[发明专利]一种毫米波被动安检成像仪及人体安检成像系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及公共安检领域内的被动微波成像仪，尤其涉及一种毫米波被动安检成像仪及人体安检成像系统。

背景技术

在当前国内外反恐形势日益严峻的形式下，恐怖分子利用隐匿方式随身携带刀具、枪支及爆炸物等危险品对航空器安全构成了极大的威胁。机场、车站等特定场合人体安检技术越来越得到各国交通运输管理部门的重视。针对人体的安检技术和针对货物的安检有很大不同：人体安检不仅要考虑系统的危险品检出能力，而且要顾及辐射安全、个人隐私保护等问题。目前，国内外对人体安检成像系统的实现方案主要有以下几个技术途径：

其一是基于X射线的人体安检成像技术。X射线安检成像仪首先向人体发出X射线进行探测，利用X射线与物质的相互作用效果不同，并通过记录和人体相互作用后的射线强度的分布，即可对人体进行成像。该方案的优点是安检检测能力强，能获得分辨率较高的透视图像，在9.11事件后曾大规模使用。但X射线辐射是一种电离辐射，对人体健康存在威胁，另外，X射线安检的人权隐私问题也很严重。现在，在欧美等国，X射线安检仪已逐步退出人体安检主流市场。

其二是基于主动式毫米波的人体安检成像技术。该技术工作原理和雷达类似，设备首先向人体辐射毫米波，而后通过接收器检测和人体进行相互作用后的毫米波电磁场，从而对人体进行成像。其典型代表有L-3公司的ProVision系列产品(J.L.Fermandes，C.M.Rappaport，et al.“Improved reconstruction and sensing techniques for personnel screening in three-dimensional cylindrical millimeter-wave portal scanning”，Proceedings of SPIE，Vol.8022，doi:10.1117/12.887612，2011)。目前，ProVision系列产品已在各大机场获得广泛应用。该方案的主要优点是毫米波属非电离辐射，辐射危害小，采用扫描等成像机制同样可获得分辨率较高的图像。该方案的主要缺点是：设备发出的毫米波辐射也会对生物体产生复杂的生物效应，依然存在辐射安全问题。

其三是基于被动式毫米波的人体安检成像技术。其典型代表产品有Northrop Grumman公司的NGC系统(L.Yujiri.“Passive millimeter wave imaging”，IEEE MTT-S Int.Microw.Symp.Dig，pp.98-101，2006)。该方案的优点是通过检测目标自身的毫米波辐射实现成像，无主动辐射，对人体绝对安全，利用毫米波段的穿透能力实现人体藏匿危险物的检测。该方案的主要缺点是，受系统复杂度限制，难以快速获得高分辨率的图像。

根据成像体制的不同，被动毫米波成像技术又可分为三种。

其一是传统的机械扫描体制，该模式的产品往往天线波束比较窄，通过一个二维的机械扫描架来完成对二维目标区域的成像。例如德国DLR研究所的ABOSCA安检成像系统(M.Peichl，S.Dill，et al.“Passive microwave remote sensing for security applications”，Radar Conference，EuRAD 2007.European，pp.32-35，2007)。该体制原理清晰，结构简单，但成像时间长，图像空间分辨率辐射灵敏度指标差，并且对机械架构的精确度要求高，难以满足实际安检应用需求；

其二是焦平面阵列成像体制，其基本原理是通过分布在焦平面上的众多单元天线以及适当的反射面结构实现对目标区域的多点同时成像。例如美国Northrop Grumman公司的NGC系统。使用焦平面阵列天线可大大缩短成像时间，但是系统复杂度成倍提高，例如NGC系统在水平15°垂直10°的视场内实现0.5°的角分辨率，需要使用1040个接收机。

其三是综合孔径成像机制，使用干涉式测量技术，可缩短天线实际物理尺寸，在保证成像时间及图像指标的前提下，尽可能降低系统的复杂度。综合孔径成像体制最早提出于射电天文领域，后来又在卫星遥感对地观测领域取得成功。

发明内容

本发明的目的在于克服现有安检成像技术的缺点，突破被动毫米波成像技术的困境，利用综合孔径技术提供了一种毫米波被动安检成像仪；该成像仪具有一次采样即可反演一幅图像所需的全部空间频域信息，而且不需要天线阵列的旋转即可成像，缩短了成像时间；而且具有更高的分辨率；此外，根据圆环阵干涉成像的特点对成像环境进行优化设计，本发明还提出了一种人体安检成像系统。