毫米波太赫兹成像设备及物体识别分类方法与流程

本公开涉及安检，特别是涉及一种毫米波太赫兹成像设备，以及利用上述毫米波太赫兹成像设备对物体进行检测以进行物体识别分类的方法。

背景技术：

1、在现有的被动式毫米波太赫兹成像类似于光学摄像，利用一个两二维的阵面(每个阵元的探测器(或者辐射计，或者、检波器，可以或者是直接检波也可以是、间接检波)对应一个像素，由阵列形式的阵元构成一个阵面)，对目标视场形成凝视，不需要扫描，可实现实时成像。

2、考虑到毫米波太赫兹探测器的成本，完全采取二维焦平面直接成像方式将导致整个系统成本十分昂贵。所以，在实际应用中为了同时兼顾系统成本和成像速率的要求，针对二维成像，当前的主流系统均采用一定数量的辐射计加上机械扫描的方式实现对整个视场的扫描覆盖，通过牺牲成像时间来减低少对探测器数目的需求，从而降低整个系统的成本。

3、现有的基于焦平面成像的被动式毫米波太赫兹成像安检装置无论是采用辐射计的直接探测还是外差法的间接探测，都只能通过可疑物(如手机、钞票、刀具、手枪等)与人体之间的温度差显示可疑物的图像形状，进而确定人体是否携带可疑物，而无法对可疑物进行物体识别。通常人体体表温度比可疑物高，在成像灰度图像上显示人体是白色，而可疑物是黑色。通常，无论是机器识别还是人工识别，均无法将类似形状和大小的皮带扣、手机、金属块、介质块和纸币等进行物体识别。

4、另外目前被动式人体安检转置的分辨率(物方向)一般只有2-3cm，这个分辨率对于通过大小和形状进行物体分类和物体识别是不完善的。

技术实现思路

1、本公开的目的在于解决上述技术问题中的至少一个方面，提供一种毫米波太赫兹成像设备及其利用该设备进行的物体识别和分类方法。通过该毫米波太赫兹成像设备能够在不对人体产生有害辐射的基础上，识别出物体以对物体进行分类，且识别到的物体的大小能够达到毫米级的结构。

2、在根据本公开的一个方面中，提供一种用于对被检对象进行安全检查的毫米波太赫兹成像设备，其包括聚焦透镜，微极化片阵列、探测器阵列和图像处理装置，其中

3、所述聚焦透镜设置在被检对象和所述微极化片阵列之间，且被构造为将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波聚焦在所述探测器阵列上；

4、所述微极化片阵列设置在所述探测器阵列的朝向所述聚焦透镜的一侧且设置为靠近所述探测器阵列；

5、所述探测器阵列设置在所述聚焦透镜的焦平面上，且被构造为将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；以及

6、所述图像处理装置设置于所述探测器阵列的远离所述微极化片阵列的一侧，且被构造为处理所述极化图像以对被检对象进行识别分类。

7、根据本公开的一个实施例，所述微极化片阵列包括多个微极化片，所述多个微极化片中的每个微极化片被完全极化或部分极化或不被极化。

8、根据本公开的另一个实施例，所述探测器阵列包括多个感波单元，多个感波单元的数量与多个微极化片的数量相同，所述探测器阵列上的每个感波单元的位置与所述微极化片阵列上的每个微极化片的位置相对应。

9、根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列为一维阵列，所述探测器阵列为一维阵列，所述一维微极化片阵列包括线性排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为n*1的微极化片阵列，其中n为正整数，且n≥3，且每个宏像素单元包括至少n-1个不同的极化角度。

10、根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列为二维阵列，所述探测器阵列为二维阵列，所述二维微极化片阵列包括在二维平面上排列的多个宏像素单元，其中每个宏像素单元为m1*m2的微极化片阵列，其中m1，m2为正整数，且m1，m2≥2，且每个宏像素单元包括至少n-1个不同的极化角度，其中n＝m1*m2。

11、根据本公开的另一个实施例，每个宏像素单元的n个微极化片包括如下方式中的至少一种：n个线极化微极化片；n-1个线极化微极化片和一个圆极化微极化片；n-1个线极化微极化片和一个无极化微极化片；n个部分极化微极化片。

