專(zhuān)利名稱(chēng)：被動(dòng)THz波成像系統(tǒng)單波束掃描成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種針對(duì)于THz安檢成像(對(duì)人體隱匿物品成像)的新型光機(jī)掃描方法。利用該發(fā)明可以在僅使用一個(gè)接收器的情況下，通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)使天線(xiàn)掃過(guò)較大的視域 場(chǎng)景從而獲得圖像信息。由于這種單通道掃描成像的使用，系統(tǒng)在保證體積的前提下，大大 降低了成像的成本，有著很強(qiáng)的市場(chǎng)前景和競(jìng)爭(zhēng)力。
背景技術(shù)：
由于THz波具有較好的穿透性和較高的空間分辨率，因此可以采用THz波輻射計(jì) 對(duì)隱藏在衣物下的違禁物品(槍支、刀具、炸藥等)進(jìn)行成像，從而達(dá)到探測(cè)識(shí)別的目的。近年來(lái)，由于THz技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了以下幾種成像體制①機(jī)械掃描成像 它是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)獲取大視域場(chǎng)景的目標(biāo)特性，雖然機(jī)械掃描成像在獲取信號(hào)的過(guò)程中 需花費(fèi)一定時(shí)間，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像，但是其最大優(yōu)點(diǎn)是可以利用盡量少的接收通道通過(guò) 掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)成像，因此成本相對(duì)較低，有著很強(qiáng)的市場(chǎng)前景和競(jìng)爭(zhēng)力；②相控陣成像它是 利用電子掃描替代機(jī)械掃描，相控陣天線(xiàn)由二維陣列單元組成，每個(gè)接收單元都與一個(gè)移 相器相連，通過(guò)控制接收單元的相位和幅度，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)波束在視域的掃描，但是由于難以設(shè) 計(jì)出有效的輻射單元，以及饋電系統(tǒng)損耗過(guò)大，所以目前在THz波段應(yīng)用不多；③合成孔徑 成像主要是用N個(gè)真實(shí)孔徑的小天線(xiàn)按一定規(guī)律排列，通過(guò)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理以 得到相當(dāng)于一個(gè)合成的大孔徑天線(xiàn)的效果，該成像體制過(guò)于復(fù)雜和昂貴，且干涉陣列所需 的空間很大，因而也不適用于人體隱匿物品的成像；④焦平面成像是將多個(gè)接收單元排 列在聚焦天線(xiàn)的焦平面上，利用各饋源的偏焦不同，從而產(chǎn)生多個(gè)不同指向的波束覆蓋視 域，但由于目前THz波器件仍十分昂貴，所以該成像體制的應(yīng)用也不多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用機(jī)械掃描的方式，通過(guò)對(duì)行、場(chǎng)兩個(gè)方向進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，使天 線(xiàn)掃過(guò)較大的視域場(chǎng)景從而獲得圖像信息。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)①通過(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿驅(qū)動(dòng)行掃描 鏡在水平方向不斷來(lái)回往復(fù)的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃描系統(tǒng)對(duì)物方空間的水平掃描。②通過(guò)場(chǎng)掃描鏡 的在豎直方向上的不斷往復(fù)擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃描系統(tǒng)對(duì)物方空間的豎直掃描。③從THz波探測(cè)器 中檢測(cè)到的被測(cè)物輻射或反射的太赫茲信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物方空間的二維掃描成像。有益效果采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)THz波段的單波束掃描成像，并且本發(fā)明的較之早前的THz 波逐點(diǎn)掃描系統(tǒng)，在制造成本降低的前提下，其掃描速得到度大幅提高，并且掃描視場(chǎng)也同 時(shí)得到擴(kuò)大。


圖1為被動(dòng)THz波成像的掃描系統(tǒng)，
