CN109471196B - 毫米波太赫兹成像设备及物体识别分类方法 - Google Patents
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Abstract
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，极化片转盘、探测器和图形处理装置。极化片转盘可旋转且设置有多个微极化片，且设置在被检对象和聚焦透镜之间或者设置在聚焦透镜和探测器之间，且在极化片转盘旋转的一个预设特定时刻能够通过设置在其上的多个微极化片中的一个微极化片对被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波进行极化；聚焦透镜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探测器上；探测器设置在聚焦透镜的焦平面上且被构造为将聚焦在其上且被极化的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像；以及图形处理装置被构造为处理极化图像以对被检对象进行识别分类。
Description
技术领域
本公开涉及安检技术领域，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
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。
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***成本十分昂贵。所以，在实际应用中为了同时兼顾***成本和成像速率的要求，针对二维成像，当前的主流***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***的成本。
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、***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。
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。
发明内容
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。
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，极化片转盘、探测器和图像处理装置，其中
所述极化片转盘可旋转且设置有多个微极化片，且设置在被检对象和所述聚焦透镜之间或者设置在所述聚焦透镜和所述探测器之间，且在极化片转盘旋转的一个预设特定时刻能够通过设置在其上的多个微极化片中的一个微极化片对被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波进行极化；
所述聚焦透镜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上；
所述探测器设置在所述聚焦透镜的焦平面上，且被构造为将聚焦在其上且被极化的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像，从而在极化片转盘旋转的预设不同时刻的每个时刻获得一幅相应的被检对象的极化图像；以及
所述图像处理装置设置于所述探测器的远离所述极化片转盘的一侧，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。
根据本公开的一个实施例，所述多个微极化片中的每个微极化片被全部极化或被部分极化。
根据本公开的另一实施例，所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍。
根据本公开的另一实施例，所述多个微极化片沿着所述极化片转盘的圆周方向等角度地设置。
根据本公开的另一实施例，在所述预设特定时刻，所述多个微极化片中的一个被全部极化的微极化片或一个被部分极化的微极化片的被极化部分对准所述探测器，从而获得被检对象的极化图像。
根据本公开的另一实施例，在所述预设特定时刻，所述极化片转盘的未设置所述微极化片的部分对准所述探测器或者所述多个微极化片中的一个被部分极化的微极化片的未被极化部分对准所述器，从而获得被检对象的未极化图像。
根据本公开的另一实施例，在极化片转盘旋转一周时，所述探测器获得M幅被检对象的极化图像，所述M幅被检对象的极化图像包括N个极化角度。
根据本公开的另一实施例，在极化片转盘旋转一周时，所述探测器获得M幅被检对象的未极化图像。
根据本公开的另一实施例，所述多个微极化片由多个宏像素单元组成，每个宏像素单元包括极化角度彼此不同的N个微极化片。
根据本公开的另一实施例，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个部分极化微极化片。
根据本公开的另一实施例，N个线极化微极化片的极化角度分别为Deg1、Deg2、Deg3、…DegN，其中
其中i为小于等于N的正整数。
根据本公开的另一实施例，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
其中i为小于等于N-1的正整数；圆极化包括左旋圆极化和右旋圆极化中的至少一种。
根据本公开的另一实施例，极化角度是固定的或可调的。
