一种基于毫米波的双主动复合成像方法与流程

本发明属于安检技术领域，具体涉及一种基于毫米波的双主动复合成像方法。

背景技术：

因此，公共场所的安全检查受到世界各国的广泛关注，对现代安检系统的分辨性、安全性、实时性、成像质量和定位精度提出了更高的要求。

传统的安全检测设备如金属探测器、红外探测器、x光成像设备等均存在一些缺陷，如金属探测器不能检测如陶瓷刀、塑胶炸弹等非金属违禁物品；红外探测器区分不同物体的能力较弱,且无法探测隐匿物品；x光成像设备对人体具有电离性。所以，传统的安全检测设备已经不能满足现代安检对分辨性和安全性的要求。

毫米波频段介于微波与可见光之间，具有指向性好、可利用的频谱范围宽、信息容量大、抗干扰能力强、探测性能好，穿透能力强的优点，在安检成像领域有着广阔的应用前景。现有毫米波安检成像技术可分为主动成像和被动成像两种，被动毫米波成像技术虽然具有成像速度快的优势，但其抗噪声性能差，成像质量差的缺陷制约了其在安检成像领域中的应用。而主动毫米波成像虽然具有较高的成像质量，且对人体具有一定穿透能力，所以主动式毫米波成像技术渐渐被各国所接受。

但世界上主流的毫米波安检成像系统仍存在不同程度的问题：如美国l3公司的provision系列，需要机械扫描，成像速度较慢；德国rohde&schwarz公司的qps系统，成本较高，信号处理负荷大、时间长；smith公司的eqo，需要被检人员在成像系统前旋转一周，成像速度较慢。目前这些问题使得已有安检成像系统无法满足国内的高通量安检需求。

将被动毫米波成像技术和主动毫米波成像技术结合起来使用，先使用成像速度快的被动成像技术对人体所在区域进行成像，发现危险品位置后，再使用主动成像技术仅仅对危险品所在位置进行更加精细的成像，虽然可以在一定程度上解决单一使用主动成像技术中存在的成像速度慢的问题，但被动成像过程中因其成像质量较差以及抗噪声性能差，可能会导致漏检误检的问题，而且同时采用被动和主动成像技术所带来的系统体积与成本问题难以忽视。

而近年，可重构天线技术的研究和发展迅速，可重构天线是一种新型天线，其它经典成熟天线形式都可设计为可重构天线的一部分，又因其移相原理也可以丰富多样，所以可重构天线种类很多。与传统的抛物面天线和微带阵列天线相比，可重构阵列天线吸收了两者的优点，同时又克服了各自的不足。如采用空间馈电避免了馈线损耗、简化了馈电设计复杂度；利用平面结构实现了波束聚焦、便于集成和加工；独立的单元确保了充足的设计自由度及灵活的性能等。可重构天线技术在成像领域中展现了广阔的应用前景。

综上所述，传统的安全检测设备已经不能同时满足当下公共场所对安全检查对于分辨性、安全性、实时性、精确性和显著定位的要求，而传统毫米波成像技术存在无法同时满足实时成像和高质量成像的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种毫米波的双主动复合成像方法，可以解决同时实时成像和高质量成像的问题

一种基于毫米波的双主动复合成像方法，包括：

步骤一、向待检人体区域发射毫米波，接收人体散射回波并进行粗扫描成像；然后根据所成图像对危险品进行定位；其中，扫描成像的分辨率满足可识别出危险品；

步骤二、提高扫描成像分辨率，对危险品所在区域发射毫米波并接收散射回波，完成对危险品的精细成像。

较佳的，所述步骤一中粗扫描成像采用的毫米波阵列天线尺寸小于所述步骤二中精确成像的毫米波阵列天线。

较佳的，所述步骤一中粗扫描成像采用的毫米波阵列天线为所述步骤二中精确成像的毫米波阵列天线中的一部分。

较佳的，所述步骤一中粗扫描成像采用的毫米波阵列天线和所述步骤二中精确成像的毫米波阵列天线为独立的两个天线。

较佳的，所述毫米波阵列天线为相控阵式或者可重构阵列式。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出的一种毫米波的双主动复合成像方法，采用分辨率较低的粗扫描和分辨率较高的细扫描结合的方式，先采用粗扫描对危险品定位，再经过细扫描对危险品精确成像，有效地提高了安检成像速度，并且减少了阵列天线的体积和系统成本，与被动式成像装置相比成像质量有较大提升。

