一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统及方法

技术领域

本申请涉及太赫兹成像技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统。

背景技术

随着快递包裹数量的大幅度增长以及安全检测的压力，尤其是小型包裹和纸质文件的数量占了很大比重，因此，邮政物流行业急需解决大量包裹快速安检的问题。

随着太赫兹器件的成熟和安检成像市场的需求增长，太赫兹波段的实时成像相比于X光、微波和可见光频段具有独特的优势。同时，太赫兹器件在小型包裹和纸质文件的快速实时成像安检领域有很强的应用价值，已经在国内外的实验室内部做过原理样机的验证。

而在现有技术中，虽然，X光对金属、锡箔和湿润的材料的检测准确率较高，而对于小型刀具、枪支违禁品或信封包装的粉末状材料(如毒品、爆炸物粉末和微生物菌落)的小包裹的检测准确率较低。

发明内容

本申请提供了一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统，用于解决针对小型刀具、枪支违禁品或信封包装的粉末状材料(如毒品、爆炸物粉末和微生物菌落)的小包裹的检测准确率较低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统，包括：太赫兹辐射源、探测器、图像处理模块、图像识别模块和分拣模块；

所述太赫兹辐射源用于发出太赫兹波后，向预置在传送带上的目标物进行穿透式辐射；

所述探测器用于接收穿透所述目标物后的太赫兹波，还用于根据所述太赫兹波获得太赫兹波成像；

所述图像处理模块用于接收所述太赫兹波成像后，对所述太赫兹波成像进行预处理；

所述图像识别模块用于根据预设的违禁品识别模型对预处理后的所述太赫兹波成像进行识别，从而判断所述目标物是否为违禁品；还用于当判断所述目标物为违禁品时，则控制所述分拣模块将对应的所述目标物分拣至所述传送带上预设的违禁品通道内；还用于当对所述预处理后的所述太赫兹波成像无法识别时，则控制所述分拣模块将对应的所述目标物分拣至所述传送带上预设的疑似品通道内。

优选地，所述太赫兹辐射源的中心频段为100GHz，其功率大于100mW。

优选地，本系统还包括准光路结构，所述准光路结构设于所述太赫兹辐射源和所述目标物之间，用于限制所述太赫兹辐射源发出的太赫兹波的传光路径。

优选地，所述准光路结构包括分光镜、第一反射镜和第二反射镜；所述探测器为两个，分别为第一探测器和第二探测器；

所述太赫兹辐射源发出所述太赫兹波入射至所述分光镜后，将所述太赫兹波分为两束，其中，一束太赫兹波经所述分光镜透射至所述第一反射镜上，另一束太赫兹波经所述分光镜反射至所述第二反射镜上，所述第一反射镜的反射光路和所述第二反射镜的反射光路正交设置，所述目标物设于所述第一反射镜的反射光路和所述第二反射镜的反射光路的正交汇聚处，所述第一探测器和所述第二探测器用于分别接收穿透所述目标物后的两束所述太赫兹波。

优选地，所述准光路结构包括第三反射镜和第四反射镜；所述太赫兹辐射源为两个，分别为第一太赫兹辐射源和第二太赫兹辐射源；所述探测器为两个，分别为第三探测器和第四探测器；

所述第一太赫兹辐射源与所述第三反射镜对应设置，所述第二太赫兹辐射源与所述第四反射镜对应设置，第三反射镜的反射光路和所述第四反射镜的反射光路正交设置，所述目标物设于所述第三反射镜的反射光路和所述第四反射镜的反射光路的正交汇聚处；所述第三探测器和所述第四探测器分别与所述第三反射镜和所述第四反射镜对应设置。

优选地，所述探测器由测微辐射热计和太赫兹相机组成。

优选地，所述图像处理模块用于对所述太赫兹波成像进行图像灰度预处理和降噪预处理；还用于对所述预处理后的所述太赫兹波成像进行边缘检测，从而获得所述太赫兹波成像的轮廓区域；从而使所述图像识别模块根据所述预设的违禁品识别模型对所述轮廓区域进行识别。

