手持近場成像裝置及其掃描成像方法

2023-12-09 06:37:11 1

專利名稱：手持近場成像裝置及其掃描成像方法
技術領域：
本發明涉及輻射成像領域，具體地，涉及一種手持近場成像裝置及其掃描成像方 法，特別是，人體安檢用的毫米波被動成像裝置及掃描成像方法。
背景技術：
輻射成像，例如毫米波成像，可廣泛應用於工業檢測、人體安檢等領域。通常，在輻 射(例如，毫米波)成像中，通過把透鏡一側焦平面處的目標物體輻射能經透鏡匯聚到透鏡 另一側焦平面上設置的輻射計陣列上，來實現能量探測及重建成像。這通常應用於中遠距 離成像。這種方法由於需要較大的透鏡、複雜的掃描機構、數量眾多的輻射計，造成重量和 成本太高，因而不適用於手持設備。因此，需要一種重量輕、成本低且適於手持使用的近場掃描成像裝置及方法。

發明內容
鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種手持近場成像裝置及其方法，從而能 以簡單的結構實現對目標物體的掃描成像。根據本發明的一個方面，提供了一種手持近場成像裝置，包括輻射計，用於測量 入射到其上的輻射量；可旋轉的輻射引導裝置，用於將目標物體在特定方向上各點發出的 輻射逐一引導到輻射計上；以及旋轉驅動裝置，用於驅動輻射引導裝置旋轉，其中，根據輻 射計測得的輻射量，得到目標物體沿所述特定方向的一維圖像。優選地，輻射計可以是窄波束輻射計。優選地，輻射引導裝置可以是反射鏡。進一步優選地，輻射計的軸線可穿過反射鏡 的旋轉軸與反射鏡的交點。優選地，輻射為毫米波，且反射鏡為金屬板或表面有金屬鍍層的非金屬板。優選地，反射鏡與旋轉軸的夾角在30度至60度之間。優選地，旋轉驅動裝置包括支架，用於固定支持輻射引導裝置；驅動電機，與支 架相連，用於帶動支架從而帶動輻射引導裝置旋轉；以及動平衡體，設置在支架上，用以平 衡輻射引導裝置旋轉時的扭轉力矩。根據本發明的另一方面，提供了一種使用上述手持近場成像裝置來對目標物體進 行掃描成像的方法，包括利用旋轉驅動裝置，驅動輻射引導裝置旋轉；利用輻射計，對輻 射引導裝置從目標物體引導到其上的輻射進行測量；以及根據輻射計的測量結果，得到目 標物體在特定方向上的一維圖像。優選地，該方法還可以包括沿與所述特定方向垂直的另一方向移動手持近場成 像裝置，從而實現對目標物體的二維掃描成像。根據本發明的手持近場成像裝置和方法，可以實現對目標物體近場橫向掃描，配 合手持縱向移動能很方便的實現對目標物體的二維掃描，結構簡單，成本低廉，使用方便。


以下，參考附圖描述本發明的優選實施例，其中圖1示出了根據本發明實施例的手持近場成像裝置的結構示意圖；以及圖2示出了對目標物體進行一維掃描的示意圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。應當理解，這些實施例僅用於說 明的目的，而不是要限制本發明的範圍。在此，省略了公知結構的描述和說明，以免不必要 地混淆本發明的概念。圖1示出了根據本發明實施例的手持近場成像裝置的結構示意圖。如圖1所示， 根據該實施例的手持近場成像裝置包括輻射計1，用於測量入射到其上的輻射量。在毫米波 輻射(頻率範圍30GHZ-500GHZ)的情況下，該輻射計1是對毫米波輻射敏感的。為了進行 準確測量，例如，該輻射計1可以是窄波束輻射計。該手持近場成像裝置還包括輻射引導裝置2，用於將來自目標物體的輻射引導到 輻射計1上，以便輻射計1對目標物體的輻射進行測量。