本公开涉及安检领域，更具体地，涉及一种安检系统和方法。
背景技术：
近年来，安全问题日益得到政府及公民的关注，在进入众多公共场合(例如车站、医院、博物馆等)都需进行安检。因此，人们对安检系统的安检效率及体验提出更高要求。
在实现本发明构思的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的主流安检系统的工作原理主要包括：采用线阵阵列完成竖直方向的快速扫描，而采用机械移动来实现圆弧方向扫描，此种安检方法在安检过程中，存在扫描时间长，且需要待检测体在整个扫描过程中保持静止，否则若待检测体在扫描安检期间有明显移动，则无法形成清晰的像；采用面阵阵列对待检测体进行整体扫描，此方法可较快的完成待检测体的扫描，但系统成本很高，且在安检扫描过程中，若待检测体快速移动，则由于较多的扫描单元不能在同一时刻完成扫描，因此会使得不同扫描单元的扫描结果存在差异，最终使得成像模糊。
技术实现要素：
有鉴于此，本公开提供了一种安检系统和方法。
本公开的一个方面提供了一种安检系统，包括：一个或多个安检模块，该安检模块包括：收发组件和光学组件。其中，收发组件用于发射检测信号并接收反射信号；光学组件用于基于检测信号形成竖直方向的扇形波束。其中，反射信号由扇形波束经由待检测体反射得到。
根据本公开的实施例，上述收发组件包括：收发器，产生发射信号；阵列天线，该阵列天线包括：一个或多个发射天线，基于发射信号发射检测信号；以及一个或多个接收天线，接收反射信号，并将反射信号反馈至收发器。
根据本公开的实施例，上述安检模块还包括：混频单元，连接于所述收发器，基于发射信号和本振信号混频得到参考信号，以及基于反射信号和本振信号混频得到测量信号；解调单元，解调参考信号与测量信号得到检测数据；所述安检系统还包括处理模块，与所述解调单元连接，基于所述检测数据，得到待检测体的竖直方向的切面扫描图。其中，所述本振信号由所述安检模块的收发器产生。
根据本公开的实施例，上述处理模块：基于待检测体经过安检系统时不同时刻的不同检测数据，得到待检测体的竖直方向的多个切面扫描图；以及基于多个切面扫描图，合成待检测体的三维图像。
根据本公开的实施例，上述阵列天线包括线阵阵列天线；并且/或者，上述阵列天线的排布方式包括稀疏排布。
根据本公开的实施例，上述阵列天线包括多个发射天线和多个接收天线；上述收发组件还包括电子开关，用于切换多个发射天线和多个接收天线的开关。
根据本公开的实施例，上述光学组件包括：柱面透镜或基于圆柱反射面的准光系统，以折射所述检测信号形成所述竖直方向的扇形波束。
根据本公开的实施例，上述光学组件包括至少一个柱面透镜：至少一个所述柱面透镜置于至少一个发射天线的发射端面，并与至少一个发射天线集成为一体；并且/或者，至少一个所述柱面透镜置于至少一个接收天线的接收端面，并与至少一个接收天线集成为一体。
根据本公开的实施例，上述收发器包括毫米波收发器或太赫兹收发器。
根据本公开的实施例，上述安检系统还包括传送带及传送带驱动电机，所述传送带在传送带驱动电机的驱动下能够匀速传送所述待检测体。
本公开的另一个方面提供了一种安检方法，包括：产生检测信号；以及基于检测信号形成竖直方向的扇形波束；该扇形波束经由待检测体反射得到反射信号。
根据本公开的实施例，上述安检方法还包括：产生发射信号和本振信号；基于所述发射信号、本振信号及反射信号，得到检测数据；以及基于检测数据，得到待检测体的竖直方向的切面扫描图。其中，所述检测信号基于所述发射信号产生。
根据本公开的实施例，基于所述发射信号、本振信号及反射信号，得到检测数据包括：基于发射信号和本振信号混频得到参考信号；基于反射信号和本振信号混频得到测量信号；以及解调参考信号与测量信号得到检测数据。
根据本公开的实施例，在所述待检测体的安检过程中：基于不同时刻的不同检测数据，能够得到所述待检测体的竖直方向的多个切面扫描图；上述安检方法还包括：基于多个切面扫描图，合成待检测体的三维图像。
根据本公开的实施例，可以至少部分的解决安检因待检测体的移动导致的检测结果不精确、检测过程耗时长的技术问题，并因此可以实现精确检测、加快安检速率并提升旅客安检体验的技术效果。