根据本公开的另一实施例，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。
根据本公开的另一方面，还提供一种使用根据上述任一实施例所述的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法，包括：
使得所述极化片转盘旋转，
使得被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波在极化片转盘旋转的一个预设特定时刻被一个微极化片极化且通过所述聚焦透镜聚焦在所述探测器上；
通过所述探测器，将聚焦在其上且被极化的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像，从而在极化片转盘旋转的预设不同时刻的每个时刻获得一幅相应的被检对象的极化图像；
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；
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。
根据本公开的一个实施例，所述极化片转盘上设置有多个微极化片，所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍，从而在极化片转盘旋转一周时，所述探测器在M个不同时刻获得被检对象的M幅极化图像，并且获得被检对象的M幅未极化图像；
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：
S1：从M幅极化图像中提取N组低分辨率极化图像，每组低分辨极化图像包括具有一个相同极化角度的M/N幅极化图像；
S2：对包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行分组，得到N组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括M/N幅无极化图像；
S3：将经过步骤S1得到的N组低分辨率极化图像在经过步骤S2得到的N组低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N组不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N组中间图像中分别减去无极化图像，即得到N组低分辨率极化差图像，每组低分辨率极化差图像包括M/N幅极化差图像；
S4：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N组极化差图像进行处理，得到N组高分辨率极化差图像，每组高分辨率极化差图像包括M幅极化差图像；以及
S5：将步骤S4得到的N组高分辨率极化差图像分别与步骤S2得到的包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N组高分辨率极化图像，每组高分辨率极化图像包括M幅极化图像。
根据本公开的另一实施例，所述极化片转盘上设置有多个微极化片，所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍，从而在极化片转盘旋转一周时，所述探测器在M个不同时刻获得被检对象的M幅极化图像；
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：
S1’：从M幅极化图像中提取N组低分辨率极化图像，每组低分辨极化图像包括具有一个相同极化角度的M/N幅极化图像；
S2’：估算出M幅极化图像的无极化强度数据，得到高分辨率无极化图像，高分辨率无极化图像包括M幅无极化图像，以及
对M幅无极化图像进行分组，得到N组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括M/N幅无极化图像；
S3’：将经过步骤S1得到的N组低分辨率极化图像在经过步骤S2得到的N组低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N组不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N组中间图像中分别减去无极化图像，即得到N组低分辨率极化差图像，每组低分辨率极化差图像包括M/N幅极化差图像；
S4’：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N组极化差图像进行处理，得到N组高分辨率极化差图像，每组高分辨率极化差图像包括M幅极化差图像；以及
S5’：将步骤S4得到的N组高分辨率极化差图像分别与步骤S2得到的包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N组高分辨率极化图像，每组高分辨率极化图像包括M幅极化图像。
根据本公开的另一实施例，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。
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，通过设置包括多个微极化片的且能够旋转极化片转盘，且在极化片转盘旋转的一个预设特定时刻能够通过设置在其上的多个微极化片中的一个微极化片对被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波进行极化，因此在极化片转盘旋转的预设不同时刻的每个时刻，探测器获得一幅相应的被检对象的极化图像，从而能够获得多个被检对象的极化图像。这些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。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个实施例的被动式毫米波太赫兹成像设备。
