CN206505177U - 基于旋转扫描的三维成像*** - Google Patents

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祁春超
王爱先
陈寒江
王荣
谢俊忠
钟金英
赵术开
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Abstract

本实用新型涉及一种基于旋转扫描的三维成像***，包括柱形框架、发射天线阵列、接收天线阵列、扫描控制模块、信号收发模块和旋转控制模块，所述扫描控制模块用于控制各发射天线单元依次向所述被测对象发射微波探测信号，并控制与当前发射微波探测信号的发射天线单元距离最近的两个接收天线单元同时接收所述回波信号；实现扫描过程中接收天线单元分时复用，提高了接收天线单元的利用率；增强了回波信号的接收灵敏度，提高了成像质量，同时简化了***的天线结构。

Description

基于旋转扫描的三维成像***
技术领域
本实用新型涉及扫描成像领域，特别是涉及一种基于旋转扫描的三维成像***。
背景技术
基于微波成像的三维成像技术与可见光、红外光及X射线等成像技术相比，具有许多独特的优势，因此，成为近景三维成像技术的重要发展方向。目前，微波三维成像领域通过带动天线阵列机械运动，以实现对被测对象的全方位扫描。
天线阵列在移动的过程中对被测对象进行扫描，相对于定点扫描而言，需要更强大的信号采集***，以充分获取被测对象的图像信息。一般的，通过增加天线数量的方式来实现，这种方式使得天线的结构复杂，同时增加了三维成像***的成本。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种基于旋转扫描的三维成像***，结构简单，成像效果好。
一种基于旋转扫描的三维成像***，包括：
柱形框架，包括柱形侧面；
发射天线阵列，包括多个发射天线单元，所述多个发射天线单元纵向设置在所述柱形侧面上，用于向位于所述柱形框架内的被测对象发射微波探测信号；
接收天线阵列，包括多个接收天线单元，所述多个接收天线单元纵向设置在所述发射天线阵列的一边，用于接收从被测对象反射回来的回波信号；
扫描控制模块，用于控制各发射天线单元依次向所述被测对象发射微波探测信号，并控制与当前发射微波探测信号的发射天线单元距离最近的两个接收天线单元同时接收所述回波信号；
信号收发模块，用于向所述发射天线阵列发送所述微波探测信号，并对所述回波信号进行处理；
旋转控制模块，用于控制所述发射天线阵列和接收天线阵列沿所述柱形侧面旋转运动，以使所述发射天线阵列和接收天线阵列从多个角度向被测对象发射所述微波探测信号，并接收所述回波信号。
上述基于旋转扫描的三维成像***，接收天线阵列设置在发射天线阵列的一边，控制发射天线阵列的各发射天线单元依次向被测对象发射微波探测信号，并控制与当前发射微波探测信号的发射天线单元距离最近的两个接收天线单元同时接收从被测对象返回回来的回波信号；实现扫描过程中，相邻的接收天线单元分时复用，提高了接收天线的利用率；增强了回波信号的接收灵敏度，提高了成像质量，同时简化了***的天线结构。
在其中一个实施例中，各所述发射天线单元设置在与该发射天线单元距离最近的两个相邻的接收天线单元之间的中心线上。
在其中一个实施例中，所述发射天线阵列包括两列，每列所述发射天线阵列的一边固定设置有一列所述接收天线阵列，形成两组收发天线阵列，且两组所述收发天线阵列相对于所述柱形框架的中心轴对称。
在其中一个实施例中，还包括编码器，所述编码器设置在所述收发天线阵列上，在所述收发天线阵列每旋转预设角度间隔时向所述信号收发模块发送脉冲驱动信号。
在其中一个实施例中，所述扫描控制模块还用于控制两组所述收发天线阵列依次对所述被测对象进行扫描。
在其中一个实施例中，所述柱形框架为圆柱形框架。
在其中一个实施例中，所述柱形框架上设置有环形导轨，所述收发天线阵列在所述旋转控制模块的控制下沿所述环形导轨旋转运动。
在其中一个实施例中，还包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块连接所述信号收发模块，将所述回波信号转换为数字信号，所述数据处理模块连接所述数据采集模块，将所述数字信号转换为所述被测对象的图像数据。
在其中一个实施例中，还包括图像处理模块，连接所述数据处理模块，用于根据所述图像数据生成所述被测对象的三维图像。
在其中一个实施例中，还包括显示模块，连接所述图像处理模块，用于显示所述三维图像。
附图说明
图1为一实施例中基于旋转扫描的三维成像***的结构示意图；
图2为一实施例中基于旋转扫描的三维成像***的结构方框图；
图3为一实施例中收发天线阵列的结构示意图。
具体实施方式
参见图1和图2，图1为一实施例中基于旋转扫描的三维成像***的结构示意图，图2为一实施例中基于旋转扫描的三维成像***的结构方框图。
