一種隱藏物檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種隱藏物檢測系統(tǒng)及其檢測方法，檢測系統(tǒng)包括信號發(fā)生模塊、信號發(fā)射模塊、控制模塊、信號接收模塊、信號處理模塊、圖像輸入模塊、圖像分析模塊和顯示模塊；控制模塊控制信號發(fā)生模塊產(chǎn)生毫米波，毫米波通過空間傳播至目標區(qū)域，在目標區(qū)域的隱藏物周圍產(chǎn)生散射場，信號接收模塊對散射場進行探測，并將接收到的回波信號通過控制模塊傳輸至信號處理模塊，信號處理模塊對接收到的回波信號進行二維或三維圖像重構得到隱藏物內部及周圍介電常數(shù)變化的分布圖像，分布圖像通過圖像輸入模塊傳輸至圖像分析模塊，圖像分析模塊對重構的分布圖像進行去噪音和局部特征提取處理后得到隱藏物圖像，隱藏物圖像傳輸至顯示模塊進行顯示。
【專利說明】
一種隱藏物檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于物體檢測技術領域，具體涉及一種隱藏物檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，安全問題日益得到廣泛關注，人們對安檢系統(tǒng)的可靠性與智能化也提出 了更高的要求。傳統(tǒng)的金屬探測器只能對近距離小范圍內的目標進行檢測，而且效率低，已 經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)在安檢的需求。為了及時發(fā)現(xiàn)犯罪分子隱藏在衣服中的武器、有效制止 恐怖事件的發(fā)生，隱藏武器檢測成為一個重要的研究領域。目前，主要的成像儀器包括可見 光成像儀、X-射線成像儀、毫米波成像儀和紅外成像儀等。可見光成像能夠清晰的反映人物 和場景的細節(jié)以及顏色信息，卻看不到武器。X-射線成像產(chǎn)生的是近乎裸體的三圍透視圖， 嚴重侵犯個人的隱私權，明顯不適合用于安監(jiān)系統(tǒng);盡管X-射線具有很強的穿透力，但會對 被檢測的人體造成輻射傷害，即使當前存在較低輻射劑量的X光機，但其仍然不能夠為公眾 所接受。紅外成像儀是利用物體表面溫度成像，在有織物遮擋的情況下無法清晰成像。在毫 米波輻射的譜帶上，衣服、紙張、塑料和皮革等絕緣材料都幾乎是透明的，因此毫米波成像 系統(tǒng)能夠穿透衣服而對被衣服所隱藏的物品進行成像。毫米波成像技術不僅可以檢測出隱 藏在衣服下的金屬物，還可檢測出塑料手槍、炸藥等危險品，獲得更加精確的信息，從而可 以大大提尚檢測準確率。
[0003] 目前，存在一種三維毫米波成像技術，該技術使用掃描條機械地移動探測器的線 性陣列，從而掃描物品或人。該毫米波成像技術所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)被用于重建物品的全息 圖像。然而，一方面這種成像技術采用的掃描系統(tǒng)通常需要機械地移動探測器，另一方面需 要在信息處理之后集中地重建圖像，這兩方面都會增加毫米波成像系統(tǒng)的成本和復雜性。 還存在一種使用透鏡將毫米波照射的波束聚焦在毫米波探測器陣列上的技術。然而，使用 透鏡來聚焦毫米波能量的毫米波成像系統(tǒng)通常具有有限的視場和很小的孔徑尺寸。而且在 很多應用中，透鏡系統(tǒng)的成本尚高。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種隱藏物檢測系統(tǒng)及其檢測 方法。
[0005] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:一種隱藏物檢測系統(tǒng)包括信號發(fā) 生模塊、信號發(fā)射模塊、控制模塊、信號接收模塊、信號處理模塊、圖像輸入模塊、圖像分析 模塊和顯示模塊;所述信號發(fā)生模塊包括毫米波信號發(fā)生器和多通道控制開關電路板，所 述信號發(fā)射模塊、信號接收模塊、控制模塊和多通道控制開關電路板分別與毫米波信號發(fā) 生器連接，所述多通道控制開關電路板與信號接收模塊連接；
