具体实施方式

虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本公开的总体上的发明构思，提供了一种太赫兹安检机器人，包括：壳体，所述壳体包括主壳体以及与所述主壳体转动式连接的头部壳体；太赫兹波成像机构，所述太赫兹波成像机构被配置成生成被检查目标的太赫兹波图像，并包括设置在所述头部壳体内的反射镜组件以及设置在所述主壳体内的探测器阵列；以及旋转机构，所述旋转机构用于使所述头部壳体及位于所述头部壳体内的反射镜组件相对于所述主壳体进行转动，从而使得所述太赫兹波成像机构的反射镜组件朝向不同的方向定向，以分别对安检场景中的不同检查区域内的被检查目标进行太赫兹扫描成像。

如图1至图3所示，根据本公开的一种示例性实施例的太赫兹安检机器人包括壳体和太赫兹波成像机构20。该壳体包括主壳体1以及与主壳体1转动式连接的头部壳体2。太赫兹波成像机构20包括反射镜21、聚焦透镜22和探测器阵列23，其中，被检查目标P自发辐射的太赫兹波由反射镜21反射到聚焦透镜22上进行聚焦，聚焦后的太赫兹波被位于焦点位置的探测器阵列23接收，探测器阵列23将太赫兹波信号转化为电信号，从而实现对被检查目标P进行太赫兹波扫描成像。该太赫兹安检机器人还包括旋转机构40，该旋转机构40用于使头部壳体2以及位于该头部壳体2内的反射镜组件相对于主壳体1进行旋转，从而使得太赫兹波成像机构20的反射镜组件朝向不同的方向定向，以分别对安检场景中的不同检查区域内的被检查目标P进行太赫兹扫描成像。

根据本公开的太赫兹安检机器人，通过采用旋转机构40使头部壳体2以及位于该头部壳体2内的反射镜组件相对于主壳体1进行旋转，从而使得太赫兹波成像机构20的反射镜组件朝向不同的方向定向，从而实现对不同方位的被检查目标P进行太赫兹扫描成像。

在一种示例性实施例中，如图4和图5所示，该反射镜组件包括反射镜21和俯仰摆动机构，该俯仰摆动机构用于驱动反射镜21在竖直方向上俯仰摆动，以使得反射镜21对被检查目标P不同高度的部分进行太赫兹扫描成像。具体地，俯仰摆动机构例如可以包括与头部壳体2连接的固定座24，以及与反射镜连接的编码器25，该俯仰摆动机构还包括与编码器连接的音圈电机26。当然，俯仰摆动机构也可以采用本领域已知的或其它适合的俯仰摆动机构。

在一种示例性实施例中，如图3至图5所示，反射镜21的形状可以选择为椭圆形，其短轴与聚焦透镜22的尺寸匹配，例如可以是20cm-50cm，长轴例如可以是30cm-60cm。聚焦透镜22的尺寸根据成像距离和分辨率要求确定，应满足δ～1.22*lam*L/D，这里的δ为分辨率，L为成像距离，lam为工作波长，D为聚焦透镜22的口径。根据本公开的应用场景，D通常选择为20-40cm.

在一种示例性实施例中，如图6和图7所示，旋转机构40包括第一齿圈41、第二齿圈43和驱动机构45，其中，该第一齿圈41与头部壳体2连接，并位于头部壳体2和主壳体1之间的连接处；第二齿圈43位于主壳体1内，并与第一齿圈41啮合；驱动机构45用于驱动第一齿圈41转动，以带动第一齿圈41转动，从而带动头部壳体2以及位于头部壳体2内的反射镜组件转动。该驱动机构45例如可以是电机，该电机例如可以通过联轴器44带动第二齿圈43旋转，从而驱动与第二齿圈43啮合的第一齿圈41旋转，进而带动头部壳体2以及位于头部壳体2内的反射镜组件一起转动。需要说明的是，该第一齿圈41可以顺时针或逆时针转动运动。聚焦透镜22设置在第一齿圈41的内部，并经由滑环42与第一齿圈41连接，因此，在第一齿圈41转动的过程中，聚焦透镜22保持不动。

