CN109782367A - 一种安检***以及安检方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种安检***以及安检方法。该安检***包括：主体框架，设置有多个预设位置，多个预设位置包括第一预设位置和第二预设位置，且第一预设位置与第二预设位置间隔设置；天线悬臂，活动设置在主体框架上；天线阵列组，设置在天线悬臂上；扫描驱动器，设置在天线悬臂上，且与天线阵列组耦接；当天线悬臂移动至主体框架的第一预设位置或第二预设位置时，扫描驱动器驱动天线阵列组对待检对象进行扫描，以得到扫描图像。通过上述安检***，能够减少安检过程中的处理数据量和增快数据处理速度。

Description

一种安检***以及安检方法

技术领域

本申请涉及安检技术领域，特别是涉及一种安检***以及安检方法。

背景技术

太赫兹辐射作为一种光源，与可见光、红外和X射线等其它辐射一样，可以作为物体成像的信号源。而且太赫兹辐射具有透视性、低能无损性和光谱分辨特性，使其在成像领域具有独特的特性和应用。目前已发展有多种太赫兹成像方法，如太赫兹时域光谱成像技术、连续太赫兹波成像和太赫兹波飞行时间成像等。

然而由于太赫兹时域光谱成像技术的每个像素点包含的是整个太赫兹脉冲的时域波形，现有技术的柱面式太赫兹安检仪为了生成更完整、更精确的三维图片，一般将天线阵列采集到的所有扫描数据均用于三维图像的生成。但由于，在扫描过程中，天线阵列获取的扫描数据庞大，若所有扫描数据均用于生成三维图像，则太赫兹安检仪数据处理数据变慢，安检效率低下。

发明内容

本申请提供了一种安检***以及安检方法，主要解决的技术问题是如何减少安检***的减少处理数据量和增快数据处理速度。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种安检***，所述安检***包括：

主体框架，设置有多个预设位置，所述多个预设位置包括第一预设位置和第二预设位置，且所述第一预设位置与所述第二预设位置间隔设置；

天线悬臂，活动设置在所述主体框架上；

天线阵列组，设置在所述天线悬臂上；

扫描驱动器，设置在所述天线悬臂上，且与所述天线阵列组耦接；

当所述天线悬臂移动至所述主体框架的第一预设位置或第二预设位置时，所述扫描驱动器驱动所述天线阵列组对待检对象进行扫描，以得到扫描图像。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种安检方法，所述安检方法应用于上述的安检***；

所述安检方法包括：

采集待检对象的采样数据，并对所述采样数据进行方位向稀疏表示，得到稀疏表示后的采样数据；

将所述稀疏表示后的采样数据进行成像，得到扫描图像；

将部分所述稀疏表示后的采样数据进行成像，得到参考图像；

根据所述参考图像对所述扫描图像进行干涉处理，并对所述干涉处理后的扫描图像进行稀疏重建，得到所述扫描图像的三维频谱；

对所述三维频谱进行sinc插值处理，并对处理后的所述三维频谱进行三维逆傅里叶变换得到三维图像。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：主体框架上设置有多个预设位置，其中，多个预设位置包括第一预设位置和第二预设位置，且第一预设位置与第二预设位置间隔设置；天线阵列组设置在天线悬臂上，并随着天线悬臂在主体框架内移动，当天线悬臂移动至主体框架的第一预设位置或第二预设位置时，扫描驱动器驱动天线阵列组对待检对象进行扫描，以得到扫描图像，天线阵列组在第一预设位置和第二预设位置获取扫描数据，然后根据上述扫描数据生成扫描图像，而不需要获取天线阵列组采集的所有扫描数据，能够有效减少安检过程中的处理数据量和增快数据处理速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请安检***一实施例的结构示意图；

图2是图1中天线阵列组设置方式一实施例的结构示意图；

图3是图1中天线阵列组设置方式另一实施例的结构示意图；

图4是图1中天线阵列组一实施例的结构示意图；

图5是本申请安检方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提出了一种安检***100，具体请参见图1，图1是本申请安检***一实施例的结构示意图。

