【研究報告 | 太赫茲安檢儀行業研究報告】

　　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方面，討論該設備的發展現狀，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，這給太赫茲成像帶來很多優勢。相對于光學成像、紅外成像，太赫茲成像能穿透非金屬和非極性物質;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的安檢儀可以高效、安全、高精度地探測和識別目標對象所攜帶的物品，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

　　按照設備本身是否發射太赫茲波來分類，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出的太赫茲波，經處理顯影人體的二維圖像。當人體衣物中隱藏有物品時，該區域輻射出的太赫茲波即被阻攔，使得灰度圖中對應物品所在的位置和人體背景之間產生顯著的明暗對比，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缺點。在成像質量方面，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化的狀態。在成本方面，由于主動式結構復雜，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射量方面掌握起來較為復雜，而被動式操作則較為簡單。在發展來看，主動式對于高頻太赫茲收發設備的要求較高，目前該類技術突破存在困難，而被動式發展難度相對較低。綜合來看，在目前的技術水平下，被動式的市場推廣相對容易，應用也更多，因此下面主要對被動式太赫茲安檢儀的技術進行簡要分析。

　　被動式太赫茲安檢儀的技術簡析

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

　　太赫茲波束掃描成像技術方面，成像前端主要是需要經細致設計和反復優化的太赫茲準光學系統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，經濾波、放大和模數轉換后，建立原始太赫茲圖像。其中太赫茲準光學系統關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，功能是引導由人體和場景中的物體發射、散射、透射過來的太赫茲波進入安檢儀，經反射和掃描，匯聚到太赫茲探測器變為電信號。太赫茲光機掃描器關鍵部件包括能高反射率反射太赫茲波的擺鏡、轉鏡等，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域的太赫茲輻射能量。

　　太赫茲圖像處理技術方面，已開發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原算法、基于區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。該技術可以改善硬件系統獲取的原始圖像的質量，比如降低噪聲、增強對比度、提高分辨小目標的能力、融合可見光信息等，得到清晰度高、信息量大的人體圖像。此外還需要結合太赫茲圖像目標識別技術，將處理結果圖像中的目標分類，辨別是否屬于違禁物品的圖像。

　　圖2 技術原理圖

　　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。近年來國內外專家陸續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計、器件選擇，信號的傳輸、變換和處理，成像系統設計搭建，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。近些年太赫茲科學與技術快速發展，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的進步，太赫茲成像將會展現出巨大優勢，在科研界和產業界發揮重要作用。

　　結語

　　太赫茲安檢儀是太赫茲成像技術的應用，在安檢方面具有顯著優勢，其存在被動式與主動式兩類研究方向，當下被動式因技術發展較快、成本更低而應用更多，但在成像效果上有待提升。隨著太赫茲安檢儀各類技術的改進，未來其有望得到大規模應用。