基于毫米波全息三维成像的人体安检系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于毫米波全息三维成像的人体安检系统及方法，包括检测室、机械扫描机构、毫米波信号收发单元、图像处理单元和报警单元；机械扫描机构用于驱动毫米波信号收发单元同时在水平和垂直方向相对于待安检人员运动；毫米波信号收发单元用于向待安检人员发射毫米波信号，并接收从待安检人员反射的毫米波信号；图像处理单元用于根据反射的毫米波信号对待安检人员的人体进行全息三维成像，得到人体的三维图像；报警单元用于将人体的三维图像与预存在报警单元内的安全人体三维图像进行比对，若不匹配，则报警单元发出警报。本发明专利技术采用机械扫描代替电扫描，价格低廉；结构简单，生产周期短；分辨率高；成像时间快；用途非常广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种人体安检系统，尤其涉及一种基于毫米波全息三维成像的人体安检系统及方法。
技术介绍
近年来，安全问题日益得到世界人民的关注，对安检系统的可靠性与智能化也提出了更高的要求。传统的金属探测器只能对近距离小范围目标进行检测，效率低，已远远不能满足安检的需求。尽管X光等各种射线具有很强的穿透力，但会对被测人体造成辐射伤害，即使当前存在低辐射剂量的X光机，但其依然不容易被公众接受。红外线是靠物体表面温度成像，在有织物遮挡的情况下无法清晰成像。而毫米波成像系统不仅可以检测出隐藏在织物下的金属物体，还可以检测出塑料手枪，炸药等危险品，获得的信息更加详尽、准确，可以大大地降低误警率。因此，近年来毫米波成像技术在人员安检等方面得到了更加广泛的应用。毫米波成像系统一般有主动和被动两种工作模式。被动毫米波PMMW(PassiveMillimeterWave)成像系统基本原理是基于自然界中的任何物体都不停地辐射电磁波，该电磁波由不同频率的非相关波组成，它们是随机的，并具有很宽的频谱和不同的极化方向，不同的物体在不同波段的辐射率不同。被动毫米波成像是指依靠35GHz、94GHz、140GHz、220GHz毫米波的大气传播窗口，接收目标及背景亮温的微小差异以区别不同的物体(Appleby.R.,etal.IEEETransactionson,2007,55(11):2944-2956)。目标的亮温主要由3部分组成，即自身的辐射、对环境噪声的反射和背景噪声的透射。相对介电常数较高或导电率较高的物质，辐射率较小，反射率较高。在相同的温度下，高导电材料相比低导电材料的辐射温度低，即较冷。一般来说，被动毫米波成像系统由接收天线、毫米波辐射计、扫描机构和信号处理单元组成。系统的温度分辨率和空间分辨率是衡量成像效果的重要参数。相对于室外成像，室内成像需要更高的温度分辨率。上世纪90年代中期美国就开始进行了第一代毫米波辐射计成像系统的研究工作，早期的毫米波成像系统普遍存在的问题就是扫描时间长、灵敏度不足等问题。被动毫米波焦平面阵列成像系统具有代表性成果的研究机构针对以上问题都做出了不同的应对方案和产品。比如美国Millivision公司的Millivision检测门，该系统采用线扫描结构，接收器为4排，每排64个，相邻两排纵向间隔为每排中两单元间隔的1/4。系统在1m远处视场为1.92m×0.768m，分辨率为3mm×3mm，像素为640×256。每幅图像成像时间为10s(HugueninG.Richard.SPIE,1997,2938:152-159)；Brojot公司开发的商用实时隐藏武器侦测照相机；TRW公司的由1040个W波段接收机集成的FPA(焦平面阵列)的3mm室外成像系统等等。虽然被动毫米波成像系统结构简单，实现成本较低，但是成像时间太长，成像分辨率较低，无法具体实用化和商业化，所以很多研究机构都随之转向主动毫米波成像系统的研究。主动毫米波成像系统目前做得最好的是美国L-3公司的旋转扫描三维全息毫米波成像系统，其研究的技术成果来源于美国太平洋西北国家实验室PNNL(PacificNorthwestNationalLaboratoty)。该系统采用垂直方向排布天线，水平方向旋转120°扫描的方式产生人体正面和背面两幅图像(DouglasL.McMakin,etal.SPIE,2007,6538:1-12)，图像算法上则是将得到的信息进行全息反演计算实现三维全息成像。此项技术已经授权给L-3Communications和SaveView公司并商业化用于各个发达国家的大型机场、火车站和国际码头。但是该系统的两排收发天线阵列总共包含有384个收发单元，每列就有192个收发单元，结构相当复杂，成本也非常高。除美国PNNL等实验室之外，不同国家的大学研究院、公司也渐渐加入了毫米波成像技术的研究中。