专利名称：毫米波成像设备、毫米波成像系统和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种毫米波成像设备，其接收物体放射的毫米波并且获取该物体的图像。
背景技术：
近来，已提出，接收物体例如人体放射的毫米波，从而对该物体成像并且从获取的 图像探测该物体上隐藏的金属/非金属武器或者走私货物(参见专利文献1、2)。在这类技术中，物体图像利用环境生成，其中，被指定为该物体的人体区域与其他区域中放射的毫米波的信号电平是不同的，以便根据对应于各信号电平获得的成分值(例如，色调、売度、饱和度，等等)排列不出的像素。现有技术文献专利文献专利文献I :未审查的日本专利公开号2006-258496专利文献2 :日本专利号2788519
发明内容
本发明要解决的技术问题在其中物体图像如上所述通过使用多个毫米波传感器生成的毫米波成像设备中，当被指定为观察目标的观察区域中的温度变化时，该图像中像素之间的对比度不能被适当地保持，并且，在一些情况下不能获得清晰的图像。例如，在观察区域中的温度增加的情况下，以热噪声的形式放射的毫米波的信号电平变大，从而，来自各个毫米波传感器的探测值类似地变大。在这种情况下，当温度增加至某种程度时，来自各个毫米波传感器的探测值也变大，并且，根据这些探测值确定的各个像素成分全部变成最大(或者最小)值。因此，该图像中像素之间的对比度不能被保持。本发明正是为了解决这一问题。本发明的目的是提供一种技术以便生成其中不论观察区域中的温度变化如何，像素之间的对比度被适当地保持的物体图像。解决技术问题的手段用于解决上述技术问题的本发明的第一方面提供一种毫米波成像设备，包括透镜天线，关于所述观察区域，所述透镜天线捕获毫米波并且形成物体图像，所述毫米波从观察区域放射，所述观察区域是被指定为观察目标的区域，并且在所述观察区域的一部分中布置有放射被指定为基准的所述毫米波的放射体；毫米波传感器组，其由一个以上的毫米波传感器组成，被置于其中所述透镜天线所捕获的所述毫米波形成所述物体图像的图像形成区域中，并且，所述毫米波传感器中的每一个输出对应于由此接收的所述毫米波的信号电平的探测值；图像形成装置，其生成所述物体图像，所述物体图像基于从所述一个以上的毫米波传感器输出的每一个所述探测值，并且通过配置对应于所述探测值的成分的像素而形成；校正值设置装置，其设置对于所述各个毫米波传感器的校正值，所述校正值为所述一个以上的毫米波传感器中被指定为接收从所述放射体放射的所述毫米波的基准毫米波传感器所探测的探测值与预定的基准探测值之间的误差；以及探测值校正装置，在由所述图像形成装置实施的所述物体图像的形成之前，其通过所述校正值设置装置所设置的所述校正值校正由所述一个以上的毫米波传感器中的每一个探测的所述探测值。在该结构中，为了校正所述一个以上的毫米波传感器的各个探测值，由于所述校正值为所述基准毫米波传感器的所述探测值与所述基准探测值之间的所述误差，所述校正值被增加至所述探测值或者从所述探测值减去以便消除所述误差。此外，该结构中的“基准探测值”优选为当热噪声极小时设置的基准毫米波传感器的探测值。在这种情况下，在像素之间的对比度被适当地保持的状态下获得的所述探测值变成“基准探测值”。此外，该“基准探测值”可以是预先设置的值，或者，可选的是自动设置的值。对于后一种情况，例如，可以采用根据第二方面的结构。根据本发明的第二方面的毫米波成像设备，进一步包括基准设置装置，其将由所述基准毫米波传感器在预定时机探测的所述探测值设置为所述基准探测值。所述校正值设置装置将由所述基准毫米波传感器探测的所述探测值与由所述基准设置装置设置的所述基准探测值之间的所述误差设置为对于所述各个毫米波传感器的校正值。该结构中的“预定时机”可以是在任何时机。例如，可以采用，用户实施特定操作时或者所述毫米波成像设备被启动并且成像被初始化时的时机。此外，在上述结构中的每一个中，所述毫米波传感器组可以是其中多个毫米波传感器被以矩阵状态布置的毫米波传感器阵列。可选地，可以采用其中多个毫米波传感器被 布置成一行的毫米波线传感器。为了采用所述线传感器作为所述毫米波传感器组，上述结构中的每一个可以根据
