一、概述

近些年来，公共场所安全越来越受到人们的重视。对于人员流动大的场所，比如机场、火车站等，很有必要配备安检设备以保障安全。对于人体安检来说，金属探测仪有其局限性，并且工作效率并不高。目前最有潜力的人体安检技术是背散射技术和毫米波技术，这也正是世界各国正在大力发展和推广的技术。背散射人体安检是一种对人体进行表面成像，以图像的方式来进行检查的非接触式人体安检技术。该系统能够在不接触人体的情况下，快速有效地检查出藏匿于衣物下的违禁品与危险品，包括金属 / 非金属刀具、塑料、陶瓷、液体、爆炸物、毒品等。毫米波是波长介于微波与光波之间的电磁波，被广泛应用于通讯、雷达导航及军事领域。近年来，由于安检的迫切需求，毫米波成像技术被应用于人体安检领域，利用毫米波可穿透衣物的特性，通过测量人体在毫米波波段的辐射信息或反射信息成像，可以探测到隐藏于衣物之下的物体，如金属或塑料手枪、炸药等。本文介绍了毫米波人体检测和背散射人体检测的原理，比较了两种技术手段的优缺点。

二、毫米波成像系统介绍

毫米波是一种较高频率的电磁波，其频率在 30GHz 至 300GHz 之间。毫米波的波长比较短，约在 1mm 至 10mm 之间。由于毫米波具有较高的频率和较短的波长，因此可以穿透较厚的材料，如塑料、纸张和织物。

毫米波成像系统一般有主动和被动两种工作模式，在探测人体隐匿物体的应用中，被动工作模式有其独特的优势。一般来说，被动毫米波成像系统由接收天线、毫米波辐射计、扫描机构和信号处理单元组成。系统的温度分辨率和空间分辨率是衡量成像效果的重要参数。室内成像相对于室外成像，需要更高的温度分辨率。

被动式成像设备是利用人体辐射的毫米波聚集成像的装置。由于物体所辐射出的毫米波射线的量取决于它们的物理性能和温度高低。人体辐射的毫米波比金属、陶瓷、塑性炸药、粉状炸药及衣物、绝缘材料都多。目前市场上使用的多为主动式毫米波成像设备，精度比被动式高。

美国 Millivision 公司研发的是被动式毫米波成像，因其没有主动发射电磁辐射，因此没有电磁辐射危害，但由于靠采集人体辐射的毫米波，图像精度很差（15mm），检查时间较长，且对于环境温度要求控制严格。最早采用的单通道扫描辐射计成像系统完成一幅图像需要 30min。为缩短成像时间， Millivision 公司研制出了含有 8 个通道的辐射接收模块，8 个模块组成 8 ×8 的阵列。但是他们在研制 256×256 阵列时碰到了诸多问题，如灵敏度不够，很难保持各通道灵敏度和增益的一致性，不能实现平面扫描来得到足够多的像素以获得完好的图像等，图像像素仅为 100×100。 

美国 L-3 公司采用的是主动式毫米波成像技术。主动毫米波由发射源发出毫米波，通过接收反射信号进行探测，从而实现被检测物成像。毫米波成像同一时间只能检测一点，通过旋转发射线阵天线和接收线阵天线分时检测获得图像。由于采用主动式发射毫米波信号，因此辐射强度较高。主动式毫米波成像技术图像分辨率会比被动式毫米波成像要好，但其对微小物品的鉴别能力有一定的局限性（分辨率约 5mm）。由于检测介质采用电磁波，安全性很高。缺点主要是分辨力很低，最多只能达到 5mm，小件物品难以分辨。像雷管、毒品药片等违禁物品只是一两个像素点，无法分辨。其次毫米波对金属无穿透能力，对液体穿透能力也很差，因此对铝箔或湿纸巾包裹的物体都无法检测。

三、背散射成像系统介绍

背散射人体检查设备利用了 X 射线与物质相互作用的康普顿散射效应，采用点扫描成像原理，设备采集被检人体背向散射的 X 射线，生成清晰的被检人体的背散射 X 射线图像。图像为负图像，能突出显示由低原子序数元素组成的物质，特别是含有丰富氢、氧、碳、氮元素的物质。由于炸药与毒品类的物质都属于此类有机物，对 X 射线的散射能力很强，采集到的散射信号也就强，图像的灰度比较亮，所以背散射 X 射线检查设备能发现人体携带的炸药等危险品。同时，金属物品，如枪支和匕首等，对 X 射线的散射能力很低，采集到的信号同样也低，在人体散射背景下，人体携带的这些危险武器就极易被发现。X 射线背散射人体检查设备不仅完成了金属探测门探测金属物品的功能，还能探测炸药、爆炸装置、毒品等等。

背散射人体成像系统工作时，被检人站立不动，飞点 X 射线从上向下或从下向上扫描被检人体，完成对人体一个侧面的扫描检查，得到了人体被检测面的二维散射图像。由于这种设备采用飞点扫描，每个点在人体停留的时间非常短，通常只有十几到二十几微秒，完成一幅人体图像扫描，被检测人体受到的 X 射线照射时间也就等同于每个飞点时间（十几到二十几微秒），同时使用的 X 射线能量比较低，因此人体吸收 X 射线剂量非常低。

