CN101846752B - 被动THz波成像系统单波束扫描成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明为基于单波束THz波被动成像的快速扫描方法。针对于较早的单波束THz波扫描成像方法中扫描时间过长、系统成本造价过高的问题，采用了曲柄摇杆机构的摇杆驱动行扫描平面镜的水平摆动，从而得到快速的横向扫描运动，再利用一块在竖直方向来回往复摆动的场扫描平面镜实现纵向扫描运动，从而实现对物方空间的二维扫描成像。本发明在制造成本降低的前提下，将其扫描速度大幅提高，同时也将扫描视场扩大。并且本发明不仅适用于被动式THz波单波束扫描成像，同时也可适用于主动式THz波单波束扫描成像。

Description

被动THz波成像系统单波束扫描成像方法

技术领域

本发明是一种针对于THz安检成像(对人体隐匿物品成像)的新型光机扫描方法。利用该发明可以在仅使用一个接收器的情况下，通过机械运动使天线扫过较大的视域场景从而获得图像信息。由于这种单通道扫描成像的使用，系统在保证体积的前提下，大大降低了成像的成本，有着很强的市场前景和竞争力。

背景技术

由于THz波具有较好的穿透性和较高的空间分辨率，因此可以采用THz波辐射计对隐藏在衣物下的违禁物品(枪支、刀具、炸药等)进行成像，从而达到探测识别的目的。

近年来，由于THz技术的不断发展，形成了以下几种成像体制：①机械扫描成像：它是利用机械运动来获取大视域场景的目标特性，虽然机械扫描成像在获取信号的过程中需花费一定时间，很难实现实时成像，但是其最大优点是可以利用尽量少的接收通道通过扫描来实现成像，因此成本相对较低，有着很强的市场前景和竞争力；②相控阵成像：它是利用电子扫描替代机械扫描，相控阵天线由二维阵列单元组成，每个接收单元都与一个移相器相连，通过控制接收单元的相位和幅度，实现天线波束在视域的扫描，但是由于难以设计出有效的辐射单元，以及馈电系统损耗过大，所以目前在THz波段应用不多；③合成孔径成像：主要是用N个真实孔径的小天线按一定规律排列，通过对接收到的信号进行处理以得到相当于一个合成的大孔径天线的效果，该成像体制过于复杂和昂贵，且干涉阵列所需的空间很大，因而也不适用于人体隐匿物品的成像；④焦平面成像：是将多个接收单元排列在聚焦天线的焦平面上，利用各馈源的偏焦不同，从而产生多个不同指向的波束覆盖视域，但由于目前THz波器件仍十分昂贵，所以该成像体制的应用也不多。

发明内容

本发明的目的是采用机械扫描的方式，通过对行、场两个方向进行逐点扫描，使天线扫过较大的视域场景从而获得图像信息。

本发明的目的是由以下技术方案来实现：①通过曲柄摇杆机构的摇杆驱动行扫描镜在水平方向不断来回往复的摆动实现扫描系统对物方空间的水平扫描。②通过场扫描镜的在竖直方向上的不断往复摆动实现扫描系统对物方空间的竖直扫描。③从THz波探测器中检测到的被测物辐射或反射的太赫兹信号，从而实现对物方空间的二维扫描成像。

有益效果

采用本发明可以实现THz波段的单波束扫描成像，并且本发明的较之早前的THz波逐点扫描系统，在制造成本降低的前提下，其扫描速得到度大幅提高，并且扫描视场也同时得到扩大。

附图说明

图1为被动THz波成像的扫描系统，

图2为被动THz波成像的扫描系统成像过程中的扫描示意图，

其中：1-THz波探测器，2-凹面镜，3-行扫描镜，4-场扫描镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

本发明由一块水平摆动的平面镜(行扫描镜)、一块竖直摆动的平面镜(场扫描镜)以及一块用以会聚光线的凹面镜组成，如图1所示。在图1中，探测器放置在凹面镜的焦平面上，行扫描镜位于探测器的共轭面上，并且与水平方向呈45°放置，反射面朝上，场扫描镜位于行扫描镜的正上方，也与水平方向呈45°放置，其反射面朝下。这样，该探测器的像点正好通过凹面镜以及行扫描镜和场扫描镜的三次反射最终位于场扫描镜的外侧(即物方)，并与场扫描镜的中心保持同一水平高度。

如果行扫描镜绕其中心，即探测器通过凹面镜的共轭点，进行水平摆动，那么探测器的像点则能形成一种线性扫描模式，再通过场扫描镜的反射作用就可以实现对物方的水平线性扫描。

由于在进行扫描成像时，水平扫描要求具有比较高的扫描速度，而正常的电机无法克服在高速摆动下的较大的转动惯量，故本系统中采用了曲柄摇杆机构的摇杆作为水平扫描的驱动，只要使电机高速驱动曲柄便可使摇杆产生高速的往返摆动运动，这样就可以使系统的水平扫描达到比较高的速度了。在此情况下，电机驱动曲柄旋转一周，摇杆便完成从一个极限位置到达下一个极限位置并再回到该极限位置的运动，即像点在物方上完成一个往返的水平线性扫描运动。

为了实现二维平面扫描，可利用场扫描镜在竖直方向上的摆动，使物点水平方向发生变化，从而实现垂直方向的帧幅扫描。根据实际工程需求，为了给整个系统的运行提供安全性与便捷性的保障，场扫描电机采用连续扫描模式，而非脉冲扫描模式。故结合行扫描镜的水平扫描后，探测器的像点会在物方形成一个“之”字形的扫描，如图2所示。整幅扫描图像的大小取决于扫描物体与本系统的水平距离，以及行扫描镜和场扫描镜的摆动角度，物体距离越远、两扫描镜的摆动角度越大，则被扫描的图像便越大。

Claims (5)

1.一种被动THz波成像系统单波束扫描成像方法，其特征在于：曲柄摇杆机构的摇杆驱动行扫描平面镜实现对物方空间的横向扫描，竖直摆动的场扫描平面镜实现对物方空间的纵向扫描，结合行扫描平面镜的横向扫描和场扫描平面镜的纵向扫描，来实现对整个物方空间的扫描。 

2.根据权利要求1所述的一种被动THz波成像系统单波束扫描成像方法，其特征在于：利用曲柄摇杆机构的摇杆驱动行扫描平面镜实现对物方空间的横向扫描，当曲柄围绕一支点旋转时，摇杆会随之围绕另一支点做往复摆动运动，固定在摇杆上的行扫描平面镜的反射作用来实现对物方空间的横向扫描。 

3.根据权利要求1所述的一种被动THz波成像系统单波束扫描成像方法，其特征在于：为了实现二维平面扫描，利用场扫描平面镜的摆动，使物点竖直方向发生变化，从而实现纵向的扫描。 

4.根据权利要求1所述的一种被动THz波成像系统单波束扫描成像方法，其特征在于：通过的场平面反射镜和行平面反射镜扫描得到的太赫兹波经过凹面镜汇聚到太赫兹波探测器上，探测器上接收到太赫兹波辐射信号，从而实现对物方空间的二维扫描成像。 

5.根据权利要求1所述的一种被动THz波成像系统单波束扫描成像方法，其特征在于：该扫描成像方法不仅可以适用于被动式的成像，也可以适用于主动式的成像。 

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