典型的有英国Reading大学、德国微波与雷达研究所(MicrowaveandRadarInstitute)、德国航空中心(GermanAerospaceCenter)、澳大利亚的ICT中心和日本的NEC公司等，这些研究机构都曾报道了有关毫米波成像的研究成果。国内，目前研究PMMW成像系统的单位主要有中国科学院空间科学与应用研究中心，国家863计划微波遥感技术实验室、南京理工大学，华中科技大学，东南大学和哈尔滨工业大学等。如南京理工大学毫米波成像技术研究团队研制了Ka波段交流辐射计扫描成像的原理样机(肖泽龙.毫米波对人体隐匿物品辐射成像研究[D].南京：南京理工大学,2007年)，并对W波段直流辐射计扫描成像用于隐匿违禁物品探测开展了研究工作(钱嵩松.被动毫米波阵列探测成像的关键技术研究[D].南京：南京理工大学,2006)；华中科技大学对3mm波段的辐射特性、成像机制和改善图像分辨率的方法进行了分析，研究了金属目标的毫米波辐射探测与识别和被动毫米波阵列探测成像的关键技术(张光锋.毫米波辐射特性及成像研究[D].武汉：华中科技大学，2005)；东南大学毫米波重点实验室窦文斌等对用于毫米波焦平面成像的天线——扩展半球介质透镜进行了研究，做了隐蔽武器的毫米波成像实验(WenbinDOU.IEICETransactionsonElectronics,2005,E88(7):1451-1456)；哈尔滨工业大学邱景辉等研制了Ka波段20通道毫米波焦面阵成像系统样机，可以实现室内探测人体隐藏物体等等。综上所述，现有的毫米波人体成像有几大缺点：对于被动毫米波成像系统，成像速率慢，分辨率差；对于主动毫米波成像系统，收发单元非常多，结构复杂，成本高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决目前基于毫米波成像的人体安检系统成像速率慢，分辨率差，收发单元多，结构复杂的技术问题。为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，包括检测室、机械扫描机构、毫米波信号收发单元和图像处理单元；所述检测室用于容纳待安检人员；所述机械扫描机构用于驱动所述毫米波信号收发单元同时在水平和垂直方向相对于待安检人员运动；所述毫米波信号收发单元用于向待安检人员发射毫米波信号，并接收从待安检人员反射的毫米波信号；所述图像处理单元用于根据所述反射的毫米波信号对待安检人员的人体进行全息三维成像，得到人体的三维图像。进一步地，还包括报警单元，所述报警单元用于将所述人体的三维图像与预存在报警单元内的安全人体三维图像进行比对，若不匹配，则报警单元发出警报。进一步地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，包括检测室、机械扫描机构、毫米波信号收发单元和图像处理单元；所述检测室用于容纳待安检人员；所述机械扫描机构用于驱动所述毫米波信号收发单元，同时在水平和垂直方向相对于待安检人员运动；所述毫米波信号收发单元，用于向待安检人员发射毫米波信号，并接收从待安检人员反射的毫米波信号；所述图像处理单元，用于根据所述反射的毫米波信号对待安检人员的人体进行全息三维成像，得到人体的三维图像。

【技术特征摘要】
1.基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，包括检测室、机械扫描机
构、毫米波信号收发单元和图像处理单元；
所述检测室用于容纳待安检人员；
所述机械扫描机构用于驱动所述毫米波信号收发单元，同时在水平和垂直方向相对于
待安检人员运动；
所述毫米波信号收发单元，用于向待安检人员发射毫米波信号，并接收从待安检人员
反射的毫米波信号；
所述图像处理单元，用于根据所述反射的毫米波信号对待安检人员的人体进行全息三
维成像，得到人体的三维图像。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，还包
括报警单元，所述报警单元用于将所述人体的三维图像与预存在报警单元内的安全人体三
维图像进行比对，若不匹配，则报警单元发出警报。
3.根据权利要求1或2所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，
所述毫米波信号收发单元包括毫米波信号发射单元和毫米波信号接收单元；所述毫米波信
号发射单元包括毫米波信号发射模块及与其连接的发射天线，所述毫米波信号接收单元包
括毫米波信号接收模块及与其连接的接收天线；
所述发射天线和接收天线安装于所述机械扫描机构上，并在所述机械扫描机构的驱动
下相对于待安检人员运动。
4.根据权利要求3所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所述