第三结构(第三方面)布置。在根据本发明的第三方面的所述毫米波成像设备中提供的所述毫米波传感器组被构成为线传感器，其中，在所述图像形成区域中多个毫米波传感器被布置成一行，并且所述线传感器根据所述毫米波传感器所接收的所述毫米波，输出与所述物体图像的一行对应的探测值。此外，根据本发明的第三方面的毫米波成像设备进一步包括反射器，其具有反射由所述透镜天线捕获的所述毫米波以将所述毫米波引导至所述毫米波传感器组的反射面；以及反射角改变装置，其依次改变所述反射面的反射角，使得沿着与所述毫米波传感器被放置的方向相交的方向，将由所述反射器的所述反射面所反射的所述毫米波形成的所述物体图像的所述图像形成区域移位，以便所述毫米波传感器组顺序输出与对应于所述反射面的所述反射角的所述物体图像的一行对应的一组探测值，作为与所述物体图像的一行对应的探测值。每当所述一组探测值从所述毫米波传感器组输出时，所述图像形成装置便生成其中与所述一组探测值中的各个探测值对应的参数的像素被排列成一行的物体图像的一行。另外，用于解决上述技术问题的本发明的第四方面提供一种毫米波成像系统，包括放射体，其被布置于被指定为观察目标(观察区域)的区域中，并且放射在所述观察区域的一部分中被指定为基准的毫米波；以及根据上述方面之一所述的毫米波成像设备。此外，该结构中的所述放射体，优选，如本发明的第五方面所述，由生成被指定为基准的热噪声的热噪声源制成，或者由消波器制成。此外，为了解决上述技术问题，可以提供一种程序，其提供用于作为如上所述对应结构中装配的所有装置工作的指令(本发明的第六方面)。应当注意，上述程序由指令序列组成，其中，适合于由计算机系统处理的指令被按顺序排列，并且，经由各种记录介质或者通信线被提供至所述毫米波成像设备或者其用户。本发明的技术效果在根据上述各结构中的每一个的毫米波成像设备中，从放射体放射的毫米波被基准毫米波传感器接收，并且，该基准毫米波传感器的探测值与基准探测值之间的误差被指定为校正值以便校正对应毫米波传感器的探测值。由于放射体被置于观察区域以便放射被指定为基准的毫米波，如果，例如观察的温度增加，以毫米波放射的热噪声也变大，其转而使基准毫米波传感器的探测值变大。换句话说，基准毫米波传感器的探测值与基准探测值之间的误差根据观察区域中的温度的变化波动。因此，如果各个毫米波传感器的探测值通过使用该误差作为校正值而得到校正，则由观察区域中的温度变化产生的影响可以从各个探测值中移除。即使在这样的情况下，例如，其中，观察区域中的温度增加，并且，根据各个毫米波传感器的探测值确定的像素成分，全部显示最大值(或者最小值)，由于根据温度变化获得的误差被从这些成分中减去(或者被加至这些成分)，这些成分因此显示正常的探测值。如果物体图像基于如上校正的探测值生成，不论观察区域中的温度变化如何，像素之间的对比度可被适当地保持，并且，可以获得清晰的物体图像。此外，在上述第二方面中，被指定为用于设置校正值的基准的基准探测值，可以在每个预定时机进行设置。因此，如果当观察区域中的温度足够低的时候基准毫米波传感器 的探测值被设置为基准探测值，那么当以毫米波放射的热噪声小的时候获得的探测值可以被设置为基准探测值。附图