图2示出了根据本公开的一个实施例的主动式毫米波太赫兹成像设备。
图3示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的示意图。
图4示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的宏像素单元的简化示意图。
图5示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的宏像素单元的简化示意图。
图6示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的宏像素单元的简化示意图。
图7示出了根据本公开的一个实施例的探测器获得的M个图像。
图8示出了根据本公开的一个实施例的从探测器获得的图像中提取的4组低分辨率极化图像。
具体实施方式
虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的公开，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1示出了根据本公开的被动式毫米波太赫兹成像设备。如图1所示，毫米波太赫兹成像设备用于对被检对象1进行安全检查的毫米波太赫兹成像设备，其包括聚焦透镜3，极化片转盘4、探测器5和图像处理装置6。所述极化片转盘4是可旋转且设置有多个微极化片41(如图3所示)。如图1所示，所述极化片转盘4设置在所述聚焦透镜3和所述探测器5之间，在此情况下，需要将极化片转盘4制作的足够小，以能够设置在聚焦透镜3和所述探测器5之间，且在此情况下，极化片转盘4需要设置得尽量贴近探测器5且在尺寸上与探测器5的尺寸进行匹配。在图1所示的实施例中，虽然示出了所述极化片转盘4设置在所述聚焦透镜3和所述探测器5之间，但是根据需要，极化片转盘4还可以设置在被检对象1和所述聚焦透镜3之间，在此情况下，因为不需要与探测器5的尺寸相匹配，极化片转盘4可以设计得较大。该极化片转盘4在其旋转的一个预设特定时刻能够通过设置在其上的多个微极化片41中的一个微极化片对被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波2进行极化。所述聚焦透镜3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2聚焦在所述探测器5上。所述探测器5设置在所述聚焦透镜3的焦平面上，且被构造为将聚焦在其上且被极化的微极化片的毫米波太赫兹波2转化为被检对象的极化图像，从而在极化片转盘4旋转的预设不同时刻的每个时刻都获得一幅相应的被检对象1的极化图像，如果预设M个不同的时刻，则能够获得M幅被检对象1的极化图像。所述图像处理装置6设置于所述探测器5的远离所述极化片转盘4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，具体地通过所述图像处理装置6的处理能够获得高分辨率极化图像，从而基于该高分辨率极化图像对被检对象进行识别分类。
在根据本公开的一个实施例中，所述图像处理装置6包括模拟信号处理器61，数模转换器(D/A转换器)62，数字信号处理器63以及图像显示器64。探测器5将入射的毫米波太赫兹波转化为每个像素点上的电信号，并发送至模拟信号处理器61；模拟信号处理器61用于接收探测器传来的模拟信号，并将其发送至数模转换器62；数模转换器62用于接收经模拟信号处理器传输来的信号，并对其进行数模转换再发送至数字信号处理器63；数字信号处理器63用于接收经转换器转换后的信息，并对其进行去马赛克处理，再将去马赛克处理后得到的图像显示至图像显示器64上，其中去马赛克处理的方法将在下文中进行详细说明。
在本公开中，太赫兹波是频率在100GHz至10THz(10000GHz)范围为的电磁波，太赫兹波介于微波和可见光之间，在长波段与毫米波重合，在短波段与红外线重合。毫米波的频段为26.5至300GHz，本公开所述的毫米波太赫兹波是指频段位于30GHz至1000GHz之间的电磁波。在毫米波太赫兹成像设备的技术领域中，由于人体辐射或反射的毫米波太赫兹波的能量是非常低的，因此毫米波太赫兹波用于安全检查是较合适的。
图2示出了根据本公开的主动式毫米波太赫兹成像设备。如图2所示，该主动式毫米波太赫兹成像设备还包括毫米波太赫兹辐射源7，其用于向被检对象1辐射毫米波太赫兹波，使得被检对象1向聚焦透镜3反射毫米波太赫兹波。
在根据本公开的一个实施例中，如图3所示，所述极化片转盘4包括多个微极化片41，所述多个微极化片41中的每个微极化片被完全极化或部分极化。
在根据本公开的一个实施例中，所述多个微极化片41的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍，例如N＝4，M＝16，也就是说16个微极化片设置在所述极化片转盘4上，且这16个微极化片具有4个极化方向，其中每4个微极化片具有一个相同的极化角度。如图3所示，所述多个微极化片41的数量为6，但是根据需要，可以设置任意数量的微极化片。优选地，如图3所示，将极化片转盘4设置在被检对象1和聚焦透镜3之间，从而在此情况下，可以将极化片转盘4制作得较大，且能够根据需要将其定位了被检对象1和聚焦透镜3之间的任意位置。