12、根据本公开的另一个实施例，n个线极化微极化片的极化角度分别为deg1、deg2、deg3、…degn，其中

13、

14、其中i为小于等于n的正整数。

15、根据本公开的另一个实施例，n-1个线极化微极化片的极化角度分别为deg1、deg2、deg3、…degn-1，其中

16、或

17、其中i为小于等于n-1的正整数；

18、其中，圆极化包括左旋圆极化和右旋圆极化中的至少一种。

19、根据本公开的另一个实施例，部分极化微极化片包括一部分被线性极化且其他部分未被极化的微极化片，或者一部分被圆极化且其他部分未被极化的微极化片。

20、根据本公开的另一个实施例，极化角度是固定的或可调的。

21、根据本公开的另一个实施例，毫米波太赫兹成像设备还包括毫米波太赫兹辐射源，其用于向被检对象辐射毫米波太赫兹波。

22、根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列为一维阵列，所述探测器阵列为一维阵列，所述毫米波太赫兹成像设备还包括设置在被检对象和聚焦透镜之间的光路中的可旋转扫描反射镜。

23、根据本公开的另一个实施例，所述可旋转扫描反射镜能够旋转以在一个特定旋转角度将被检对象上的特定部位成像在一维探测器阵列的特定感波单元上。

24、根据本公开的另一方面，提供一种使用根据本公开的第一方面的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法，包括：

25、通过所述聚焦透镜，使得被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波透过所述微极化片阵列且聚焦在所述探测器阵列上；

26、通过所述探测器阵列，将透过所述微极化片阵列的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；

27、利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像；

28、基于获得的高分辨率极化图像，利用自动识别算法进行物体识别分类。

29、根据本公开的一个实施例，所述微极化片阵列和所述探测器阵列均是二维阵列。

30、根据本公开的另一个实施例，所述微极化片阵列包括多个宏像素单元，每个宏像素单元包括n个微极化片，n个微极化片具有至少n-1个极化角度，所述探测器阵列包括与微极化片数量相等且位置对应的感波单元(n为大于等于4的正整数)，其中，利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像的步骤包括：

31、s1：在探测器阵列获得的极化图像中，从多个感波单元所对应的像素点中提取n幅低分辨率极化图像，每幅低分辨率极化图像具有一个极化角度且包括具有一个相同极化角度的所有像素点；

32、s2：估算出极化阵列中极化角度位置处像素的无极化强度数据，得到一幅高分辨率无极化图像，高分辨率无极化图像的分辨率与微极化片阵列的大小相等，以及

33、在将高分辨率无极化图像的各个极化单元中，通过估算出来的无极化强度数据求平均值，该平均值作为具有相应极化角度的各个极化单元的无极化强度数值，对整个阵列范围内进行同样的处理，即得到n幅低分辨率无极化图像；

34、s3：将经过步骤s1得到的n低分辨率图像和步骤s2处理得到的低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到n幅不同极化角度的中间图像，然后再在得到的n幅中间图像中分别减去低分辨率无极化图像，即得到n幅低分辨率极化差图像；

35、s4：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤s3得到的n幅低分辨率极化差图像进行处理，得到n幅相对应的高分辨率极化差图像；以及

36、s5：将步骤s4得到的n幅高分辨率极化差图像与步骤s2得到的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到n幅高分辨率极化图像。

37、根据本公开的另一个实施例，利用所述图像处理装置处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像的步骤还包括：s6:针对在步骤s5中得到的具有极化信息的高分辨率极化图像进行超分辨率图像处理算法提高分辨率。

38、在根据本公开的毫米波太赫兹成像设备和利用该设备进行的物体识别分类的方法中，通过设置一维或二维微极化片阵列，能够获得被检对象的极化图像。该极化图像通过图像处理设备处理之后，能够获得高分辨率的带有极化信息的图像。极化成像技术不仅能够探测到物体表面的结构信息，如粗糙度和纹理，还能够探测物体表面的电导率、折射率等信息，这种方案比现有的被动式太赫兹成像仪(只能探测到物体表面强度信息)提供了更多的信息，这些信息对物体分类和物体识别是非常有用的。通过获取的极化信息，例如材料不同表面纹理，粗糙度，折射率，电导率等，能够对类似形状和大小的可疑物进行辨别，也就是进行识别和分类。此外，根据本公开的毫米波太赫兹成像设备可识别的物体大小能够缩小到毫米级别。