机械扫描机构包括垂直扫描机构和水平扫描机构；
所述垂直扫描机构包括垂直导轨和垂直牵引电机；所述垂直导轨为一对，左右对称设
于所述检测室的两侧，垂直导轨上面向待安检人员的一侧设有凹槽，所述发射天线和接收
天线固定在滑块上，所述滑块嵌于所述凹槽内；所述垂直牵引电机驱动所述滑块沿着所述
垂直导轨上、下往复运动；
所述水平扫描机构包括水平横梁和水平转动电机；所述水平横梁的两端分别与两根所
述垂直导轨的顶端固定连接，所述水平转动电机驱动水平横梁及垂直导轨在水平面内转
动。
5.根据权利要求4所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所述
毫米波信号发射单元包括第一独立信号源、线性调频源、第一混频器、第一宽带滤波器、第
一倍频链路和发射天线；
所述第一独立信号源输出的信号与所述线性调频源输出的信号经所述第一混频器混
频后送入所述第一宽带滤波器的输入端，第一宽带滤波器的输出端连接所述第一倍频链路
的输入端，所述第一倍频链路的输出端连接所述发射天线。
6.根据权利要求5所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所述
第一倍频链路包括第一功率放大器和第一二倍频器，所述第一宽带滤波器的输出端连接所
述第一功率放大器的输入端，第一功率放大器的输出端连接所述第一二倍频器的输入端，
所述第一二倍频器的输出端连接所述发射天线。
7.根据权利要求5所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所述
毫米波信号接收单元包括第二独立信号源、第二混频器、第二宽带滤波器、第二倍频链路、
第三混频器、接收天线、第四混频器、第五混频器、第三倍频链路及低噪声放大器；
所述第二独立信号源输出的信号与所述线性调频源输出的信号经所述第二混频器混
频后送入所述第二宽带滤波器的输入端，第二宽带滤波器的输出端连接所述第二倍频链路
的输入端，所述第二倍频链路的输出端连接所述第三混频器的一个输入端，第三混频器的
另一个输入端连接所述接收天线；所述第四混频器的一个输入端连接所述第一独立信号
源，第四混频器的另一个输入端连接所述第二独立信号源，第四混频器的输出端连接所述
第三倍频链路的输入端，第三倍频链路的输出端连接所述第五混频器的一个输入端，第五
混频器的另一个输入端连接所述第三混频器的输出端，第五混频器的输出端连接所述低噪
声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接所述图像处理单元。
8.根据权利要求7所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所述
第二倍频链路包括第二功率放大器和第二二倍频器，所述第二宽带滤波器的输出端连接所
述第二功率放大器的输入端，第二功率放大器的输出端连接所述第二二倍频器的输入端，
所述第二二倍频器的输出端连接所述第三混频器。
9.根据权利要求7所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所述
第三倍频链路包括第三功率放大器和第三二倍频器，所述第四混频器的输出端连接所述第
三功率放大器的输入端，第三功率放大器的输出端连接所述第三二倍频器的输入端，所述
第三二倍频器的输出端连接所述第五混频器。
10.根据权利要求1-2和4-9任一项所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，
其特征在于，所述图像处理单元包括顺次连接的低通滤波器、同向正交解调器、视频滤波器
及数据采集存储处理器。
11.根据权利要求4所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所
述滑块的滑动范围为从所述检测室的地面至检测室的顶部。
12.根据权利要求4或11所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在
于，所述水平横梁及垂直导轨在水平面内转动的角度范围为0°-120°。
13.根据权利要求5所述的基于毫米波全息三维成像的人体安检系统，其特征在于，所
述第一独立信号源是工作频率在20GHz-23GHz的调频信号源。
14.根据权利要求7所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁春超，赵术开，刘俊成，吴光胜，丁庆，贾成艳，刘贝贝，张艳东，刘艳丽，
申请(专利权)人：深圳市太赫兹科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44