根据本公开的实施例，因为采用了稀疏排布的线阵阵列天线进行检测信号的发射及反射信号的接收，因此相对于现有的面阵阵列，至少可以部分的减少系统的发射天线和接收天线的数量，简化阵列天线设计并降低系统成本。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的安检系统和方法的应用场景图；
图2a～图2b示意性示出了根据本公开实施例的安检系统中安检模块的结构框图；
图2c～图2d示意性示出了根据本公开实施例的安检系统中光学组件的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开另一实施例的安检系统中安检模块的结构框图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的安检系统的结构框图；
图5示意性示出了根据本公开实施例的安检系统的结构示意图；
图6示意性示出了根据本公开实施例的安检方法的流程图；
图7a～图7b示意性示出了根据本公开另一实施例的安检方法的流程图；
图8示意性示出了根据本公开又一实施例的安检方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“a或b”应当被理解为包括“a”或“b”、或“a和b”的可能性。
本公开的实施例提供了一种安检系统和方法。该安检系统包括一个或多个安检模块，该安检模块包括收发组件和光学组件，其中，收发组件用于发射检测信号并接收反射信号；光学组件用于基于检测信号形成竖直方向的扇形波束。其中，反射信号由扇形波束经由待检测体反射得到。通过竖直方向扇形波束形式的检测信号，使得待检测体在通过该安检系统时无需保持静止即可检测得到精准结果，从而加快了安检速度，提升了旅客的安检体验。
图1示意性示出了根据本公开实施例的安检系统和方法的应用场景图。需要注意的是，图1所示仅为可以应用本公开实施例的安检系统和方法的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以应用于其他应用场景。
如图1所示，该应用场景100中包括安检模块10及处理模块20，用于对待检测体70进行安检。
该安检模块10可以为一个或多个，本公开实施例中，该安检模块为两个，该两个安检模块相对设置，以用于在不同方位对待检测体进行检测。该安检模块10包括收发组件11和光学组件12，其中收发组件11用于发射检测信号，光学组件12用于将所述检测信号聚焦为竖直方向的扇形波束，该扇形波束可用于对待检测体进行竖直方向单个切面的扫描。
收发组件11可以由收发器与阵列天线组成。
收发器，用于实现电磁波信号和电信号的相互转换，该收发器根据发射信号的频率例如可以为毫米波收发器或太赫兹收发器等。
阵列天线用于将收发器发射的电磁波信号进行传播，以传播至待检测体实现对待检测体的检测扫描。该阵列天线例如可以采用线阵阵列或面阵阵列，可采用单发单收、单发双收或多发多收模式，排布方式例如可以为周期排布或稀疏排布。
光学组件可以为能够将所述阵列天线传播的电磁波信号形成竖直方向的扇形波束的光学元件、光学系统等。所述光学元件例如可以为能够对毫米波或太赫兹波实现聚焦的柱面透镜等，所述光学系统例如可以为基于圆柱反射面的准光系统等。
处理模块20可以是各种具有处理计算功能的终端设备，例如服务器、平板个人计算机(pc)、台式pc、膝上型pc、上网本计算机或者智能手机等。
扇形波束经由待检测体70反射得到反射信号，该反射信号由收发组件11接收后转换为电信号，收发信号经混频及解调后传给处理模块20，则该处理模块20基于解调后的数据即可处理得到待检测体的切面扫描图，从而实现对待检测体的检测。
应该理解，图1中的安检模块数量、安检模块的设置位置、处理模块的类型及待检测体类型仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有位于任意位置、任意数目的安检模块，采用任意类型的处理模块，对任意类型的待检测体进行检测。
图2a～图2b示意性示出了根据本公开实施例的安检系统中安检模块的结构框图。
如图2a所示，安检系统200包括一个或多个安检模块210，该安检模块210包括收发组件211和光学组件212。
收发组件211，发射检测信号并接收反射信号。
根据本公开的实施例，反射信号为发射的检测信号处理后经由待检测体反射得到，该反射信号与检测信号接触待检测体处的反射率有关，则根据该反射信号即可反推出待检测体的信息。