如图1所示，安检***100至少包括主体框架11、天线悬臂12、以及分别设置在天线悬臂12上的天线阵列组13和扫描驱动器14。

其中，主体框架11为一柱面式框架。主体框架11还包括活动导轨 (图中未示出)，活动导轨用于连接天线悬臂12，使得天线悬臂12可以沿着活动导轨在主体框架11内来回移动。

天线悬臂12的至少一端与主体框架11的顶框或底框的活动导轨连接，以使天线悬臂12可以沿着主体框架11的顶框或底框移动。天线悬臂12上设置有扫描驱动器14和天线阵列组13，其中，天线阵列组13 与扫描驱动器14耦接。

主体框架11与地面垂直，以使天线悬臂12上的天线阵列组13发出的太赫兹信号能够直接传输到待检对象身体上。主体框架11的长度设置为2.04m～2.16m，例如，当主体框架11的高度设置为2.08m时，天线阵列组13的高度能够覆盖正常人体的高度，天线阵列组13上的天线阵列发出的太赫兹信号能够覆盖垂直方向上的人体区域，以获得更准确的安检数据。

待检对象进入安检***100的主体框架11内时，扫描驱动器14可以驱动天线阵列组13对主体框架11内的待检对象进行扫描，以得到扫描图像。

进一步地，主体框架11内设置有多个预设位置，其中，多个预设位置包括第一预设位置111和第二预设位置112，且第一预设位置111 与第二预设位置112间隔设置。当天线悬臂12移动至主体框架11的第一预设位置111和第二预设位置112时，扫描驱动器14驱动天线阵列组对待检对象进行扫描，以得到扫描图像。

在本实施例中，天线阵列组13在第一预设位置111和第二预设位置 112获取扫描数据，或者获取第一预设位置111和第二预设位置112的扫描数据；然后根据上述扫描数据生成扫描图像，而不需要获取天线阵列组采集的所有扫描数据，能够有效减少安检过程中的处理数据量和增快数据处理速度。

本实施例的第一预设位置111和第二预设位置112可以根据第一七位巴克码“1110010”设置方式或者第二七位巴克码“0100111”设置方式设置。具体地，主体框架11上从左往右依次设置有第一位置、第二位置、第三位置、第四位置、第五位置、第六位置和第七位置，其中，上述位置的区域面积和尺寸均相同。

如图2所示，第一预设位置111可以根据第一七位巴克码“1110010”设置方式设置为第一位置、第二位置和第三位置所组合形成的位置，则第二预设位置112可以设置为第六位置。在其它实施例中，如图3所示，第一预设位置111也可以根据第二七位巴克码“0100111”设置方式设置为第二位置，则第二预设位置112可以设置为第五位置、第六位置和第七位置所组合形成的位置。

在上述两种设置方式中，第一预设位置111和第二预设位置112之间设置有空白位置，其中，空白位置的大小为第二预设位置112的两倍。

在本实施例中，当天线悬臂12移动至主体框架11的第一预设位置 111和第二预设位置112以外的预设位置时，即图2中的第四位置、第五位置和第七位置或图3中的第一位置、第三位置和第四位置，扫描驱动器14停止驱动天线阵列组13。

或者，当天线悬臂12在主体框架11上移动时，扫描驱动器14驱动天线阵列组13对待检对象进行扫描，以得到原始数据。此时，扫描驱动器14获取了大量、完整的原始数据，安检***100可以根据第一七位巴克码“1110010”设置方式或第二七位巴克码“0100111”设置方式对原始数据进行稀疏采样，以得到第一预设位置111和第二预设位置 112所对应的采样数据。

进一步地，如图4所示，天线阵列组13至少包括一列发射天线阵列131和一列接收天线阵列132，其中，发射天线阵列131和一列接收天线阵列132并列设置在天线悬臂12上。

发射天线阵列131包括至少一个发射天线阵元1311，接收天线阵列 132包括至少两个接收天线阵元1321，且接收天线阵元1321的数量大于发射天线阵元的数量。其中，多个接收天线阵元1321和多个发射天线阵元1311交替设置在天线悬臂12上。