优选地，所述预设的疑似品通道内设有X光机，用于对所述目标物进行X光检测。

优选地，本系统还包括目标定位模块、摄像头和标签读取模块；

所述摄像头用于获取所述传送带上的目标物图像；

所述目标定位模块用于当所述图像识别模块判断所述目标物为违禁品时，基于AI目标检测算法对所述目标物图像中相应的所述目标物进行位置标定；

所述标签读取模块用于读取所述目标定位模块位置标定的所述目标物上预设的标签信息。

第二方面，本发明还提供了一种基于太赫兹波照明的实时成像检测方法，应用上述的基于太赫兹波照明的实时成像检测系统，包括以下步骤：

通过太赫兹辐射源发出太赫兹波后，向预置在传送带上的目标物进行穿透式辐射；

通过探测器接收穿透所述目标物后的太赫兹波，根据所述太赫兹波获得太赫兹波成像；

通过图像处理模块接收所述太赫兹波成像后，对所述太赫兹波成像进行预处理；

通过图像识别模块根据预设的违禁品识别模型对预处理后的所述太赫兹波成像进行识别，从而判断所述目标物是否为违禁品，具体为，当判断所述目标物为违禁品时，则通过分拣模块将对应的所述目标物分拣至所述传送带上预设的违禁品通道内；当对所述预处理后的所述太赫兹波成像无法识别时，则通过所述分拣模块将对应的所述目标物分拣至所述传送带上预设的疑似品通道内。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本发明提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统及方法，通过太赫兹辐射源向目标物发出太赫兹波进行穿透式辐射，并通过探测器接收穿透目标物后的太赫兹波后获得太赫兹波成像，再通过图像识别模块根据预设的违禁品识别模型对预处理后的太赫兹波成像进行识别，从而可以判断目标物是否为违禁品，以确认目标物是否安全，并根据判断结果来控制分拣模块将目标物分拣至违禁品通道或疑似品通道。由于采用太赫兹辐射源对目标物进行的穿透式辐射，并获得二维的太赫兹波成像，可以直观地判断小包裹是否有刀具和枪支等违禁品，以及纸质信封内是否含有粉末状材料的违禁品，结合图像预处理和深度学习目标识别算法，提高了对小型包裹的刀具、枪支违禁品以及信封包装的粉末状材料(如毒品、爆炸物粉末和微生物菌落)的检测准确率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统中第一种准光路结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统中第二种准光路结构的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统，包括：太赫兹辐射源1、探测器2、图像处理模块、图像识别模块和分拣模块3；

太赫兹辐射源1用于发出太赫兹波后，向预置在传送带4上的目标物5进行穿透式辐射；

需要说明的是，能够被太赫兹波穿透的典型包装材料包括纸质、泡沫、塑料、干燥薄木板等，但不包括锡伯、铝箔等金属包装材料。为了提高成像效果，太赫兹辐射源1的中心频段可以为违禁品粉末的典型吸收频段，本实施例中，太赫兹辐射源1的中心频段为100GHz，其功率根据被检测包裹的包装材料和厚度，本实施例中的功率大于100mW，在一般示例中，太赫兹辐射源1可以选用雪崩击穿二极管、基于GaAs的肖特基二极管倍频源或基于GaN的倍频和功放芯片。

经实验验证，100GHz的太赫兹辐射源1在大于100mW功率的情况下，能够穿透的包装材料包括：塑料、泡沫、(快递)信封、牛皮纸、纸箱、皮革、气柱袋、珍珠棉、快递袋等，无法穿透锡箔包装。同时，可几乎完全穿透的填充材料包括纸质、充气柱状缓冲材料、泡沫纸、珍珠棉等。

探测器2用于接收穿透目标物5后的太赫兹波，还用于根据太赫兹波获得太赫兹波成像；

需要说明的是，在本实施例中，探测器2由测微辐射热计和太赫兹相机组成，其中，太赫兹相机可以选择256线阵相机或1024线阵相机，采用基于测微辐射热计的太赫兹相机可以实现对小型包裹和纸质文件的实时成像检测，例如，太赫兹相机的最高成像线速度可达15m/s，可完全满足快速成像的要求。

图像处理模块用于接收太赫兹波成像后，对太赫兹波成像进行预处理；

图像识别模块用于根据预设的违禁品识别模型对预处理后的太赫兹波成像进行识别，从而判断目标物5是否为违禁品；还用于当判断目标物5为违禁品时，则控制分拣模块3将对应的目标物5分拣至传送带4上预设的违禁品通道6内；还用于当对预处理后的太赫兹波成像无法识别时，则控制分拣模块3将对应的目标物5分拣至传送带4上预设的疑似品通道7内。

