毫米波/太赫兹波成像设备的制作方法

本公开涉及安检技术领域，特别是涉及一种毫米波/太赫兹波成像设备。

背景技术：

在当前国内外防恐形势日益严峻的形势下，恐怖分子利用隐匿方式随身携带刀具、枪支、爆炸物等危险物品对公共安全构成了严重的威胁。基于被动式毫米波/太赫兹波的人体安检技术，具有独特的优点，通过检测目标本身的毫米波/太赫兹波辐射实现成像，无需主动辐射，对人体进行安检，利用毫米波/太赫兹波的穿透能力实现藏匿危险物的检测。根据成像体制的不同，毫米波和太赫兹波成像技术可以分为焦平面成像体制和基于机械扫描的成像体制。

基于焦平面成像技术的毫米波太赫兹相机使用复杂的技术而且需要特殊的装置，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镜、透镜对目标的不同位置同时成像。如美国Northrop Grumman公司的NGC系统，使用焦平面阵列天线可以实现实时成像，但是系统复杂，例如NGC系统在水平15°，垂直10°的视场分辨率为0.5°的角分辨率，需要1040个探测器。为了降低系统成本和复杂度，当前主流的解决方案是一维线性探测器阵列加上机械扫描的方式对整个视场进行扫描成像。

典型的探测器呈线性分布且探测器圆锥扫描时，探测器的线性布置导致图像在视场的中间部分相比边缘的采样密度低很多，而边缘区域相比中心区域是我们更不关心的地方。此外，对这样的布置，旋转图像(不旋转整个相机)可能导致损失一些潜在信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种毫米波/太赫兹波成像设备，以使得采样密集点集中在全视场中间，且在视场的大部分区域，采样点分布均匀。

根据本公开的实施例，提供了一种毫米波/太赫兹波成像设备，其包括：准光学组件、毫米波/太赫兹波探测器阵列和反射板调节装置，

所述准光学组件适用于将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波反射并汇聚至所述毫米波/太赫兹波探测器阵列，并包括适用于接收并反射来自被检对象的波束的反射板；

所述毫米波/太赫兹波探测器阵列适用于接收来自所述准光学组件的波束；和

所述反射板调节装置适用于调节所述反射板的运动，以使得所述反射板对所述被检对象自发辐射或反射回来的波束进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形。

在一些实施例中，所述反射板调节装置包括：

固定板，所述固定板面向所述反射板的一侧设置有圆筒形件，在所述圆筒形件上设置有轨道槽，所述轨道槽的中心线采用双曲抛物面与所述圆筒形件的圆柱面所形成的交界线；和

由第一连杆、反射板、姿态导杆和第二连杆形成的平行四边形结构，所述第一连杆的一端和所述姿态导杆的一端分别与所述反射板铰接，所述第二连杆的两端分别与所述第一连杆和所述姿态导杆铰接；所述第一连杆与所述固定板转动式连接，所述姿态导杆的自由端与所述轨道槽滑动连接，使得所述第一连杆绕其轴线转动时，所述姿态导杆的自由端在所述轨道槽内滑动。

在一些实施例中，还包括与所述第一连杆连接的驱动电机，用于驱动所述第一连杆转动。

在一些实施例中，所述第一连杆采用所述驱动电机的输出轴。

在一些实施例中，所述姿态导杆的自由端设置有与所述轨道槽滑动连接的滑块。

在一些实施例中，所述反射板调节装置还包括设置在所述姿态导杆上适用于防止所述滑块从所述轨道槽脱出的防脱出机构。

在一些实施例中，所述轨道槽的中心线距离所述筒形件远离所述固定板的一端的轴向距离是恒定的，所述防脱出机构包括压靠在所述圆筒形件远离所述固定板的一端上的压紧件，以及用于将所述压紧件压靠在所述圆筒形件上的压紧弹簧。

