王彦平：人体微波三维成像技术

人体微波三维成像是近年来发展起来的一种用于人体隐藏目标检测的高分辨率穿透成像技术，是微波成像领域中除了对地观测成像外，又一种引起国际性广泛关注的技术和应用。人体微波三维成像以微波作为探测手段，通过主动、非接触式、非电离辐射、大带宽信号获取人体表面及附属物的高分辨三维图像。

与可见光、红外光相比，人体微波三维成像具有更好的穿透性，不仅可以检测出隐藏在织物下的金属物体，还可以检测出塑料手枪，炸药等非金属类危险品，获得的信息更加详尽准确；与常用的金磁力针、金属武器检测门等相比，人体微波三维成像还能够提供毫米级甚至更高分辨率的三维图像标示各类违禁品和危险品；与X光相比，人体微波三维成像具有更好的安全性，采用非接触、非电离辐射方式，其辐射功率远低于手机的辐射功率，在安全检测成像等应用中不会对生物组织造成伤害；与脱衣和接触式检测相比，人体微波三维成像具有较好的高效性，能够进行快速数据采集与成像处理，适合在公共场合进行安全检测。

目前，美国、德国以及英国等的研究所和大学开展了相关的研究工作，并已有很多公司在进行产品的设计、销售及后续应用的推广和研究，国内也有相关研究所和大学针对安全检测应用进行了相关技术的研究和产品设计工作。在国家自然科学基金杰出青年基金和青年基金等项目的支持下，中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室（简称实验室）持续开展了人体微波三维成像技术的相关研究工作。

2007年，实验室在微波暗室开展了人体三维微波成像试验，并获取了国内首张真实人体的表面微波图像，该成像实验有力地表明了微波能够穿透人体表面衣物，获得藏匿在衣物内部的目标信息（图1 ）。

图1、中科院电子所微波成像重点实验室获得国内第一张真实人体表面图像

2009年，实验室开展了隐藏目标的层析（穿透）三维成像试验，可以清晰获得隐藏在被褥下的第一层目标及隐藏在纸箱内的第二层目标的微波图像，试验结果表明通过层析成像可有效实现对隐藏目标的层析成像识别和三维定位（图2）。

隐藏在被褥下的第一层目标（金属、塑料和纸币）

隐藏在被褥下第一层目标清晰可见   隐藏在纸箱内的第二层目标清晰可见

图2、典型目标的微波层析（穿透）三维成像

2011年，实验室基于微波成像极化分解与合成理论，获得了国际上第一张基于全极化Pauli分解的人体模特三维微波图像，不仅能够获得其高分辨率图像（分辨率可达6mm×7mm×15mm），而且还能进一步对观测目标的特征信息进行更加精细的描述（图3）。

图3、国际上第一张基于全极化Pauli分解的人体模特三维微波图像

2011年，实验室突破了人体微波三维成像系统关键技术，成功研制了一套人体微波三维成像验证系统（图4），实现了对人体的非接触式全方位观测，其三维成像时间可达1.5s。图5为人体模特的初步成像结果。

图4、实验室研制的基于柱面扫描几何的毫米波三维成像系统

图5、人体模特不同侧面微波图像

人体微波三维成像技术不仅可以用于机场、火车站、地铁、大型活动场馆、政府办公楼、边境检查站和监狱等场合进行枪支、刀具、塑料炸弹以及货币等违禁品的检查，而且还能获得人体形体数据，用于量体裁衣、医疗器材制造、安全装备制造、创建人物游戏化身、虚拟现实应用、疾病诊断等。

人体微波三维成像技术的市场应用前景广阔，目前，已引起国际上相关政府和工业部门的高度重视，相关应用技术也在不断发展之中。