本實用新型涉及掃描成像領域，特別是涉及一種基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)。

背景技術：

基于微波成像的三維成像技術與可見光、紅外光及X射線等成像技術相比，具有許多獨特的優(yōu)勢，因此，成為近景三維成像技術的重要發(fā)展方向。目前，微波三維成像領域通過帶動天線陣列機械運動，以實現對被測對象的全方位掃描。

天線陣列在移動的過程中對被測對象進行掃描，相對于定點掃描而言，需要更強大的信號采集系統(tǒng)，以充分獲取被測對象的圖像信息。一般的，通過增加天線數量的方式來實現，這種方式使得天線的結構復雜，同時增加了三維成像系統(tǒng)的成本。

技術實現要素：

基于此，有必要提供一種基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)，結構簡單，成像效果好。

一種基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)，包括：

柱形框架，包括柱形側面；

發(fā)射天線陣列，包括多個發(fā)射天線單元，所述多個發(fā)射天線單元縱向設置在所述柱形側面上，用于向位于所述柱形框架內的被測對象發(fā)射微波探測信號；

接收天線陣列，包括多個接收天線單元，所述多個接收天線單元縱向設置在所述發(fā)射天線陣列的一邊，用于接收從被測對象反射回來的回波信號；

掃描控制模塊，用于控制各發(fā)射天線單元依次向所述被測對象發(fā)射微波探測信號，并控制與當前發(fā)射微波探測信號的發(fā)射天線單元距離最近的兩個接收天線單元同時接收所述回波信號；

信號收發(fā)模塊，用于向所述發(fā)射天線陣列發(fā)送所述微波探測信號，并對所述回波信號進行處理；

旋轉控制模塊，用于控制所述發(fā)射天線陣列和接收天線陣列沿所述柱形側面旋轉運動，以使所述發(fā)射天線陣列和接收天線陣列從多個角度向被測對象發(fā)射所述微波探測信號，并接收所述回波信號。

上述基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)，接收天線陣列設置在發(fā)射天線陣列的一邊，控制發(fā)射天線陣列的各發(fā)射天線單元依次向被測對象發(fā)射微波探測信號，并控制與當前發(fā)射微波探測信號的發(fā)射天線單元距離最近的兩個接收天線單元同時接收從被測對象返回回來的回波信號；實現掃描過程中，相鄰的接收天線單元分時復用，提高了接收天線的利用率；增強了回波信號的接收靈敏度，提高了成像質量，同時簡化了系統(tǒng)的天線結構。

在其中一個實施例中，各所述發(fā)射天線單元設置在與該發(fā)射天線單元距離最近的兩個相鄰的接收天線單元之間的中心線上。

在其中一個實施例中，所述發(fā)射天線陣列包括兩列，每列所述發(fā)射天線陣列的一邊固定設置有一列所述接收天線陣列，形成兩組收發(fā)天線陣列，且兩組所述收發(fā)天線陣列相對于所述柱形框架的中心軸對稱。

在其中一個實施例中，還包括編碼器，所述編碼器設置在所述收發(fā)天線陣列上，在所述收發(fā)天線陣列每旋轉預設角度間隔時向所述信號收發(fā)模塊發(fā)送脈沖驅動信號。

在其中一個實施例中，所述掃描控制模塊還用于控制兩組所述收發(fā)天線陣列依次對所述被測對象進行掃描。

在其中一個實施例中，所述柱形框架為圓柱形框架。

在其中一個實施例中，所述柱形框架上設置有環(huán)形導軌，所述收發(fā)天線陣列在所述旋轉控制模塊的控制下沿所述環(huán)形導軌旋轉運動。

在其中一個實施例中，還包括數據采集模塊和數據處理模塊，所述數據采集模塊連接所述信號收發(fā)模塊，將所述回波信號轉換為數字信號，所述數據處理模塊連接所述數據采集模塊，將所述數字信號轉換為所述被測對象的圖像數據。