发射天线阵元1311和接收天线阵元1321的工作模式如下：当待检对象进入主体框架11后，天线悬臂12沿着X轴方向以θ_a角度进行机械扫描间隔采样，总采样角度为φ；一个发射天线阵元1311和两个接收天线阵元1321组成一组天线阵元组(图中未示出)，每组天线阵元组通过电控开关切换工作状态实现电扫采样，例如天线阵列组13完成对待检对象的采样。

具体地，天线阵列组13通过上位机控制开关，各组天线阵元组从上向下依次完成信号的发送；左侧发射天线阵元1311每发送一次太赫兹信号，右侧接收天线阵列132中对应两个接收天线阵元1321分别接收一次携带待检对象信息的太赫兹信号。

其中，发射天线阵元1311和接收天线阵元1321均为边长1cm的正方形喇叭天线。

由上述描述可见，本申请的安检***100在采样时，通过天线悬臂 12机械旋转和电控开关切换天线阵列组13的工作状态完成高度向和方位向的扫描数据采集；使用天线阵列组13接收具有一定带宽的调频信号。本实施例的圆柱扫描采集方式涉及的数据量较大，数据处理需要使用较长时间，因此根据巴克码“1110010”或者“0100111”对原始数据进行稀疏采样，能够有效减少处理数据量和增快数据处理速度。

基于上述实施例的安检***100，本申请还提出了一种安检方法，具体请参见图5，图5是本申请安检方法一实施例的流程示意图。

本实施例的安检方法具体包括以下步骤：

S11：采集待检对象的采样数据，并对采样数据进行方位向稀疏表示，以得到稀疏表示后的采样数据。

在保证信号特征数据不变的情况下，为了减少成像处理的数据量，本实施例的安检方法采用长度为7的巴克码“1110010”或“0100111”完成对原始数据的采样，以得到待检对象的采样数据。其中，巴克码具有尖锐的自相关函数和良好的随机性，可有效避免图像栅瓣和副瓣带来的能量泄露，保证安检效果。

其中，当待检对象在主体框架内时，天线阵列组对人体成像区域任意一点p_n(x_n,y_n,z_n)进行采样，以获取待检对象的采样数据。

若太赫兹信号经过待检对象之后，散射强度为为σ_n，t时刻时天线接收p_n处的回波数据为：

首先，对时域接收的回波数据，进行时间或距离向傅里叶变换，变换后的采样数据表达为：

然后，在频域上，对上述变换后的采样数据进行稀疏成像处理，其中，定义k_xk_yk_z分别为x,y,z方向的波数，则令k_r为X-Y 平面的波数分量平面波累加表示为：

其中，M为方位向成像单元个数。

第i个采样距离向波数和第j个采样高度向波数处的回波信号可以表示为：

S_ij(θ_a)＝φ_kα

其中，S_ij＝Hφα，H为巴克码采样矩阵。

S12：将稀疏表示后的采样数据进行成像，得到扫描图像。

S13：将部分稀疏表示后的采样数据进行成像，得到参考图像。

S14：根据参考图像对扫描图像进行干涉处理，并对干涉处理后的扫描图像进行稀疏重建，得到扫描图像的三维频谱。

其中，安检方法使用采样数据中部分满采样数据，重建空间域参考图像数据σ-ref，对采样数据构成的复图像数据σ进行干涉处理，以实现数据压缩。σ-ref为使用全采样数据构造的参考复数图像，干涉处理后的图像表达为：

σ_new＝|σ|exp{j[∠(σ)-∠(σ_ref)]}

进一步地，安检***对干涉处理后的扫描图像进行稀疏重建，得到复图像三维频谱α-new，具体计算公式为：

P＝diag{exp(j∠σ_ref)}

其中，α_new为所述扫描图像的三维频谱。P为所述扫描图像的坐标。

S15：对三维频谱进行sinc插值处理，并对处理后的三维频谱进行三维逆傅里叶变换，以得到三维图像。

其中，安检方法根据抽样定理，可对三维频谱进行sinc插值处理，以得到空间域上均匀分布的数据，并进行3-D逆傅里叶变换得到聚焦良好的人体安检三维复图像。其中，使用sinc函数插值方法能够有效减少由于插值带来的信号损伤。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种安检***，其特征在于，所述安检***包括：