在本实施例中，该基于旋转扫描的三维成像***，包括柱形框架10、发射天线阵列11、接收天线阵列12、扫描控制模块13、信号收发模块14和旋转控制模块15。
柱形框架10包括柱形侧面，其为中空结构。该柱形框架10可以为圆柱形框架。
参见图3，发射天线阵列11包括多个发射天线单元111，所述多个发射天线单元111纵向设置在所述柱形侧面上，用于向位于所述柱形框架10内的被测对象20发射微波探测信号。
该微波探测信号可以为频率在100MHz～1000GHz的扫频连续波信号、调频连续波信号或调频脉冲信号，其带宽大于100MHz。具有较大带宽的微波信号可以更好的采集到被测对象20的图像信息。
接收天线阵列12包括多个接收天线单元121，所述多个接收天线单元121纵向设置在所述发射天线阵列11的一边，用于接收从被测对象20反射回来的回波信号。
在其中一个实施例中，参见图3，各发射天线单元111设置在与该发射天线单元111距离最近的两个相邻的接收天线单元121之间的中心线上。
扫描控制模块13用于控制各发射天线单元111按照预设时序依次向所述被测对象20发射微波探测信号，并控制与当前发射微波探测信号的发射天线单元111距离最近的两个接收天线单元121按照该预设时序同时接收所述回波信号。
发射天线阵列11的各发射天线单元111在扫描控制模块13的作用下，按照预设时序依次向被测对象20发射微波探测信号，在开启某发射天线单元111的同时，开启与该发射天线单元111距离最近的两个接收天线单元121，通过这两个接收天线单元121对应接收从被测对象20反射回来的回波信号。
发射天线阵列11与接收天线阵列12并排设置，各发射天线单元111和各接收天线单元121纵向排布，且发射天线单元111设置在两个相邻的接收天线单元121之间的中心线上，使得与相邻的发射天线单元111距离最近的两个接收天线单元121之中有一个接收天线单元121是相同的。
例如，编号为1的发射天线单元111，与其距离最近的两个接收天线单元121为编号为1和2的两个接收天线单元121；编号为2的发射天线单元111，与其距离最近的两个接收天线单元121为编号为2和3的两个接收天线单元121。其中，编号为2的接收天线单元121同时为编号为1和2两个发射天线单元111距离最近的接收天线单元121。
因此，编号为1和2的两个发射天线单元111在对被测对象20进行扫描时，编号为2的接收天线单元121均会开启，分别接收编号为1和2的两个发射天线单元111发射的波探测信号从被测对象20反射回来的回波信号。同样的，其他相邻的发射天线单元111均对应有同一个接收天线单元121，分时接收其分别在被测对象上产生的回波信号，起到了分时复用的作用，提高了接收天线单元121的利用率，增强了回波信号的接收灵敏度。
信号收发模块14用于向所述发射天线阵列11发送所述微波探测信号，并对所述回波信号进行处理。
信号收发模块14产生微波探测信号之后，发送给发射天线阵列11，发射天线阵列11向被测对象20发射该微波探测信号，对其进行扫描，经被测对象20反射后形成回波信号，由接收天线阵列12接收，并发送给信号收发模块14进行处理，进而得到被测对象20的图像信息。
旋转控制模块15用于控制所述发射天线阵列11和接收天线阵列12沿所述柱形侧面旋转运动，以使所述发射天线阵列11和接收天线阵列12从多个角度向被测对象20发射所述微波探测信号，并接收所述回波信号。
在旋转控制模块15的控制和驱动作用下，收发天线阵列沿着柱形框架10的侧面作旋转运动，从360度向柱形框架10内的被测对象20发射毫米波探测信号，并接收从被测对象20反射回来的回波信号，进而实现对被测对象20的三维扫描。
在其中一个实施例中，所述发射天线阵列11包括两列，每列所述发射天线阵列11的一边固定设置有一列所述接收天线阵列12，形成两组收发天线阵列，且两组所述收发天线阵列相对于所述柱形框架10的中心轴对称。
在柱形框架10相对于其中心轴对称的位置设置有两组收发天线阵列，可以加快对被测对象20的扫描速度。在其中一个实施例中，由扫描控制模块13控制这两组收发天线阵列依次对所述被测对象20进行扫描。以免两组收发天线阵列同时发出微波探测信号造成干扰，提高了成像精度。
在其中一个实施例中，该基于旋转扫描的三维成像***还包括编码器16，所述编码器16设置在所述收发天线阵列上，在所述收发天线阵列每旋转预设角度间隔时向所述信号收发模块14发送脉冲驱动信号。
在旋转扫描的过程中，为了提高扫描速度和成像质量，需要收发天线阵列在固定的扫描点30处对被测对象20进行扫描，通过在收发天线阵列上设置编码器16，当收发天线阵列运动一定的角度时，收发天线阵列到达扫描点30，编码器16自动给出脉冲驱动信号到信号收发模块14，进而将微波探测信号发送给收发天线阵列，由收发天线阵列对被测对象20进行扫描。
在其中一个实施例中，所述柱形框架10上设置有环形导轨40，所述收发天线阵列在所述旋转控制模块15的控制下沿所述环形导轨40旋转运动，该环形导轨40也可以设置在柱形侧面上，平行于下边沿的其他位置。
