[发明专利]电磁波成像系统

说明书

本发明涉及一种电磁波成像系统，具体说是一种毫米波成像系统。更详细地说，本发明涉及到检测毫米波长辐射并由此产生图像的小型摄像机。

隐藏在衣服下面的塑料武器和爆炸物对普通的违禁品检测技术提出了独有的挑战。非金属，非磁性物体不能利用低频磁场的普通系统检测。能显露这些种类违禁品的通用方法涉及到X射线或其他电离辐射。这些方法是，或被认为是危险的，因此其用途受到限制。

然而大家知道，所有物体自然发射和反射宽频带电磁辐射，一个物体发射或反射的辐射强度是由许多因素决定的，诸如物体的材料及表面性质，物体的温度。大家也知道，人体是一特别好的毫米波发射体，即，电磁辐射的波长特征是在1至10mm范围，相应的频率为300GHz至30GHz。与此相反，金属物体是很差的毫米波发射体和极好的毫米波反射体。诸如塑料、陶瓷、塑料爆炸物、粉末状药物等介电物体的发射特性是介于人体与金属发射特性之间。大部分衣服和很多建筑材料对于毫米波实际上是透明的。

因为所有物体或反射或发射毫米波，逐步开发出两种不同的技术来利用这些性质中的一个或另一个。无源成像利用高灵敏度摄像机检测物体或人发射的自然毫米波，并要求有一灵敏的接收器以区别发射中的微小差异。发射出的辐射被摄像机中的接收器加以处理，它使毫米波信号降频转换到视频信号。视频信号的强度大致与发射的辐射功率大小成正比。不同的视频信号强度被编码，在视觉显示器上显示成从黑色经过灰色到白色的像素。

隐藏在个人衣服中的塑料武器显示成明亮(黑暗)人体背景下的黑暗(明亮)影像。温暖人体究竟是黑暗或明亮取决于数据采集程序。当(1)照射活体是不可接受时和当(2)使用者不希望来自成像系统的发射，这种发射被监示器检测时，无源成像是更好的。在本文中描述的成像系统是一无源成像摄像机。

有源成像利用来自物体或人的毫米波发射。在此方法中，使用者将来自毫米波发生器的信号发射到被研究的对象。此毫米波被反射回到摄像机，在摄像机中将这些毫米波降频转换成视频信号，并被处理成显示器上不同强度或颜色的像素。照射对象的发射信号可以依附在摄像机上或者可以分开安装，有源成像仪可以使用无源成像中所用的同样高灵敏摄影机。

上述特性在使用毫米波作违禁品检测的系统中已经被开发出来。这些系统的实施例在下述美国专利中有描述。

美国专利，专利号5,227,800，披露一个有源成像的毫米波违禁品检测系统。在该系统中，装备了毫米波发生器，它用于照射毫米波摄像机视场中的物体。从视场中物体反射回来的毫米波被摄像机组件接收，并在焦平面接收器陈列中加以处理，利用阵列中每个单元测定信号强度以形成视场中物体的像。

美国专利，专利号5,047,783，披露一个改进了图像分辨率的毫米波无源成像系统。它装备一个旋转的折射式楔块，改变入射到焦平面阵列上信号能量的方向。在信号能量改向时，焦平面阵列中每个单元取样的面积被扩大了。在这个扩大的面积上处理信号从而改善了图像分辨率。

虽然上述系统比其他现有技术的成像方法有了重大的进展，但是这种系统通常不适用于小型装置。因此，现有系统的图像分辨技术需要附加透镜和电机，于是导致增大尺寸和复杂性。

本发明的一个目的是提供一个小型的违禁品检测成像系统，用来产生毫米波图像以检测金属物体和非金属，非磁性物体，并且提供一个改变在辐射探测器阵列上的接收的图像的方向的机构以提高图像的分辨率。

此发明的另一个目的是提供一个前一段描述的毫米波摄像机，它具有折叠的光路以减小摄像机的尺寸。

此发明的又一个目的是提供一个具有自动聚焦该系统机构的毫米波成像系统。

本发明在很大程度上满足了一个小型毫米波成像系统的上述需要，它是通过提供一个入射毫米波长辐射的成像方法达到的，其中在透射反射器第一表面接收的信号被透射反射器过滤，使得只有那些具有予选偏振的信号通过；然后偏振的信号被反射，偏振的方向被一负载切换扭转反射器(load switching twist reflector)转过了90°；反射的旋转了的偏振信号从透射反射器的第二表面再反射，然后在辐射探测器组件上被接收和检测。在辐射探测器组件上接收和检测的信号用于产生一个图像。通过扫描负载切换扭转反射器引导探测器阵列上的反射旋转偏振信号，以改善图像的分辨率。压电换能器可以用来驱动负载切换扭转反射器实现扫描。

本发明的另一个方面，是调整透射反射器与负载切换扭转反射器之间的距离，将反射的旋转偏振信号聚焦到辐射探测器组合上。这一调整可以利用超声距离传感器测量被研究对象的距离来完成。