毫米波主动式可移动远程安检仪可行性研究

毫米波主动式可移动远程安检仪可行性研究

曾繁升

北京昌平 武警特种警察学院副教授 北京 102202

摘要：毫米波主动式可移动远程安检仪能够较远距离对可疑人员与物品进行检查识别，具备分辨率适中，成像清晰度合适，对人体影响较小等特点，对进一步丰富安检器材种类，提高军事任务能力意义重大。本文通过对国内外主要安检装备进行调研，结合民用等需求，总结现有技术存在的问题及新设备的设计难点，并针对问题与难点给出了响应的解决方案。

关键词：毫米波；可移动；远距离；安检仪

一、引言

利用安检设备对人、物进行检查是一种保护人身财务安全的有效手段。目前，传统的安检设备都有一定的局限性，无法有效完成安检任务。因此，本文通过调研国内外相关技术研究现状，对不同类型的需求进行分析，提出一种毫米波主动式可移动远程安检技术，其利用毫米波成像技术远距离探测人体进行安全检查，能够实现较远距离对可疑人员和物品的检查识别，对军警遂行任务有非常重要的作用。

二、国内外研究现状

成像安检系统按工作原理可分为背散射技术、太赫兹波技术和毫米波技术。背散射技术的代表产品是X光机。吴斌对安检用X光机的图像处理技术进行了研究[1]。曹晋博针对X光安检图像的特性，利用阈值分割与区域生长对图像进行有效分割，然后将傅里叶描述子和Zernike矩两种特征结合进行违禁物品识别[2]。太赫兹波是介于红外光和毫米波之间的电磁辐射，其在安检系统中也有广泛应用。焦月英对连续太赫兹波成像技术进行了研究[1]。成彬彬等对太赫兹成像安检技术阵列化、多频段、复合式的发展趋势进行了预测，并对太赫兹成像技术在安检和反恐中的应用前景进行了展望。毫米波成像技术是电磁波理论和光学成像理论结合延伸出来的应用技术，其相对于另两种成像技术有更优秀的特点。相对X光机成像技术而言，毫米波成像技术优点是对人体安全无伤害，且能够探测各种材质衣服内携带的危险物品。相对于太赫兹波成像技术，毫米波成像技术穿透性更好，可以在能见度低的环境下正常工作，成像对比度更高，更利于目标识别与探测，十分适合应对目前爆炸装置及违禁物品隐蔽化、多样化、小型化的特点，且扫描过程中对人体没有任何辐射伤害，是用于人体安检的理想频段，在军事、反恐、防恐、安检等领域有很大的发展前景。美国交通安全管理局与盟委员会已相继批准毫米波安检设备逐步代替其他设备，用于机场安检中[2]。

三、需求分析

新时期新阶段，不同领域对毫米波主动式可移动远程安检技术有不同需求。

3.1 民用需求分析

毫米波主动式可移动远程安检技术在民用领域的需求主要应用于公共交通、公共设施的安检中，如机场、火车站、体育场等人流量大的场所及政府要害机关部门等重要场所。通过有效的安检，可以排查有害物品维护相关场所安全及秩序，最大限度减少对人体造成的伤害。

3.2社会效益分析

毫米波主动式可移动安检技术可以远距离探测对目标进行安全检查，有效探明危险物品，在安保、日常执勤等领域有重要作用。在具体应用中，毫米波主动式可移动安检技术能产生巨大的社会效益：人力上，能减少人员配置，节省人力，减少不必要的人员伤亡；物力上，毫米波主动式可移动安检技术探测距离远、可移动、成像更清晰，可以有效减少装备布设密度，更清晰有效的检测危险物品，减少资源浪费；财力上，毫米波主动式可移动安检技术设备成本低，且能及时预防危险物品对社会、人身财务造成损失，保护合法财产。