在其中一个实施例中，还包括数据采集模块17和数据处理模块18，所述数据采集模块17连接所述信号收发模块14，将所述回波信号转换为数字信号，所述数据处理模块18连接所述数据采集模块17，将所述数字信号转换为所述被测对象20的图像数据。
该数据处理模块18还用于设置微波探测信号的频率范围和频率间隔，提高成像质量。
在其中一个实施例中，还包括图像处理模块19，连接所述数据处理模块18，用于根据所述图像数据生成所述被测对象20的三维图像。
在其中一个实施例中，还包括显示模块21，连接所述图像处理模块19，用于显示所述三维图像。
将被测对象20经扫描后的图像显示出来，供检测人员查看，以对被测对象20进行检测。
上述基于旋转扫描的三维成像***，接收天线阵列11纵向设置在发射天线阵列12的一边，且各发射天线单元111设置在两个相邻的接收天线单元121之间的中心线上，在对被测对象20进行扫描的过程中，扫描控制模块13按照预设时序依次开启各发射天线单元111和与该发射天线单元111距离最近的两个接收天线单元121，即上述两个相邻的接收天线单元121；实现接收天线单元121分时复用，提高了接收天线单元121的利用率；增强了回波信号的接收灵敏度，提高了成像质量，同时简化了***的天线结构。同时设置两组收发天线阵列，并通过编码器16实现收发天线阵列的定点扫描，加快了扫描速度，提高了扫描效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，包括：
柱形框架，包括柱形侧面；
发射天线阵列，包括多个发射天线单元，所述多个发射天线单元纵向设置在所述柱形侧面上，用于向位于所述柱形框架内的被测对象发射微波探测信号；
接收天线阵列，包括多个接收天线单元，所述多个接收天线单元纵向设置在所述发射天线阵列的一边，用于接收从被测对象反射回来的回波信号；
扫描控制模块，用于控制各发射天线单元依次向所述被测对象发射微波探测信号，并控制与当前发射微波探测信号的发射天线单元距离最近的两个接收天线单元同时接收所述回波信号；
信号收发模块，用于向所述发射天线阵列发送所述微波探测信号，并对所述回波信号进行处理；
旋转控制模块，用于控制所述发射天线阵列和接收天线阵列沿所述柱形侧面旋转运动，以使所述发射天线阵列和接收天线阵列从多个角度向被测对象发射所述微波探测信号，并接收所述回波信号。
2.根据权利要求1所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，各所述发射天线单元设置在与该发射天线单元距离最近的两个相邻的接收天线单元之间的中心线上。
3.根据权利要求1所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，所述发射天线阵列包括两列，每列所述发射天线阵列的一边固定设置有一列所述接收天线阵列，形成两组收发天线阵列，且两组所述收发天线阵列相对于所述柱形框架的中心轴对称。
4.根据权利要求3所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，还包括编码器，所述编码器设置在所述收发天线阵列上，在所述收发天线阵列每旋转预设角度间隔时向所述信号收发模块发送脉冲驱动信号。
5.根据权利要求3所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，所述扫描控制模块还用于控制两组所述收发天线阵列依次对所述被测对象进行扫描。
6.根据权利要求1所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，所述柱形框架为圆柱形框架。
7.根据权利要求3所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，所述柱形框架上设置有环形导轨，所述收发天线阵列在所述旋转控制模块的控制下沿所述环形导轨旋转运动。
8.根据权利要求1所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，还包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块连接所述信号收发模块，将所述回波信号转换为数字信号，所述数据处理模块连接所述数据采集模块，将所述数字信号转换为所述被测对象的图像数据。
9.根据权利要求8所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，还包括图像处理模块，连接所述数据处理模块，用于根据所述图像数据生成所述被测对象的三维图像。
10.根据权利要求9所述的基于旋转扫描的三维成像***，其特征在于，还包括显示模块，连接所述图像处理模块，用于显示所述三维图像。
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