[0006] 所述控制模塊控制所述信號發(fā)生模塊產(chǎn)生毫米波，毫米波通過空間傳播至目標區(qū) 域，在目標區(qū)域的隱藏物周圍產(chǎn)生散射場，所述信號接收模塊對散射場進行探測，并將接收 到的回波信號通過所述控制模塊傳輸至所述信號處理模塊，所述信號處理模塊對接收到的 回波信號進行二維或三維圖像重構得到隱藏物內部及周圍介電常數(shù)變化的分布圖像，分布 圖像通過所述圖像輸入模塊傳輸至所述圖像分析模塊，所述圖像分析模塊對重構的分布圖 像進行去噪音和局部特征提取處理后得到隱藏物圖像，隱藏物圖像傳輸至所述顯示模塊進 行顯示。
[0007] 進一步地，所述信號發(fā)射模塊和信號接收模塊均采用毫米波天線。
[0008] 更進一步地，所述信號發(fā)射模塊和信號接收模塊共包含N個天線，其中，N為自然數(shù) 且，每個天線既作為發(fā)射天線又作為接收天線，所有天線以任意形式分布在同一平面或以 螺旋形式分布，形成發(fā)射接收天線陣列。
[0009] 更進一步地，所述信號發(fā)射模塊包含Ντ個發(fā)射天線，Ντ為自然數(shù)且Ντ;所有發(fā)射天 線任意形式分布在同一平面或以螺旋形式分布，形成發(fā)射天線陣列;所述信號接收模塊包 含Nr個發(fā)射天線，NR為自然數(shù)且Nr ;所有接收天線任意形式分布在同一平面或以螺旋形式分 布，形成接收天線陣列。
[0010] 更進一步地，所述發(fā)射天線與接收天線一一對應，形成多發(fā)多收探測;發(fā)射天線與 接收天線不一一對應，形成單發(fā)多收或多發(fā)多收探測。
[0011] 更進一步地，所有所述發(fā)射天線與隱藏物之間的距離都是相同的，且所述距離遠 遠大于探測用毫米波的一個波長;所有所述接收天線與隱藏物之間的距離都是相同的，且 所述距離遠遠大于探測用毫米波的一個波長。
[0012] 更進一步地，所述發(fā)射天線與發(fā)射天線之間、所述發(fā)射天線與接收天線之間以及 所述接收天線與接收天線之間的間隙均充滿媒介質。
[0013] 更進一步地，所述隱藏物檢測系統(tǒng)的工作頻率范圍為90GHZ-120GHZ。
[0014] -種基于所述隱藏物檢測系統(tǒng)的檢測方法，其包括以下步驟：
[0015] S1、設置一包括信號發(fā)生模塊、信號發(fā)射模塊、控制模塊、信號接收模塊、信號處理 模塊、圖像輸入模塊、圖像分析模塊和顯示模塊的隱藏物檢測系統(tǒng)，信號發(fā)射模塊包含至少 一個發(fā)射天線，信號接收模塊包含至少三個接收天線；
[0016] S2、控制模塊控制信號發(fā)生模塊不間斷地發(fā)射單一頻率的毫米波信號，毫米波信 號作為入射電場通過信號發(fā)射模塊發(fā)射至目標區(qū)域；
[0017] S3、毫米波信號穿透目標區(qū)域的隱藏物，部分毫米波信號被反射并在目標區(qū)域形 成散射電場，至少三個接收天線對所述散射電場進行探測；
[0018] S4、接收天線探測到的散射電場通過控制模塊傳輸至信號處理模塊，信號處理模 塊對任意兩個接收天線探測到的散射回波信號進行兩兩對比，而后將兩兩比對得到的差異 用于構建隱藏物的二維圖像；
[0019] S5、隱藏物的二維圖像通過圖像輸入模塊傳輸至圖像分析模塊，圖像分析模塊對 二維圖像進行去噪音和局部特征提取處理，得到隱藏物圖像；
[0020] S6、隱藏物圖像傳輸至顯示模塊進行顯示，完成對隱藏物的檢測。
[0021] 進一步地，所述步驟S4中，二維圖像的重構方法為：
[0022]隱藏物中的某一點P(x，y，z)到信號接收單元中的兩個位于^和^的接收天線的散 射電場可見度為：
[0024] 式(5)中，Escat(ri)表示位于口的接收天線的散射電場，表示位于^的接收 天線的散射電場的共輒，〈>表示平均時間表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到第i個接收天 線的距離矢量，rg表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到第g個接收天線的距離矢量；
[0025] 散射電場表示為一個散射體的體積分，散射體涉及感應極化電流，感應極化電流 出現(xiàn)在與基底媒質相比的復介電常數(shù)中；在遠場條件下，散射電場表示如下：
