一种开放通道式毫米波安检装置的制作方法

本实用新型属于安检技术领域，具体涉及一种开放通道式毫米波安检装置。

背景技术：

随着大型公共场所人流量及恐怖活动的急剧增加，人体安检的需求日益增长。但目前在机场、车站等公共场所对人体广泛使用的安全检测手段主要还是金属探测器、离子谱仪和x光检测仪。金属探测器只能检测到人体携带的金属物品，离子谱仪主要用于检测人体是否携带爆炸物，x光检测仪主要用于对随身携带的行李物品等进行检测，无法对人体进行探测。因此，新型安全可靠快捷的人体安检技术研究得到了广泛地重视。其中毫米波及太赫兹波技术近年来逐渐成为研究热点，被应用到人体安检领域。毫米波及太赫兹波本身光子能量低，对人体几乎没有危害，对纺织品、皮革等材料有较好的穿透性，易于得到更高的空间分辨率。

针对此应用趋势，申请号为201710778390.9的专利文献中公开了一种主动式太赫兹安检成像方法及系统，该文献中采用以太赫兹源主动发射太赫兹辐射、带状聚焦波束一维扫描、线性阵列太赫兹探测器接收的模式，完成整个目标平面的照射与扫描，达到对目标成像和检查的目的。但是该方法和系统所需探测器数量很多，由于目前太赫兹器件价格昂贵，因此系统成本极高，难以推广。为此申请号为201610262003.1的专利文献中公开了一种三维全息成像的安检系统及方法，该专利申请中提出了一种采用旋转扫描方式的毫米波安检系统及方法，该方案中采用毫米波天线阵列旋转扫描的方式对待检人体实现三维成像，达到对目标成像和检查的目的。虽然降低了探测单元成本，但是该方法和系统存在的缺点也非常明显，例如采用旋转扫描的方法耗费时间，产生令人不适的噪音，用户体验极差。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种开放通道式毫米波安检装置，结构简单，且安检效率高。

本实用新型的技术方案为：一种开放通道式毫米波安检装置，包括：

控制模块；

安检通道，呈“l”型布置，包括入口和出口；

毫米波安检装置，用于对待检人员进行安检；

信号采集处理模块，接收毫米波安检装置的探测信号，并对探测信号进行处理；

成像显示模块，受控于控制模块且与信号采集处理模块连接，并对信号采集处理模块处理后的信息进行图像重构合成三维图像，并针对不同对象进行区别显示；

自动识别模块，与成像显示模块连接，可获取成像显示模块显示的图像数据信息，并对图像数据信息进行人工智能运算，自动进行违禁物品判断提示。

所述毫米波安检装置包括对应设置于“l”型转角处的两个平板结构、设置于平板结构内的线阵扫描单元以及驱动线阵扫描单元沿平板结构上下移动的机械驱动装置，所述线阵扫描单元包括主体、阵列布置于主体上的多个毫米波源以及阵列布置于主体上的多个毫米波探测器。

作为优选，所述安检通道还包括用于待检人员站立的金属探测板，所述金属探测板与自动识别模块连接，且将探测信号发送至自动识别模块，所述自动识别模块对探测信号进行运算处理，自动进行是否存在金属物品的判断提示。

作为优选，所述机械驱动装置包括竖直设于平板结构内的运动轨道、传动机构及连接传动机构的驱动电机；线阵扫描单元滑动连接于运动轨道上。

作为优选，还包括具有身份识别模块的复合闸机。

作为优选，所述毫米波源和毫米波探测器间隔排列成周期互质稀疏阵列结构，所述毫米波源的个数为n1，所述毫米波探测器的个数为n2，阵列周期长度为d，其中，n1和n2互质，毫米波源的阵元间距为d/n1，毫米波探测器的阵元间距为d/n2，根据公式(1)可计算得到稀疏度a，

α＝2n1n2/(n1+n2)(1)。

作为优选，所述毫米波源的频段为26.5ghz～1000ghz。

作为优选，所述安检通道包括两个出口，两个出口分别为供安检合格的待检人员通过的安检出口和供安检不合格的待检人员通过的复检出口。

上所述的开放通道式毫米波安检装置的安检原理如下：

(a)准备进入：待检人员进入安检通道内；

(b)运行扫描：待检人员自由前进过程中，控制模块控制与待检人员正面相对的平板结构内的机械驱动装置运动，带动线阵扫描单元上下移动，其毫米波源发出的毫米波扫描待检人员)，待检人员反射或散射的毫米波信号由毫米波探测器所接收，最终实现了对人体的正面全身的毫米波扫描成像；待检人员经过“l”型拐角之后，其背部相对的平板结构同样完成上述动作，最终实现了对人体的背面全身的毫米波扫描成像；

