【研究報告 | 太赫茲安檢儀行業(yè)研究報告】

　　摘要：近年來太赫茲安檢儀逐漸走向市場，并取得良好的安檢效果，但仍存在改進的空間。本文從太赫茲安檢儀的原理和技術(shù)方面，討論該設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析其未來研究方向。

　　太赫茲是一種波長介于紅外線與微波之間的電磁波，具有很多有別于其他電磁波段的獨特性質(zhì)，這給太赫茲成像帶來很多優(yōu)勢。相對于光學(xué)成像、紅外成像，太赫茲成像能穿透非金屬和非極性物質(zhì);相對于微波成像，太赫茲成像在理論上可望得到更高的細節(jié)分辨能力;太赫茲波的光子能量遠低于生物組織電離輻射能量，是非常安全的電磁波。因此使用太赫茲成像技術(shù)的安檢儀可以高效、安全、高精度地探測和識別目標(biāo)對象所攜帶的物品，從而維護公眾安全。

　　圖1 太赫茲波在電磁波譜中的位置

　　太赫茲安檢儀的類別

　　按照設(shè)備本身是否發(fā)射太赫茲波來分類，可以將太赫茲安檢儀分為主動式和被動式。主動式是安檢儀發(fā)射太赫茲波，通過測量反射的太赫茲信號進行成像，可以呈三維圖像。而被動式是被動接收人體發(fā)出的太赫茲波，經(jīng)處理顯影人體的二維圖像。當(dāng)人體衣物中隱藏有物品時，該區(qū)域輻射出的太赫茲波即被阻攔，使得灰度圖中對應(yīng)物品所在的位置和人體背景之間產(chǎn)生顯著的明暗對比，從而探知物品的存在，并在顯示屏上顯示物品的形狀和位置。

　　主動式和被動式太赫茲安檢儀有著各自的優(yōu)缺點。在成像質(zhì)量方面，由于人體輻射的太赫茲波微弱，被動式的圖像對比度以及清晰度較主動式有著一定差距，但還處于可以不斷優(yōu)化的狀態(tài)。在成本方面，由于主動式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而被動式則成本相對較低。在操作方面，主動式在太赫茲波的發(fā)射量方面掌握起來較為復(fù)雜，而被動式操作則較為簡單。在發(fā)展來看，主動式對于高頻太赫茲收發(fā)設(shè)備的要求較高，目前該類技術(shù)突破存在困難，而被動式發(fā)展難度相對較低。綜合來看，在目前的技術(shù)水平下，被動式的市場推廣相對容易，應(yīng)用也更多，因此下面主要對被動式太赫茲安檢儀的技術(shù)進行簡要分析。

　　被動式太赫茲安檢儀的技術(shù)簡析

　　太赫茲安檢儀采用的關(guān)鍵技術(shù)包括太赫茲波束掃描成像技術(shù)以及太赫茲圖像處理技術(shù)。目前國外在太赫茲波束掃描成像技術(shù)方面略有領(lǐng)先，在陣列探測器的研究和生產(chǎn)方面較為成熟，但近兩年國內(nèi)也可以進行高端陣列探測器的生產(chǎn)，逐步追趕國際先進水平。在太赫茲圖像處理技術(shù)方面，國內(nèi)外都較好發(fā)展。總體而言，我國在太赫茲安檢儀的技術(shù)方面處于較高水平，與國際先進水平差距較小。

　　太赫茲波束掃描成像技術(shù)方面，成像前端主要是需要經(jīng)細致設(shè)計和反復(fù)優(yōu)化的太赫茲準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)和太赫茲光機掃描器，將人體和場景中的太赫茲輻射收集到太赫茲探測器得到原始電信號，經(jīng)濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，建立原始太赫茲圖像。其中太赫茲準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵部件有太赫茲波入射窗口、太赫茲反射鏡、太赫茲透鏡、太赫茲探測器等，功能是引導(dǎo)由人體和場景中的物體發(fā)射、散射、透射過來的太赫茲波進入安檢儀，經(jīng)反射和掃描，匯聚到太赫茲探測器變?yōu)殡娦盘枴Ｌ掌澒鈾C掃描器關(guān)鍵部件包括能高反射率反射太赫茲波的擺鏡、轉(zhuǎn)鏡等，功能是掃描人體和二維空間不同的位置，讓探測器能夠依次探測來自人所處鉛垂面上某一小區(qū)域的太赫茲輻射能量。

　　太赫茲圖像處理技術(shù)方面，已開發(fā)的圖像處理算法有基于馬爾科夫隨機場理論的太赫茲圖像復(fù)原算法、基于區(qū)域生長的太赫茲圖像分割算法、基于方向加速法的太赫茲與可見光雙波段圖像融合算法等。該技術(shù)可以改善硬件系統(tǒng)獲取的原始圖像的質(zhì)量，比如降低噪聲、增強對比度、提高分辨小目標(biāo)的能力、融合可見光信息等，得到清晰度高、信息量大的人體圖像。此外還需要結(jié)合太赫茲圖像目標(biāo)識別技術(shù)，將處理結(jié)果圖像中的目標(biāo)分類，辨別是否屬于違禁物品的圖像。

　　圖2 技術(shù)原理圖

　　目前被動式太赫茲探測器還存在靈敏度不高的問題，其成像的信噪比、對比度、分辨能力等方面還有進一步改進的空間。近年來國內(nèi)外專家陸續(xù)提出了一些新的成像方法和圖像處理算法。此外，在太赫茲成像光路設(shè)計、器件選擇，信號的傳輸、變換和處理，成像系統(tǒng)設(shè)計搭建，圖像重建、去噪、分辨率增強等方面的理論和方法有待進一步研究。太赫茲圖像特征的提取及分類、圖像目標(biāo)識別、太赫茲圖像與其它波段圖像信息的融合等也是有待研究的方向。近些年太赫茲科學(xué)與技術(shù)快速發(fā)展，可用于太赫茲成像的器件種類越來越多，性能逐步提高，隨著太赫茲成像及其圖像處理技術(shù)的進步，太赫茲成像將會展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，在科研界和產(chǎn)業(yè)界發(fā)揮重要作用。

　　結(jié)語

　　太赫茲安檢儀是太赫茲成像技術(shù)的應(yīng)用，在安檢方面具有顯著優(yōu)勢，其存在被動式與主動式兩類研究方向，當(dāng)下被動式因技術(shù)發(fā)展較快、成本更低而應(yīng)用更多，但在成像效果上有待提升。隨著太赫茲安檢儀各類技術(shù)的改進，未來其有望得到大規(guī)模應(yīng)用。