一种被动式毫米波成像安检设备

摘要

本发明公开了一种被动式毫米波成像安检设备，包括：一维焦面阵（1）、反射板（3）、显控分系统（4）、信号处理机（5）、内定标组合（6）、反射板转动机构（7）、介质面板（8）、机架（9）、检测台（11）、椭球反射面（2）和外定标组合（10）。椭球反射面（2）把人体辐射的电磁波聚焦，一维焦面阵（1）把聚焦后的电磁波转化为电压信号，信号处理机（5）采集电压信号并送给显控分系统（4），显控分系统（4）处理后输出二维灰度图。采用内定标组合（6）与外定标组合（10）进行联合定标，提高图像质量。可以检测金属、非金属违禁物品。本发明具有系统损耗小、灵敏度高、可靠性高、成本低、重量轻等优点。

主权项

一种被动式毫米波成像安检设备，包括：一维焦面阵（1）、反射板（3）、显控分系统（4）、信号处理机（5）、内定标组合（6）、反射板转动机构（7）、介质面板（8）、机架（9）和检测台（11），其特征在于还包括：椭球反射面（2）和外定标组合（10）；所述的一维焦面阵（1），包括：接收天线（1‑1‑i）和辐射计（1‑2‑i）；所述的内定标组合（6），包括：常温定标源（6‑3）、高温定标源（6‑4）、转动电机（6‑1）和机械连接件（6‑2）；所述的常温定标源（6‑3），包括：吸波材料A（6‑9）、金属结构A（6‑10）和温度传感器A（6‑11）；所述的高温定标源（6‑4），包括：吸波材料B（6‑5）、金属结构B（6‑6）、加热器（6‑7）和温度传感器B（6‑8）；所述的外定标组合（10），包括：结构架（10‑1）和吸波材料C（10‑2）；所述的显控分系统（4），包括：图像处理模块（4‑1）、系统控制模块（4‑2）和人机交互模块（4‑3）；图像处理模块（4‑1）的功能是完成图像数据的滤波、图像非线性增强和图像分割；系统控制模块（4‑2）的功能是完成与信号处理机（5）的通讯，实现对反射板转动机构（7）、内定标组合（6）的控制及接收信号处理机（5）回送的数据；人机交互模块（4‑3）的功能是提供人机交互界面，便于操作人员使用；外定标组合（10）置于介质面板（8）一侧的正前方；检测台（11）置于外定标组合（10）的结构架（10‑1）上，介质面板（8）置于机架（9）上并通过紧固件连接，反射板（3）置于反射板转动机构（7）上并通过紧固件连接，反射板转动机构（7）的控制接口与信号处理机（5）的控制接口连接；椭球反射面（2）置于机架（9）底部并通过紧固件连接；一维焦面阵（1）置于机架（9）上并通过紧固件连接，一维焦面阵（1）的输出接口与信号处理机（5）的数据输入接口连接；内定标组合（6）的控制接口与信号处理机（5）的控制接口连接；温度传感器A（6‑11）数据接口、温度传感器B（6‑8）数据接口均与信号处理机（5）的温度数据采集接口连接；信号处理机（5）的通信接口与电脑主机的通信接口连接；常温定标源（6‑3）和高温定标源（6‑4）分别置于机械连接件（6‑2）的两端，转动电机（6‑1）置于机架（9）上；吸波材料A（6‑9）粘贴在金属结构A（6‑10）的内表面，温度传感器A（6‑11）粘贴在吸波材料A（6‑9）的表面；吸波材料B（6‑5）粘贴在金属结构B（6‑6）的内表面，温度传感器B（6‑8）粘贴在吸波材料B（6‑5）的表面，加热器（6‑7）置于金属结构B（6‑6）的外表面并通过紧固件连接；吸波材料C（10‑2）粘贴在结构架（10‑1）上；一维焦面阵（1）的接收天线（1‑1‑i）分上下两排放置，单元间距为D₁，计算公式见式（1），两排接收天线（1‑1‑i）间距为D₃，两排接收天线（1‑1‑i）水平错位距离D₂；D₁=2D₂=2D₃；接收天线（1‑1‑i）的中心分布在以椭球反射面（2）中心为原点，f_i为半径的圆上；f_i为椭球反射面（2）的像方焦距，即椭球反射面（2）中心与一维焦面阵（1）中心的距离；辐射计（1‑2‑i）、接收天线（1‑1‑i）的个数为N，N的计算公式见式（2），N取整数；（1）其中：为中心频率对应的波长；f_i为椭球反射面（2）的像方焦距；D为椭球反射面（2）的直径；（2）其中：为中心频率对应的波长；f_o为椭球反射面（2）的物方焦距，即椭球反射面（2）中心到反射板（3）中心距离与反射板（3）中心到检测台（11）中心垂线的最近距离之和； L为观测幅宽；针对毫米波安检成像设备的信号流程，人体辐射的电磁波穿过介质面板（8）照射