在一种示例性实施例中，头部壳体2设置有窗口，该窗口例如可以由聚乙烯、聚四氟乙烯、高密度聚四氟乙烯，PE等形成，被检查目标P自发辐射的太赫兹波能够透过该窗口并到达反射镜21。头部壳体2的其它部分以及主壳体1可以采用不易于太赫兹波穿过的材料制成，例如金属等。

在一种示例性实施例中，该探测器阵列23的接收天线单元包括多个喇叭天线(相邻的两个喇叭天线之间的距离为Δ)，如图8所示，该喇叭天线包括喇叭本体231以及与喇叭本体231连接的矩形波导232(其长、宽、高分辨为a、b、L)，该喇叭本体231的喇叭开口的长边a1与短边b1的比例大于1.2，优选≥1.5，其中，长边a1的大小是在保证喇叭天线辐射性能的情况，根据系统要求的分辨率而确定的，短边b1是根据满足瑞利采样的辐射计间隔确定的，通常a1＞a，b1＞b。然而，喇叭天线的长边a1与短边b1的比例也不能太大，否则会牺牲分辨率，通常取a1/b1≤5。此外，为了让喇叭天线具有高辐射效率、高增益、辐射为正方向、低旁瓣等特性，喇叭天线的喇叭本体231的高度H通常满足H≥a1，优选H在1.2a1至1.5a1的范围内，或者在1.5a1至2a1的范围内，或者在2a1至3a1的范围内，例如H为1.5a1、2a1等。

图9示出了根据本公开的太赫兹波成像机构20的探测器阵列23的几种排布方法。在一些实施例中，探测器阵列23中的探测器可以呈单排或多排弧线或者直线排列，弧线的半径由透镜的像距决定。当探测器呈多排排列时，多排探测器对齐(如图9(b)、(d)、(e)所示)或错开(如图9(a)、(c)所示。在一些实施例中，当探测器呈多排排列时，多排探测器的极化方向均是不同的，以提高该太赫兹波成像机构20的灵敏度，并提高图像质量。例如当探测器呈两排排列时，两排探测器的极化方向可以相同(如图9(a)、(b)所示)或者正交(如图9(c)、(d)所示)，当探测器呈三排排列时，三排探测器的极化方向例如可以相差45°(如图9(e)所示)或60°或120°。

在图8和图9所示的示例性实施例中，探测器阵列23的接收天线单元采用喇叭天线，然而，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，探测器阵列23的接收天线单元也可以是介质棒天线，类似地，其可以呈单排、双排、三排或者三排以上排列，当呈多排排列时，其也可以错开或者对齐。

在一种示例性实施例中，如图1和图2所示，该太赫兹安检机器人还包括设置在头部壳体2上的可见光成像机构30，例如深度摄像头，该可见光成像机构30被配置成捕获进入安检场景内的被检查目标P的可见光图像，并用于在启动太赫兹波成像机构20进行太赫兹扫描成像前确定被检查目标P距离该太赫兹安检机器人的方位和距离。

在一种示例性实施例中，可见光成像机构30所生成的可见光图像与基于太赫兹波成像机构20的扫描数据生成的太赫兹波图像在太赫兹波成像机构20的景深范围内相匹配。在这里，可见光成像机构30所生成的可见光图像与基于太赫兹波成像机构20的扫描数据生成的太赫兹波图像在太赫兹波成像机构20的景深范围内相匹配指的是在太赫兹波成像机构20的景深范围(例如0.5m-5m)内，可见光成像机构30所生成的可见光图像与基于太赫兹波成像机构20的扫描数据生成的太赫兹波图像在空间位置上基本上相对应，即，被检查目标P在可见光图像中的位置和尺寸与在太赫兹波图像中的位置和尺寸基本上对应。