在本实施例中，图像处理模块对太赫兹波成像进行预处理包括图像灰度预处理和降噪预处理；同时，图像处理模块还用于对预处理后的太赫兹波成像进行边缘检测，从而获得太赫兹波成像的轮廓区域；从而使图像识别模块根据预设的违禁品识别模型对轮廓区域进行识别。

本实施例可以通过对太赫兹波成像进行图像灰度处理，通过图像灰度对比度的变化可以直观地判断毒品、微生物菌落和部分的爆炸物粉末等违禁品。

需要说明的是，预设的违禁品识别模型为预先训练好的深度学习目标识别算法模型，其是通过大量的违禁品与轮廓区域映射的数据集进行训练而获得的。

进一步地，本系统还包括准光路结构，准光路结构设于太赫兹辐射源1和目标物5之间，用于限制太赫兹辐射源1发出的太赫兹波的传光路径。

需要说明的是，本实施例根据检测识别率要求对准光路结构进行设计，当检测识别率要求不高的情况下，可以通过设置一反射镜对太赫兹辐射源1发出的太赫兹波进行反射至目标物5，而检测识别率要求较高的情况下，可以采用以下两种准光路结构设计。

如图2所示，第一种准光路结构包括分光镜80、第一反射镜81和第二反射镜82；探测器为两个，分别为第一探测器21和第二探测器22；

太赫兹辐射源1发出太赫兹波入射至分光镜后，将太赫兹波分为两束，其中，一束太赫兹波经分光镜80透射至第一反射镜81上，另一束太赫兹波经分光镜80反射至第二反射镜82上，第一反射镜81的反射光路和第二反射镜82的反射光路正交设置，目标物5设于第一反射镜81的反射光路和第二反射镜82的反射光路的正交汇聚处，第一探测器21和第二探测器22用于分别接收穿透目标物5后的两束太赫兹波。

可以理解的是，第一种准光路结构采用单源-两探测器的结构，通过分光镜80将太赫兹波分成两束太赫兹波，两束太赫兹波分别经过第一反射镜81和第二反射镜82反射至目标物5进行透射式辐射，并通过第一探测器21和第二探测器22用于分别接收穿透目标物5后的两束太赫兹波，其中，通过第一反射镜81和第二反射镜82的位置设定，使得两个反射镜的反射光路正交设置，使得可以将目标物5的两个视角的图像进行融合，从而可以提升检测识别率。

如图3所示，第二种准光路结构包括第三反射镜83和第四反射镜84；太赫兹辐射源为两个，分别为第一太赫兹辐射源11和第二太赫兹辐射源12；探测器为两个，分别为第三探测器23和第四探测器24；

第一太赫兹辐射源11与第三反射镜83对应设置，第二太赫兹辐射源12与第四反射镜84对应设置，第三反射镜83的反射光路和第四反射镜84的反射光路正交设置，目标物5设于第三反射镜83的反射光路和第四反射镜84的反射光路的正交汇聚处；第三探测器23和第四探测器24分别与第三反射镜83和第四反射镜84对应设置。

可以理解的是，第一种准光路结构采用两源-两探测器的结构，通过第一太赫兹辐射源11和第二太赫兹辐射源12分别发出太赫兹波，并分别通过第三反射镜83和第四反射镜84反射至目标物5进行透射式辐射，并通过第三探测器23和第四探测器24用于分别接收穿透目标物5后的两束太赫兹波，其中，通过第三反射镜83和第四反射镜84的位置设定，使得两个反射镜的反射光路正交设置，使得可以将目标物5的两个视角的图像进行融合，从而可以提升检测识别率。

进一步地，预设的疑似品通道7内设有X光机，用于对目标物5进行X光检测。

在本实施例中，通过图像识别模块将目标物5的检测结果可将目标物5划分为三类，其分别为非违禁品、违禁品和疑似及无法确认物品，其中，非违禁品可以直接通过，违禁品需要通过分拣模块3将其分拣至违禁品通道6进行拆包检查，而由于受限于太赫兹波的穿透特性和成像的目标清晰度问题，以至于得不到轮廓清晰的太赫兹成像，从而无法对该太赫兹成像进行识别，则通过分拣模块3将其分拣至疑似品通道7内利用X光机检测以进一步确定。

