隐匿物品探测毫米波成像系统发展现状

    引言

    近年来，安全问题日益得到世界人民的关注，对安检系统的可靠性与智能化也提出了更高的要求。传统的金属探测器只能对近距离小范围目标进行检测，效率低，已远远不能满足安检的需求。尽管 X 光等各种射线具有很强的穿透力，但会对被测人体造成辐射伤害，即使当前存在低辐射剂量的 X 光机，但其依然不容易被公众接受。红外线是靠物体表面温度成像，在有织物遮挡的情况下无法清晰成像。而毫米波成像系统不仅可以检测出隐藏在织物下的金属物体，还可以检测出塑料手枪，炸药等危险品，获得的信息更加详尽，准确，可以大大地降低误警率。因此，近年来毫米波成像技术在人员安检等方面得到了更加广泛的应用。

    毫米波成像系统一般有主动和被动两种工作模式，在探测人体隐匿物体的应用中，被动工作模式占据了主要地位。这里主要介绍被动毫米波成像系统的基本原理，主动工作模式的毫米波成像系统原理将以美国 PNNL 实验室为例加以说明。

    1 被动毫米波成像系统基本原理

    自然界中的任何物体都不停的辐射电磁波，该电磁波由不同频率的非相关波组成，它们是随机的，并具有很宽的频谱和不同的极化方向，不同的物体在不同波段的辐射率不同。被动毫米波成像是指依靠 35、94、140、220 GHz 毫米波的大气传播窗口，接收目标及背景亮温的微小差异以区别不同的物体^[1].

    目标的亮温主要由 3 部分组成，即自身的辐射、对环境噪声的反射和背景噪声的透射。相对介电常数较高或导电率较高的物质，辐射率较小，反射率较高。在相同的温度下，高导电材料较低导电材料的辐射温度低，即较冷。

   一般来说，被动毫米波成像系统由接收天线、毫米波辐射计、扫描机构和信号处理单元组成。系统的温度分辨率和空间分辨率是衡量成像效果的重要参数。室内成像相对于室外成像，需要更高的温度分辨率。

    2 近场毫米波成像系统主要成像体制及国外发展现状

    2.1 被动焦平面阵列扫描系统

    被动毫米波焦平面阵列成像系统具有代表性成果的研究机构主要包括美国 Millivision 公司，Brojot公司，TRW 公司，英国 Qinetiq 公司等。

    2.1.1 美国 Millivision 公司

    在上世纪 90 年代中期，美国几家公司开始投入财力和物力进行第一代毫米波辐射计成像系统研究。最早采用的单通道扫描辐射计成像系统完成一幅图像需要 30 min。为缩短成像时间 Miliimetrix（现Millivision）公司研制出了含有 8 个通道的辐射接收模块，8 个模块组成 8×8 的阵列。但是他们在研制256×256 阵列时碰到了诸多问题，如灵敏度不够，很难保持各通道灵敏度和增益的一致性，不能实现平面扫描来得到足够多的像素以获得完好的图像等。