在一种示例性实施例中，可见光成像机构30的视场角通常大于太赫兹波成像机构20的视场角，在这种情况下，可见光成像机构30所生成的可见光图像与基于太赫兹波成像机构20的扫描数据生成的太赫兹波图像在太赫兹波成像机构20的景深范围内相匹配包括：可见光成像机构30所生成的可见光图像在剪裁之后与基于太赫兹波成像机构20的扫描数据生成的太赫兹波图像在太赫兹波成像机构20的景深范围内相匹配。

在一种示例性实施例中，为了确保可见光成像机构30所生成的可见光图像与基于太赫兹波成像机构20的扫描数据生成的太赫兹波图像在太赫兹波成像机构20的景深范围内相匹配，将可见光成像机构30定位成其光轴的延长线穿过太赫兹波成像机构20的反射镜21的中心(即，俯仰摆动轴线和转动轴线的交点)。

在一种示例性实施例中，如图1所示，该太赫兹安检机器人还包括数据处理装置70，该数据处理装置70被配置成接收来自太赫兹波成像机构20的对于被检查目标P的扫描数据并生成太赫兹波图像。该数据处理装置70还被配置成接收来自可见光成像机构30的可见光图像，并基于太赫兹波图像和可见光图像对被检查目标P是否包括违禁物品做出判断。具体地，数据处理装置70可以基于太赫兹波图像对被检查目标中是否存在嫌疑物品做出判断。若数据处理装置70判断存在嫌疑物品，则其进一步基于可见光图像和太赫兹波图像判断嫌疑物品是否是违禁物品。

在一种示例性实施例中，数据处理装置70可以配置成，在其基于太赫兹波图像判断被检查目标是否存在嫌疑物品时，数据处理装置70采用深度学习算法将太赫兹波图像的一个或多个区域标记为可能存在嫌疑物品的嫌疑区域；并且，数据处理装置70还可以配置成，当其基于可见光图像和太赫兹波图像判断嫌疑物品违禁区域是否是违禁物品时，首先基于可见光图像采用深度学习算法识别被检查目标所在的区域，如果上述嫌疑区域对应于可见光图像中的被检查目标所在的区域之外的区域，则去除该嫌疑区域。

在一种示例性实施例中，数据处理装置70进一步配置成如果嫌疑区域对应于可见光图像中的被检查目标所在的区域内，则例如可以采用深度学习算法识别可见光图像中与嫌疑区域对应的区域中的物品是否是非藏匿物品，如果是，则判定该嫌疑区域内不包括违禁物品，反之，则判定该嫌疑区域包括违禁物品。

在太赫兹波图像中，塑料、纸片、纺织品以及皮革等外包装材料是被太赫兹波透射的，因此当人体携带太赫兹波不能穿透的某物品时，太赫兹波被该物品反射，从而在太赫兹波图像中出现该物品的轮廓。然而，虽然该物品的轮廓被显示出来，但是太赫兹波图像还是不能确切地辨认该物品具体是否属于违禁物品，只能判定该物品是嫌疑物品。在本实施例中，同时设置可见光成像机构30以拍摄被检查目标的可见光图像，且可见光成像机构30所生成的可见光图像与太赫兹波成像机构20所生成的太赫兹波图像在太赫兹波成像机构20的景深范围内相匹配，以便更加容易且准确地判断太赫兹波图像中的嫌疑物品是不是违禁物品。

在一种示例性实施例中，如图1所示，该太赫兹安检机器人还包括指令交互模块60，用于各种形式的指令信息的输入和输出。该太赫兹安检机器人还包括主控模块10，用于根据接收到的用户指令产生操作指令。具体地，该主控模块10例如可以接收语音信息，并对接收的语音信息进行解析并响应该语音信息对应的反馈文字信息，将反馈文字信息语音合成为反馈语音信息并传输至指令交互模块60的语音交互模块；此外，该主控模块10还可以控制用于驱动安检机器人头部壳体以及位于头部壳体内的反射镜组件转动的旋转机构40。该太赫兹安检机器人还包括用于提供电力的电源90。