[0027]式(6)中
> = 231/%表示自由空間的波數(shù);kb = 2VAb表示背景媒介質的 波數(shù)，λ〇表示自由空間的波長，Ab背景媒介質的波長，ε(8)表示目標物的復雜相對介電常數(shù) 分布，表示背景介質的復雜相對介電常數(shù)分布，r表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到接收天 線的距離矢量，Ε τ (s)表不隱藏物在方向矢量s上任意一點的入射電場與散射電場的總電場 之和，V表示隱藏物的體積；
[0028] 將式(6)代入式(5)中，得到：
[0030] 式(7)中，R表示點P(x，y，z)到接收天線ri的距離，R= |ri_s | ;R'表示隱藏物內不同 與點P(x，y，z)的另一點P'（x'，y'，z'）到接收天線ri的距離，R' = |rg-s' |，s'表示隱藏物內 點？'（1'，7'，2'）到坐標原點的距離^'表示圍繞點？'（1'， 7'，2'）的隱藏物的體積；
[0031] 在遠場區(qū)，點P(x，y，z)到接收天線Γι的距離遠遠大于天線陣列的大小，得到
[0033] 式(8)中表示標量，$表示單位矢量；
[0034] 同理得到，目標區(qū)域內的另一點？'&'，7'，2'）到接收天線4的距離為：
[0036]由式(8)和式(9)得到：
[0038]將式(10)帶入式(7)中，得到目標區(qū)域隱藏物的可見度函數(shù)為：
[0040]定義s位置的目標隱藏物的強度方程為：
[0042] 接收天線ri與接收天線rg之間的基線向量Dig為：
[0043] Dig= (ri-rg)/Ab (13)
[0044] 將式(12)和式(13)帶入式(11)中，得到：
[0046]將笛卡爾坐標系轉化為球坐標系，式(14)轉換為：
[0049]利用笛卡爾坐標系表示基線向量Dig:
[0051]將式(16)帶入式(15)中，則可見度函數(shù)方程變換為：
[0054]如果所有的接收天線均在同一高度排列，沿徑向坐標p的線積分為：
[0056]利用式(18)對式(17)表示的可見度函數(shù)方程進行二維傅里葉變換，得到：
[0058]對式(19)進行傅里葉逆變換，得到隱藏物的二維圖像，即：
[0060]式（20)表明一個三維隱藏物的二維圖像能夠通過空間可見度函數(shù)的傅里葉逆變 換重建獲得。
[0061] 由于采用以上技術方案，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明隱藏物檢測系統(tǒng)通過設置 信號發(fā)生模塊、信號發(fā)射模塊、控制模塊、信號接收模塊、信號處理模塊、圖像輸入模塊、圖 像分析模塊和顯示模塊，利用毫米波信號在目標區(qū)域產(chǎn)生回波信號，回波信號被信號接收 模塊接收，因此本發(fā)明隱藏物檢測系統(tǒng)方便實用、成本低、非接觸、無創(chuàng)傷、快速成像，根據(jù) 本發(fā)明隱藏物檢測方法可以開發(fā)出相應的武器檢測儀器，可以顯示相應的信息、曲線、圖 像、數(shù)值，能對多種隱藏武器進行檢測。
[0062] 本發(fā)明能夠對隱藏在人體衣服下的任意形狀的武器進行檢測；能夠適用于3-5米 內的隱藏物檢測，以及移動生物體環(huán)境下的隱藏武器檢測;能夠用于醫(yī)療中檢測金屬異物， 排查醫(yī)療事故。
【附圖說明】
[0063] 圖1是本發(fā)明隱藏物檢測系統(tǒng)的原理圖；
[0064] 圖2是本發(fā)明隱藏物檢測系統(tǒng)中一對接收天線的幾何排列示意圖；
[0065]圖3是球坐標系；
[0066] 圖4(a)是隱藏在人體模型內的小型金屬物；
[0067] 圖4(b)是隱藏在人體模型內的小型金屬物的二維重構圖像；
[0068] 圖4(c)是隱藏在人體衣服下的仿真金屬模型示意圖；其中，Μ表示背景，A2表示衣 服，A3表不鋼鐵，A4表不皮膚，A5表不骨豁，A6表不脂肪；
[0069] 圖4(d)是隱藏在人體衣服下的金屬模型的二維重構圖像。
[0070]圖中：1、信號發(fā)生模塊;2、信號發(fā)射模塊;3、控制模塊;4、信號接收模塊;5、信號處 理模塊;6、圖像輸入模塊;7、圖像輸入模塊;8、顯示模塊。