圖2為被動(dòng)THz波成像的掃描系統(tǒng)成像過(guò)程中的掃描示意圖，其中l(wèi)-THz波探測(cè)器，2-凹面鏡，3-行掃描鏡，4-場(chǎng)掃描鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述本發(fā)明由一塊水平擺動(dòng)的平面鏡(行掃描鏡)、一塊豎直擺動(dòng)的 平面鏡(場(chǎng)掃描 鏡)以及一塊用以會(huì)聚光線(xiàn)的凹面鏡組成，如圖1所示。在圖1中，探測(cè)器放置在凹面鏡 的焦平面上，行掃描鏡位于探測(cè)器的共軛面上，并且與水平方向呈45°放置，反射面朝上， 場(chǎng)掃描鏡位于行掃描鏡的正上方，也與水平方向呈45°放置，其反射面朝下。這樣，該探測(cè) 器的像點(diǎn)正好通過(guò)凹面鏡以及行掃描鏡和場(chǎng)掃描鏡的三次反射最終位于場(chǎng)掃描鏡的外側(cè) (即物方)，并與場(chǎng)掃描鏡的中心保持同一水平高度。如果行掃描鏡繞其中心，即探測(cè)器通過(guò)凹面鏡的共軛點(diǎn)，進(jìn)行水平擺動(dòng)，那么探測(cè) 器的像點(diǎn)則能形成一種線(xiàn)性?huà)呙枘Ｊ?，再通過(guò)場(chǎng)掃描鏡的反射作用就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物方的水 平線(xiàn)性?huà)呙?。由于在進(jìn)行掃描成像時(shí)，水平掃描要求具有比較高的掃描速度，而正常的電機(jī)無(wú) 法克服在高速擺動(dòng)下的較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，故本系統(tǒng)中采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿作為水平 掃描的驅(qū)動(dòng)，只要使電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)曲柄便可使搖桿產(chǎn)生高速的往返擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這樣就可以 使系統(tǒng)的水平掃描達(dá)到比較高的速度了。在此情況下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)一周，搖桿便完成 從一個(gè)極限位置到達(dá)下一個(gè)極限位置并再回到該極限位置的運(yùn)動(dòng)，即像點(diǎn)在物方上完成一 個(gè)往返的水平線(xiàn)性?huà)呙柽\(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)二維平面掃描，可利用場(chǎng)掃描鏡在豎直方向上的擺動(dòng)，使物點(diǎn)水平方向 發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)垂直方向的幀幅掃描。根據(jù)實(shí)際工程需求，為了給整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供 安全性與便捷性的保障，場(chǎng)掃描電機(jī)采用連續(xù)掃描模式，而非脈沖掃描模式。故結(jié)合行掃 描鏡的水平掃描后，探測(cè)器的像點(diǎn)會(huì)在物方形成一個(gè)“之”字形的掃描，如圖2所示。整幅 掃描圖像的大小取決于掃描物體與本系統(tǒng)的水平距離，以及行掃描鏡和場(chǎng)掃描鏡的擺動(dòng)角 度，物體距離越遠(yuǎn)、兩掃描鏡的擺動(dòng)角度越大，則被掃描的圖像便越大。
權(quán)利要求
一種單波束THz波快速掃描成像的方法，其特征在于利用行掃描平面鏡的水平擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物方空間的橫向掃描；利用場(chǎng)掃描平面鏡的豎直擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物方空間的縱向掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單波束THz波快速掃描成像的方法，其特征在于利用曲柄 搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿驅(qū)動(dòng)行掃描平面鏡進(jìn)行水平擺動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)物方空間的高速橫向掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單波束THz波快速掃描成像的方法，其特征在于該掃描成 像方法不僅 可以適用于被動(dòng)式的成像，也可以適用于主動(dòng)式的成像。
全文摘要
本發(fā)明為基于單波束THz波被動(dòng)成像的快速掃描方法。針對(duì)于較早的單波束THz波掃描成像方法中掃描時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、系統(tǒng)成本造價(jià)過(guò)高的問(wèn)題，采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿驅(qū)動(dòng)行掃描平面鏡的水平擺動(dòng)，從而得到快速的橫向掃描運(yùn)動(dòng)，再利用一塊在豎直方向來(lái)回往復(fù)擺動(dòng)的場(chǎng)掃描平面鏡實(shí)現(xiàn)縱向掃描運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物方空間的二維掃描成像。本發(fā)明在制造成本降低的前提下，將其掃描速度大幅提高，同時(shí)也將掃描視場(chǎng)擴(kuò)大。并且本發(fā)明不僅適用于被動(dòng)式THz波單波束掃描成像，同時(shí)也可適用于主動(dòng)式THz波單波束掃描成像。
文檔編號(hào)G01V8/10GK101846752SQ20101019031
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者劉小華, 張存林, 朱維文, 董立泉, 趙躍進(jìn), 鄧朝 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)