四、现有装备存在的问题及系统设计难点

4.1 现有装备存在的问题

“9.11”事件以后，毫米波成像技术被逐渐运用到安检领域，近年来近距离安检成像技术得到了高速发展，但是远距离安全检查设备前未见成熟产品。

目前，常用探查器材，主要有便携式X射线检查仪、手持金属探测器等，但这些器材使用时都有其局限性。如便携式X射线检查仪仅适用于固定区域或对固定物品进行检查；手持金属探测器能够对活动目标进行检查，但它只能近距离检查金属类物体，无形中增加了检查人的风险。总的来说，现有设备探测距离短，且无法适应不同探测距离的任务需求；辐射大，对于使用人及被检测者的安全用影响；功能单一，无拓展功能完成多样化工作。

4.2 系统设计难点

毫米波主动式可移动远程安检系统实现过程中有以下几个难点：第一，如何实现更远距离探测与高分辨率成像；第二，为了满足任务要求，需要考虑如何进行多方位成像；第三，设计相应算法，使安检系统能自动、高准确率识别多种目标；第四，安检过程中要尽可能保护受检人隐私，如何采用有效方法保护个人隐私。

五、技术路线

5.1 实现更远距离探测和高分辨率成像

毫米波探测仪近距离成像距离能达到5米左右，要实现更远距离探测和高分辨率成像，可以从以下两个方面进行研究解决。一是可以进一步增强天线的超宽带和宽波束。随着5G技术的运用和普及，使毫米波远距离探测成为可能。频段波长较短的特性有利于在同等天线口径单元内安装更多的天线单元，所以，可以将大规模相控阵列天线技术运用于毫米波通信系统，采用大规模天线阵列实现波束成形，提高基站覆盖范围，并降低基站之间的干扰，再利用毫米波频段的潜在大带宽（30—300GHz）提供更高的数据速率。二是进一步研究解决毫米波空中传输衰落问题。毫米波传输中受到雨、雪、雾、云、灰尘等大气因素影响较大，传输过程中衰减较快，但每个频段衰减程度不同，实验发现，衰减较快的频段为60GHz、119GHz、183GHz[6]，使用时，应避开以上三个衰减窗口，使用其他衰减较小频段。同时，科研人员正在研究一种新型数模混合天线架构体系[3]，即基带采用低维度的传统数字域预编码来实现空间复用，而射频域采用相移器来实现模拟预编码弥补毫米波传输的路径损耗。

5.2 实现多方位成像

毫米波主动式可移动远程安检仪可采用相对成熟的圆柱SAR（合成孔径雷达）扫描系统，目前国内已有个别机场使用这项技术，这项技术可以实现多方位探测。将设备置于车上并实现多角度旋转，以此达到快速机动到位、全方位快速探测识别的目的。

5.3 实现智能识别目标

通过深度卷积神经网络识别检测图像达到智能识别的目的，深度卷积神经网络[8]是图像识别和检测技术中的热点技术，该技术通过大量样本训练，自动寻找图像中的特征，选取的特征由分类器进行分类，并通过边框回归得到目标位置。通过区域卷积网络算法和YOLO算法，可以快速自动识别各类爆炸危险品，提高检测速度和准度。

5.4 实现个人隐私保护

针对人体隐私部位保护的问题，北京无线电计量测试研究所（航天科工二院二〇三所）的三维人体扫描图像去隐私处理技术，可以针对人体的20多个隐私部位自动判断并进行后期处理，最大限度的保护人体隐私[4]。

六、总结

毫米波人体成像技术作为最具潜力的新一代人体安检技术，近年来得到了快速发展，在反恐、防暴领域需求不断提高的背景下，发挥了重要作用。本文通过对国内外主要安检装备进行调研，结合民用等需求，总结现有技术存在的问题及新设备的设计难点，并针对问题与难点给出了响应的解决方案。下一步工作中，主要根据提出的毫米波主动式可移动远程安检仪难点的解决方案，设计一款高效可行的设备。

参考文献：

[1] 吴斌. 安检用X光机的图像处理技术研究[D]. 南京理工大学, 2005.

[2] 曹晋博. X光机安检图像违禁物品的识别[D]. 西北师范大学, 2017.

[3] 焦月英. 连续太赫兹波成像技术的研究[D]. 首都师范大学, 2008.

[4] 成彬彬, 李慧萍, 安健飞, et al. 太赫兹成像技术在站开式安检中的应用[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2015, 13(6):843-848.

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