根据本公开的实施例，如图2b所示，该收发组件211可以包括收发器2111和阵列天线。其中，收发器用于产生发射信号并接收阵列天线反馈的反射信号，而阵列天线则用于基于该发射信号发射检测信号，并接收反射信号后反馈至收发器，以供收发器接收。
根据本公开的实施例，在待检测体为人体时，收发器可以是毫米波收发器或太赫兹收发器，检测信号为毫米波或太赫兹波，对人体辐射伤害小，且具有较高的检测精度。可以理解，上述收发器的类型仅为帮助理解本公开，本公开不限定采用的收发器的类型，本领域技术人员可综合考虑实际的待检测体、安检系统成本等采用合适的收发器。
根据本公开的实施例，上述阵列天线包括一个或多个发射天线2112，以及一个或多个接收天线2113，以分别用于基于发射信号发射检测信号和接收反射信号并将该反射信号反馈至收发器。
根据本公开的实施例，该阵列天线可以为线阵阵列天线或面阵阵列天线等，该阵列天线的排布方式可为周期排布或稀疏矩阵排布等，该阵列天线的设置模式包括多发多收模式、单发单收模式或单发双收模式。
根据本公开的实施例，阵列天线为mimo(多发多收)线阵阵列，则假设单发单收模式的线阵阵列收发单元数为n，面阵稀疏阵列的收发单元数远大于2n，而该mimo线阵阵列需要的收发单元数仅为2n1/2；即该mimo线阵阵列能够减少收发单元数，降低系统成本，并减少扫描时间。
根据本公开的实施例，该阵列天线可以垂直于地面摆放，也可以与地面呈一定角度摆放，该阵列天线的实际摆放方式取决于本公开实施例的安检系统的应用场景。
根据本公开的实施例，所述发射天线与接收天线均为多个，所述mimo线阵阵列中的一个发射天线发射，所有接收天线可同时接收，整个阵列例如可采用稀疏排布的方法，其等效阵列(发射天线位置与接收天线位置卷积)为均为排布的满阵阵列。
根据本公开的实施例，上述收发组件还包括电子开关，用于切换所述多个发射天线和所述多个接收天线的开关。则通过该收发组件，可快速切换工作的发射天线，能够实现全息数据的获取，从而能够保证较高的检测精度。
根据本公开的实施例，所述发射信号和/或反射信号包括宽带信号，以用于实现距离向(垂直于安检模块的水平方向)的分辨；该发射信号和/或反射信号的带宽典型的为70～80ghz。可以理解的是，上述发射信号和/或反射信号的带宽仅作为示例以用于理解本公开，本公开并不对其带宽进行限定，且可以理解的是，该发射信号和/或反射信号的带宽越大，距离向分辨率越好，且在带宽一定的前提下，基于反射信号得到的检测图像的成像范围取决于频率采样点数。
光学组件212，基于检测信号形成竖直方向的扇形波束。
根据本公开的实施例，该竖直方向的扇形波束相较于传统的发散波束，无需对待检测体的整个面进行扫描，而仅对待检测体竖直方向的一个切面进行扫描，因此，扫描时间例如可为微秒级，反射信号仅与所述切面的反射率有关，不会因为待检测体在安检过程中的移动而受影响，故基于反射信号得到的检测图像精确度较高。尤其对于人体安检，由于无需使旅客在安检过程中处于静止状态，从而可提高旅客的安检体验。
图2c～图2d示意性示出了根据本公开实施例的安检系统中光学组件的结构示意图。
图2c所示，所述光学组件212可包括一个柱面透镜2121，该柱面透镜2121置于收发组件211的阵列天线的端面，用于折射收发组件211发射的检测信号，以形成竖直方向的扇形波束，还可用于将待检测体反射的反射信号进行转换，从而保证信号的收、发增益相同，避免外界信号干扰，提高检测精度。
根据本公开的实施例，柱面透镜2121的设置，应保证该柱面透镜的焦距(沿波束发射方向的焦距)在待检测体表面附近的位置，以提高检测精度。
如图2d所示，所述光学组件包括多个柱面透镜2122，该多个柱面透镜2122的每一个可与阵列天线的发射天线2112集成为一体形成发射单元；或者，该多个柱面透镜2122的每一个可与接收天线2113集成为一体形成接收单元。通过此设置，可进一步简化本公开实施例的安检系统。
根据本公开的实施例，上述光学组件还可以为基于圆柱反射面的准光系统，用于折射检测信号形成竖直方向的扇形波束，具体的准光系统设计取决于实际需求。本公开实施例的光学组件可以至少部分的避免对检测信号和反射信号的衰减。
图3示意性示出了根据本公开另一实施例的安检系统中安检模块的结构框图。
如图3所示，所述安检模块210除了收发组件211和光学组件212外，还包括混频单元213和解调单元214。