(c)图像合成：完成上述步骤(b)后，成像显示模块对信号采集处理模块(5)处理后的所有信号进行合成，拼接成待检人员正反两面的全景图像，进而由成像显示模块合成待检人体三维图像，针对不同对象进行区别显示；

(d)自动识别：根据获得图像进行人工智能算法处理，与违禁品的标准图像数据库进行对比，通过自动识别模块给出识别的信息及安全提示。

本实用新型中信号处理模块、成像显示模块以及自动识别模块均可采用现有常规的结构形式，其中算法也可以采用现有常规算法进行处理，例如采用yolo算法框架对全景图像进行人工智能算法训练及检测识别处理。(c)中，通过信号采集处理模块，将线阵扫描单所获得的信号进行处理方式为采用时域后向投影成像算法。直接将原始数据投影到最终成像平面上，无须定位运算，所得图像为真实三维空间位置的散射强度，便于后续的合成操作，同时避免了采用近似为均匀线性阵列进行计算的误差，对阵列结构没有要求，适合在大稀疏度的互质周期阵列中应用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)本实用新型的线阵扫描单元中的毫米波源向待检人员发射信号，通过线阵扫描单元的毫米波探测器接采集信号，对信号进行采集、处理、建模及自动识别，检测的准确，速度快，效率高。

(2)本实用新型通过机械扫描装置带动线阵扫描单元上下移动，实现全身扫描成像，而且所需部件少，使用灵活，还能适应不同高度待检人员的检测，而且采用合成孔径成像原理，保证了成像精度。

(3)本实用新型采用合理舒适的开放通道式安检系统，实现安检全自动化，操作简单，用户无需过多提示及转身动作，能顺利流畅完成全身扫描，极大地提高了用户体验及通过率；且采用稀疏阵结构降低了系统成本，对毫米波安检技术的发展和推广有重要意义；再者，采用平动式扫描，机械结构简单，制造成本低；能在现有的机械结构上进行改进，节能、环保。

(4)本实用新型可有效完成公共场合对人体的安检工作，并且在尽量降低误检率、漏检率的前提下，很好地保障了待检人员的尊严，而且检测成本低，安检信息采集全面，检测准确性高，特别适合在各种安检应用场景进行推广。

(5)本实用新型中待检人员无需转身环节，即能完成人体正面背面的扫描成像，避免了转身环节，保证了安检的流畅性，极大提高了通行率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的电路原理图；

图3为本实用新型实施例1的线阵扫描单元结构图；

其中，隔离带11、入口12、安检出口131、复检出口132；检测区；平板结构21和22；线阵扫描单元3、毫米波源31、毫米波探测器32、主体33；机械驱动装置4、传动机构41、运动轨道42、驱动电机43；信号采集处理模块5；控制模块6；成像显示模块7；自动识别模块8；金属探测板9；复合闸机10；待检人员100。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

本实施例开放通道式毫米波安检装置包括安检通道、平板结构的毫米波安检装置、信号采集处理模块5、控制模块6、成像显示模块7、自动识别模块8。

本实施例中安检通道为开放空间，为待检人员提供良好舒适的安检环境。安检通道包括隔离带11、一个入口12及两个出口。所述安检通道内形成检测区，检测区用于待检人员100自由通行。如果场地空间允许，所述出口可以设置成两个，包括安检出口131和复检出口132，安检出口131供安检合格的待检人员通过，复检出口132供安检不合格的待检人员通过，再进行人工复查。而在其他实施例中，所述出口也可以是一个或者是两个以上。

本实施例中毫米波安检装置包括对应设置于“l”型转角处的两个平板结构21和22、设置于平板结构21和22内的线阵扫描单元3以及驱动线阵扫描单元3沿平板结构上下移动的机械驱动装置4平板结构2内部空心，该平板结构2一面能透毫米波，即平板结构2由对毫米波高透过率的材料制作而成。所述线阵扫描单元3设于平板结构2内，平板结构2的尺寸、形状可根据需要设计。

本实施例中平板结构2包括两块，分别为安检入口12所对的平板结构21及安检出口所对的平板结构22。

其中，线阵扫描单元3包括多个毫米波源31、多个毫米波探测器32及主体33。该毫米波源31和毫米波探测器32间隔排列成稀疏阵列结构安装于主体33上。所述毫米波源31和毫米波探测器32的数量可根据需要设置。所述主体33具有具有朝向待检区1a的四周分布。所述主体33的前面和后面均设有毫米波源31和毫米波探测器32。且毫米波源31和毫米波探测器32在主体33的前面和后面上均呈间隔排列成阵列结构。本实用新型采用多级倍频的方式获得稳定可靠的毫米波源，通过混频天线耦合发生及接收毫米波，通过毫米波探测器完成信号探测，保证了主动式毫米波检测的稳定性。

