專利名稱：被動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)明是一種針對于THz安檢成像(對人體隱匿物品成像)的新型光機掃描方法。利用該發(fā)明可以在僅使用一個接收器的情況下，通過機械運動使天線掃過較大的視域 場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，有著很強的市場前景和競爭力。
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 對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)到探測識別的目的。近年來，由于THz技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了以下幾種成像體制①機械掃描成像 它是利用機械運動來獲取大視域場景的目標(biāo)特性，雖然機械掃描成像在獲取信號的過程中 需花費一定時間，很難實現(xiàn)實時成像，但是其最大優(yōu)點是可以利用盡量少的接收通道通過 掃描來實現(xiàn)成像，因此成本相對較低，有著很強的市場前景和競爭力；②相控陣成像它是 利用電子掃描替代機械掃描，相控陣天線由二維陣列單元組成，每個接收單元都與一個移 相器相連，通過控制接收單元的相位和幅度，實現(xiàn)天線波束在視域的掃描，但是由于難以設(shè) 計出有效的輻射單元，以及饋電系統(tǒng)損耗過大，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個真實孔徑的小天線按一定規(guī)律排列，通過對接收到的信號進(jìn)行處理以 得到相當(dāng)于一個合成的大孔徑天線的效果，該成像體制過于復(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接收單元排 列在聚焦天線的焦平面上，利用各饋源的偏焦不同，從而產(chǎn)生多個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)明的目的是采用機械掃描的方式，通過對行、場兩個方向進(jìn)行逐點掃描，使天 線掃過較大的視域場景從而獲得圖像信息。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)①通過曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿驅(qū)動行掃描 鏡在水平方向不斷來回往復(fù)的擺動實現(xiàn)掃描系統(tǒng)對物方空間的水平掃描。②通過場掃描鏡 的在豎直方向上的不斷往復(fù)擺動實現(xiàn)掃描系統(tǒng)對物方空間的豎直掃描。③從THz波探測器 中檢測到的被測物輻射或反射的太赫茲信號，從而實現(xiàn)對物方空間的二維掃描成像。有益效果采用本發(fā)明可以實現(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，并且掃描視場也同 時得到擴大。


圖1為被動THz波成像的掃描系統(tǒng)，
圖2為被動THz波成像的掃描系統(tǒng)成像過程中的掃描示意圖，其中l(wèi)-THz波探測器，2-凹面鏡，3-行掃描鏡，4-場掃描鏡。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述本發(fā)明由一塊水平擺動的平面鏡(行掃描鏡)、一塊豎直擺動的 平面鏡(場掃描 鏡)以及一塊用以會聚光線的凹面鏡組成，如圖1所示。在圖1中，探測器放置在凹面鏡 的焦平面上，行掃描鏡位于探測器的共軛面上，并且與水平方向呈45°放置，反射面朝上， 場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 器的像點正好通過凹面鏡以及行掃描鏡和場掃描鏡的三次反射最終位于場掃描鏡的外側(cè) (即物方)，并與場掃描鏡的中心保持同一水平高度。如果行掃描鏡繞其中心，即探測器通過凹面鏡的共軛點，進(jìn)行水平擺動，那么探測 器的像點則能形成一種線性掃描模式，再通過場掃描鏡的反射作用就可以實現(xiàn)對物方的水 平線性掃描。由于在進(jìn)行掃描成像時，水平掃描要求具有比較高的掃描速度，而正常的電機無 法克服在高速擺動下的較大的轉(zhuǎn)動慣量，故本系統(tǒng)中采用了曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿作為水平 掃描的驅(qū)動，只要使電機高速驅(qū)動曲柄便可使搖桿產(chǎn)生高速的往返擺動運動，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，電機驅(qū)動曲柄旋轉(zhuǎn)一周，搖桿便完成 從一個極限位置到達(dá)下一個極限位置并再回到該極限位置的運動，即像點在物方上完成一 個往返的水平線性掃描運動。為了實現(xiàn)二維平面掃描，可利用場掃描鏡在豎直方向上的擺動，使物點水平方向 發(fā)生變化，從而實現(xiàn)垂直方向的幀幅掃描。根據(jù)實際工程需求，為了給整個系統(tǒng)的運行提供 安全性與便捷性的保障，場掃描電機采用連續(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，探測器的像點會在物方形成一個“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，以及行掃描鏡和場掃描鏡的擺動角 度，物體距離越遠(yuǎn)、兩掃描鏡的擺動角度越大，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實現(xiàn)對物方空間的橫向掃描；利用場掃描平面鏡的豎直擺動實現(xiàn)對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 搖桿機構(gòu)的搖桿驅(qū)動行掃描平面鏡進(jìn)行水平擺動，用以實現(xiàn)對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 可以適用于被動式的成像，也可以適用于主動式的成像。
全文摘要
本發(fā)明為基于單波束THz波被動成像的快速掃描方法。針對于較早的單波束THz波掃描成像方法中掃描時間過長、系統(tǒng)成本造價過高的問題，采用了曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿驅(qū)動行掃描平面鏡的水平擺動，從而得到快速的橫向掃描運動，再利用一塊在豎直方向來回往復(fù)擺動的場掃描平面鏡實現(xiàn)縱向掃描運動，從而實現(xiàn)對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，同時也將掃描視場擴大。并且本發(fā)明不僅適用于被動式THz波單波束掃描成像，同時也可適用于主動式THz波單波束掃描成像。
文檔編號G01V8/10GK101846752SQ20101019031
公開日2010年9月29日 申請日期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 申請人:北京理工大學(xué)