【具體實施方式】
[0071] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0072] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其包括信號發(fā)生模塊1、信號發(fā)射 模塊2、控制模塊3、信號接收模塊4、信號處理模塊5、圖像輸入模塊6、圖像分析模塊7和顯示 豐旲塊8。
[0073] 信號發(fā)生模塊1包括毫米波信號發(fā)生器和多通道控制開關電路板，信號發(fā)射模塊 2、信號接收模塊4、控制模塊3和多通道控制開關電路板分別與毫米波信號發(fā)生器連接，多 通道控制開關電路板與信號接收模塊4連接?？刂颇K3控制信號發(fā)生模塊1產(chǎn)生30GHz-300GHz的毫米波，毫米波通過空間傳播至目標區(qū)域，在目標區(qū)域的隱藏物周圍產(chǎn)生散射場， 信號接收模塊4對散射場進行探測，并將接收到的回波信號通過控制模塊3傳輸至信號處理 模塊5,信號處理模塊5對接收到的回波信號進行二維或三維圖像重構得到隱藏物內部及周 圍介電常數(shù)變化的分布圖像，分布圖像通過圖像輸入模塊6傳輸至圖像分析模塊7,圖像分 析模塊7對重構的分布圖像進行去噪音和局部特征提取等處理后得到隱藏物圖像，隱藏物 圖像傳輸至顯示模塊8進行顯示。
[0074] 上述實施例中，毫米波信號發(fā)生器采用網(wǎng)絡分析儀。
[0075] 信號發(fā)射模塊2和信號接收模塊4均采用毫米波天線。毫米波天線的排列形式采用 以下兩種：
[0076] (1)信號發(fā)射模塊2和信號接收模塊4共包含N個天線，其中，N為自然數(shù)且，每個天 線既作為發(fā)射天線又作為接收天線，所有天線以任意形式分布在同一平面或以螺旋形式分 布，形成發(fā)射接收天線陣列。
[0077] (2)信號發(fā)射模塊2包含Ντ個發(fā)射天線，Ντ為自然數(shù)且Ντ。所有發(fā)射天線任意形式分 布在同一平面或以螺旋形式分布，形成發(fā)射天線陣列。信號接收模塊4包含Nr個發(fā)射天線，Nr 為自然數(shù)且Nr。所有接收天線任意形式分布在同一平面或以螺旋形式分布，形成接收天線 陣列。進一步地，發(fā)射天線與接收天線可以一一對應，即Nt = Nr，形成多發(fā)多收探測；發(fā)射天 線與接收天線也可以不一一對應，即NtNr，形成單發(fā)多收或多發(fā)多收探測。
[0078]上述實施例中，所有發(fā)射天線與隱藏物之間的距離都是相同的，且所述距離遠遠 大于探測用毫米波的一個波長。所有接收天線與隱藏物之間的距離都是相同的，且所述距 離遠遠大于探測用毫米波的一個波長。
[0079] 上述實施例中，為減少噪音、提高檢測靈敏度，發(fā)射天線與發(fā)射天線之間、發(fā)射天 線與接收天線之間以及接收天線與接收天線之間的間隙均充滿媒介質。
[0080] 上述實施例中，本發(fā)明隱藏物檢測系統(tǒng)的工作頻率為單一頻率，其工作頻率范圍 為 30GHz-300GHz，最佳工作頻率為 90GHz-l 20GHz。
[0081] 本發(fā)明隱藏物檢測系統(tǒng)的工作原理為:通過毫米波信號發(fā)生器對發(fā)射天線產(chǎn)生毫 米波信號，發(fā)射天線將毫米波信號通過空間傳輸?shù)侥繕藚^(qū)域，目標區(qū)域的隱藏物將產(chǎn)生輻 射/反射形成散射場，回波信號被接收天線所接收，兩兩比較不同接天線的散射場延遲，就 可獲得空間復介電常數(shù)的信息;依次比較所有的接收天線，可以獲得一組完整的數(shù)據(jù);這些 測量結果傳送到信號處理模塊，利用圖像重構算法對采集的數(shù)據(jù)進行分析，可以重構二維 或三維隱藏物內部及周圍介電常數(shù)變化的分布圖像。在進行二維圖像重構時，接收天線不 需要移動;在進行三維圖像重構時，接收天線需要移動，可為上下移動或旋轉移動。
[0082] 基于本發(fā)明提供的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種隱藏物檢測方法， 其包括以下步驟：
