一种基于被动太赫兹安检成像系统的成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太赫兹安检成像技术领域，特别涉及一种基于被动太赫兹安检成像系 统的成像方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹波成像技术在安全检查、飞机导航、医疗诊断、军事侦查等领域有着重要的 应用价值，尤其是在针对隐匿违禁物品检查的人群高度集中地区的安检场合，太赫兹波成 像技术有着天然的优势。被动式太赫兹人体安检成像系统是通过探测特定区域内的太赫兹 波强度差来实现违禁品的检测。系统具有高穿透性、全天候工作以及不主动辐射电磁波的 优点。但是由于国内技术不成熟，导致太赫兹波成像效果不理想，给后续的处理和显示带来 困难。这些年，随着毫米波器件的发展，太赫兹波段的探测接收器件工艺水平也相应提高， 加上图像处理技术的发展，这种成像技术越来越广泛的被应用与实际工程中。但是由于高 质量探测阵列价格昂贵，因而目前基本采用有限探测器加准光天线扫描成像方式，其中天 线扫描方式主要有楔形旋转扫描，反射镜旋转扫描和旋转镜平扫等方式，这些扫描方式往 往需要在高分辨率和高速之间进行平衡，无法适应高速人群流动的场合。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于提供一种基于被动太赫兹安检成像系统的成像方法，通过控制楔 形俯仰扫描镜的角度将人体不同高度位置发射的太赫兹波反射到聚焦椭球面镜，聚焦椭球 面镜将收集到的太赫兹波聚焦到楔形旋转扫描镜，楔形旋转扫描镜将太赫兹波反射到太赫 兹波段探测单元上，楔形旋转扫描镜在旋转的过程中将收集人体水平方向不同位置发射的 太赫兹波，俯仰一次完成扫描，得到一幅完整的人体图像。可以实现有限系统体积内的高速 高分辨率扫描。这项技术不仅适用于人体安检系统，在医疗、飞机控制等工程实践上都有广 阔的应用空间。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的方案是： 一种基于被动太赫兹安检成像系统的成像方法，所述系统包括一个平面镜、一个椭球 面镜聚光镜、一个楔面镜和一个馈源阵列接收天线，其方法是：平面镜俯仰摆动对被测物体 进行场方向的扫描，椭球面镜聚光镜将平面镜反射的扫描光会聚成高斯光束，楔面镜旋转 接收椭球面镜的反射光信息完成对被测物体行方向的扫描，并将行方向的扫描信息反射至 馈源阵列接收天线，馈源阵列接收天线将接收的楔面镜反射光信息传递至图像处理服务器 生成被测物体图像；所述方法中的扫描步骤是： 第一步：首先确定被测物体成像的行数或称之为垂直点数和水平点数； 第二步：根据平面镜俯仰摆动角度和第一步获取的行数，确定每一行所需摆动的角度； 以及根据第一步获取的成像水平点数，确定每一水平点数在楔面镜旋转半周、即180度所 分得的角度； 第三步：对被测物体进行成像扫描，分别启动平面镜俯仰摆动和楔面镜旋转，其中，平 面镜俯仰摆动一行所需摆动的角度后停顿，并触发楔面镜旋转180度完成一行和一个水平 点数的扫描，然后继续执行平面镜俯仰摆动一行所需摆动的角度后停顿，并触发楔面镜旋 转180的命令，直至完成图像所有行数和水平点数的扫描。
[0005] 方案进一步是：所述平面镜中心与被测物体水平距离为1.00m，平面镜镜面与 地面垂直初始倾斜夹角是39度，所述椭球面镜在平面镜下方，其长轴与地面垂直夹角 为48度，椭球面镜长短轴中心与平面镜中心直线距离是0. 60m，与平面镜中心水平距离 是0. 104m，所述楔面镜的楔面反面是平面，其平面与地面垂直倾斜夹角是46度，其楔面 中心与椭球面镜长短轴中心的直线距离是〇. 60m，与椭球面镜长短轴中心的水平距离是 0.574m，所述馈源阵列接收天线是喇叭馈源阵列，馈源阵列接收面面向楔面镜的楔面，馈源 阵列接收面与地面垂直倾斜夹角是75度，馈源阵列接收面中心与楔面镜中心的直线距离 为0. 658m，馈源阵列接收面中心与楔面镜中心的水平距离为0. 17m。
[0006] 方案进一步是：所述平面镜俯仰摆动角度为40度。
[0007] 方案进一步是：所述楔面镜的楔面与其另一平面的夹角、即楔角是10度。