在其中一個實施例中，還包括圖像處理模塊，連接所述數據處理模塊，用于根據所述圖像數據生成所述被測對象的三維圖像。

在其中一個實施例中，還包括顯示模塊，連接所述圖像處理模塊，用于顯示所述三維圖像。

附圖說明

圖1為一實施例中基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為一實施例中基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)的結構方框圖；

圖3為一實施例中收發(fā)天線陣列的結構示意圖。

具體實施方式

參見圖1和圖2，圖1為一實施例中基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)的結構示意圖，圖2為一實施例中基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)的結構方框圖。

在本實施例中，該基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)，包括柱形框架10、發(fā)射天線陣列11、接收天線陣列12、掃描控制模塊13、信號收發(fā)模塊14和旋轉控制模塊15。

柱形框架10包括柱形側面，其為中空結構。該柱形框架10可以為圓柱形框架。

參見圖3，發(fā)射天線陣列11包括多個發(fā)射天線單元111，所述多個發(fā)射天線單元111縱向設置在所述柱形側面上，用于向位于所述柱形框架10內的被測對象20發(fā)射微波探測信號。

該微波探測信號可以為頻率在100MHz～1000GHz的掃頻連續(xù)波信號、調頻連續(xù)波信號或調頻脈沖信號，其帶寬大于100MHz。具有較大帶寬的微波信號可以更好的采集到被測對象20的圖像信息。

接收天線陣列12包括多個接收天線單元121，所述多個接收天線單元121縱向設置在所述發(fā)射天線陣列11的一邊，用于接收從被測對象20反射回來的回波信號。

在其中一個實施例中，參見圖3，各發(fā)射天線單元111設置在與該發(fā)射天線單元111距離最近的兩個相鄰的接收天線單元121之間的中心線上。

掃描控制模塊13用于控制各發(fā)射天線單元111按照預設時序依次向所述被測對象20發(fā)射微波探測信號，并控制與當前發(fā)射微波探測信號的發(fā)射天線單元111距離最近的兩個接收天線單元121按照該預設時序同時接收所述回波信號。

發(fā)射天線陣列11的各發(fā)射天線單元111在掃描控制模塊13的作用下，按照預設時序依次向被測對象20發(fā)射微波探測信號，在開啟某發(fā)射天線單元111的同時，開啟與該發(fā)射天線單元111距離最近的兩個接收天線單元121，通過這兩個接收天線單元121對應接收從被測對象20反射回來的回波信號。

發(fā)射天線陣列11與接收天線陣列12并排設置，各發(fā)射天線單元111和各接收天線單元121縱向排布，且發(fā)射天線單元111設置在兩個相鄰的接收天線單元121之間的中心線上，使得與相鄰的發(fā)射天線單元111距離最近的兩個接收天線單元121之中有一個接收天線單元121是相同的。

例如，編號為1的發(fā)射天線單元111，與其距離最近的兩個接收天線單元121為編號為1和2的兩個接收天線單元121；編號為2的發(fā)射天線單元111，與其距離最近的兩個接收天線單元121為編號為2和3的兩個接收天線單元121。其中，編號為2的接收天線單元121同時為編號為1和2兩個發(fā)射天線單元111距離最近的接收天線單元121。

因此，編號為1和2的兩個發(fā)射天線單元111在對被測對象20進行掃描時，編號為2的接收天線單元121均會開啟，分別接收編號為1和2的兩個發(fā)射天線單元111發(fā)射的波探測信號從被測對象20反射回來的回波信號。同樣的，其他相鄰的發(fā)射天線單元111均對應有同一個接收天線單元121，分時接收其分別在被測對象上產生的回波信號，起到了分時復用的作用，提高了接收天線單元121的利用率，增強了回波信號的接收靈敏度。

信號收發(fā)模塊14用于向所述發(fā)射天線陣列11發(fā)送所述微波探測信號，并對所述回波信號進行處理。

信號收發(fā)模塊14產生微波探測信號之后，發(fā)送給發(fā)射天線陣列11，發(fā)射天線陣列11向被測對象20發(fā)射該微波探測信號，對其進行掃描，經被測對象20反射后形成回波信號，由接收天線陣列12接收，并發(fā)送給信號收發(fā)模塊14進行處理，進而得到被測對象20的圖像信息。