本实施例中毫米波源31和毫米波探测器32间隔排列成周期互质稀疏阵列结构，具体排列方式为：毫米波源31个数为n1，毫米波探测器32个数为n2，阵列周期长度为d，则n1n2互质，毫米波源31的阵元间距为d/n1，毫米波探测器32的阵元间距为d/n2。

例如在本实例中，线阵扫描单元3采用周期互质稀疏阵列结构排列，包括三个阵列周期，主动发射毫米波的毫米波源31和接收毫米波信号的毫米波探测器32数目比例为5:6，保证了互质，根据公式(1)计算得到稀疏度，

α＝2n1n2/(n1+n2)(1)；

上述比例为5:6时，计算得到其稀疏度达到5.56，即总共采用了15个毫米波源41和18个毫米波探测器42，合计33个实际元件，间隔一定距离分立周期排列，组成稀疏阵结构，等效于180个探测元件，在保证成像质量的前提下，大大降低器件成本。

本实施例中线阵扫描单元3所获得的信号进行处理，采用时域后向投影(backprojection，bp)成像算法，直接将原始数据投影到最终成像平面上，无须定位运算，所得图像为真实三维空间位置的散射强度，便于后续的合成操作，同时避免了采用近似为均匀线性阵列进行计算的误差，对阵列结构没有要求，适合在大稀疏度的互质周期阵列中应用。

本实施例中机械驱动装置4设于平板结构内，机械驱动装置4连接线阵扫描单元3，并能驱动线阵扫描单元3沿平板机构上下移动。该机械驱动装置可为气缸等升降结构，但是在本实施例中，所述机械驱动装置4包括传动机构41、运动轨道42及驱动电机43。运动轨道42竖直设于平板结构内，驱动电机43连接传动机构41。线阵扫描单元3可升降设于运动轨道42上，所述传动机构41连接驱动电机43。该传动机构41选用现有结构，如传动带、链条等。机械驱动装置4中的驱动电机43驱使传动机构41运动，由此带动线阵扫描单元3实现垂直方向上的上下扫描运动。

另外，线阵扫描单元3中具有稀疏阵结构的毫米波源31发出的毫米波扫描待检人体，实现了对人体全身的毫米波扫描成像。在本实例中，对人体进行检测时，每个时刻线阵扫描单元3对一部分区域进行检测与成像算法处理，通过合成孔径雷达全息成像的原理对接收的毫米波成像，避免光学成像所需的光学聚焦处理。

另外，信号采集处理模块5连接毫米波探测器32，信号采集处理模块5能采集和处理毫米波探测器32信号。控制模块6连接机械驱动装置4。所述控制模块6选用现有的控制器。控制模块6可方便控制上述多个模块的协调工作。

另外，成像显示模块7连接信号采集处理模块5，并对处理后的信号进行图像重构合成三维图像，并针对不同对象进行区别显示，以适应不同工作需求。该成像显示模块7连接控制模块6。在本实例中，通过毫米波探测器32完成信号探测，所述信号采集处理模块5对此信号进行处理，然后转换为可供后续算法处理的分段局部图像信号。所述成像显示模块7将上述信号采集处理模块5所成的不同时刻局部图像进行合成即可得到完整的目标图像。

在本实例中，成像显示模块7将合成的全景图像进行显示。一般情况下，最好可以采用两路显示输出，其中一路输出至安检人员控制台，其中包括全部成像信息，以便安检人员可以全方位查看待检人员成像信息，做多角度分析处理。另外一路输出至外部显示设备，供公共环境观看显示。此路信号考虑到保护个人隐私问题，采用卡通人物形象模拟显示，只对相关检测物体做区域提示处理。

本实施例中，自动识别模块8连接成像显示模块7，自动识别模块8对获取图像数据进行人工智能运算，自动进行违禁物品判断提示，防止人工检测的疏漏。另外，所述检测区内设有金属探测板9，该金属探测板9用于待检人员100站立，该金属探测板9连接自动识别模块8。

在本实例中，所述自动识别模块8用来对合成的全景图像进行人工智能计算，进而与违禁品图像数据库进行对比，对其危险程度进行自动识别和提示，防止人工检测的疏漏，做到万无一失。如果个别物品自动识别有困难，将可以提示安检人员进行人工复检。

在本实例中，金属探测板的检测结果也能直接和安检服务器相连，自动提示脚底金属检测情况。

在本实例中，入口12可增加具有身份识别功能的复合闸机10，待检人员100可通过刷身份证件的方式自主进入开放安检通道。

本实施例通过更改毫米波源31的输出电磁波频率后能同样适用于太赫兹波成像安检领域。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。