到反射板（3），经反射板（3）后电磁波到达椭球反射面（2），经椭球反射面（2）汇聚后，电磁波在一维焦面阵（1）处聚焦，电磁波经接收天线（1‑1‑i）后进入辐射计（1‑2‑i），辐射计（1‑2‑i）把电磁波转化成电压信号，信号处理机（5）采集电压信号并把其送给图像处理模块（4‑1），图像处理模块（4‑1）对数据进行滤波、图像非线性增强和图像分割后由人机交互模块（4‑3）将图像显示；针对毫米波安检成像设备的工作流程，首先进行内定标工作，常温定标源（6‑3）转动至一维焦面阵（1）顶部，吸波材料A（6‑9）的温度为环境温度，温度范围：‑10°C‑30°C，信号处理机（5）采集一维焦面阵（1）的一组信号V₁和温度信息T₁，V₁为一个数组，长度为N；采集完成后高温定标源（6‑4）转动至一维焦面阵（1）顶部，高温定标源（6‑4）的吸波材料B（6‑5）的温度由加热器（6‑7）控制，工作范围为40°C‑60°C，信号处理机（5）采集一维焦面阵（1）的一组信号V₂和温度信息T₂，V₂为一个数组，长度为N；采集完成后高温定标源（6‑4）移开；信号处理机（5）把T₁、V₁ 、T₂，V₂ 传输给系统控制模块（4‑2），系统控制模块（4‑2）根据V₁、T₁、V₂、T₂得到各辐射计（1‑2‑i）的传递参数a_i和修正值b_i，及输出视在温度的计算公式，见式（5）；a_i计算公式见式（3）、b_i计算公式见式（4）；然后进行外定标工作，信号处理机（5）控制一维焦面阵（1）以外定标组合（10）为目标采集一组信号，信号处理机（5）把信号传输给系统控制模块（4‑2），系统控制模块（4‑2）计算得到视在温度T_oi，T_oi为一组数据，数据长度为N；在T_oi中找出最大值T_om，T_om减去T_oi得到一组修正值，修正值与各辐射计（1‑2‑i）采集信号相加等于T_om；（3）（4）（5）参数说明：    T_oi：第i路辐射计（1‑2‑i）输出电压对应的视在温度，i：辐射计（1‑2‑i）的序号，取值1‑N，下同； V_oi：第i路辐射计（1‑2‑i）输出电压；    a_i：第i路辐射计（1‑2‑i）传递参数；    b_i：第i路辐射计（1‑2‑i）修正值；完成定标后，被检人员站在检测台（11），操作人员通过人机交互模块（4‑3）向信号处理机（5）发送检测指令，信号处理机（5）收到指令后向反射板转动机构（7）发出向下扫描指令，反射板（3）扫描机构带动反射板（3）从上向下进行扫描，并反馈反射板（3）位置信息给信号处理机（5）；信号处理机（5）根据预先存储的图像采集位置，确定反射板（3）是否到达图像采集位置，到达图像采集位置时信号处理机（5）采集一维焦面阵（1）的输出并转发给系统控制模块（4‑2）；信号处理机（5）继续检测反射板（3）的位置信息，到达下一个图像采集位置时，信号处理机（5）采集一维焦面阵（1）的输出，依此循环，直到信号处理机（5）检测到反射板（3）的位置已经超出图像采集区，即完成了一帧图像采集；信号处理机（5）向反射板转动机构（7）发送向上扫描的指令，同时向系统控制模块（4‑2）发送一帧数据采集结束信号；系统控制模块（4‑2）收到一帧数据采集结束信号后，启动图像处理模块（4‑1）对数据进行滤波、图像非线性增强、图像分割，处理完成后由人机交互模块（4‑3）将灰度图显示；反射板（3）在向上转动过程中信号处理机（5）也根据反射板（3）的位置信息采集图像数据，方式同反射板（3）向下转动的过程；直到信号处理机（5）检测到反射板（3）的位置已经超出图像采集区，即完成了一帧图像采集，信号处理机（5）向反射板转动机构（7）发送向下扫描的指令，同时向系统控制模块（4‑2）发送一帧数据采集结束信号；系统控制模块（4‑2）收到一帧数据采集结束信号后，启动数据处理模块对数据进行滤波、图像非线性增强、图像分割，处理完成后由人机交互模块（4‑3）将灰度图显示；上述信号处理机（5）控制反射板（3）扫描、采集一维焦面阵（1）数据，系统控制模块（4‑2）、图像处理模块（4‑1）、人机交互模块（4‑3）处理并显示灰度图的过程一直重复直到操作人员通过人机交互模块（4‑3）发出停止命令后，反射板（3）回到起始位置，信号处理机（5）停止采集数据；图像采集位置的确定过程为：反射板（3）法线对准视场最高点即2m高处开始，间隔半个分辨单元存储一个位置，直至反射板（3）法线达到检测台（11）的位置结束。