基于共轭电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统及方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及安防检测系统领域，具体涉及一种基于共辄电磁收发阵列宽频探测及 可视显示安检系统及方法。
【背景技术】：
[0002] 金属安检系统用来检查人身体上隐藏的金属物品，如枪支，管制刀具等，广泛应用 于机场、车站、法院、大型会议会场等人流较大的公共场所。在这些场所，人员众多，经常会 有不法分子携带刀枪等违禁物品伺机作案，从而造成重大的人员伤亡和财产损失，给社会 造成极其恶劣的负面影响。而金属安检系统是最有效的工具之一，它已广泛应用于机场等 重要的安全设施里，是经过长时间的实践检验、行之有效的安防工具之一。然而现有的金属 安检系统存在以下一些问题：
[0003] 第一，现有的金属安检系统，无论是数字的还是模拟的，均会受外部环境的干扰和 系统内部直达磁信号的干扰，导致系统检测会存在误检和漏检。现行安检系统的传感器由 发射线圈和电磁接收器件组成，它既可以向外部环境发射电磁波，同时也可以接收外部环 境产生的电磁波。外部环境产生电磁波的设备有很多，如高压线、大型的电机、电焊机、中频 炉、对讲机、以及相邻的其它安检系统等会向外辐射电磁场，这些磁场会干扰、影响安检门 的正常探测。另外，由于发射线圈和电磁接收器件距离很近，因此电磁接收器件会接收到直 接来自于发射线圈的电磁信号，即直达磁信号。该直达磁信号强度大，对感生磁信号的接收 造成干扰。
[0004] 第二，现有的金属安检系统所发射的信号所携带的信息量不够大。从发射的电磁 信号的模式来讲，现有的金属安检系统产品主要发射正弦波或脉冲波，有一些专利则提出 利用步进扫频正弦信号进行探测（如专利200710123855. 3)。根据香农信息论，信号携带的 信息量与信号持续时间、信号带宽有关，信号持续时间越长、带宽越宽，携带的探测信息越 丰富。而脉冲波时域持续时间非常短，受发射硬件器件的影响，其实际频带也较窄，因此从 理论上来说不利于探测信息的携带，易于受噪声影响。而正弦波，带宽极窄，也不利于信息 的携带。扫频信号是频点离散的一组正弦信号，携带信息的能力不及连续变频信号。
[0005] 第三，现在的安检门系统，当人通过并探测到金属物品时，会发出警报声，而没有 可视化的界面，无法得知金属物品的具体位置。
[0006]总之，现有的金属安检门系统存在抗干扰能力差、检测精度较低、非可视化等问 题。
【发明内容】
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[0007] 为克服现有金属安检门系统抗干扰性较差、检测精度较低、非可视化等问题，本发 明提出一种基于共辄电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统及方法，使用共辄电磁收 发阵列实现宽频电磁探测信号发送、无干扰或者低干扰磁信号接收，利用数字化信号处理 方法进行被探测目标轮廓提取和探测数据的分析，并以彩色可视化界面显示，实现方便、快 速、准确的安检系统。
[0008] 根据麦克斯韦方程，线圈中的交变电流会产生交变磁场。金属导体受交变电磁场 激励时，在金属导体中产生涡流电流，而该电流又发射一个与原磁场频率相同但方向相反 的磁场，称为二次磁场或者感生磁场，通过检测该磁场的方向和强度就可以反演出金属导 体的位置、属性和大小等。
[0009] 根据安培定律，如果两个形状完全相同的线圈中经过方向相反的交变电流，通过 调整线圈中宽频交变电流的大小，使得在它们的几何中心处产生的磁场方向相反，大小相 同，叠加后磁场强度为零。如果将磁感应元件放置在它们的几何中心位置，而空间中又有其 它金属导体时，那么该磁感应元件接收到的磁信号是金属导体受交变磁场激发的感生磁信 号，而不受线圈发射的直达磁信号的干扰。
[0010] 同时，在两个线圈的几何中心面以及几何中心面的邻域，磁场互相削弱，叠加后磁 场较弱；如果将磁感应元件放置在两个线圈的几何中心面以及几何中心面的邻域，而空间 中又有其它金属导体时，那么该磁感应元件在接收到金属导体的感生磁场的同时，也会受 到线圈发射的直达磁信号的干扰，但是该干扰很小。基于上述原理，本发明提出了一种基于 共辄电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统及方法。