[0008] 方案进一步是：所述椭球面镜的孔径是567mmX635mm、两个聚光点的反射夹角是 60度，所述旋转楔面镜的孔径是600mm，所述俯仰平面镜的孔径是506mmX716mm的椭圆形 平面镜。
[0009] 方案进一步是：所述馈源阵列是2X3馈源阵列。
[0010] 本发明专利的优点在于，改善了太赫兹波人体安检成像扫描控制速度，结合了旋 转扫描和俯仰扫描的优点，实现快速、高精度人体成像，并且此方法不需要采用大量探测器 阵列，可以大大降低设备成本。
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明系统示意图； 图2为本发明楔面镜端面示意图。
【具体实施方式】
[0013] 如图1和图2所不，一个被动太赫兹安检成像基本系统，包括一个平面镜1、一个聚 光镜2和一个接收天线3,平面镜用于对被测物体4进行场方向的扫描，聚光镜用于接收平 面镜反射光会聚高斯光束，接收天线用于接收聚光镜接收来的反射光信息，并将该反射光 信息传递至接收天线；所述聚光镜是椭球面镜，在椭球面镜与接收天线之间还设置有一个 楔面镜5,楔面镜接收椭球面镜的反射光信息，完成对被测物体行方向的扫描，并将该反射 光信息反射至接收天线，其中，所述平面镜为镜面面向被测物体俯仰摆动的俯仰平面镜，所 述楔面镜是其楔面501面向椭球面镜和接收天线旋转的旋转楔面镜。
[0014] 其中：所述平面镜中心与被测物体水平距离a为1. 00m，平面镜镜面与地面垂直初 始倾斜夹角b是39度，所述椭球面镜在平面镜下方，其长轴与地面垂直夹角c为48度，椭球 面镜长短轴中心与平面镜中心直线距离d是0. 60m，与平面镜中心水平距离e是0. 104m，所 述楔面镜的楔面反面502是平面，其平面与地面垂直倾斜夹角f是46度，其楔面中心与椭 球面镜长短轴中心的直线距离g是0. 60m，与椭球面镜长短轴中心的水平距离h是0. 573m， 所述接收天线是喇叭馈源阵列，馈源阵列接收面面向楔面镜的楔面，馈源阵列接收面与地 面垂直倾斜夹角i是75度，馈源阵列接收面中心与楔面镜中心的直线j距离为0. 658m，馈 源阵列接收面中心与楔面镜中心的水平距离k为0. 17m。
[0015] 其中：所述平面镜由一个摇摆装置带动平面镜以其中心为转轴做仰俯各20度角 度摆动。
[0016]其中：所述楔面镜的楔面与其另一平面的夹角m，即楔角是10度。
[0017] 其中：所述椭球面镜的孔径是567X635mm、两个聚光点的反射夹角是60度，所述 旋转楔面镜的孔径是600_，所述俯仰平面镜的孔径是506 _X716mm的椭圆形平面镜。[0018] 其中：所述馈源阵列是2X3馈源阵列。
[0019] 其中：所述平面镜、聚光镜、接收天线和楔面镜安装在一个长L、宽W、高H分别是 0? 90m、0. 57m、l. 30m的框架壳体中。
[0020] 上述系统的设计主要关系到成像的视域范围和空间分辨率。为实现高空间分辨率 和快速成像，而且实现大视域范围的成像则需要焦平面阵列与机械扫描机制匹配实现。所 述的准光天线系统，聚焦器件采用大口径椭球面聚焦反射镜，基于设计的近距离较大区域 高分辨率的扫描探测及馈源束腰，根据高斯光束的传播规律，将椭球面的口面直径采用3 ? (?为高斯波束半径)，约为567mm，这样可以使得能量基本全被反射，对于被动检测系统降 低传输过程中的损耗起到很大的作用。扫描系统采用楔面镜旋转与平面镜俯仰相配合的扫 描方式，即楔面镜旋转一周的同时，俯仰平面镜摆动一个单位角度，并且采用6通道2X3阵 列接收机阵列方式，在与接收机性能(主要是接收机的积分时间）匹配的条件下，设定楔面 反射镜的转速，可以实现lm探测距离，7-8mm高空间分辨率与快速成像。并且，该准光天线 系统在毫米波/太赫兹波段均可应用，关于在大角度扫描过程中出现的焦斑畸变问题，在 图像的恢复处理通过一些算法可以进行校正。该系统焦平面采用接收机阵列形式，二维机 械扫描包含旋转圆锥扫描与摆动俯仰扫描，此设计方法既避免了平面镜来回摆动存在加减 速的问题，缩短了扫描时间，又能满足视域范围的全部覆盖，并且连续旋转控制的要求与连 续俯仰摆动的控制要求低且稳定性较高，可以在一定程度上降低成本。聚焦器件同样选择 反射镜一一椭球面反射镜，实现高分辨率低损耗传输成像，对于被动安检系统至关重要。
[0021] 其中的平面镜为椭圆形，口面尺寸为506X716mm，上下俯仰±20°，通过上下俯 仰进行竖直方向的扫描，俯仰的