简要说明图I是示出毫米波成像设备的整体结构的方框图；图2是示出组成线传感器的毫米波传感器的结构的方框图；图3是说明根据第一实施方式的成像过程的流程图；图4是示出根据第一实施方式的状态的视图，其中，从毫米波放射部放射的毫米波在反射器处被反射；图5是说明根据第二实施方式的成像过程的流程图；以及图6是示出根据第二实施方式的状态的视图，其中，从毫米波放射部放射的毫米波在反射器处被反射。附图标记的说明I…晕米波成像系统，2···晕米波成像设备,3···放射体,4…晕米波成像系统,5···毫米波成像设备，10…透镜天线，20···毫米波传感器阵列，22···毫米波传感器，22…基准毫米波传感器，30···反射器,32···反射面,34···移位机构,50···控制器,60···毫米波线传感器，100…观察区域，102…接收天线，104…低噪声放大器，108…检波器实施发明的方式如下参照附图进行描述本发明的实施方式。(I)第一实施方式(1-1)整体结构如图I所示，毫米波成像系统I由毫米波成像设备2和在指定为成像目标的成像区域100中放射毫米波的放射体3组成。毫米波成像设备2包括透镜天线10，其捕获从观察区域100放射的毫米波并形成物体的图像；毫米波传感器阵列20，其被置于图像形成区域，其中，由透镜天线10捕获的毫米波形成该物体的图像；和控制器50，其控制毫米波成像设备2的整体操作。应当注意，毫米波传感器阵列20是毫米波传感器组的一个例子。
在上述组成中，毫米波传感器阵列20在图像形成区域中被构成为使得朝向毫米波的入射方向的多个毫米波传感器22被分别沿平面以矩阵的状态放置，与毫米波的入射方向相交，并且使得晕米波传感器22分别输出对应于晕米波传感器22分别接收的晕米波的信号电平的探测值。对于物体图像的整体部分中要在分别对应于毫米波传感器22的位置的图像形成区域中形成的物体图像的一些部分，从相应毫米波传感器22输出的探测值变成像素信息(在本实施方式中，该信息指示像素的灰度值)。如图2所示，每个毫米波传感器22由以下部件构成接收天线102，其接收毫米波；低噪声放大器(LNA) 104，其放大从接收天线102接收的信号；和检波器108，其探测由LNA104接收和放大的信号，并且探测信号的电平。放射体3被置于观察区域100的一部分中，并且，从放射体3朝向透镜天线10放置之处放射将被指定为基准的毫米波。从放射体3放射的毫米波被毫米波传感器阵列20中预定的毫米波传感器22中的一个(将称为“基准毫米波传感器”)接收。应当注意,在本实施方式中,放射体3由生成被指定为基准的热噪声的热噪声源，或者消波器组成。(1-2)控制器50执行的成像过程参照图3，下面描述由控制器50根据内部存储器中存储的程序执行的成像过程的步骤。在该成像过程中，首先，在毫米波传感器阵列20的毫米波传感器22中，获得基准毫米波传感器22的探测值(sl20)，探测值即为指示从放射体3放射的毫米波的信号电平的探测值。在该步骤中，如果放射体3由消波器组成，从消波器放射的毫米波的量极小。因此，这里获得接近于“O”的值作为探测值。接着，基于在上述sl20中获得的探测值，确定被指定为用于在之后的步骤中计算校正值的基准的基准探测值(sl30)。在该步骤中，在上述sl20中获得的探测值被确定为基准探测值。接着，基于在上述sl30中确定的基准探测值,确定用于校正探测值的校正值(sl40)。在该步骤中，计算在上述sl30中确定的基准探测值r与已由基准毫米波传感器在该点探测的探测值d之间的误差(r-d)，并且，该误差被确定为用于各个毫米波传感器22的校正值。
当由于初始化成像过程sl40被第一次执行时，尽管在上述sl30中确定的基准探测值与在上述sl20中获得探测值之间的误差被确定为校正值，但因为这两个探测值相等，所以确定“O”作为校正值。接着，在上述sl40中确定的校正值被设置为对于各个毫米波传感器22的探测值的校正值(sl50)。然后，确定物体的成像是否应当继续(S170)。在该步骤中，如果指令从外部提供至毫米波成像设备2以结束成像(包括用户的操作)，确定成像应当结束，即，成像不应当再继续。在sl70中，如果确定成像应当继续(sl70 :是)，分别获得由毫米波传感器阵列20中提供的毫米波传感器22探测的探测值(sl80)。 接着，在上述S180中获得的对应探测值被基于已在该点设置的校正值校正(sl90)。