需要说明的是，由于太赫兹波的能量限制以及待检测物包装材料透过率的问题，根据成像实验数据，该太赫兹波主要适用于穿透性较好的包装材料，如塑料、泡沫、(快递)信封、牛皮纸、纸箱、皮革、气柱袋、珍珠棉、快递袋等，而在实际应用中，太赫兹波对一些包装材料或包裹内部物品的穿透性不好，导致图像灰暗，无法检测，这就需要将太赫兹辐射源1与X光机相结合，从而即减轻X光机的工作压力，还可以提高识别准确率。

进一步地，本系统还包括目标定位模块、摄像头和标签读取模块；

摄像头用于获取传送带4上的目标物5图像；

目标定位模块用于当图像识别模块判断目标物5为违禁品时，基于AI目标检测算法对目标物5图像中相应的目标物5进行位置标定；

标签读取模块用于读取目标定位模块位置标定的目标物5上预设的标签信息。

需要说明的是，在物流运送过程中，传送带4会同时放置多个小包裹做成像检测，而当检测到某一小包裹内有违禁品时，则可以对目标物5图像中含有违禁品的小包裹进行定位，而在一般示例中，包裹会设置包含有物流信息的标签，当对小包裹定位后，通过标签读取模块可以读取标签信息，从而获取相应包裹的物流信息。

以上为本发明提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测系统的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种于太赫兹波照明的实时成像检测方法的实施例的详细描述。

为了方便理解，请参阅图4，本发明提供的一种基于太赫兹波照明的实时成像检测方法，应用上述实施例中的基于太赫兹波照明的实时成像检测系统，包括以下步骤：

S101：通过太赫兹辐射源发出太赫兹波后，向预置在传送带上的目标物进行穿透式辐射；

S102：通过探测器接收穿透目标物后的太赫兹波，根据太赫兹波获得太赫兹波成像；

S103：通过图像处理模块接收太赫兹波成像后，对太赫兹波成像进行预处理；

S104：通过图像识别模块根据预设的违禁品识别模型对预处理后的太赫兹波成像进行识别，从而判断目标物是否为违禁品，具体为，当判断目标物为违禁品时，则通过分拣模块将对应的目标物分拣至传送带上预设的违禁品通道内；当对预处理后的太赫兹波成像无法识别时，则通过分拣模块将对应的目标物分拣至传送带上预设的疑似品通道内。

进一步地，在步骤S102之前包括：

S1011：获取当太赫兹辐射源关闭时的背景噪声补偿；

S1012：获取当太赫兹辐射源打开时的辐照波束的不均匀性，通过归一化补偿太赫兹波经过准光路照射在线阵探测器上的不均匀性；

S1013：将太赫兹辐射源的“Mode In”接口与探测器的“sync out”接口，从而实现太赫兹辐射源和探测器的同步工作，探测器通过太赫兹辐射源的同步信号开启或关闭，实现每一线帧图像的背景相减，扣除准光光路辐照不均匀性噪声影响。

进一步地，步骤S103具体包括：通过图像处理模块接收太赫兹波成像后，对太赫兹波成像进行图像灰度预处理和降噪预处理。

进一步地，步骤S103之后，步骤S104之前包括：通过图像处理模块还用于对预处理后的太赫兹波成像进行边缘检测，从而获得太赫兹波成像的轮廓区域。

本实施例可以通过对太赫兹波成像进行图像灰度处理，通过图像灰度对比度的变化可以直观地判断毒品、微生物菌落和部分的爆炸物粉末等违禁品。

需要说明的是，预设的违禁品识别模型为预先训练好的深度学习目标识别算法模型，其是通过大量的违禁品与轮廓区域映射的数据集进行训练而获得的。

进一步地，步骤S104中当对预处理后的太赫兹波成像无法识别时，则通过分拣模块将对应的目标物分拣至传送带上预设的疑似品通道内的步骤之后包括：通过X光机对预设的疑似品通道内的目标物进行X光检测。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。