旋轉控制模塊15用于控制所述發(fā)射天線陣列11和接收天線陣列12沿所述柱形側面旋轉運動，以使所述發(fā)射天線陣列11和接收天線陣列12從多個角度向被測對象20發(fā)射所述微波探測信號，并接收所述回波信號。

在旋轉控制模塊15的控制和驅動作用下，收發(fā)天線陣列沿著柱形框架10的側面作旋轉運動，從360度向柱形框架10內的被測對象20發(fā)射毫米波探測信號，并接收從被測對象20反射回來的回波信號，進而實現對被測對象20的三維掃描。

在其中一個實施例中，所述發(fā)射天線陣列11包括兩列，每列所述發(fā)射天線陣列11的一邊固定設置有一列所述接收天線陣列12，形成兩組收發(fā)天線陣列，且兩組所述收發(fā)天線陣列相對于所述柱形框架10的中心軸對稱。

在柱形框架10相對于其中心軸對稱的位置設置有兩組收發(fā)天線陣列，可以加快對被測對象20的掃描速度。在其中一個實施例中，由掃描控制模塊13控制這兩組收發(fā)天線陣列依次對所述被測對象20進行掃描。以免兩組收發(fā)天線陣列同時發(fā)出微波探測信號造成干擾，提高了成像精度。

在其中一個實施例中，該基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)還包括編碼器16，所述編碼器16設置在所述收發(fā)天線陣列上，在所述收發(fā)天線陣列每旋轉預設角度間隔時向所述信號收發(fā)模塊14發(fā)送脈沖驅動信號。

在旋轉掃描的過程中，為了提高掃描速度和成像質量，需要收發(fā)天線陣列在固定的掃描點30處對被測對象20進行掃描，通過在收發(fā)天線陣列上設置編碼器16，當收發(fā)天線陣列運動一定的角度時，收發(fā)天線陣列到達掃描點30，編碼器16自動給出脈沖驅動信號到信號收發(fā)模塊14，進而將微波探測信號發(fā)送給收發(fā)天線陣列，由收發(fā)天線陣列對被測對象20進行掃描。

在其中一個實施例中，所述柱形框架10上設置有環(huán)形導軌40，所述收發(fā)天線陣列在所述旋轉控制模塊15的控制下沿所述環(huán)形導軌40旋轉運動，該環(huán)形導軌40也可以設置在柱形側面上，平行于下邊沿的其他位置。

在其中一個實施例中，還包括數據采集模塊17和數據處理模塊18，所述數據采集模塊17連接所述信號收發(fā)模塊14，將所述回波信號轉換為數字信號，所述數據處理模塊18連接所述數據采集模塊17，將所述數字信號轉換為所述被測對象20的圖像數據。

該數據處理模塊18還用于設置微波探測信號的頻率范圍和頻率間隔，提高成像質量。

在其中一個實施例中，還包括圖像處理模塊19，連接所述數據處理模塊18，用于根據所述圖像數據生成所述被測對象20的三維圖像。

在其中一個實施例中，還包括顯示模塊21，連接所述圖像處理模塊19，用于顯示所述三維圖像。

將被測對象20經掃描后的圖像顯示出來，供檢測人員查看，以對被測對象20進行檢測。

上述基于旋轉掃描的三維成像系統(tǒng)，接收天線陣列11縱向設置在發(fā)射天線陣列12的一邊，且各發(fā)射天線單元111設置在兩個相鄰的接收天線單元121之間的中心線上，在對被測對象20進行掃描的過程中，掃描控制模塊13按照預設時序依次開啟各發(fā)射天線單元111和與該發(fā)射天線單元111距離最近的兩個接收天線單元121，即上述兩個相鄰的接收天線單元121；實現接收天線單元121分時復用，提高了接收天線單元121的利用率；增強了回波信號的接收靈敏度，提高了成像質量，同時簡化了系統(tǒng)的天線結構。同時設置兩組收發(fā)天線陣列，并通過編碼器16實現收發(fā)天線陣列的定點掃描，加快了掃描速度，提高了掃描效果。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。