[0011] -种基于共辄电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统，包含安检探测前端、 数据处理后台和支撑架。安检探测前端与数据处理后台通过有线或者无线的数据传输技术 进行数据的传输。支撑架用于固定安检探测前端。
[0012] 一种基于共辄电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统及方法，通过安检探测 前端的共辄电磁收发阵列来进行宽频交变磁信号的发送和感生磁信号的接收。共辄电磁 收发阵列是由多个共辄电磁收发单元组成的阵列，多个共辄电磁收发单元被固定在支撑架 上，排列方式可依据具体的应用需求而定。例如，对于安检门系统，支撑架是门框，共辄电磁 收发单元沿着门框边缘紧密排列形成阵列。
[0013] 上述共辄电磁收发单元包含共辄电磁发送单元和定向磁接收阵列。
[0014] 上述共辄电磁收发单元的共辄电磁发送单元由若干对共几何中心的共辄电磁发 送对组合得到。所述共辄电磁发送对是指：在两个几何形状完全相同的线圈芯上分别绕有 线圈，线圈的缠绕方式完全相同，线圈中电流接入的极性相反，使得两个线圈中的电流方向 一个为顺时针，另一个为逆时针。所述共辄电磁发送对也可以是在两个几何形状完全相同 的线圈芯上分别绕有线圈，线圈的缠绕方式完全相反，线圈中电流接入的极性相同，使得两 个线圈中的电流方向一个为顺时针，另一个为逆时针。线圈芯可以为铁或铁镍或硅钢片等 磁导率较高的材料所制。根据安培定律，如果没有其他磁场源，只要上述共辄电磁发送对的 两个线圈中的电流大小相同，那么在两个线圈的几何中心处，磁场强度为零；在两个线圈的 几何中心面及几何中心面的邻域内，磁场较弱。如果空间中有其他的磁场源，那么通过调整 共辄电磁发送对两个线圈中的电流，能够使得在它们的几何中心处的电磁强度为零；此时， 在两个线圈的几何中心面以及几何中心面的邻域内，磁场较弱。
[0015] 上述共辄电磁收发单元的定向磁接收阵列，包含多个定向磁接收单元，按照实际 应用需求，将多个定向磁接收单元布置在上述共辄电磁发送单元的磁信号为零或较弱的位 置，比如，如果共辄电磁发送单元仅包含一对共辄电磁发送对，那么将定向磁接收单元放置 在共辄电磁发送对的几何中心处，另外，还可布置若干个定向磁接收单元在共辄电磁发送 对的几何中心面，布置少量定向磁接收单元在共辄电磁发送对几何中心面的邻域内。如果 共辄电磁发送单元包含多对共几何中心的共辄电磁发送对，那么将定向磁接收单元放置在 共辄电磁发送对的几何中心处，另外，还可布置若干个定向磁接收单元在共辄电磁发送单 元的几何中心线，布置少量定向磁接收单元在共辄电磁发送单元几何中心线的邻域。定向 磁接收单元可通过支架固定，支架的材料应选择不影响磁场的非金属。
[0016] 上述定向磁接收阵列的定向磁接收单元，接收磁信号并转换为电信号，其特征在 于由多个磁感应元件和一个金属磁场屏蔽罩组合而成，磁感应元件可以是磁敏元件或者线 圈或者其它磁感应元件。多个磁感应元件组成全向磁场接收单元，能获得空间中所有方向 的磁场矢量。如果采用三个磁敏传感器，则三个磁敏传感器需要放置在空间中互相垂直的 三个方向上，以使得组成的磁场接收单元可以接收到空间中所有方向的磁场矢量。在上述 全向磁场接收单元的某个面添加一个金属磁场屏蔽罩，使得在某个方向的磁场被屏蔽，而 只能接收来自于屏蔽罩以外其他方向的磁场，得到定向磁接收单元。在实际应用中，定向磁 接收单元的金属屏蔽罩应该放置在远离检测目标的一侧，比如安检门系统中，定向磁接收 单元的金属屏蔽罩应该放置在靠近门外边框的一侧。
[0017] 所述的基于共辄电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统的安检探测前端包 括共辄电磁收发阵列、图像采集装置、数据传输模块、数据处理模块和电流控制模块。数据 传输模块与数据处理模块相连，数据处理模块与电流控制模块相连，而电流控制模块又与 共辄电磁收发阵列、图像采集装置相连。
[0018] 安检探测前端的图像采集装置用于采集被检测目标的图像，即是摄像头。摄像头 应该安装在支撑架上能够拍摄到被检测目标全貌的位置上，例如安检门的顶部，可以拍摄 到通过安检门的人员和物品的全貌。
[0019] 安检探测前端的共辄电磁收发阵列用于发送宽频探测信号、接收磁信号并转换为 电信号。共辄电磁收发阵列所接收到的磁信号可能是探测空间中其它磁场源发出的干扰磁 信号，也可能是由所检测的金属导体激发的感生磁信