阅读说明：本技术 一种用于太赫兹频段的准直聚焦系统 (A kind of collimation focusing system for Terahertz frequency range ) 是由 郝丛静 侯培培 李世超 刘瑞强 贾渠 于 2019-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供了一种用于太赫兹频段的准直聚焦系统,本发明应用于安检成像系统中。本发明涉及安检领域,该系统包括：馈源,发出的波束沿Z方向传播,波束的X方向在近距离范围内为平行波束,在Y方向为发散波束；准直器件,用于对发散波束准直；聚焦器件,用于对准直后得到的新波束聚焦；成像面器件,用于接收经过准直、聚焦后的聚焦光斑。本发明提供的一种用于太赫兹频段的准直聚焦系统,解决了现有太赫兹安检成像系统中波束在不同方向发散程度不一样引起聚焦位置偏差从而导致成像分辨率差的问题。实现了波束聚焦位置相同、聚焦光斑效果较好的状态,从而使安检成像系统的成像器件相比现有技术成像分辨率更加高、性能更好的效果。(The embodiment of the invention provides a kind of collimation focusing system for Terahertz frequency range, the present invention is applied in safety check imaging system.The present invention relates to field of safety check, which includes: feed, and the wave beam of sending is propagated along Z-direction, and it is in the Y direction divergent beam that the X-direction of wave beam, which is parallel beam in short range,；Collimating element, for being collimated to divergent beam；Focus device, the new wave beam for obtaining after collimation focus；Imaging surface device, for receiving the focal beam spot after collimating, focusing.A kind of collimation focusing system for Terahertz frequency range provided by the invention solves the problems, such as in existing Terahertz safety check imaging system that wave beam causes focal position deviation poor so as to cause imaging resolution different directions degree of divergence is different.Realize that beam focal position is identical, the preferable state of focal beam spot effect, thus make the image device of safety check imaging system compared with prior art imaging resolution more increase, the better effect of performance.)

一种用于太赫兹频段的准直聚焦系统

技术领域

本发明涉及安检领域，特别是一种用于安检成像的太赫兹频段的准直聚焦系统。

背景技术

自从2018年6月民航局颁布了相应的毫米波人体安检设备的标准及探测能力测试程序，公共安全交通领域及特殊场所对于人体安检设备的需求大幅提升。公共安全问题依旧在国内外占据着重要的位置，而面对目前一直在应用的金属安检门、手持安检以及人工手检等人体安检方式存在着一定的弊端，不能高效检测一些潜在的非金属隐匿违禁品、危险物品等。而对于X射线等辐射性安检设备对被检者的身体健康及个人隐私都存在一定的问题，因此毫米波、太赫兹波人体安检成像系统被市场所亟需，各研究院校、企业不断的完善人体安检成像系统中的设计，使得设备可以以最佳的性能完成人体安检工作，从而为公共安全领域提供一份可靠的保障。

目前太赫兹波安检仪设备的馈源所辐射的太赫兹波在自由空间中按照高斯光束特性传播，如果该安检设备没有采取准直或者聚焦措施，那么馈源发出的波束会急剧的发散，而过大的入瞳对于光学优化设计非常困难，同时电大尺寸的透镜加工制造也比较困难。

在太赫兹波安检仪设备中包含了安检成像系统，准光系统是该安检成像系统的前端，其聚焦的性能直接影响着最终成像的效果。目前，准光系统对辐射波束在互相垂直方向为不同的发散程度的波束聚焦时，可以采用不同方向的聚焦镜来实现最终的聚焦，但是会存在聚焦位置存在偏差、不同方向的聚焦透镜影响与之垂直方向波束的传输情况，最终导致成像的分辨率不佳。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种用于太赫兹频段的准直聚焦系统，解决了现有太赫兹安检成像系统中波束在不同方向发散程度不一样引起聚焦位置偏差从而导致成像分辨率差的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本发明公开了一种准直聚焦系统，所述系统应用于安检成像系统中，包括：