附图说明

图1是本发明的实施例中双主动毫米波复合成像成像系统的结构框图；

图2是本发明的一个具体实施例中双主动毫米波复合成像成像系统的整体结构示意图，其中所述主动式毫米波阵列天线的实现方式为传统相控阵式；

图3是本发明的一个具体实施例中双主动毫米波复合成像成像系统的整体结构示意图，其中所述主动式毫米波阵列天线的实现方式为可重构阵列式。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的基于毫米波的双主动复合成像方法，具体过程如下：

步骤一、向待检人体区域进行较低分辨率的扫描成像(粗扫描)，即：向待检人体区域发射毫米波，接收人体散射回波并进行成像；然后根据所成图像对危险品进行定位；其中，扫描成像的分辨率根据成像的精细度和时间要求决定；当需要最短扫描时间时，分辨率最低要满足可识别出危险品的要求；

步骤二、当粗扫描成像完成后，进行细扫描成像，即：提高扫描成像的分辨率，向危险品所在区域发射毫米波并接收散射回波，完成对危险品的精确成像。

需要说明的是，步骤一中较低分辨率的成像可以采用较小尺寸的毫米波阵列天线实现对人体的扫描成像，则较高分辨率成像可采用大尺寸的毫米波阵列天线实现。较小尺寸毫米波阵列天线可以是大尺寸的毫米波阵列天线的一部分，也可以是单独的一个毫米波阵列天线。

本发明基于毫米波的双主动成像系统100，如图1所示，该系统包括：主动式毫米波阵列天线110、多通道毫米波收发组件120、数据处理与控制装置130、图像显示装置140。

其中，多通道毫米波收发组件120与所述主动式毫米波阵列天线110相连，其主要实现基带信号与毫米波信号间的上下变频等功能。

其中，数据处理与控制装置130，其分别与所述主动式毫米波阵列天线110和多通道毫米波收发组件120相连，主要实现对各个模块进行控制以及数据综合处理等功能。

其中，图像显示装置140用于对被检人体的成像结果进行显示。

下面详细描述本发明的部分实施例，通过参考附图描述的实施例只是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例附图中相同的标识应理解为具有相同功能的部件或模块。

在本发明的描述中，描述的方位或位置关系为基于附图所示实施例的方位或位置关系，而不能理解为所述系统部件或模块必须以上述位置安装或工作，不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，部件或模块序号的标注是以方便描述为目的，而不能理解为部件或模块的相对重要性。

在本发明的部分实施例中，所述主动式毫米波阵列天线110的实现方式可分为两类，传统相控阵式和可重构阵列式。在所述主动式毫米波阵列天线的实现方式为传统相控阵式的情况下，所述阵列天线为收发共阵相控阵天线；而在所述主动式毫米波阵列天线110的实现方式为可重构阵列式的情况下，所述阵列天线采用反射阵形式，由宽波束发射天线、可重构反射阵列和宽波束接收馈源组成。下面对这两种情况下的部分实施例进行更为具体的说明。

首先对所述主动式毫米波阵列天线110的实现方式为传统相控阵式的情况下的部分实施例进行说明。

如图2所示，所述主动式毫米波阵列天线的实现方式为传统相控阵式的情况下，一个具体实施例中成像系统的结构示意图。在该实施例中，主动式毫米波阵列天线包含一个收发共阵相控阵天线。所述较小的相控阵式毫米波阵列天线111由较大的相控阵式毫米波阵列天线112的几何中心附近的部分单元构成。当被检人员进入检测区域时，成像系统开始工作。

成像流程如下，对人体区域1进行粗扫描成像。确定初始聚焦平面；确定聚焦平面上的扫描点位置；调节较小的相控阵式毫米波阵列天线111各单元相位，使波束聚焦于扫描点位置，发射并接收毫米波，得到该扫描点处的反射信号。

假设聚焦平面所在位置为z＝z0，聚焦平面上某扫描点位置以(x0，y0，z0)为例，收发共阵相控阵天线所在平面为z＝z1，相控阵天线上某天线单元位置为(x1，y1，z1)，收发射频信号对应的n个频率序列为f＝{f1，f2，f3，…，fn}，从天线到扫描点的距离为则对于频率序列中任一频率fi，在此频率下对扫描点(x0，y0，z0)进行发射和接收射频信号时需要补偿的相位为控制移相器在发射和接收过程对每一个天线单元进行相位补偿，使发射波束和接收波束聚焦于扫描点，发射并接收毫米波射频信号，完成一次信号采集。