在该步骤中，如果已设置的校正值为正值，则校正值的绝对值被从在上述sl80中获得的各个探测值中减去。如果校正值为负值，则校正值的绝对值被加至在上述sl80中获得的各个探测值。接着，以在上述sl90中校正的每个探测值表示的像素信息，被指定为与已探测到探测值的毫米波传感器22的位置对应的像素的信息。通过布置以各个像素信息表示的像素(以像素信息表示的成分的像素)生成物体的图像(s200)。如上生成的物体图像被存储在图像存储器中以便在显示设备上示出。在s200之后，以与上述sl20中相同的方式从基准毫米波传感器22获得探测值(s210)。然后，该过程返回sl40。在sl40中，在这种情况下，在s210中获得的探测值与在上述sl30中确定的基准探测值之间的误差，被确定为校正值。之后，当确定成像应当继续时(sl70 :是)重复步骤sl40_s210。当在上述sl70中确定成像应当结束时(sl70 :否)，本成像过程结束。如上所述，在该成像过程中，基于初始设置的探测值(基准探测值)(S130)，与基准毫米波传感器的探测值之间的差值被确定为校正值以校正各个毫米波传感器22的探测值(sl90)，并且生成物体的图像(s200)。(2)第二实施方式(2-1)整体结构如图4所示，根据本实施方式的毫米波成像系统4由毫米波成像设备5和在被指定为成像目标的成像区域中放射毫米波的放射体3组成。应当注意，在本实施方式中，类似于第一实施方式中组成的组成被提供有与第一实施方式中相同的附图标记，并且，这里不再重复其详细的描述。毫米波成像设备5包括透镜天线10 ;毫米波线传感器60，其由布置为一行的多个毫米波传感器22组成；反射器30，其具有反射由透镜天线10捕获的毫米波并且引导毫米波至毫米波线传感器60的反射面32 ;和控制器50，其控制毫米波成像设备5的整体操作。应当注意，毫米波线传感器60对应于根据本发明的毫米波传感器组。在这些组成中，毫米波线传感器60在图像形成区域中被构成为使得朝向毫米波的入射方向的多个毫米波传感器22被分别沿平面以一个方向放置，与毫米波的入射方向相交，并且以便毫米波传感器22分别输出对应于毫米波传感器22分别接收的毫米波的信号电平的探测值。反射器30被提供有移位机构34，其沿与毫米波传感器22放置的方向相交的方向改变由反射面32反射的毫米波的反射角。(2-2 )控制器50的成像过程参照图5，下面描述由控制器50根据内部存储器中存储的程序执行的成像过程的步骤。在该成像过程中，首先，反射器30的反射面32的反射角被改变，直至其中图像由从放射体3放射的毫米波形成的区域与其中毫米波传感器22被放置的区域对准(sllO)。在该步骤中，指令被提供至反射器30的移位机构34以将由反射面32反射的毫米波的反射角改变为预定的初始角Θ ’。一旦接收到该指令，移位机构34将由反射面32反射的毫米波的反射角改变为初始角Θ ’，以便其中图像由从放射体3放射的毫米波形成的区域与其中 毫米波传感器22被放置的区域对准(参见图6)。当在上述sllO中将反射角改变为初始角时，在毫米波线传感器60中布置的毫米波传感器22中，获得基准毫米波传感器的探测值(sl20)，所述探测值即为指示从放射体3放射的毫米波的信号电平的探测值。接着，基于在上述S120中获得的探测值，确定指定为用于在之后的步骤中计算校正值的基准的基准探测值(s 130 )。然后，基于在上述sl30中确定的基准探测值，确定用于校正探测值的校正值(sl40)，并且，该值被设置为校正值(sl50)。接着，初始化扫描控制，其中，反射器30中提供的反射面32的反射角在恒定的角度范围Θ ”内被重复地和连续地改变(S160)。在该步骤中，指令被提供至反射器30的移位机构34以连续地改变由反射面32反射的毫米波的反射角。一旦接收该指令，移位机构34开始在恒定的角度范围Θ ”内连续地和重复地改变由反射面32反射的毫米波的反射角。