其中，混频单元213连接于所述收发器2111，以基于发射信号和本振信号混频得到参考信号，以及基于反射信号和本振信号混频得到测量信号。
根据本公开的实施例，该混频单元213包括混频器，其输出信号的频率等于两个输入信号频率之和、之差或为两者的其他组合。该混频器由非线性元件和选频回路构成。
根据本公开的实施例，所述本振信号由参考图2b描述的收发组件211的收发器2111产生。
其中，解调单元214与所述混频单元213连接，用于解调混频单元213混频得到的参考信号与测量信号，从而得到检测数据，由于反射信号取决于待检测体切面的反射率，因此得到的检测数据与待检测体切面的反射率相关。
根据本公开的实施例，该解调单元214例如可包括i/q解调器，以进行数字解调，则测量信号与参考信号经由该i/q解调器解调后可得到全息数据(即检测数据)。需要说明的是，该解调单元214的实现并不限于硬件实现，该解调单元214还可以为存储介质上存储的程序，该程序可以包括代码/可执行指令，其在由包括存储介质的终端设备执行时使得终端设备对所述参考信号和测量信号进行解调得到检测数据。
图4示意性示出了根据本公开实施例的安检系统的结构框图。
如图4所示，该安检系统200除了安检模块210外，还包括处理模块220。
其中，所述处理模块220，基于检测数据，得到待检测体的竖直方向的切面扫描图。
根据本公开的实施例，该处理模块220例如可根据检测数据，采用图像重建技术对待检测体的竖直方向的切面进行二维毫米波成像(距离向和竖直方向)，得到待检测体的竖直方向的切面扫描图。其中，当收发组件的收发器为毫米波收发器时，所述检测数据即为全息数据。
根据本公开的实施例，在待检测体经过安检系统的过程中，通过安检模块210中的混频单元213及解调单元214，可在间隔很短的时间内得到不同时刻的多个不同的检测数据，则所述处理模块220可基于该多个不同的检测数据得到待检测体的竖直方向的多个切面扫描图，即实现了待检测体多个不同位置的切面成像。
根据本公开的实施例，上述处理模块220例如还可基于多个切面扫描图，合成所述待检测体的三维图像。例如，可采用图像合成技术得到待检测体的图像，当所述收发器为毫米波收发器，多个发射天线在电子开关的控制下快速切换，经过处理即可得到多个切面扫描图，再采用该图像合成技术即可获得整个待检测体的三维毫米波全息成像。可以理解的是，上述图像合成技术仅作为示例用于理解本公开，本公开并不对由多个切面扫描图得到三维图像的实现方法进行限定，例如本公开实施例还可以采用图像重建技术得到所述三维图像。根据本公开的实施例，上述安检系统例如还可包括显示装置，该显示装置用于实时显示当前待检测体的三维图像，则工作人员可根据该显示的三维图像实时判断该待检测体是否包括或携带有枪支、子弹类、爆炸物品类、管制器具、易燃易爆物品等禁止物品。
根据本公开的实施例，所述处理模块220还可对得到的三维图像进行自动识别，当识别出待检测体包括或携带有枪支、子弹类、爆炸物品类、管制器具、易燃易爆物品等禁止物品时，能够进行自动报警，以提醒当前工作人员。
根据本公开的实施例，该处理模块220例如可以为具有处理功能的任何终端设备，也可以是集成于该终端设备中的软/硬件。而解调单元214例如也可集成于该终端设备中。则可以理解的是，该处理模块220及解调单元214可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，处理模块220及解调单元214中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，处理模块220及解调单元214中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。
图5示意性示出了根据本公开实施例的安检系统的结构示意图。
如图5所示，该安检系统500除了参考图1描述的安检系统应用场景中的安检模块10、处理模块20外，还包括传送带30及传送带驱动电机40。
根据本公开的实施例，所述安检模块10可以为参考图2a～图4描述的安检模块，处理模块20可以为参考图4描述的处理模块220，安检模块10除了收发组件11和光学组件12外，例如还可包括混频器以及解调器，该混频器以及解调器例如可与收发组件11集成为一体。
根据本公开的实施例，传送带30在所述传送带驱动电机40的驱动下能够匀速传送待检测体70。该传送带驱动电机40由所述处理模块20控制。具体地，该传送带30的速度可根据安检模块及处理模块的工作效率或整个安检系统的成像速率进行设定。