背散射人体检查仪既兼顾了辐射安全又能提供高清图像。全面检查金属与非金属违禁品，能够有效识别恐怖分子、自杀炸弹持有者和走私者。对操作员和被检测人员都是安全的（单次检查剂量 <0.1uSv，操作环境辐射 <0.5uSv/h）。可单人操作，可快速准确的显示出高质量的图像（能分辨 0.8mm 金属丝）。双工作模式，既有高清图像，又考虑到隐私及安全等问题。

四、辐射安全性

1. 背散射辐射安全分析

背散射人体检查设备采用了点扫描成像原理，专门设计的机械斩波装置将 X 射线源发射的圆锥形 X 射线束斩波成笔束状 X 射线飞点，射线沿垂直或水平方向飞快地扫瞄被检物，在每一时刻，只有一个 X 射线的光点照射被检物，大大减少了设备的单次检查剂量。除此之外，这种背散射的人体检查设备使用的 X 射线一般能量很低。

辐射剂量满足中国国家标准GB18871-2002、公安部标准GA926-2011、国际原子能协会标准IEC62463Edition1.02010-06以及美国标准ANSI/HPSN43.17-2009。

人体检测一次所受剂量接近自然辐射本底，仅为一次胸透的千分之一，一般小于 0.1uSv/ 次。乘客乘坐飞机在高空受到宇宙射线的辐射剂量高达 1uSv/h，以从北京到上海的民航为例，飞行时间大概 2 小时，乘飞机乘客所受宇宙射线剂量约 2uSv，相当于背散射人体检测 20—40 次的累计剂量，而众所周知乘坐民航是安全的。所以，背散射人体检测也是高度安全可靠的。

2. 毫米波辐射安全分析

瑞士的 Hardell L 的调研以及大量医学研究证明：一般来说，射频辐射对人体的影响不会导致组织器官的器质性损伤，主要引起功能性改变，并具有可逆性特征，在停止接触数周或数月后往往可恢复。但在大强度长期射频辐射作用下，心血管系统的症候持续时间较长。

射频辐射称为无线电波，量子能力很小。按波长和频率，射频辐射可分成高频电磁场、超高频电磁场和微波 3 个波段。

对于无线电而言，较强大的无线电波对人体的主要影响是神经衰弱症候群，表现为头昏、失眠多梦、记忆力衰退、心悸、乏力、情绪不稳定等症状。它对人体影响程度取决于磁场场强、频率、作用时间长短以及作业人员身体状况。人一旦脱离电磁场作用，其症状将会逐渐缓解以至消除。

微波对人体危害比中短波严重。其危害程度同样与场强、距离及照射时间等因素有关。人体各部组织器官对微波的敏感性不同，其中以眼睛最为敏感，微波对神经系统、心血管系统影响也较大。微波对人体的危害具有累积效应。

而毫米波正是一种高频无线电波，其产生高频电磁场，对人体的影响介于无线电和微波之间。只是这种技术是新生技术，目前医学研究还不够深入，只能确定有伤害，但对人体的伤害无法定量说明，但不等于没有损害或说损害很小。

对于被动式毫米波成像技术来说，由于没有主动发射毫米波，靠收集人体辐射的毫米波信号来成像，因此没有人为增加的辐射伤害，其最为安全。但是正是因为其没有主动毫米波源，信号弱，成像质量非常差，目前绝大多数研究毫米波成像的公司都转向采用主动式毫米波成像技术。

而对于主动式毫米波成像技术来说，其要发射毫米波，且发射功率并不小，目前已有的医学研究，通过毫米波对兔子进行照射，发现可能造成眼睛损伤（吸收 15-25mW）。也有研究表明毫米波会造成人体听度效应，另外毫米波会被体表皮肤层（体表下 0.1-1mm）阻挡吸收，会产生热感（功率 >0.67mW/cm2，当 >8.7mW/cm2 时，会有很热或灼热感），因此毫米波对人体会存在潜在问题。对此，美国政府工业卫生委员会议（ACG-IH）建议 30G-300GHz 的毫米波段设定 10mW/cm2 的极限阈值，而美国国家标准协会（ANSI）提出在频率范围 1.5-100GHz 的毫米波段 5mW/cm2 的安全限值。由此可见，毫米波并非安全无副作用，大范围使用仍需谨慎。

五、综合比较

毫米波成像质量（分辨率）、检测速度以及穿透能力较弱（无法穿透金属、液体和人体体表皮肤），其电磁辐射仍然是存在，有潜在危害。但因目前医学上无法定量确定伤害，容易被公众接受，市场推广阻力小。适用于机场、火车站等公众场所。

背散射人体检查仪因为射线投射点可以做得较小，其分辨率相比毫米波检测要高很多，能分辨 0.8mm 的金属丝，是毫米波技术的十倍左右，一般违禁物品的轮廓都可以看清。因为其使用低能 X 射线和飞点扫描技术，辐射能量和剂量都很低，检测时所受剂量比人坐一次飞机的剂量还小十多倍。尽管辐射剂量非常小，但因为公众不了解，会脱离了剂量去看伤害，对电离辐射比较惧怕，因此不易被公众接受。适用于重要部门安保、监狱等安检严格的场所。

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