[0083] S1、設置一包括信號發(fā)生模塊1、信號發(fā)射模塊2、控制模塊3、信號接收模塊4、信號 處理模塊5、圖像輸入模塊6、圖像分析模塊7和顯示模塊8的隱藏物檢測系統(tǒng)，其中，信號發(fā) 射模塊2包含至少一個發(fā)射天線，信號接收模塊4包含至少三個接收天線。
[0084] S2、控制模塊3控制信號發(fā)生模塊1不間斷地發(fā)射單一頻率的毫米波信號，毫米波 信號作為入射電場通過信號發(fā)射模塊2發(fā)射至目標區(qū)域。
[0085] 如圖2所示，假設某一點P(x，y，z)位于隱藏物中，在遠場情況下，發(fā)射天線的入射 電場描述為：
[0087]式（1)中，A為天線的寬波段，B為天線的窄波段，kb = 2VAb，Ab表示介質中的波長，R 表示點P(x，y，z)到接收天線ri的距離，R= |ri-s |，θ表示0P連線與！軸之間的夾角，0表示 點P(x，y，z)在^<9$平面的垂點與原點〇之間的連線與^軸之間的夾角，E〇表示自由空間中 的電場，Ro表示從隱藏物體內的任一點到發(fā)射天線的距離，6^0；)表示輻射模式功能， 尸(沒，0)表不偏振矢量。
[0088] S3、毫米波信號穿透目標區(qū)域的隱藏物，部分毫米波信號被反射并在目標區(qū)域形 成散射電場，至少三個接收天線對所述散射電場進行探測。
[0089]散射電場表不為：
[0091]式（2)中，a=l-j/kbR-l/(kbR)2，b = -l+3j/kbR+3/(kbR)2。當kbR>>l時，a~l，b ~-1。為了計算方便和減少計算機運算成本，假設隱藏物的介電常數(shù)和背景的介電常數(shù)差 值（e(s)_eb)較小，此假設下，波恩近似(BornApproximation)適用于計算發(fā)射波，因此總電 場近似等于入射場Ειη。，式(2)變?yōu)椋?br>[0095] S4、接收天線探測到的散射電場通過控制模塊傳輸至信號處理模塊5,信號處理模 塊5對任意兩個接收天線探測到的散射回波信號進行兩兩對比，而后將兩兩比對得到的差 異用于構建隱藏物的二維圖像。
[0096]二維圖像的重構方法為：
[0097] 如圖2所示，隱藏物中的某一點P(x，y，z)到信號接收單元3中的兩個位于ri和rg的 接收天線的散射電場可見度為：
[0098] (?〇*,，~）=< ￡'"々,.). J〇g)> (5)
[0099] 式(5)中，Escat(ri)表示位于口的接收天線的散射電場，JC,(rg)表示位于^的接收 天線的散射電場的共輒，〈>表示平均時間表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到第i個接收天 線的距離矢量，rg表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到第g個接收天線的距離矢量。
[0100] 式（5)可以表不如下：
[0101]散射電場可以表示為一個散射體的體積分，散射體涉及感應極化電流，感應極化 電流出現(xiàn)在與基底媒質相比的復介電常數(shù)中。在遠場條件下，散射電場可以表示如下：
[0103] 式(6)中，
如=231八()表示自由空間的波數(shù);kb = 2Ji/%表示背景媒介質的 波數(shù)，λ〇表示自由空間的波長，Ab背景媒介質的波長，ε(8)表示目標物的復雜相對介電常數(shù) 分布，％表示背景介質的復雜相對介電常數(shù)分布，r表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到接收天 線的距離矢量，Ε τ (s)表不隱藏物在方向矢量s上任意一點的入射電場與散射電場的總電場 之和，V表示隱藏物的體積。
[0104] 將式(6)代入式(5)中，得到：
[0106] 式(7)中，R表示點P(x，y，z)到接收天線^的距離，R=|ri_s|;R'表示隱藏物內不同 與點p(x，y，z)的另一點P'（x'，y'，z'）到接收天線ri的距離，R' = |rg-s' I，s'表示隱藏物內 點？'（1'，7'，2'）到坐標原點的距離^'表示圍繞點？'（1'， 7'，2'）的隱藏物的體積。
[0107] 在遠場區(qū)，點P(x，y，z)到接收天線η的距離遠遠大于天線陣列的大小，即R>>| ri ，可得