馈源，发出的波束在X方向在近距离范围内为平行波束，在Y方向为发散波束；

准直器件，用于对发散波束准直；

聚焦器件，用于对准直后得到的新波束聚焦；

成像面器件，用于接收聚焦后形成的聚焦光斑。

优选的，所述准直后得到的新波束的波束半径与所述平行波束的波束半径相同。

优选的，所述成像面器件接收的所述聚焦光斑在垂直方向上尺寸相同。

优选的，所述馈源发出的波束为太赫兹波束或毫米波波束。

第二方面，本发明公开了一种安检成像系统，包括：

第一方面中任一所述的准直聚焦系统；

成像器件，用于提供所述成像面。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明用准直器件对发射源发射的波束的Y方向进行准直处理，准直处理后该波束Y方向和X方向的波束宽度一样，且为平行光，有效保障了波束在聚焦过程中的一致性；用同一个聚焦器件对准直处理后的波束进行聚焦处理，在成像面器件同一位置得到两个方向光斑尺寸相同的聚焦光斑，实现了波束聚焦位置相同、聚焦光斑效果较好的状态，从而使安检成像系统的成像器件相比现有技术成像分辨率更加高、性能更好的效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明太赫兹波束准直聚焦光路示意图；

图2是本发明准直透镜、聚焦透镜的外观图；

图3是本发明安检成像系统的准直聚焦系统的装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

参考图1，是本发明太赫兹波束准直聚焦光路示意图。图1中(a)、(b)图是不同视角下波束在Z方向传播的计算机模拟图，即三维图像中不同面的剖视图，用于描述太赫兹波束准直聚焦光路，该图反映了波束在X、Y方向有不同发散程度的特性，或不同波束半径的特性。图1中(a)、(b)图均是同一波束在不同视角下的光路示意图。其中，图1(a)为xoz面剖视图，即X方向准直聚焦示意图，图1(b)为yoz面剖视图，即Y方向准直聚焦示意图。这两幅图均是一个三维模拟图分别旋转到两个方向不同视觉的剖视图。如图1(a)所示，该图为xoz面的视图。因为波束在X方向传播近似平行，在近距离范围内可看做平行波束，所以该图只能看到波束先以近似平行波的形式通过准直器件再通过聚焦器件聚焦的光路示意图。如图2(b)所示，该图为yoz面的视图。因为，该波束在Y方向为发散状，可看成为发散波，所以从图中可看到波束以发散波的形式进入准直器件变为平行波束，再通过聚焦器件聚焦的光路示意图。特别提醒因为图1聚焦器件的聚焦距离远大于聚焦器件与准直器件之间的距离，因此看图时请放大图像查看。

参考图3，是本发明安检成像系统的准直聚焦系统的装置示意图。该准直聚焦系统应用于安检成像系统中，且是安检成像系统的前端。该准直聚焦系统由波束源301、准直器件302、聚焦器件组成303、成像面器件304。

馈源301用于产生毫米波或太赫兹波，且该波在自由空间中按照高斯光束特性传播。波束的传播方向为Z方向。该波束从X方向看，即波束的xoz面剖面图看，该波束在X方向离波束源301近距离范围内为平行波束，参照图1(a)。从Y方向看，即波束的yoz面剖面图看，该波束在Y方向为发散波束，参照图1(b)。同时，X方向相比Y方向的波束宽度更大，即该波束Y方向比X方向的发散快，因此需要将Y方向波束准直成与X方向相同的波束宽度。目前馈源301有多种选择，例如：辐射喇叭天线、阵列天线、波导缝隙天线等，对此本发明不做限制。

准直器件302用于将发散波束变成平行波。本实施例中准直器件302用于馈源301发出的波束在Y方向呈发散状的该波束进行准直处理，即将波束的Y方向发散形态处理成平行波形态。馈源301发出波束的Y方向经过准直器件302后改变成了与该波束X方向形态相同的准直处理后的波束，即Y方向变为平行波，同时，经过准直处理后的该波束的Y方向的波束半径与X方向的波束半径相同，而且波前为平面，与X方向相同。需说明的是本发明波束通过准直器件302后X方向的波束宽度、波前形态均不会发生变化。本实施例中，准直器件302为柱透镜(如图2(a)所示)或抛物面镜，本实施例优选柱透镜。该透镜的材料为高密度聚乙烯或者聚四氟乙烯等毫米波、太赫兹波高透的材料。

聚焦器件303用于对准直后得到的新波束聚焦。本实施例中，准直后得到的新波束通过聚焦器件303进行聚焦处理，成像面器件304同一位置的聚焦光斑在X和Y方向光斑的尺寸相同。本实施例中聚焦器件303为聚焦透镜(如图2(b)所示)，该聚焦透镜的材料可为高密度聚乙烯或者聚四氟乙烯等毫米波、太赫兹波高透的材料。