例如，該輻射引導裝置2可以是反 射鏡。在毫米波輻射的情況下，該反射鏡可以是光滑平整的金屬板或表面有金屬鍍層的非 金屬板。為了進行測量，該輻射引導裝置2處於特定位置時，能夠將目標物體在特定方位 發射的輻射引導到輻射計1上，從而輻射計1可以測量目標物體在該特定方位的點上的輻 射量。也就是說，在輻射引導裝置2處於特定位置時，輻射計1可以得到物體上某點處的輻 射量，即，實現物體的點成像。應當指出的是，上述的「點」僅為示意性的概念，其實質上表示目標物體上一定的 區域。根據該手持近場成像裝置與目標物體之間距離的大小、測量解析度等因素，該區域 (「點」)可大可小。圖2示出了輻射計1、輻射引導裝置2以及目標物體TO之間的關係。其中，將輻射 引導裝置2示出為反射鏡以進行說明。標記「2(1) 」、「2(2) 」分別表示反射鏡所處的兩個不 同位置。當反射鏡處於2(1)位置時，將沿方向D(I)來自目標物體TO上點A處的輻射反射 到輻射計1上；而當反射鏡處於2(2)位置時，將沿方向D (2)來自目標物體TO上點B處的 輻射反射到輻射計1上。因此，當反射鏡處於2(1)位置時，輻射計1測量了目標物體TO上 點A所發出的輻射；而當反射鏡處於2 (2)位置時，輻射計1測量了目標物體TO上點B所發 出的輻射。根據所測得的輻射，可以分別得到目標物體點A和點B的圖像。根據輻射如何 成像，這對於本領域技術人員來說是公知的，在此不贅述。為了對目標物體進行掃描成像，輻射引導裝置2可繞一旋轉軸旋轉，以便在特定 的方向(如圖2所示的第一方向)上對目標物體進行一維掃描。如圖2所示，輻射引導裝 置2在旋轉過程中，能夠將從目標物體TO上沿第一方向的每一點(區域)發出的輻射逐一 引導到輻射計1上，從而實現對目標物體TO在第一方向上的一維掃描。為此目的，輻射計1和輻射引導裝置2應適當定位。在輻射引導裝置2為反射鏡 的情況下，輻射計1的軸線可穿過反射鏡旋轉軸與反射鏡的交點。此時，第一方向可與旋轉 軸的方向垂直。對於光學領域的技術人員來說，可以設想到多種這樣的配置。另外，反射鏡平面與反射鏡旋轉軸之間的夾角根據需要可以在30度至60度之間。對於平面目標物體， 輻射計測量有效掃描角度在60度至100度之間。為了驅動輻射引導裝置2旋轉，根據該實施例的手持近場成像裝置還包括旋轉驅 動裝置。本領域普通技術人員可以想到多種機構來實現這種旋轉驅動。例如，如圖1所示， 根據本發明實施例的旋轉驅動裝置包括支架3，用於固定支持輻射引導裝置2 ；驅動電機 4，與支架3相連，用於帶動支架3從而帶動輻射引導裝置2高速迴旋轉動；以及動平衡體5， 設置在支架3上，用以平衡輻射引導裝置2旋轉時的扭轉力矩。以下將描述如上配置的手持近場成像裝置的操作。驅動電機4通過支架3帶動輻射引導裝置2轉動，將物體在波束掃描軌跡6上的 不同方位上發射的輻射(例如，毫米波)引導進入(窄波束)輻射計1，這樣輻射計1就能 測量物體在掃描軌跡6上的不同方位上的亮度溫度。根據輻射計1測得的亮度溫度，可以 實現目標物體的一維成像。如果需要二維掃描，則可以手持該裝置，對目標物體在與第一方向垂直的第二方 向上進行掃描，從而實現二維成像。在本發明中，基於(毫米波)輻射的準光學原理，利用窄波束饋源輻射計，經旋轉 的輻射引導裝置(例如，反射鏡)，構成單輻射計的一維橫向線掃描裝置。根據本發明，僅利 用單個(窄波束)輻射計，就可以實現在近距離直接對目標物體掃描成像。