在根据本公开的一个实施例中，如图3所示，所述多个微极化片41沿着所述极化片转盘4的圆周方向等角度地设置。但是所述多个微极化片41还可以按照其他的方式设置在极化片转盘4上，只要在极化片转盘4旋转时，这些微极化片41中的一个能够在特定的时刻对准探测器5即可。
在根据本公开的一个实施例中，在预设特定时刻，所述多个微极化片41中的一个被全部极化的微极化片或一个被部分极化的微极化片的被极化部分对准所述探测器5，从而获得被检对象的极化图像。在该实施例中，在极化片转盘4旋转一周时，所述探测器5获得M幅被检对象的极化图像，所述M幅被检对象的极化图像包括N个极化角度。
在根据本公开的一个实施例中，在预设特定时刻，所述极化片转盘4的未设置所述微极化片41的部分对准所述探测器5，或者所述多个微极化片41中的一个被部分极化的微极化片的未被极化部分对准所述探测器5，从而获得被检对象的未极化图像。在该实施例中，在极化片转盘4旋转一周时，所述探测器5获得M幅被检对象的未极化图像。可以理解的是，可以在极化片转盘4旋转一周的基础上，探测器5可以同时获得M幅被检对象的极化图像和M幅被检对象的未极化图像，以在后续的图像处理装置6中对上述的图像进行处理，其中在一组M个时刻的每个时刻，多个微极化片41中的一个被全部极化的微极化片或一个被部分极化的微极化片的被极化部分对准所述探测器5，在另一组M个时刻的每个时刻，所述极化片转盘4的未设置所述微极化片41的部分或者所述多个微极化片41中的一个被部分极化的微极化片的未被极化部分对准所述探测器5。
在根据本公开的毫米波太赫兹成像设备中，在极化片转盘上优选地沿圆周方向设置M个微极化片41，这些微极化片具有N个不同的极化角度，其中M为N的整数倍。在极化片转盘4旋转一周时，M个微极化片41能够在M个不同时刻分别对准探测器5，从而探测器5能够获得M幅被检对象的极化图像。此外，在极化片转盘4旋转时，极化片转盘4的未设置微极化片41的部分或者微极化片41的未极化部分也可以在另外的M个不同时刻分别对准探测器5，从而能够获得M幅被检对象的未极化图像。因此，根据本公开的毫米波太赫兹成像设备在在极化片转盘4旋转一周时在不同时刻能够获得被检对象的未极化图像和包含不同极化角度的极化图像。
利用根据本公开的毫米波太赫兹成像设备的优势主要体现在如下的两个方面。
第一方面，可以利用探测到的极化图像的极化信息进行物体分类和物体识别。这是因为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。例如采用常见的被动式毫米波太赫兹安检仪探测人体携带的可疑物，如手机、钞票、刀具和***等，由于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，而可疑物都是黑色块。通常，无论是机器识别还是人工识别，无法把类似形状和大小的皮带扣、手机、金属块、介质块和纸币进行区分。我们是无法通过黑块的形状来判别可疑物。利用极化成像技术，用获取的极化信息(材料不同表面纹理，粗糙度，折射率，电导率等)对类似形状和大小的可疑物进行辨别。
另一方面，可通过超分辨率极化成像重构算法实现超分辨成像，分辨率比现有的成像图像模式(不能获得极化信息)的提高至少4倍，分辨率可以达到毫米级别，这对识别毫米级别结构的可疑物是非常有效的。
下文将详细说明极化片转盘上的微极化片41的极化方式。极化片的极化角度或极化角度即为其透射方向。入射波可分解为振动方向和透射方向平行的波以及振动方向和透射方向垂直的波。振动方向与透射方向垂直的波是无法透过的，而振动方向与透视方向平行的波是可以通过的。因而我们可以得到沿透射方向极化的线极化波。
在根据本公开的一个实施例中，所述多个微极化片41由多个宏像素单元组成，每个宏像素单元包括极化角度彼此不同的N个微极化片41。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个部分极化微极化片。
图4示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N个线性化的微极化片，它们的极化角度分别是Deg1、Deg2、Deg3、…DegN，其中i为小于等于N的正整数。如图4所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝3时，一个宏像素单元宏像素排列方式是0°、60°和120°的线极化。
图5示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，宏像素单元包括N-1个线极化微极化片，与1个圆极化微极化片，圆极化可以是左旋圆极化也可以是右旋圆极化，N-1个线极化角度分别是Deg1，Deg2，Deg3，…Deg(N-1)，其中 在一个实施例中，如图5所示，一个宏像素单元的微极化片数量N＝3时，一个宏像素单元宏像素排列方式是0°线极化、90°线极化和圆极化。
图6示出了根据本公开的一个实施例的极化片转盘的宏像素单元的简化示意图。在该实施例中，为了增加极化片的透射率，可将极化片加工成部分区域是极化的，部分区域是无极化的。根据需求，通过透射率调节极化区域的大小和无极化区域的大小。
在一个实施例中，如图6所示，每个宏像素单元的微极化片的数量N＝3时，3个极化片的极化角度是部分0°线极化、部分60°线极化和部分120°线极化。
在根据本公开的一个实施例中，极化片转盘中的每个微极化片的极化角度在制造好之后是固定不变的。下文将对固定微极化片的极化角度的三种方式进行说明。
