一種基于橢球面鏡聚焦的高分辨率快速掃描成像的準(zhǔn)光系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于橢球面鏡聚焦的高分辨率快速掃描成像的準(zhǔn)光系統(tǒng)，是一種基于橢球面鏡聚焦，楔面鏡旋轉(zhuǎn)掃描的準(zhǔn)光天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，國(guó)內(nèi)外公共場(chǎng)所受到的安全威脅不斷增加，公共安全問題備受關(guān)注。傳統(tǒng)的光學(xué)、紅外、X射線以及金屬探測(cè)的安檢系統(tǒng)不能檢測(cè)一些潛在的隱匿物品，尤其是一些非金屬武器等，因此對(duì)于人體及隨帶物品的安檢問題亟需解決。隨著成像技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)際安檢系統(tǒng)的檢測(cè)性能取得了突破性進(jìn)展，該系統(tǒng)工作頻段主要在毫米波及太赫茲波段范圍內(nèi)。
[0003]暈米波(MMW)與低頻率的太赫茲(THz)波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，具有更強(qiáng)的穿透能力與繞射能力，并且可以提供較高的分辨率，可以穿透人體衣物，檢測(cè)出隱匿的金屬/非金屬武器、液體爆炸物、生物/化學(xué)違禁物等危險(xiǎn)物品。在MMW與THz波成像系統(tǒng)中主要分為主動(dòng)成像系統(tǒng)和被動(dòng)成像系統(tǒng)，主動(dòng)成像系統(tǒng)需要輻射源，一般具有較高的動(dòng)態(tài)探測(cè)范圍且能夠?qū)崿F(xiàn)3D成像，但輻射源對(duì)人體輻射作用以及涉及個(gè)人隱私問題，使得主動(dòng)成像系統(tǒng)不能被人們很好的接受。被動(dòng)成像系統(tǒng)不需要發(fā)射源，依靠人體及其他物品向外輻射電磁波，而由于不同的物體與人體的輻射溫度的對(duì)比度不同，通過探測(cè)器來探測(cè)不同物體的電磁輻射，進(jìn)行處理分析得到圖像。相比于主動(dòng)成像系統(tǒng)，被動(dòng)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，靈敏度相對(duì)較低，但是其不存在輻射源，具有隱蔽和清潔的特點(diǎn)，成像不存在閃爍效應(yīng)，不易受極化和邊緣散射的影響，并且隱匿物體容易被無源成像方式探測(cè)到。因此，近幾年，該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者深入研宄快速、高空間分辨率的被動(dòng)安檢成像技術(shù)，并取得了一定的進(jìn)展。英國(guó)的Thruvis1n，美國(guó)的 Millitech, Bri jot, Millisis1n, Trex Enterprise，日本的 NEC 等公司在被動(dòng)安檢成像方面已經(jīng)取得一定的研宄成果，國(guó)內(nèi)諸如中電38所，首都師范大學(xué)以及航天一些科研院所在被動(dòng)安檢成像的研宄中也取得了很大的進(jìn)步。然而，目前可實(shí)際應(yīng)用于海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、地鐵安檢等公共場(chǎng)所的被動(dòng)THz/MMW成像安檢設(shè)備還存在成像時(shí)間較長(zhǎng)、空間分辨率低、成本高等問題，導(dǎo)致技術(shù)研宄產(chǎn)品化發(fā)展緩慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種基于橢球面鏡聚焦的高分辨率快速掃描成像的準(zhǔn)光系統(tǒng)，本發(fā)明所提出的新型準(zhǔn)光系統(tǒng)，不僅采用反射組件實(shí)現(xiàn)低損耗的空間傳輸，并且采用橢球面鏡更好的控制高斯光束實(shí)現(xiàn)聚焦，而且利用楔面反射鏡旋轉(zhuǎn)與多通道探測(cè)器陣列形式的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)近距離高空間分辨率快速成像。