此外，手持這個 掃描裝置，縱向移動，可完成二維掃描成像。以上僅為本發明的優選實施例。本領域的普通技術人員可以想到多種修改和等價 替換。例如，在以上說明中，以反射鏡為例描述了輻射引導裝置。但是，本發明的輻射引導 裝置不限於反射鏡，而是可以使用其他部件來實現。例如，本領域的技術人員可以想到利用 凹面鏡來代替上述反射鏡，同樣可以實現本發明的目的。此外，在上述實施例中，輻射引導裝置中僅包含單一的反射鏡。但本發明不限於 此。例如，輻射引導裝置還可以包括其他部件，例如，另一反射鏡，從而使光傳播方向發生偏 轉。在這種情況下，輻射計的定位可以更加靈活。以上參考附圖描述了本發明的優選實施例。但是應當理解，提供這些實施例是為 了使得本公開充分和完整，而不是為了限制本發明的範圍。本領域技術人員在不脫離由所 附權利要求及其等價物所限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對這些實施例做出多 種修改和改變。這樣的修改和改變也落在本發明的範圍之內。
權利要求
一種手持近場成像裝置，包括輻射計，用於測量入射到其上的輻射量；可旋轉的輻射引導裝置，用於將目標物體在特定方向上各點發出的輻射逐一引導到輻射計上；以及旋轉驅動裝置，用於驅動輻射引導裝置旋轉，其中，根據輻射計測得的輻射量，得到目標物體沿所述特定方向的一維圖像。
2.根據權利要求1所述的手持近場成像裝置，其中，所述輻射計是窄波束輻射計。
3.根據權利要求1或2所述的手持近場成像裝置，其中，所述輻射引導裝置是反射鏡。
4.根據權利要求3所述的手持近場成像裝置，其中，所述輻射計的軸線穿過所述反射 鏡的旋轉軸與所述反射鏡的交點。
5.根據權利要求3所述的手持近場成像裝置，其中，所述輻射為毫米波，且所述反射鏡 為金屬板或表面有金屬鍍層的非金屬板。
6.根據權利要求3所述的手持近場成像裝置，其中，反射鏡與旋轉軸的夾角在30度至 60度之間。
7.根據權利要求1或2所述的手持近場成像裝置，其中，所述旋轉驅動裝置包括支架，用於固定支持輻射引導裝置；驅動電機，與支架相連，用於帶動支架從而帶動輻射引導裝置旋轉；以及動平衡體，設置在支架上，用以平衡輻射引導裝置旋轉時的扭轉力矩。
8.一種使用權利要求1中所述的手持近場成像裝置來對目標物體進行掃描成像的方 法，包括利用旋轉驅動裝置，驅動輻射引導裝置旋轉；利用輻射計，對輻射引導裝置從目標物體引導到其上的輻射進行測量；以及根據輻射計的測量結果，得到目標物體在特定方向上的一維圖像。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括沿與所述特定方向垂直的另一方向移動所述手持近場成像裝置，從而實現對目標物體 的二維掃描成像。
全文摘要
本發明提供了一種手持近場成像裝置及其掃描成像方法。根據本發明的一種手持近場成像裝置，包括輻射計，用於測量入射到其上的輻射量；可旋轉的輻射引導裝置，用於將目標物體在特定方向上各點發出的輻射逐一引導到輻射計上；以及旋轉驅動裝置，用於驅動輻射引導裝置旋轉，其中，根據輻射計測得的輻射量，得到目標物體沿所述特定方向的一維圖像。
文檔編號G01J5/02GK101900606SQ20091008555
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者劉以農, 吳萬龍, 張麗, 李元景, 林東, 沈宗俊, 趙自然, 陳志強 申請人:清華大學;同方威視技術股份有限公司