在第一种方式中，可用于低频毫米波极化选择的极化片是亚波长周期分布的金属线栅。线栅的方向用于选择可穿过其波的极化角度，在金属框架上绕上一排相互平行的金属丝。金属丝的直径为1—10μm，金属丝的间隔为10μm-1mm。金属丝的材料通常为铝和铜。这种极化片具有制备工艺简单、无需衬底基板、透过率高等优点。
在第二种方式中，可选的适用波长为0.3mm-3mm的极化片是金属栅线栅极化片基板，包括金属线栅和衬底基板。其中，金属线栅由平行排列的多条金属线构成，其勾过的波称为线性极化波。衬底基板的一侧表面具有多个凹槽。多条金属线分辨率设置于衬底基板的多个凹槽内。多条金属线的表面与衬底基板具有凹槽的一侧表面齐平。金属线栅的材料为铝、钛或银。
在第三种方式中，适用于高频毫米波太赫兹极化片是聚乙烯极化片，利用衍射波栅的透射波原理而设计。其制作工艺为：先在基底上刻上三角形貌的周期线条，随后在表面上镀一层金属膜(Al膜)。聚乙烯网格极化片相对于栅式极化片的优点是价格低廉、可实现宽波段应用(适用波长为0.3-3mm)。
在根据本公开的一个实施例中，极化片转盘中的每个微极化片的极化角度在制造好之后也是能够根据需要发生变化的。极化角度调节的两种方式在下文中将进行详细说明。
实现极化角度控制的一种方式是微极化片采用可编程超材料制备，通过计算机编程方式调节其极化角度。
另一种可能的实施方式是可调谐波片加普通极化片的形式。可调谐玻片可以是某种功能性材料的制备的。功能材料是指通过波、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。功能性材料可以是液晶、氧化钒、石墨烯等等。比如设计一个具有极化非对称性的结构，毫米波太赫兹波透过它就能产生双折射，通过外场调控玻片的折射率实现极化角度的控制。
根据本公开的另一方面，还提供一种使用上述的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法。该方法包括如下的步骤：使得所述极化片转盘4旋转；使得被检对象1自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波2在极化片转盘4旋转的一个预设特定时刻被一个微极化片41极化且通过所述聚焦透镜3聚焦在所述探测器5上；通过所述探测器5，将聚焦在其上且被极化的毫米波太赫兹波2转化为被检对象的极化图像，从而在极化片转盘4旋转的预设不同时刻的每个时刻获得一幅相应的被检对象的极化图像；利用所述图像处理装置6处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像；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。
在根据本公开的物体识别分类的方法的一个实施例中，所述极化片转盘4上设置有多个微极化片41，所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍，从而在极化片转盘4旋转一周时，所述探测器在M个不同时刻获得被检对象的M幅极化图像，并且获得被检对象的M幅未极化图像。例如，在一个实施例中，例如N＝4，M＝16，也就是说16个微极化片设置在所述极化片转盘4上，且这16个微极化片具有4个极化方向，其中每4个微极化片具有一个相同的极化角度，这四个极化角度分别为-45°，0°，45°和90°。在极化片转盘4旋转一周时，所述探测器5在16个不同时刻获得被检对象的16幅极化图像，并且获得被检对象的16幅未极化图像。
在该实施例中，利用所述图像处理装置6处理所述极化图像以获得高分辨率极化图像的步骤包括S1：从M幅极化图像中提取N组低分辨率极化图像，每组低分辨极化图像包括具有一个相同极化角度的M/N幅极化图像；在一个实施例中，如图8所示，通过该步骤从图7的16幅极化图像中获得4组低分辨率极化图像，其中第一组低分辨极化图像包括0°极化角度下的4幅极化图像，如图8的(a)所示；第二组低分辨极化图像包括45°极化角度下的4幅极化图像，如图8的(b)所示；第三组低分辨极化图像包括90°极化角度下的4幅极化图像，如图8的(c)所示；第四组低分辨极化图像包括-45°极化角度下的4幅极化图像，如图8的(d)所示。
利用所述图像处理装置6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S2：对包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行分组，得到N组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括M/N幅无极化图像。在一个实施例中，对包括16幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行分组，得到4组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括4幅无极化图像。
利用所述图像处理装置6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S3：将经过步骤S1得到的N组低分辨率极化图像在经过步骤S2得到的N组低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N组不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N组中间图像中分别减去无极化图像，即得到N组低分辨率极化差图像，每组低分辨率极化差图像包括M/N幅极化差图像。在一个实施例中，通过该步骤得到4组低分辨率极化差图像，每组低分辨率极化差图像包括4幅极化差图像。