需要说明的是，在确定成像区域和天线的相对位置后，移相器在不同聚焦点和不同频率下的相位分布可以提前计算并存储在相应设备中，在应用时直接读取，不必实时计算。

重复上述过程，遍历聚焦平面上的所有扫描点；遍历所有聚焦平面，形成三维粗扫描图像，确定危险品区域2。

再对危险品区域2进行细扫描成像，与粗扫描过程原理相同。确定聚焦平面上的扫描点位置；调节较大的相控阵式毫米波发射天线阵列112各单元相位，使波束聚焦于扫描点位置，发射并接收毫米波，得到该扫描点处的反射信号；重复上述过程，遍历聚焦平面上的所有扫描点；遍历所有聚焦平面，形成三维细扫描图像，对危险品进行分类识别。

对所述主动式毫米波阵列天线110的实现方式为可重构阵列式的情况下的部分实施例进行说明。

如图3所示，所述主动式毫米波阵列天线的实现方式为可重构阵列式的情况下，一个具体实施例中成像系统的结构示意图。在该实施例中，所述主动式毫米波阵列天线采用反射阵形式，包含一个宽波束发射天线1，一个可重构反射阵列和一个宽波束接收馈源1。其中宽波束发射天线指向三维成像区域，向三维成像区域发射毫米波；可重构反射阵列上布满了可重构单元，每一个单元产生的相位调制由相应的二极管的通断状态控制，通过调整二极管的通断来调控可重构单元的相位，使阵列的波束聚焦于成像区域的某聚焦点，接收三维成像区域的被测物体的反射信号；宽波束接收馈源的波束方向指向可重构反射阵列的几何中心，接收从可重构反射阵列反射的信号。所述较小的主动式毫米波阵列天线中的可重构反射阵列111由较大的主动式毫米波阵列天线中的可重构反射阵列112的几何中心附近的部分单元构成。当被检人员进入检测区域时，成像系统开始工作。

成像流程为：对人体区域1进行粗扫描成像。确定初始聚焦平面；确定聚焦平面上的扫描点位置；调节较小的主动式毫米波阵列天线中的可重构反射阵列111各单元相位，使阵列波束指向扫描点；控制宽波束发射天线1向被检区域发射毫米波；控制宽波束接收馈源1接收从可重构反射阵列反射的信号。

假设聚焦平面所在位置为z＝z0，聚焦平面上某扫描点位置以(x0，y0，z0)为例，可重构反射阵列所在平面为z＝z1，可重构反射阵列上某天线单元位置为(x1，y1，z1)，发射天线位置为(x2，y2，z2)，接收天线位置为(x3，y3，z3)，收发射频信号对应的n个频率序列为f＝{f1，f2，f3，…，fn}，从发射天线到天线单元的距离为从天线单元到扫描点的距离为从扫描点到接收天线的距离为那么几段路径的总长度为rtotal。则对于频率序列中任一频率fi，在此频率下对扫描点(x0，y0，z0)进行发射和接收射频信号时需要补偿的相位为控制二极管的通断状态进行相位补偿，使阵列波束聚焦于扫描点，发射并接收毫米波射频信号，完成一次信号采集。

需要说明的是，在确定成像区域和天线的相对位置后，二极管在不同聚焦点和不同频率下的相位分布可以提前计算并存储在相应设备中，在应用时直接读取，不必实时计算。

重复上述过程，遍历聚焦平面上的所有扫描点；遍历所有聚焦平面；形成三维粗扫描图像，确定危险品区域2。

再对危险品区域2进行细扫描成像，与粗扫描过程原理相同。确定初始聚焦平面；确定聚焦平面上的扫描点位置；调节较大的主动式毫米波阵列天线中的可重构反射阵列112各单元相位，使阵列波束指向扫描点；控制宽波束发射天线1向被检区域发射毫米波；控制宽波束接收馈源2接收从可重构反射阵列反射的信号；重复上述过程，遍历聚焦平面上的所有扫描点；遍历所有聚焦平面；形成三维细扫描图像，对危险品进行分类识别。

综上，本发明提出的毫米波双主动复合成像系统，采用粗扫描和细扫描结合的方式，先用较小的主动式毫米波阵列天线对人体所在区域进行粗扫描，得到分辨率较低的粗扫描图像，检测到危险品位置后，再用较大的主动式毫米波阵列天线，仅对危险品所在区域进行细扫描成像，得到危险品的精细图像。由于其粗扫描过程中所用阵列的口径小，成像分辨率低，扫描点间隔大；细扫描过程中所用阵列口径大，成像分辨率高，扫描点间隔小，但扫描区域小，使得两次扫描的成像速度得到有效提高，再经过算法优化之后，有希望实现实时成像。另外其中粗扫描过程所用阵列天线由细扫描过程所用阵列天线的局部天线单元构成，降低了阵列体积和系统成本。两个步骤均采用主动成像的方式，成像质量高于被动成像的方式。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。