[0109] 式(8)中表示標量，^表示單位矢量。
[0110] 同理可得，目標區(qū)域內的另一點？'（1'，7'，2'）到接收天線心的距離為：
[0114]將式(10)帶入式(7)中，得到目標區(qū)域隱藏物的可見度函數(shù)為：
[0116]定義s位置的目標隱藏物的強度方程為：
[0118]接收天線^與接收天線&之間的基線向量Dlg為：
[0119] Dig= (ri-rg)/Ab (13)
[0120] 將式(12)和式(13)帶入式(11)中，得到：
[0122]將笛卡爾坐標系轉化為如圖3所示的球坐標系，式(14)轉換為：
[0125]利用笛卡爾坐標系表示基線向量Dig:
[0127]將式(16)帶入式(15)中，則可見度函數(shù)方程變換為：
[0130]如果所有的接收天線均在同一高度排列，沿徑向坐標p的線積分為：
[0132]利用式(18)對式(17)表示的可見度函數(shù)方程進行二維傅里葉變換，得到：
[0134]對式(19)進行傅里葉逆變換，得到隱藏物的二維圖像，即：
[0136] 式(20)表明一個三維隱藏物的二維圖像可以通過空間可見度函數(shù)的傅里葉逆變 換重建獲得。兩兩比較散射回波信號并進行傅里葉逆變換處理，對隱藏物的電磁屬性分布 進行成像，得到隱藏物內部及周圍介電常數(shù)變化的分布圖像。由于不同電磁屬性對應隱藏 物的不同組成材料，因此成像結果能夠作為隱藏物內部結構的表征。
[0137] 三維圖像的重構方法為：
[0138] 為對目標區(qū)域的隱藏物實現(xiàn)三維成像，信號發(fā)射單元2和信號接收單元3中的天線 陣列將可以上下移動掃描。如圖4所示，將該天線陣列從高度出(臟)移動到高度H n(mm)，目標 隱藏物中任意一點在目標區(qū)域的深度位置為：
[0139] Zn = PnCOs(9n) (21)
[0140] 式(21)中，θη表示天線陣列中同一個天線在位置PrJlj目標隱藏物的發(fā)射或接收角 度。
[0141] 根據(jù)式(21)，式(18)中dp變換為：
[0143]對式(22)進行微積分，任意高度的隱藏物強度函數(shù)的三維描述為：
[0145]不同高度下隱藏物的可見強度差值分布為：
[0147]由式（24)可見，通過計算不同高度下隱藏物的可見強度差值分布，并兩兩比較不 同高度下的可見強度差值，形成一組完整的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)三維圖像重構。三維圖像的空間 分辨率受天線分布形狀、掃描速度、掃描高度的影響。為定量評估成像結果，縮放功能公式 可以應用于增強圖像對比度：
[0149] 式(25)表示隱藏物重構圖像放大或縮小Q倍的情況，用于對隱藏物的重構圖像進 行去噪首處理。
[0150] S5、隱藏物的二維圖像通過圖像輸入模塊6傳輸至圖像分析模塊7,圖像分析模塊7 對二維圖像進行去噪音和局部特征提取等處理，得到隱藏物圖像。
[0151] S6、隱藏物圖像傳輸至顯示模塊8進行顯示，從而完成對隱藏物的檢測。
[0152] 建模仿真結果：
[0153] 為驗證本發(fā)明所提出的隱藏物檢測方法，下面通過MATLAB平臺，利用式(4)、式(5) 和式（20)建立三維仿真模型，用于模擬當武器隱藏在人體衣服下時遠距離的電磁場影響。 發(fā)射天線的入射場可以用格林函數(shù)來建模，波恩近似(Born Approximation)可以用來建模 解散射場問題。圖4(a)是隱藏在人體模型內的小型金屬物，圖4(b)是隱藏在人體模型內的 小型金屬物的二維重構圖像，圖4(c)是隱藏在人體衣服下的仿真金屬模型示意圖，圖4(d) 是隱藏在人體衣服下的金屬模型的二維重構圖像。金屬模型的二維重構圖像能夠清晰地顯 示出六種不同組織中包含有金屬隱藏物。