在一些实施例中，所述轨道槽开设在所述圆筒形件的内表面上。

在一些实施例中，所述轨道槽开设在所述圆筒形件的外表面上。

在一些实施例中，所述第一连杆上设置有光电编码器，所述光电编码器用于检测所述第一连杆的实时角位移，并计算出所述反射板的实时姿态角。

在一些实施例中，所述准光学组件还包括适用于汇聚来自所述反射板的波束的聚焦透镜，所述聚焦透镜沿所述波束的路径位于所述反射板和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列之间。

在一些实施例中，所述准光学组件还包括适用于汇聚来自所述被检对象的波束的聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述反射板和被检对象之间。

在一些实施例中，所述毫米波/太赫兹波探测器阵列呈环形分布。

在一些实施例中，所述环形包括圆形环、椭圆形环、多边形环中的至少一种。

在一些实施例中，所述多边形环包括正菱形环、扁菱形环、长方形环中的至少一种。

在一些实施例中，所述毫米波/太赫兹波探测器阵列中的多个毫米波/太赫兹波探测器均匀分布在所述环形上。

在一些实施例中，所述毫米波/太赫兹波探测器阵列中的多个毫米波/太赫兹波探测器在视场法向或垂直于所述视场法向的方向上的投影是均匀分布的。

在一些实施例中，所述毫米波/太赫兹波探测器阵列呈线性分布。

在一些实施例中，所述反射板是平面的。

在一些实施例中，所述反射板采用光滑的金属表面或金属栅网格。

在一些实施例中，所述反射板是菲涅尔反射镜或抛物面反射镜。

在一些实施例中，毫米波/太赫兹波成像设备还包括：

数据处理装置，所述数据处理装置与所述毫米波/太赫兹波探测器阵列连接以接收来自所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的对于被检对象的扫描数据并生成毫米波/太赫兹波图像；和

显示装置，所述显示装置与所述数据处理装置相连接，用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。

根据本公开上述各种实施例所述的毫米波/太赫兹波成像设备，通过反射板调节装置带动反射板运动，以使得反射板对被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形，相比轨迹为圆柱形的优点是，采样密集点集中在全视场中间，而不是在视场边缘，且在视场的大部分区域，采样点分布均匀，插值方便。

附图说明

图1为根据本公开的一个实施例的反射板调节装置的立体示意图；

图2为图1所示的反射板调节装置的平面示意图；

图3为图1所示的姿态导杆与轨道槽的连接示意图；

图4为根据本公开的一种毫米波/太赫兹波成像设备的原理示意图；

图5为根据本公开的一实施例的聚焦透镜位于被检对象和反射板之间的结构示意图；

图6为呈圆形环均匀分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计；

图7为呈圆形环横向插空分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计；

图8为呈正菱形环均匀分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计；

图9为呈正菱形环横向插空分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计；

图10为呈扁菱形环均匀分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计；

图11为呈扁菱形环横向插空分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计；以及

图12为呈线性分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计。

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至图3示意性地示出了根据本公开的一实施例的被动式毫米波/太赫兹波成像设备。该成像设备包括准光学组件、反射板调节装置5和毫米波/太赫兹波探测器阵列2，其中准光学组件适用于将被检对象31自发辐射的毫米波/太赫兹波反射并汇聚至毫米波/太赫兹波探测器阵列2，并包括适用于接收并反射来自被检对象31的波束的反射板1和适用于汇聚来自反射板1的波束的聚焦透镜4。毫米波/太赫兹波探测器阵列2适用于接收由准光学组件反射并汇聚后的波束。反射板调节装置5适用于调节反射板1的运动，以使得反射板1对被检对象31自发辐射的波束进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形。

需要说明的是，虽然在该实施例中，反射板1反射的波束是被检对象31自发辐射的毫米波或太赫兹波，然而本领域的技术人员应当理解，该波束也可以为照射到被检对象31并经被检对象31反射回来的毫米波/太赫兹波。