該掃描天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅存在技術(shù)上的創(chuàng)新，同時(shí)有很大的實(shí)用價(jià)值。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是:一種基于橢球面鏡聚焦的高分辨率快速掃描成像的準(zhǔn)光系統(tǒng)，包括一個(gè)平面鏡、一個(gè)聚光鏡和一個(gè)接收天線，平面鏡用于對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行場(chǎng)方向的掃描，聚光鏡用于會(huì)聚高斯光束，接收天線用于接收聚光鏡接收來的反射光信息，并將該反射光信息傳遞至成像服務(wù)器；其中，所述聚光鏡是橢球面鏡，在橢球面鏡與接收天線之間還設(shè)置有一個(gè)楔面鏡，楔面鏡接收橢球面鏡的反射光信息完成對(duì)被測(cè)物體行方向的掃描，并將該反射光信息反射至接收天線，其中，所述平面鏡為鏡面面向被測(cè)物體俯仰擺動(dòng)的俯仰平面鏡，所述楔面鏡是其楔面面向橢球面鏡和接收天線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)楔面鏡。
[0006]方案進(jìn)一步是:所述平面鏡中心與被測(cè)物體水平距離為1.00m，平面鏡鏡面與地面垂直初始傾斜夾角是39度，所述橢球面鏡在平面鏡下方，其長(zhǎng)軸與地面垂直夾角為48度，橢球面鏡長(zhǎng)短軸中心與平面鏡中心直線距離是0.60m，與平面鏡中心水平距離是0.104m，所述楔面鏡的楔面反面是平面，其平面與地面垂直傾斜夾角是46度，其楔面中心與橢球面鏡長(zhǎng)短軸中心的直線距離是0.60m，與橢球面鏡長(zhǎng)短軸中心的水平距離是0.574m，所述接收天線是喇叭饋源陣列，饋源陣列接收面面向楔面鏡的楔面，饋源陣列接收面與地面垂直傾斜夾角是75度，饋源陣列接收面中心與楔面鏡中心的直線距離為0.658m，饋源陣列接收面中心與楔面鏡中心的水平距離為0.17m。
[0007]方案進(jìn)一步是:所述平面鏡由一個(gè)搖擺裝置帶動(dòng)平面鏡以其中心為轉(zhuǎn)軸做仰俯各20度角度擺動(dòng)。
[0008]方案進(jìn)一步是:所述楔面鏡的楔面與其另一平面的夾角、即楔角是10度。
[0009]方案進(jìn)一步是:所述橢球面鏡的孔徑是567mmX635mm、兩個(gè)聚光點(diǎn)的反射夾角是60度，所述旋轉(zhuǎn)楔面鏡的孔徑是600mm，所述俯仰平面鏡的孔徑是506 mm X 716mm的橢圓形平面鏡。
[0010]方案進(jìn)一步是:所述饋源陣列是2X3饋源陣列。
[0011]方案進(jìn)一步是:所述平面鏡、聚光鏡、接收天線和楔面鏡安裝在一個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別是0.90m,0.57m、1.30m的框架殼體中。
[0012]本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種高空間分辨率快速掃描成像的準(zhǔn)光系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)可以使THz波段安檢成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速掃描成像，并且近場(chǎng)成像圖像分辨率可以實(shí)現(xiàn)7_8mm。
[0013]本發(fā)明主要基于提高系統(tǒng)的掃描速度與降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度設(shè)計(jì)了一種準(zhǔn)光系統(tǒng)成像方案。該系統(tǒng)水平方向的掃描方式采用楔面鏡旋轉(zhuǎn)掃描，不存在掃描元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以保持很高的元件轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而提高成像速度。豎直方向的掃描采用平面鏡俯仰配合完成整體成像目標(biāo)的二維掃描。