过三种探测器有序混合排布可以对视场中不同频段的太赫兹波进行探测，并将太赫兹的强度信号转化为电压信号，并将电压信号输出到信号处理模块4。所述多频段探测器，其可以探测W波段、D波段及200-240GHz频段的太赫兹辐射。

如图2所示，本实施例中多波段探测器采用双排直线型排列，上下两排中心交错排列，其单排的探测器数量为8-32个；相较于单排排列方式，该排列方式可以降低对镜组尺寸的要求，提高设备分辨力，缩小设备体积；另外，考虑到高频探测器的系统分辨力要高于低频系统，不同频段探测器的排列方式为W波段、D波段和200-240GHz频段探测器周期排列，图2中所示，其中a为W波段探测器、b为D波段探测器、c为200-240GHz频段探测器。

所述信号处理模块4集成信号电压采集器和图像采集和处理功能，其用于将探测单元3的信号电压模数变换和扫描装置位置信息的读取工作，位置信息的获取以光电开关的信号为初始点，并通过扫描装置的运动轨迹，可以通过时间进行获取；再将探测信号进行一致性校准，主要校准探测器的温漂，通常采用基准校准方法进行实时校准，即存在均匀的背景环境；然后分对被测人或物体的太赫兹图像进行重构，图像重构主要对采集数据按照其位置信息进行分布，并进行探测器的一致性校准，然后再读取红外相机6中的红外图像进行图像的融合，融合主要为通过软件算法对两幅图像进行实时比对，并通过图像中的图形信息进行匹配和标记，进而实现清晰的物品轮廓显示，并输出到服务器中进行图像的智能判图，然后进行显示。

所述光学相机为高清晰、广角相机，可以对视场中的人或物体进行清晰成像，并通过算法在光学图像上对人体所携带物品位置进行框选，及显示物品轮廓，实现对人体隐私的保护。

所述红外相机为高分辨率、高速红外相机，可以对视场中的人或物体进行快速清晰的红外成像。

实施例三

本实施例与实施例二之间的区别在多波段探测器的排列方式的不同，其余实施方式与实施例二相同。

如图4所示，本实施例中多波段探测器摆放方式采用三排直线型排列方式，上中下三排交错排列，单排探测器数量为6-20个，该种排列方式进而可以降低对镜组尺寸的要求，提高设备分辨力并缩小设备体积，但其可操作性降低，而且会引入比较严重的图像锯齿现象，其探测器排布规律如图3所示，其中a为W波段探测器、b为D波段探测器、c为200-240GHz频段探测器。

综上所述，上述三组实施例中的融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，可以通过多频段的探测器对被检测人体及其携带的隐蔽违禁物品进行太赫兹成像，并融合红外相机的红外图像，从而使检测人员很容易获取到被检测人体所携带的可疑物品的具体位置；并且利用该系统可以进行无辐射、无感知、大客流的快速安检工作，该系统具有成像速度快、成像质量高、危险物品的识别可靠性高等优点，值得被推广使用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：包括扫描装置、聚焦镜组、探测单元、信号处理模块、光学相机、金属框架与多个支架，所述探测单元为太赫兹多波段探测器，所述扫描装置、所述聚焦镜组、所述探测单元、所述信号处理模块、所述光学相机均通过所述支架安装到所述金属框架上，其位置由光路和所述金属框架内部空间决定。

2.根据权利要求1所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述安全检查系统还包括红外相机，用于对被测人或物体进行红外成像。

3.根据权利要求2所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述信号处理模块在对被测人或物体的太赫兹图像进行重构后，并同步读取所述红外相机中的红外图像进行图像的融合，并输出到外部显示器进行显示。

4.根据权利要求1所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述扫描装置通过对被测人或物体发出或反射的太赫兹波进行反射和扫描，将所述聚焦镜组的一维视场成像转化为二维视场成像。

5.根据权利要求1所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述扫描装置为摆镜或可转动的正多面体棱镜，其中摆镜的镜面和正多面体棱镜的侧面均为平面反射面，可将所接收到的太赫兹信号反射到所述聚焦镜组上。

6.根据权利要求1所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述聚焦镜组为聚焦凸透镜或聚焦反射镜，所述聚焦凸透镜与所述聚焦反射镜均为非球面镜组，所述聚焦凸透镜由高分子透波材料加工而成，所述聚焦反射镜由金属材料加工而成。

7.根据权利要求1所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述太赫兹多波段探测器的排列方式为多排排列。

8.根据权利要求7所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述多排排列的种类有两种，包括多排直线型排列与多排圆弧型排列。

9.根据权利要求1所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述太赫兹多波段探测器包括W波段、D波段以及200-240GHz频段的探测器，通过所述太赫兹多波段探测器可探测到W波段、D波段以及200-240GHz频段的太赫兹波。

10.根据权利要求2所述的一种融合多波段探测的太赫兹安全检查系统，其特征在于：所述光学相机为高清晰度、广角相机，通过所述光学相机可对视场中的被测人或物体进行光学成像，并通过算法进行人脸识别，所述红外相机为高分辨率、高速红外相机，通过所述红外相机可对视场中的被测人或物体进行红外成像。

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