如图1和图2所示，反射板调节装置5包括固定板59，固定板59面向反射板1的一侧设置有圆筒形件54，在圆筒形件54上设置有轨道槽55，轨道槽55的中心线采用双曲抛物面与圆筒形件54的圆柱面所形成的交界线。反射板调节装置5还包括由第一连杆51、反射板1、姿态导杆53和第二连杆52形成的平行四边形结构，第一连杆51的一端和姿态导杆53的一端分别与反射板1铰接，第二连杆52的两端分别与第一连杆51和姿态导杆53铰接；第一连杆51与固定板59转动式连接，姿态导杆53的自由端与轨道槽55滑动连接，使得当第一连杆51绕其轴线转动时，带动反射板1旋转，姿态导杆53在轨道槽55内滑动，因而使得在垂直于视图所在平面形成的俯仰角较大，而在垂直于视图所在平面方向上形成的侧倾角较小，反射板1的法线经过的轨迹为椭圆锥，即实现了椭圆扫描(如图4所示)，且采样密集点集中在全视场中间，且在视场的大部分区域，采样点分布均匀，插值方便。优选俯仰角的范围为±40°，侧倾角的范围为±35°。

如图1和图2所示，在一个示例性实施例中，该反射板调节装置5还包括与第一连杆51连接的驱动电机6，用于驱动第一连杆51转动。优选地，第一连杆51采用驱动电机6的输出轴。需要说明的是，在本公开的其它一些实施例中，也可以将第一连杆51与驱动电机6的输出轴刚性连接，以使得第一连杆51在驱动电机6的输出轴的带动下转动，从而使得姿态导杆53在轨道槽55内滑动。在该实施例中，驱动电机6是反射板调节装置5的唯一动力源，其输出轴优选经由减速器7后将输出轴的转速调整至合适值(例如可以是60rpm至1200rpm)。

如图1和图2所示，在一个实施例中，在姿态导杆53的自由端设置有与轨道槽55滑动连接的滑块56，该滑块56例如可以采用轴承的形式。

反射板调节装置5还包括设置在在姿态导杆53上适用于防止滑块56从轨道槽55脱出的防脱出机构。如图4所示，在一个示例性实施例中，轨道槽55的中心线距离圆筒形件54远离固定板59的一端的轴向距离是恒定的。该防脱出机构包括压靠在圆筒形件54远离固定板59的一端上的压紧件57，以及用于将压紧件57压靠在圆筒形件54的端部上的压紧弹簧58，其中压紧件57也采用与姿态导杆53连接的轴承的形式。

如图3所示，在一个示例性实施例中，轨道槽55开设在圆筒形件54的内表面上，在这种情况下，姿态导杆53伸至圆筒形件54的内部，并与设置在圆筒形件54内表面上的轨道槽55滑动连接。需要说明的是，在本公开的其它一些实施例中，也可以将轨道槽55开设在圆筒形件54的外表面上。

如图4所示，在一个示例性实施例中，聚焦透镜4沿波束的路径位于反射板1和毫米波/太赫兹波探测器阵列2之间。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，聚焦透镜4也可以设置在反射板1和被检对象31之间，即被检对象31自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波经过聚集透镜4，然后被反射板1反射至毫米波/太赫兹波探测器阵列2并由毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收，如图5所示。

如图2所示，在一个示例性实施例中，第一连杆51上设置有光电编码器8，光电编码器8用于检测第一连杆51的实时角位移，并计算出反射板1的实时姿态角。如图2所示，该光电编码器8位于输出轴在固定板59和减速器7之间的部分上。然而需要说明的是，在本公开的其它一些实施例中，也可以将光电编码器8设置在其它部分上，例如固定板59和反射板1之间的输出轴上。

图6至图11示出了毫米波/太赫兹波探测器阵列2的几种分布方式及其相应的扫描轨迹和采样统计。其中，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈环形分布，并位于同一平面内，该环可以是圆形环(如图6、7所示)、椭圆形环、多边形环等。其中多边形环可以是正菱形环(如图8、9所示)、扁菱形环(如图10、11所示)、长方形环等。此外，毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的多个毫米波/太赫兹波探测器可以均匀分布在环形上。也可以呈横向插空分布在环形上，即毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的多个毫米波/太赫兹波探测器在视场法向或垂直于视场法向的方向上的投影是均匀分布的。在这里，视场法向指的是从反射板1的中心到视场3的纵向中心线之间的水平连线的方向。