利用所述图像处理装置6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S4：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N组极化差图像进行处理，得到N组高分辨率极化差图像，每组高分辨率极化差图像包括M幅极化差图像。在一个实施例中，通过该步骤得到4组高分辨率极化差图像，每组高分辨率极化差图像包括16幅极化差图像。
利用所述图像处理装置6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S5：将步骤S4得到的N组高分辨率极化差图像分别与步骤S2得到的包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N组高分辨率极化图像，每组高分辨率极化图像包括M幅极化图像。在一个实施例中，通过该步骤得到4组高分辨率极化图像，每组高分辨率极化图像包括16幅极化图像。
在根据本公开的一个实施例中，在在极化片转盘旋转一周时，所述探测器在M个不同时刻可以仅获得被检对象的M幅极化图像，而不同时获得被检对象的M幅未极化图像。在该实施例中，通过算法可以基于M幅极化图像，估算出M幅极化图像的无极化强度数据，得到高分辨率无极化图像。也就是说，上述的步骤S2可以表述为：估算出M幅极化图像的无极化强度数据，得到高分辨率无极化图像，高分辨率无极化图像包括M幅无极化图像，对M幅无极化图像进行分组，得到N组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括M/N幅无极化图像。在该实施例中，其他步骤S1’，S3’，S4’和S5’分别与S1，S3，S4和S5相同。
为了进一步提高高分辨率极化图像的分辨率，可以对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。可通过超分辨率极化成像重构算法实现超分辨成像，分辨率比现有的成像图像模式(不能获得极化信息)的提高至少4倍，分辨率可以达到毫米级别。这对识别毫米级别结构的可疑物是非常有效的。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。
Claims (17)
1.一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，极化片转盘、探测器和图像处理装置，其中
所述极化片转盘可旋转且设置有多个微极化片，且设置在被检对象和所述聚焦透镜之间或者设置在所述聚焦透镜和所述探测器之间，且在极化片转盘旋转的一个预定时刻能够通过设置在其上的多个微极化片中的一个微极化片对被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波进行极化；
所述聚焦透镜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上；
所述探测器设置在所述聚焦透镜的焦平面上，且被构造为将聚焦在其上且被极化的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像，从而在极化片转盘旋转的预设不同时刻的每个时刻获得一幅相应的被检对象的极化图像；以及
所述图像处理装置设置于所述探测器的远离所述极化片转盘的一侧，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，
其中，在所述预定时刻，所述多个微极化片中的一个被全部极化的微极化片或一个被部分极化的微极化片的被极化部分对准所述探测器，从而获得被检对象的极化图像。
2.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述多个微极化片中的每个微极化片被全部极化或被部分极化。
3.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍。
4.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述多个微极化片沿着所述极化片转盘的圆周方向等角度地设置。
5.根据权利要求3所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，在所述预定时刻，所述极化片转盘中未设置所述微极化片的部分对准所述探测器，或者所述多个微极化片转盘中的一个被部分极化的微极化片的未被极化部分对准所述探测器，从而获得被检对象的未极化图像。
6.根据权利要求3所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，
在极化片转盘旋转一周时，所述探测器获得M幅被检对象的极化图像，所述M幅被检对象的极化图像包括N个极化角度。
7.根据权利要求5所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，
在极化片转盘旋转一周时，所述探测器获得M幅被检对象的未极化图像。
8.根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，所述多个微极化片由多个宏像素单元组成，每个宏像素单元包括极化角度彼此不同的N个微极化片。
