毫米波是指頻率在30～300 GHz之間的電磁波，波長為毫米量級，其在電磁波波譜中的位置如圖1所示。從圖1中可以看出，毫米波的頻率要比微波高一個量級，同時與太赫茲頻段有一定的重合(一般來講，微波頻段的范圍為3～30 GHz,而太赫茲的頻段范圍為0.1～10 THz)。由于毫米波能夠穿透常見的衣物、紙張以及塑料等遮擋材料，同時不具有電離輻射，對公眾安全，因而特別適合應(yīng)用于人體安全檢查。
圖 1 毫米波在電磁波譜中的位置
毫米波全息成像技術(shù)手段的實現(xiàn)，依賴于外差混頻技術(shù)，其測量的不再是毫米波強(qiáng)度，而是包含幅度與相位信息的復(fù)信號。在實際成像系統(tǒng)中，毫米波天線發(fā)射毫米波信號照射到成像目標(biāo)上，目標(biāo)反射的毫米波信號由接收天線接收，然后由外差混頻技術(shù)獲得反射信號的幅度和相位，通過線陣掃描結(jié)合機(jī)械移動的方法可以獲得二維孔徑上的復(fù)反射信號，從而形成全息圖，然后通過圖像重建算法反演得到目標(biāo)的三維復(fù)反射率圖像。常見的孔徑掃描方式有平面掃描和圓柱掃描兩種(如圖2所示)。
圖 2 平面掃描(a)以及圓柱掃描(b)
毫米波技術(shù)在近三十年來獲得越來越多的關(guān)注，國內(nèi)外的研究隊伍不斷壯大，也涌現(xiàn)出一大批科研成果。然而，在商業(yè)應(yīng)用方面這項技術(shù)的進(jìn)展卻一直十分緩慢。目前，毫米波成像技術(shù)為成功的商業(yè)應(yīng)用方向之一是面向人體安檢應(yīng)用的安檢門，究其原因，主要有以下兩個方面的優(yōu)勢：，這類技術(shù)的波長剛好可以穿透衣物，獲取人體表面信息，并且當(dāng)前的探測器芯片工藝水平也足以支撐該波段反射信號的解析和圖像重建；第二，這類技術(shù)不至于對人體造成類似X射線穿透技術(shù)的電磁輻射，雖然該技術(shù)的圖像解析效果不如X射線類成像技術(shù)清晰，在物品行包的檢查中應(yīng)用不廣，但在對人體進(jìn)行安全檢測時，其無電離輻射的特點成為大的技術(shù)選型優(yōu)勢。
應(yīng)用于人體安檢的毫米波全息成像系統(tǒng)早可以追溯到1995年Collins等人申請的發(fā)明(Real-time Holographic Surveillance System),該提出了一種單頻陣列式的毫米波全息成像設(shè)備。該設(shè)備利用天線陣列的電子開關(guān)切換來完成一維掃描，通過控制天線陣列的機(jī)械移動來完成另一個方向的掃描，進(jìn)而實現(xiàn)了基于平面掃描的35 GHz單頻毫米波全息成像。1996 年，美國太平洋西北國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory，PNNL)的Sheen對上述系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)(Real-time Wideband HolographicSurveillance System)，通過將單頻擴(kuò)展到寬帶，使成像系統(tǒng)具有距離分辨能力，進(jìn)而減弱了單頻全息圖像中的散斑效應(yīng)，大大提高了圖像質(zhì)量。2001年，PNNL實驗室發(fā)表了其在毫米波全息成像領(lǐng)域的進(jìn)一步研究成果，包括其研發(fā)的27～33 GHz基于平面掃描的寬帶全息成像系統(tǒng)以及提出的基于球面波展開的毫米波全息重建算法，該論文為毫米波人體安檢領(lǐng)域的開創(chuàng)性文章，隨后PNNL提出了應(yīng)用于人體安檢成像的圓柱掃描全息成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高約2m的線陣圍繞人體作圓柱掃描。2008年后，PNNL實驗室將毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)讓給L3公司進(jìn)行商業(yè)化，于是就有了L3公司的ProVision系列產(chǎn)品。在我國，毫米波全息技術(shù)應(yīng)用于人體安檢行業(yè)還處于起步階段。2013年在科技部國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項的資助下，清華大學(xué)和同方威視技術(shù)股份有限公司共同研制出我國代自主知識產(chǎn)權(quán)的毫米波全息成像人體掃描儀，相比于國外同類產(chǎn)品，該產(chǎn)品在技術(shù)指標(biāo)上處于同等或略優(yōu)水平，巧妙地規(guī)避了競爭對手的壁壘，凸顯了中國*制造企業(yè)的科技實力。
從市場反饋看，美國L3公司的Provision系列主動式毫米波人體安檢儀，從2011年起已經(jīng)在美國機(jī)場批量替換了金屬安檢門及X射線(背散射)安檢門，截至目前，已在售賣上千臺，實現(xiàn)銷售規(guī)模達(dá)上億美元。德國R&S公司以及國內(nèi)的一些毫米波人體安檢產(chǎn)品也已經(jīng)日趨成熟，并形成了銷售。（作者：金穎康 王璞）