如图6所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈圆形环均匀分布(如图6(a)所示)，通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为圆形或准圆形，如图6(b)所示，其采样如图6(c)所示，可以看出，采样密集点都集中在视场中间，此时视场中心点可作为毫米波/太赫兹波探测器的校正点，该分布方式适合对多人同时进行成像。

如图7所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈圆形环横向插空分布(如图7(a)所示)，通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形，如图7(b)所示，其采样如图7(c)所示，可以看出，采样在视场基本均匀分布，此时视场顶部可作为毫米波/太赫兹波探测器的校正点，该分布方式适合对单个人体进行成像。

当毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈菱形环分布时，可令扫描轨迹在中心部位达到相当均匀的效果。例如，当毫米波/太赫兹波探测器阵列2采用菱形环横向插空分布方式时，采样点分布比毫米波/太赫兹波探测器圆形环分布更加均匀，且后续图像处理所需进行的差值更加方便。当采用扁菱形环分布时(侧顶角范围优选为1°～44°)，中心区域分布更均匀(过分密集区域范围减小)，但需要反射板调节装置提供更大的俯仰角和更小的侧倾角。

如图8所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈正菱形环均匀分布(如图8(a)所示)，通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形，如图8(b)所示，其采样如图8(c)所示，可以看出，采样在视场基本均匀分布，此时视场顶部可作为毫米波/太赫兹波探测器的校正点，该分布方式适合对单个人体进行成像。

如图9所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈正菱形环横向插空分布(如图9(a)所示)，通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形，如图9(b)所示，其采样如图9(c)所示，可以看出，采样在视场基本均匀分布，此时视场顶部可作为毫米波/太赫兹波探测器的校正点，该分布方式适合对单个人体进行成像。

如图10所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈扁菱形环均匀分布(如图10(a)所示)，通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形，如图10(b)所示，其采样如图10(c)所示，可以看出，采样在视场基本均匀分布，此时视场顶部可作为毫米波/太赫兹波探测器的校正点，该分布方式适合对单个人体进行成像。

如图11所示，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈扁菱形环横向插空分布(如图11(a)所示，侧顶角为20°)，通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形，如图11(b)所示，其采样如图11(c)所示，可以看出，采样在视场基本均匀分布，此时视场顶部可作为毫米波/太赫兹波探测器的校正点，该分布方式适合对单个人体进行成像。

如图12所示，在一个示例性实施例中，毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈线性分布(如图12(a)所示)，分布方向与视场法向平行。其优点是在类椭圆包络扫描方式下，可令扫描轨迹在绝大部分区域相当均匀的效果，如图12(b)和12(c)所示。

需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的毫米波/太赫兹波探测器数量应根据所需视场大小以及所需分辨率确定，毫米波/太赫兹波探测器的大小根据波长、加工工艺，以及所需采样密度等确定。

此外，需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开的一些实施例中，反射板1可以是平面的，例如光滑的金属表面或金属栅网格，在本公开的另外一些实施例中，反射板1也可以是非平面的，例如菲涅尔反射镜或者抛物面反射镜。

在本公开的一个实施例中，该成像设备还可以包括数据处理装置(未示出)。该数据处理装置与毫米波/太赫兹波探测器阵列2无线连接或有线连接以接收来自毫米波/太赫兹波探测器阵列2的对于被检对象31的扫描数据并生成毫米波/太赫兹波图像。该成像设备还可以包括显示装置，该显示装置与数据处理装置相连接，用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。

根据本公开上述各种实施例所述的毫米波/太赫兹波成像设备，通过反射板调节装置5带动反射板1运动，以使得反射板1对被检对象31自发辐射或反射回来的波束进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形，相比轨迹为圆柱形的优点是，采样密集点集中在视场中间，而不是在视场边缘，且在视场的大部分区域，采样点分布均匀，插值方便。

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。