在一种示例性实施例中，如图1所示，该太赫兹安检机器人还包括数据传输模块80，该数据传输模块80被配置成在主控模块10的控制下将数据处理装置70处理后的数据传输到远程终端。数据传输模块80例如可以采用5G传输技术，把来自数据处理装置70的可见光图像和太赫兹波图像发送到云平台，最后在检查终端通过图像显示装置进行显示和报警。

在本公开的一些实施例中，可以使用现场可编程门阵(FPGA)采集可见光成像机构30采集的可见光图像和太赫兹波成像机构20的扫描数据，在FPGA内对扫描数据进行滤波处理，然后将反射镜21的位置信息、可见光图像和扫描数据按照一定的数据格式打包，通过千兆以太网或者无线WiFi模式传输到上位机，通过设置在上位机处的处理处理装置70接收到扫描数据后重新成太赫兹波图像，在太赫兹波图像中识别到可疑物体后，在可见光图像相应位置对嫌疑物品进行标记，同时将标记后的可见图像压缩后存储到云平台。

在一种示例性实施例中，该太赫兹波安检系统100还包括图像显示装置，图像显示装置与数据处理装置70数据连通，图像显示装置能够接收和显示来自数据梳理装置的太赫兹波图像和/或可见光图像。

在一种示例性实施例中，数据处理装置70可以配置成用特定颜色在太赫兹波图像和/或可见光图像上框出嫌疑物品/违禁物品所在的嫌疑区域。图像显示装置能够显示已框出嫌疑物品/违禁物品所在的嫌疑区域的可见光图像和太赫兹波图像，以便于检查人员进行对比和比照。

在一种示例性实施例中，如图1和图2所示，该太赫兹安检机器人还包括设置在太赫兹安检机器人底部的多个全方向移动轮50，这样，该安检机器人可以根据来自主控模块10的指令行进到具体的位置进行安检工作，或者通过远程遥控该太赫兹安检机器人的位置和方位，以随时切换检查区域，对人群进行探测，或者对被检查目标P进行跟踪监测。

在上述示例性实施例中，太赫兹波成像机构20采用聚焦透镜22进行聚焦，然而，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，该太赫兹波成像机构20也可以采用椭球反射面或双曲反射面或者偶次非球面或者自由曲面22′进行聚焦，如图10所示。在上述示例中，反射镜21采用平面椭圆形，然而，本领域的技术人员应当理解，在本公开的其它一些实施例中，反射镜21也可以是围绕转轴360°转动的多面体转鼓21′(如图11所示)，或者采用平面长方形等形状。

根据本公开上述各种实施例所述的太赫兹安检机器人，通过采用转动机构使头部壳体以及位于该头部壳体内的反射镜组件相对于主壳体进行转动，例如180°或者360°等转动，从而使得所述太赫兹波成像机构的反射镜组件朝向不同的方向定向，从而实现对不同方位的被检查目标进行太赫兹扫描成像。该太赫兹安检机器人可以安装在地铁、火车站等高流量的场所，以全方位地拍摄人体的局部视频，例如重点监测人体腰部和手提小包等易携带危险物品的部位进行探测。该太赫兹安检机器人也能够方便地安装在银行、酒店前台、校园入口、公交车、办公室、收发室和珠宝店等现有安检技术无法或者不方便使用的场所。该太赫兹安检机器人可以全程视频成像，无需被检人员停留，安检效率可达传统手检的6倍，约1500人/小时；相对于传统安检只能重点检测金属物品，太赫兹安检系统可检查包括金属、液体、陶瓷、粉末、胶体等多种违禁品；全程无需身体接触，不仅提高了安检效率，更提升了安检体验。总之，该设备具有轻便、坚固，体积小、灵敏度高，便于移动和携带，无辐射、无停留、无触摸、无感知、安全性高、隐匿性好，可以实时拍摄人体局部视频，实时对成像区域内的武器、毒品、爆炸物装置进行报警。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。