9.根据权利要求8所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，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个部分极化微极化片。
10.根据权利要求9所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，N个线极化微极化片的极化角度分别为Deg1、Deg2、Deg3、…DegN，其中
其中i为小于等于N的正整数。
11.根据权利要求8所述的毫米波太赫兹成像设备，其中，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
其中i为小于等于N-1的正整数；
其中，圆极化包括左旋圆极化和右旋圆极化中的至少一种。
12.根据权利要求3所述的毫米波太赫兹成像设备，其中极化角度是固定的或可调的。
13.根据权利要求1所述的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。
14.一种使用根据权利要求1所述的毫米波太赫兹成像设备进行物体识别分类的方法，包括：
使得所述极化片转盘旋转，
使得被检对象自发辐射或反射回来的毫米波太赫兹波在极化片转盘旋转的一个预定时刻被一个微极化片极化且通过所述聚焦透镜聚焦在所述探测器上；
通过所述探测器，将聚焦在其上且被极化的毫米波太赫兹波转化为被检对象的极化图像，从而在极化片转盘旋转的预设不同时刻的每个时刻获得一幅相应的被检对象的极化图像；
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；
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。
15.根据权利要求14所述的物体识别分类的方法，其中，
所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍，从而在极化片转盘旋转一周时，所述探测器在M个不同时刻获得被检对象的M幅极化图像，并且获得被检对象的M幅未极化图像；
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：
S1：从M幅极化图像中提取N组低分辨率极化图像，每组低分辨极化图像包括具有一个相同极化角度的M/N幅极化图像；
S2：对包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行分组，得到N组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括M/N幅无极化图像；
S3：将经过步骤S1得到的N组低分辨率极化图像在经过步骤S2得到的N组低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N组不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N组中间图像中分别减去无极化图像，即得到N组低分辨率极化差图像，每组低分辨率极化差图像包括M/N幅极化差图像；
S4：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N组极化差图像进行处理，得到N组高分辨率极化差图像，每组高分辨率极化差图像包括M幅极化差图像；以及
S5：将步骤S4得到的N组高分辨率极化差图像分别与步骤S2得到的包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N组高分辨率极化图像，每组高分辨率极化图像包括M幅极化图像。
16.根据权利要求14所述的物体识别分类的方法，其中，
所述多个微极化片的极化角度的数量为N，所述多个微极化片的数量为M，其中N为大于等于3的正整数，M为N的整数倍，从而在极化片转盘旋转一周时，所述探测器在M个不同时刻获得被检对象的M幅极化图像；
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：
S1’：从M幅极化图像中提取N组低分辨率极化图像，每组低分辨极化图像包括具有一个相同极化角度的M/N幅极化图像；
S2’：估算出M幅极化图像的无极化强度数据，得到高分辨率无极化图像，高分辨率无极化图像包括M幅无极化图像，以及
对M幅无极化图像进行分组，得到N组低分辨率无极化图像，每组低分辨率无极化图像包括M/N幅无极化图像；
S3’：将经过步骤S1得到的N组低分辨率极化图像在经过步骤S2得到的N组低分辨率无极化图像的指导下，通过插值得到N组不同极化角度的中间图像，然后再在得到的N组中间图像中分别减去无极化图像，即得到N组低分辨率极化差图像，每组低分辨率极化差图像包括M/N幅极化差图像；
S4’：采用双线性差值、上采样的处理方法对步骤S3得到的N组极化差图像进行处理，得到N组高分辨率极化差图像，每组高分辨率极化差图像包括M幅极化差图像；以及
S5’：将步骤S4得到的N组高分辨率极化差图像分别与步骤S2得到的包括M幅无极化图像的高分辨率无极化图像进行求和，最终得到N组高分辨率极化图像，每组高分辨率极化图像包括M幅极化图像。
17.根据权利要求15或16所述的物体识别分类的方法，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。
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