主体框架，设置有多个预设位置，所述多个预设位置包括第一预设位置和第二预设位置，且所述第一预设位置与所述第二预设位置间隔设置；

天线悬臂，活动设置在所述主体框架上；

天线阵列组，设置在所述天线悬臂上；

扫描驱动器，设置在所述天线悬臂上，且与所述天线阵列组耦接；

当所述天线悬臂移动至所述主体框架的第一预设位置或第二预设位置时，所述扫描驱动器驱动所述天线阵列组对待检对象进行扫描，以得到扫描图像。

2.根据权利要求1所述的安检***，其特征在于，所述主体框架上从左往右依次设置有第一位置、第二位置、第三位置、第四位置、第五位置、第六位置和第七位置；

其中，所述第一预设位置包括所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置，所述第二预设位置为所述第六位置；

或者，所述第一预设位置为所述第六位置，所述第二预设位置包括所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置。

3.根据权利要求2所述的安检***，其特征在于，其中，所述多个预设位置还包括第三预设位置，所述第三预设位置包括所述第一预设位置和所述第二预设位置以外的预设位置；

当所述天线悬臂移动至所述主体框架的第三预设位置时，所述扫描驱动器停止驱动所述天线阵列组。

4.根据权利要求3所述的安检***，其特征在于，当所述天线悬臂在所述主体框架上移动时，所述扫描驱动器驱动所述天线阵列组对待检对象进行扫描，以得到原始数据；并对所述原始数据进行稀疏采样，得到所述第一预设位置和所述第二预设位置的采样数据。

5.根据权利要求1所述的安检***，其特征在于，所述天线阵列组包括发射天线阵列和接收天线阵列；

其中，所述发射天线阵列包括至少一个发射天线阵元，所述接收天线阵列包括至少两个接收天线阵元，所述发射天线阵列的发射天线阵元的数量小于所述接收天线阵列的接收天线阵元的数量；

其中，所述扫描驱动器采用单发双收的收发模式驱动所述发射天线阵列和所述接收天线阵列。

6.根据权利要求5所述的安检***，其特征在于，所述安检***为柱面式安检***，所述柱面式安检***的主体框架长度为2.00m～2.16m；

其中，所述发射天线阵元和所述接收天线阵元均为边长1cm的正方形喇叭天线。

7.一种安检方法，其特征在于，所述安检方法应用于上述权利要求1～6中任一项所述的安检***；

所述安检方法包括：

采集待检对象的采样数据，并对所述采样数据进行方位向稀疏表示，得到稀疏表示后的采样数据；

将所述稀疏表示后的采样数据进行成像，得到扫描图像；

将部分所述稀疏表示后的采样数据进行成像，得到参考图像；

根据所述参考图像对所述扫描图像进行干涉处理，并对所述干涉处理后的扫描图像进行稀疏重建，得到所述扫描图像的三维频谱；

对所述三维频谱进行sinc插值处理，并对处理后的所述三维频谱进行三维逆傅里叶变换得到三维图像。

8.根据权利要求7所述的安检方法，其特征在于，所述采集待检对象的采样数据的步骤，进一步包括：

采集待检对象的原始数据，并采用巴克码采样准则对所述原始数据进行稀疏化，得到所述待检对象的采样数据。

9.根据权利要求8所述的安检方法，其特征在于，所述对所述采样数据进行方位向稀疏表示的步骤，进一步包括：

对所述采样数据在方位向稀疏表示为：

S_ij(θ_a)＝φ_kα

S_ij＝Hφα

其中，F为空间域散强度σ_n的波数频谱，α为方位向目标散射强度的频域稀疏向量，φ为方位向的观测矩阵，H为巴克码采样矩阵。

10.根据权利要求9所述的安检方法，其特征在于，所述根据所述参考图像对所述扫描图像进行干涉处理的步骤，进一步包括：

所述干涉处理的计算公式为：

所述对所述干涉处理后的扫描图像进行稀疏重建的步骤，进一步包括：

所述稀疏重建的计算公式为：

P＝diag{exp(j∠σ_ref)}

其中，α_new为所述扫描图像的三维频谱。P为所述扫描图像的坐标。