成像面器件304用于接收聚焦后形成的聚焦光斑。本实施例中，该成像面器件304可以为成像面。该成像面器件为了呈现高斯波束的聚焦效果，在实际成像系统中则为被测人体的位置，具有反射波束的特性。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种准直聚焦系统，应用于安检成像系统中，该系统包括馈源、准直器件、聚焦器件、成像面器件。波束源发出的所有波束都是沿着Z方向同向传播。各波束首先通过准直器件变成平行波束，在这里准直透镜主要针对Y方向发散的波束，准直器件将Y方向发散的波束改变成平行波束，并将该波束的波束宽度改变成与X方向的波束一样，即波束半径相同，同时，从X方向看馈源发出的波束在经过准直器件后进入聚焦器件前的波束宽度和进准直器件前的波束宽度不变，波前形态也未变；经过准直器件处理后的波束经过聚焦器件进行聚焦处理，处理后的波束的聚焦光斑在接收像面器件同一位置X、Y方向上呈现相同尺寸。本实施例实现了接收像面器件同一位置聚焦光斑较好，光斑两个方向尺寸相同的效果，从而可以使安检成像系统的成像达到较好水平。

为了更清楚的描述本发明波束的聚焦过程，本实施例优选了馈源天线发出太赫兹波的聚焦过程，具体聚焦过程如下:

馈源天线发出太赫兹波束，该波束在X方向呈现出平行波的特性，在Y方向呈现出发散特性。馈源天线即发射源距柱透镜中心直线距离600mm，馈源天线发出太赫兹波束经过柱透镜进行准直处理，将Y方向呈现发散的该波束变为与X方向呈现特性一样的平行波束，同时，准直后该波束Y方向的波束半径与该波束X方向的波束半径相同。因为该波束经过准直处理后该波束Y方向为呈现为平行波状态，因此在本实施例中柱透镜和聚焦透镜的距离不做限定，聚焦透镜中心和接收像面中心的直线距离为2000mm，即聚焦透镜的聚焦距离为2000mm。经过准直处理的该波束传播至聚焦透镜，聚焦透镜对该波束进行聚焦处理，在接收像面呈现出同一位置X、Y方向尺寸相同的聚焦光斑。本实施例中柱透镜和聚焦透镜的口径均为500×500mm。

本实施例的优点有：准直器件对发射源发射的波束的Y方向进行准直处理，准直处理后该波束Y方向和X方向的波束宽度一样，且为平行波，有效保障了波束在聚焦过程中的一致性；用同一个聚焦器件对准直处理后的波束进行聚焦处理，在成像面器件同一位置得到两个方向尺寸相同的聚焦光斑，实现了波束聚焦位置相同、聚焦光斑效果较好的状态，从而使安检成像系统的成像器件相比现有技术成像分辨率更加高、性能更好的效果。

基于上述实施例，在本发明另一实施例中公开了一种安检成像系统。该系统包括上述实施例中的安检成像系统的准直聚焦系统和成像器件。

其中，准直聚焦系统和上述实施例中相同，在此不做阐述。成像器件包括：接收天线、与接收天线通信连接的图像处理装置。

接收天线用于接收反射的微波或太赫兹波信号，并输出微波或太赫兹波幅度信息。

图像处理装置用于接收接收天线输出的微波或太赫兹波的幅度信息，利用基于区域相关的拼接算法或基于特征相关的拼接算法，最终合成一副检测样品的微波或太赫兹波的反射图像。该反射图像表征人体或其它物品各部位太赫兹波或微波的辐射强度。例如，人在所穿的衣物中藏有***、刀具等物品时，物品所在位置的太赫兹波辐射强度与人体其他部位存在强弱对比，在反射图像上表现为灰度差异，实现对隐蔽物品的检测。

在本实施例中，该安检成像系统通过准直聚焦系统对微波或太赫兹波束先进行准直处理，再聚焦光斑，最后在成像器件中成反射图像，使得该安检成像系统的反射图像分辨率相比现有技术更加高。同时，该安检成像系统使用了微波或太赫兹波束，使得该系统能高效检测一些潜在的非金属隐匿违禁品、危险物品等，并且相比现有技术中X射线等辐射性安检设备更加保护人的隐私和安全。

以上对本发明所提供的一种用于太赫兹频段的准直聚焦系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。