[0154] 本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，本領域技術人員在本發(fā)明的啟示下都可得出 其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相 近似的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:它包括信號發(fā)生模塊、信號發(fā)射模塊、控制模塊、 信號接收模塊、信號處理模塊、圖像輸入模塊、圖像分析模塊和顯示模塊;所述信號發(fā)生模 塊包括毫米波信號發(fā)生器和多通道控制開關電路板，所述信號發(fā)射模塊、信號接收模塊、控 制模塊和多通道控制開關電路板分別與毫米波信號發(fā)生器連接，所述多通道控制開關電路 板與信號接收模塊連接； 所述控制模塊控制所述信號發(fā)生模塊產(chǎn)生毫米波，毫米波通過空間傳播至目標區(qū)域， 在目標區(qū)域的隱藏物周圍產(chǎn)生散射場，所述信號接收模塊對散射場進行探測，并將接收到 的回波信號通過所述控制模塊傳輸至所述信號處理模塊，所述信號處理模塊對接收到的回 波信號進行二維或三維圖像重構得到隱藏物內部及周圍介電常數(shù)變化的分布圖像，分布圖 像通過所述圖像輸入模塊傳輸至所述圖像分析模塊，所述圖像分析模塊對重構的分布圖像 進行去噪音和局部特征提取處理后得到隱藏物圖像，隱藏物圖像傳輸至所述顯示模塊進行 顯不〇2. 如權利要求1所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號發(fā)射模塊和信號接 收模塊均采用毫米波天線。3. 如權利要求2所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號發(fā)射模塊和信號接 收模塊共包含N個天線，其中，N為自然數(shù)且，每個天線既作為發(fā)射天線又作為接收天線，所 有天線以任意形式分布在同一平面或以螺旋形式分布，形成發(fā)射接收天線陣列。4. 如權利要求2所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號發(fā)射模塊包含Ντ個 發(fā)射天線，Ντ為自然數(shù)且Ντ;所有發(fā)射天線任意形式分布在同一平面或以螺旋形式分布，形 成發(fā)射天線陣列;所述信號接收模塊包含Nr個發(fā)射天線，Nr為自然數(shù)且Nr ;所有接收天線任 意形式分布在同一平面或以螺旋形式分布，形成接收天線陣列。5. 如權利要求4所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射天線與接收天線一 一對應，形成多發(fā)多收探測;發(fā)射天線與接收天線不一一對應，形成單發(fā)多收或多發(fā)多收探 測 。6. 如權利要求3或4或5所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所有所述發(fā)射天線與 隱藏物之間的距離都是相同的，且所述距離遠遠大于探測用毫米波的一個波長;所有所述 接收天線與隱藏物之間的距離都是相同的，且所述距離遠遠大于探測用毫米波的一個波 長。7. 如權利要求3或4或5所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射天線與發(fā)射 天線之間、所述發(fā)射天線與接收天線之間以及所述接收天線與接收天線之間的間隙均充滿 媒介質。8. 如權利要求1~5任一項所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述隱藏物檢測 系統(tǒng)的工作頻率范圍為90GHz-120GHz。9. 一種基于權利要求1~8任一項所述隱藏物檢測系統(tǒng)的檢測方法，其包括以下步驟： 51、 設置一包括信號發(fā)生模塊、信號發(fā)射模塊、控制模塊、信號接收模塊、信號處理模 塊、圖像輸入模塊、圖像分析模塊和顯示模塊的隱藏物檢測系統(tǒng)，信號發(fā)射模塊包含至少一 個發(fā)射天線，信號接收模塊包含至少三個接收天線； 52、 控制模塊控制信號發(fā)生模塊不間斷地發(fā)射單一頻率的毫米波信號，毫米波信號作 為入射電場通過信號發(fā)射模塊發(fā)射至目標區(qū)域； 53、 毫米波信號穿透目標區(qū)域的隱藏物，部分毫米波信號被反射并在目標區(qū)域形成散 射電場，至少三個接收天線對所述散射電場進行探測； 54、 接收天線探測到的散射電場通過控制模塊傳輸至信號處理模塊，信號處理模塊對 任意兩個接收天線探測到的散射回波信號進行兩兩對比，而后將兩兩比對得到的差異用于 構建隱藏物的二維圖像； 55、 隱藏物的二維圖像通過圖像輸入模塊傳輸至圖像分析模塊，圖像分析模塊對二維 圖像進行去噪音和局部特征提取處理，得到隱藏物圖像； 56、 隱藏物圖像傳輸至顯示模塊進行顯示，完成對隱藏物的檢測。