根据本公开的实施例，安检模块10包括相对设置的两组，在待检测体为人体的情况下，在实际检测时，如图5所示，受检人70侧向站立在传送带30上，在传送带的带动下匀速通过安检系统。在扫描过程中，每一时刻检测信号(例如为毫米波信号)以扇束形式照射在受检人沿两组安检模块连线方向的一个切面进行扫描，扫描时间在微秒级；依次经由安检模块10中的收发组件11、混频器及处理模块20通过合成孔径技术对该切面进行二维毫米波成像，进而受检人在传送带的带动下通过该安检系统可形成多个不同位置的切面成像，再由图像合成技术即可获得整个人体的三维毫米波全息图像。可以理解的是，在安检过程中，受检人的朝向还可以垂直于两个安检模块连线的方向；以上安检模块的数量及设置位置仅作为示例以用于理解本公开，本公开并不对此进行限定，例如安检模块的数量还可以为四组，分别设置于四个方位角等。
根据本公开的实施例，通过参考图5描述的安检系统，由于待检测体在传送带的带动下匀速经过安检系统，因此，可保证获取得到的不同位置的切面能够涵盖待检测体的所有区域，从而保证了三维图像的完整性，提高安检的准确性。
图6示意性示出了根据本公开实施例的安检方法的流程图；
如图6所示，该安检方法包括操作s610～s620。
在操作s610，产生检测信号。根据本公开的实施例，该操作s610可以由参考图2a描述的一个或多个安检模块210中的收发组件211执行，在此不再赘述。
在操作s620，基于检测信号形成竖直方向的扇形波束；该扇形波束经由待检测体反射得到反射信号。根据本公开的实施例，该操作s620可以由参考图2a描述的光学组件212及参考图2c～图2d描述的光学组件2121/2122执行，也可以由基于圆柱反射面的准光系统执行，在此不再赘述。
图7a～图7b示意性示出了根据本公开另一实施例的安检方法的流程图。
如图7a所示，该安检方法除了操作s610～s620外，还包括操作s710～s730。所述操作s710可以在操作s610之前执行，操作s720和操作s730可以在操作s620之后执行。
在操作s710，产生发射信号和本振信号。其中，操作s610描述的检测信号基于该发射信号产生。根据本公开的实施例，该操作s710可以由参考图2b描述的收发器2111执行，在此不再赘述。
在操作s720，基于发射信号、本振信号及反射信号，得到检测数据。根据本公开的实施例，该操作s720可以由参考图3描述的混频单元213及解调单元214执行，在此不再赘述。
根据本公开的实施例，操作s720具体可包括参考图7b描述的操作s721～操作s723。操作s721，基于发射信号和本振信号混频得到参考信号；操作s722，基于反射信号和本振信号混频得到测量信号；操作s723，解调参考信号与测量信号得到检测数据。根据本公开的实施例，所述操作s721及操作s722可以由参考图3描述的混频单元213执行，操作s723可以由参考图3描述的解调单元214执行，在此不再赘述。
在操作s730，基于检测数据，得到待检测体的竖直方向的切面扫描图。根据本公开的实施例，该操作s730可以由参考图4描述的处理模块220执行，在此不再赘述。
图8示意性示出了根据本公开又一实施例的安检方法的流程图。
如图8所示，该方法除了操作s610～s620以及操作s710～s720外，还包括操作s810～s820。
在所述待检测体的安检过程中，经由操作s610～s620以及操作s710～s720，可以得到不同时刻的多个不同的检测数据，则在操作s810，基于不同时刻的不同检测数据，得到待检测体的竖直方向的多个切面扫描图；根据本公开的实施例，该操作s810可以由参考图4描述的处理模块220执行，在此不再赘述。
在操作s820，基于多个切面扫描图，合成待检测体的三维图像。根据本公开的实施例，该操作s820同样可以由参考图4描述的处理模块220执行，在此不再赘述。
综上所述，通过参考图8描述的安检方法，由于采用竖直方向扇形波束形式的检测信号，因此可以至少部分的解决安检因待检测体的移动导致的检测结果不精确、检测过程耗时长的技术问题，并因此可以实现精确检测、加快安检速率并提升旅客安检体验的技术效果。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。