因此，通过毫米波线传感器60对观察区域100的扫描被实施。应当注意，在该步骤中反射角被在其内改变的角度范围Θ”被预先设置，以便其中物体的图像由被透镜天线10捕获的毫米波形成的图像形成区域与其中毫米波传感器22被放置的区域对准。接着,确定物体的成像是否应当继续(sl70)。如果确定成像应当继续(sl70 :是)，分别获得由毫米波线传感器60的毫米波传感器22探测的探测值(sl80)。接着，在上述S180中获得的探测值被分别基于已在该点设置的校正值校正(sl90)。以每个被校正的探测值表示的像素信息被指定为与已探测到探测值的毫米波传感器22的位置对应的像素的信息。通过布置以各个像素信息表示的像素(以像素信息表示的浓度的像素)生成物体图像的一行(s200)。如上生成的物体图像被存储在存储适当行的图像的图像存储器的存储区域中。继s200之后，以与sl20中相同的方式从基准毫米波传感器22获得探测值(s210)，并且，该过程返回sl40。当在上述sl70中确定成像应当结束时(sl70 :否)，本成像过程结束。(3)技术效果、优点在上述毫米波成像设备2、5中，从放射体3放射的毫米波由基准毫米波传感器22接收，并且由基准毫米波传感器22探测的探测值与基准探测值之间的误差被确定为校正值以校正由对应毫米波传感器探测的探测值(图3、图5中的sl20-s210)。由于放射体3被置于观察区域100中以放射被指定为基准的毫米波，如果，例如，观察区域100中的温度增加，以毫米波生成的热噪声变得更大。因此，由基准毫米波传感器22探测的探测值也变得更大。换句话说，由于由基准毫米波传感器22探测的探测值与基准探测值之间的误差对应于观察区域100的温度变化而波动，通过使用该误差作为校正值以校正由对应毫米波传感器22探测的探测值，可以从各个探测值中移除观察区域100中的温度变化的影响。例如，在这种情况下，观察区域100中的温度增加，并且根据由对应毫米波传感器22探测的探测值确定的像素成分，全部显示最大值(或者最小值)，对应于温度变化确定的误差被从这些值中减去(或者被加至这些值)。结果，这些值被校正为适当的探测值。如果物体图像基于如上校正的探测值生成，则不论观察区域100中的温度变化如何，物体图像可以是清晰的，并且像素之间的对比度被适当地保持。此外，在上述实施方式中，被指定为用于设置校正值的基准的基准探测值，可以在每当初始化图像形成过程时设置(图3、图5中的sl20)。因此，如果当观察区域100中的温度足够低的时候初始化图像形成过程，当以毫米波放射的热噪声小的时候探测的探测值可以被设置为基准探测值。(4)变形例上面已经说明了根据本发明的实施方式。然而，本发明并不限于上述实施方式，并且，可以以本发明技术范围内的各种方式执行。例如，在上述实施方式中，构成为“基准探测值”在图像形成过程中进行设置。可选地，在其中像素之间的对比度被适当地保持的状态下探测的探测值可以被设置为固定的“基准探测值”。此外，在上述实施方式中，构成为“基准探测值”在初始化图像形成过程之后立即设置(图3、图5中的sl20)。然而，设置“基准探测值”的时刻并不限于该时刻，而可选的是，例如当用户执行特定操作时。( 5 )本发明的对应关系在上述实施方式中，图3、图5中的s200对应于由图像形成装置实施的图像形成步骤的例子；在这些图中的sl40和sl50分别对应于校正值确定步骤和校正值设置步骤的例子；在这些图中的sl90对应于由探测值校正装置实施的校正步骤的一个例子；在这些图中的sl20、sl30分别对应于由基准设置装置实施的探测值获得步骤和基准探测值确定步骤 的例子；以及，图5中的sll0、sl60对应于由反射角改变装置实施的反射角改变步骤的一个例子。
权利要求