10.如權利要求9所述的一種隱藏物檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于:所述步驟S4中， 二維圖像的重構方法為： 隱藏物中的某一點P (X，y，z)到信號接收單元中的兩個位于ri和rg的接收天線的散射電 場可見度為： ^ .............. （5)式(5)中，Esc；at(ri)表示位于^的接收天線的散射電場，五U/v)表示位于^的接收天線 的散射電場的共輒，〈>表示平均時間表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到第i個接收天線的 距離矢量，rg表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到第g個接收天線的距離矢量； 散射電場表示為一個散射體的體積分，散射體涉及感應極化電流，感應極化電流出現(xiàn) 在與基底媒質相比的復介電常數(shù)中；在遠場條件下，散射電場表示如下：(6 ) 式(6)中，J = 1 ;上〇 = 231八()表示自由空間的波數(shù);kb = 2Ji/Ab表示背景媒介質的波數(shù)， λ〇表不自由空間的波長，h背景媒介質的波長，ε (s)表不目標物的復雜相對介電常數(shù)分布， 表示背景介質的復雜相對介電常數(shù)分布，r表示目標區(qū)域隱藏物中任意點到接收天線的 距離矢量，Et(s)表不隱藏物在方向矢量s上任意一點的入射電場與散射電場的總電場之 和，V表示隱藏物的體積； 將式(6)代入式(5)中，得到：式(7)中，R表示點P(x，y，z)到接收天線ri的距離，R= |ri_s | ;R'表示隱藏物內不同與點 P(x，y，z)的另一點P'（x'，y'，z'）到接收天線ri的距離，R'= |rg-s' |，s'表示隱藏物內點P' (廣7'，2'）到坐標原點的距離^'表示圍繞點？'（1'，7'，2'）的隱藏物的體積； 在遠場區(qū)，點P(x，y，z)到接收天線Γι的距離遠遠大于天線陣列的大小，得到式(8)中""表示標量，5表示單位矢量； 目標區(qū)域內的另一點？'（1'，7'，2'）到接收天線4的距離為： (9) 由式(8)和式(9)得到：(10) 將式(10)帶入式(7)中，得到目標區(qū)域隱藏物的可見度函數(shù)為：定義s位置的目標隱藏物的強度方程為：(12) 接收天線ri與接收天線rg之間的基線向量Dig為： Dig=(ri-rg)Ab (13) 將式(12)和式（13)帶入式（11)中，得到：(14) 將笛卡爾坐標系轉化為球坐標系，式(14)轉換為：(15) 式(15)中， s - sinOcos<Z> x+ sinOsinQ) y+ cosO z ,dV = s2sin0d0d Φ ds ,1 = sin9c〇s Φ ,m = sin0sin φ ?/? = cosi? = VI-/?r ； 利用笛卡爾坐標系表示基線向量Dig: Uig= (Xg-Xi)/^b Vig= (yg_yi)/^b (16) Wig= (Zg_Zi)/^b 將式(16)帶入式(15)中，則可見度函數(shù)方程變換為：i ms： v a .私 * * ^ 式（17)中，Φ& =： 〇訪 + + iiy?; 如果所有的接收天線均在同一高度排列，沿徑向坐標P的線積分為：(18) 利用式(18)對式(17)表示的可見度函數(shù)方程進行二維傅里葉變換，得到： (19) 對式(19)進行傅里葉逆變換，得到隱藏物的二維圖像，即：(20) 式(20)表明一個三維隱藏物的二維圖像能夠通過空間可見度函數(shù)的傅里葉逆變換重 建獲得。
【文檔編號】G01S13/88GK105866771SQ201610430032
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王露露
【申請人】合肥工業(yè)大學