旋轉(zhuǎn)式的掃描方式不僅解決了往復(fù)擺動(dòng)存在加減速掃描時(shí)間長(zhǎng)的問題，還在一定程度上減少了機(jī)械振動(dòng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且該掃描系統(tǒng)結(jié)合多通道接收機(jī)陣列方式，可以很好地覆蓋待測(cè)目標(biāo)區(qū)域。因此，該準(zhǔn)光系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了7-8mm的高空間分辨率，而且將近距離被動(dòng)安檢成像時(shí)間限制在I秒以內(nèi)，此高分辨率快速成像的特性可應(yīng)用于毫米波/太赫茲波段安檢成像設(shè)備中，可以對(duì)藏在人體衣物中的一些非金屬武器等一些違禁品進(jìn)行有效的檢測(cè)成像，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
[0014]本發(fā)明改善了太赫茲波段近距離被動(dòng)安檢成像分辨率較低，時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。從實(shí)用角度出發(fā)，采用橢球面反射鏡、傾斜旋轉(zhuǎn)反射鏡及探測(cè)器陣列結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)高效率安檢成像；本系統(tǒng)具有低損耗傳輸、較高的穩(wěn)定性和可靠性及近場(chǎng)高空間分辨率，是成像系統(tǒng)的一大創(chuàng)新，并有很大的實(shí)用價(jià)值；準(zhǔn)光天線二維掃描采用俯仰擺動(dòng)與旋轉(zhuǎn)結(jié)合，掃描時(shí)間短，控制簡(jiǎn)單，精度高，可廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、地鐵、輪渡碼頭及一些公共場(chǎng)所近距離安檢成像領(lǐng)域。
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明楔面鏡端面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種基于橢球面鏡聚焦的高分辨率快速掃描成像的準(zhǔn)光系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，所述系統(tǒng)包括一個(gè)平面鏡1、一個(gè)聚光鏡2和一個(gè)接收天線3，平面鏡用于對(duì)被測(cè)物體4進(jìn)行場(chǎng)方向的掃描，聚光鏡用于接收平面鏡反射光會(huì)聚高斯光束，接收天線用于接收聚光鏡接收來的反射光信息，并將該反射光信息傳遞至成像服務(wù)器；所述聚光鏡是橢球面鏡，在橢球面鏡與接收天線之間還設(shè)置有一個(gè)楔面鏡5，楔面鏡接收橢球面鏡的反射光信息，完成對(duì)被測(cè)物體行方向的掃描，并將該反射光信息反射至接收天線，其中，所述平面鏡為鏡面面向被測(cè)物體俯仰擺動(dòng)的俯仰平面鏡，所述楔面鏡是其楔面501面向橢球面鏡和接收天線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)楔面鏡。
[0018]實(shí)施例中:所述平面鏡中心與被測(cè)物體水平距離a為1.00m，平面鏡鏡面與地面垂直初始傾斜夾角b是39度，所述橢球面鏡在平面鏡下方，其長(zhǎng)軸與地面垂直夾角c為48度，橢球面鏡長(zhǎng)短軸中心與平面鏡中心直線距離d是0.60m，與平面鏡中心水平距離e是0.104m，所述楔面鏡的楔面反面502是平面，其平面與地面垂直傾斜夾角f是46度，其楔面中心與橢球面鏡長(zhǎng)短軸中心的直線距離g是0.60m，與橢球面鏡長(zhǎng)短軸中心的水平距離h是0.573m，所述接收天線是喇叭饋源陣列，饋源陣列接收面面向楔面鏡的楔面，饋源陣列接收面與地面垂直傾斜夾角i是75度，饋源陣列接收面中心與楔面鏡中心的直線j距離為0.658m，饋源陣列接收面中心與楔面鏡中心的水平距離k為0.17m。
[0019]實(shí)施例中:所述平面鏡由一個(gè)搖擺裝置帶動(dòng)平面鏡以其中心為轉(zhuǎn)軸做仰俯各20度角度擺動(dòng)。
[0020]實(shí)施例中:所述楔面鏡的楔面與其另一平面的夾角m，即楔角是10度。
[0021]實(shí)施例中:所述橢球面鏡的孔徑是567X635mm、兩個(gè)聚光點(diǎn)的反射夾角