1.一种毫米波成像设备，包括 透镜天线，对于观察区域，所述透镜天线捕获毫米波并且形成物体图像，所述毫米波从所述观察区域放射，所述观察区域是被指定为观察目标的区域，在所述观察区域的一部分中布置有放射被指定为基准的所述毫米波的放射体； 毫米波传感器组，其由一个以上的毫米波传感器组成，所述一个以上的毫米波传感器被布置于所述透镜天线所捕获的所述毫米波形成所述物体图像的图像形成区域中，并且所述毫米波传感器中的每一个都输出对应于所接收的所述毫米波的信号电平的探测值；图像形成装置，其生成所述物体图像，所述物体图像基于从所述一个以上的毫米波传感器输出的每一个所述探测值，并且通过配置对应于所述探测值的成分的像素而形成；校正值设置装置，其设置对于所述各个毫米波传感器的校正值，所述校正值为所述一个以上的毫米波传感器中被指定为接收从所述放射体放射的所述毫米波的基准毫米波传感器所探测的探测值与预定的基准探测值之间的误差；以及 探测值校正装置，在由所述图像形成装置实施的所述物体图像的形成之前，其通过所述校正值设置装置所设置的所述校正值校正由所述一个以上的毫米波传感器中的每一个探测的所述探测值。
2.根据权利要求I所述的毫米波成像设备，进一步包括基准设置装置，其将由所述基准毫米波传感器在预定时机探测的所述探测值作为所述基准探测值进行设置， 其中，所述校正值设置装置将所述基准毫米波传感器所探测的所述探测值与所述基准设置装置所设置的所述基准探测值之间的所述误差作为对于所述各个毫米波传感器的校正值进行设置。
3.根据权利要求I或者权利要求2所述的毫米波成像设备， 其中，所述毫米波传感器组被构成为线传感器，其中，在所述图像形成区域中多个毫米波传感器被布置成一行，并且所述线传感器根据所述毫米波传感器所接收的所述毫米波，输出与所述物体图像的一行对应的探测值， 所述毫米波成像设备进一步包括 反射器，其具有反射由所述透镜天线捕获的所述毫米波以将所述毫米波引导至所述毫米波传感器组的反射面；以及 反射角改变装置，其依次改变所述反射面的反射角，使得沿着与所述毫米波传感器被放置的方向相交的方向，将由所述反射器的所述反射面所反射的所述毫米波形成的所述物体图像的所述图像形成区域移位，以便所述毫米波传感器组顺序输出与对应于所述反射面的所述反射角的所述物体图像的一行对应的一组探测值，作为与所述物体图像的一行对应的探测值， 其中，每当所述一组探测值从所述毫米波传感器组输出时，所述图像形成装置便生成其中与所述一组探测值中的各个探测值对应的参数的像素被排列成一行的物体图像的一行。
4.一种毫米波成像系统，包括 放射体，其布置于被指定为观察目标(观察区域)的区域中，并且放射在所述观察区域的一部分中被指定为基准的毫米波；以及 根据权利要求I至3之一所述的毫米波成像设备。
5.根据权利要求4所述的毫米波成像系统，其中，所述放射体由热噪声源或者消波器制成，所述热噪声源生成待被指定为基准的热噪声。
6.一种程序，其使得计算机作为根据权利要求I至3之一所述的所有装置工作。
全文摘要
一种毫米波成像设备，包括透镜天线，其捕获从观察区域放射的毫米波并且形成物体图像；毫米波传感器组，每个输出对应于由透镜天线捕获的毫米波的信号电平的探测值；图像形成装置，其基于从毫米波传感器中的每一个输出的探测值生成物体图像；校正值设置装置，其设置对于各个毫米波传感器的校正值，所述校正值为由被指定为接收从放射体放射的毫米波的基准毫米波传感器探测的探测值与预定基准探测值之间的误差；以及探测值校正装置，在由图像形成装置实施的物体图像的形成之前，其通过由校正值设置装置设置的校正值校正由毫米波传感器中的每一个探测的探测值。
文档编号G01V3/12GK102713670SQ20108005663
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者佐藤弘康, 山田康太, 平井晴之, 新仓广高, 松崎智彦, 植村顺, 武田政宗, 水野皓司, 泽谷邦男, 长谷川毅, 高桥顺一 申请人:国立大学法人东北大学, 马斯普罗电工株式会社