探索太赫兹成像对安检的作用及意义
日常生活中，我们时常会在现实中或网络上看到不法分子携带违禁物品行凶作案，尤其是公共场合人多眼杂，人员流动量密集，往往可能发生更大规模的伤亡，并且对警方抓捕不法分子造成困难。由此，安检装置诞生。在公共场合比如地铁、图书馆、商场、车站、机场等等，我们时常会见到安检装置的身影。
安检指的是人们在进入某公共场所前必须接受的一项人身和行李检查项目，目的是为了确保人们的安全和避免潜在的安全威胁。安检通常是通过金属探测器、X射线机器或其他检测工具进行扫描和筛查，一般来说，安检由安全人员、警察或其他执法机构负责实施和监督，其目的是为了保障公共安全，并且使得那些可能威胁到公共安全的因素尽量减少。
现如今市场上常用的“金属门”式的安检方式有很多不足之处，我们注意观察的话时常会发现，如果人们哪怕只是衣物上有金属纽扣等，“金属门”仍然会发出警报，因此必须配合“搜身”，但也由此带来了效率低下、侵犯隐私等问题。而X射线安检因X射线对人体有辐射危害，不能直接对人体进行扫描。因此如何找到安全高效的安检方式是迫在眉睫的公共问题。
随着科技的发展，人们发明出了利用太赫兹成像技术进行安检的方法。太赫兹（THz）波是指频率为0.1-10 THz（1 THz=1012 Hz），波长在3 mm-30 μm范围内的电磁波，如图1所示。其具有诸多优点：低光子能量，不会对生物组织造成电离损伤；许多生物大分子在此频段表现出强烈的吸收和谐振，因此显示出物质的“指纹谱”特性；能够穿透非金属、非极性物质；对水分具有敏感的吸收特性。因此，太赫兹技术在生命科学、通信技术及物理科学等领域具有广阔的应用前景。
图1 太赫兹波段
近几年，随着太赫兹技术的不断进步，太赫兹源、探测器等关键器件的性能已经逐渐达到了安检等领域对近场成像的需求。根据成像模式的区别，太赫兹安检成像可分为被动式和主动式。被动式成像系统利用物体和人身体自身产生和反射环境的太赫兹波的差异进行对比成像，自身并不发射任何射线或者能量；主动式成像系统发射太赫兹波信号并对目标散射的回波信号进行探测处理，从而获得目标图像[2]。被动式成像与主动式成像各有优劣，被动式成像结构简单，无辐射安全问题，但成像质量受环境影响大；而主动式成像不受温度和周围辐射的影响，环境适应性要远强于被动式成像。主动式成像分辨率高，图像更清晰，但系统结构复杂、成本高。
2003 年，Kawase等[3]利用太赫兹成像技术成功检测和识别出隐藏在信封中的非法药物（甲基苯丙胺、摇头丸、阿司匹林等）。2005年，美国伦斯勒理工学院的Karpowicz等[4]搭建了可应用于安检的小型化连续波太赫兹成像系统，利用此系统实现了对隐藏在公文包中刀具的成像检测。
2014年，中国电子科技集团公司第三十八研究所在第九届中国国际国防电子展览会期间，推出一款基于被动成像原理的国内首台太赫兹人体安检仪——博微[5]，其能够在1-2 s内实现快速安检，该系统视场范围为1 m×2 m，成像速度可以达到3-5 帧/s，每小时可完成500余人的安全检查，上海国家会展中心现目前使用的正是这款产品，其实物与成像结果如图2所示。
图 2 博微太赫兹人体安检仪及成像结果
2018年，法国原子能委员会技术实验室研制出工作频率为2.5 THz的被动式太赫兹成像系统[6]。该系统在4 m处视场范围为30 cm×20 cm，成像速度可以达到1 帧/s，其系统实物及成像结果如图3所示。
图 3 法国研制的被动式太赫兹系统及成像结果
2019年，英国ThruVision公司推出LPC8太赫兹被动人体成像系统[7]，最小能够检测3 cm×3 cm尺寸的物体。该系统工作频率为0.25 THz，最佳成像距离为2.5 m-4 m，在3.5 m处的视场范围为2.1 m×0.9 m，系统图片以及成像结果如图4所示。
图 4 LPC8太赫兹被动成像系统及成像结果
英国Digital Barriers公司开发了一种新型太赫兹安检系统ThruVision系列产品[8]，该系统能够在3-15 m的安全距离内对人群进行成像，并可以快速检查出隐藏在人身体上的大部分的可疑材料，如金属、陶瓷、塑料、货币、液体，凝胶和粉末。产品工作在0.25 THz波段，该系统以每秒6帧的速度成像，如图5所示。
图 5 太赫兹人体安检仪THRUVISION系列产品应用场景及实物图
2020年，中电博微太赫兹信息科技推出TeraSnap系列产品[9]，被应用于被动式人体安全检查，成像速度可以达到10 帧/s，探测距离长达8 m。该产品已经被广泛运用于世界军人运动会和博鳌亚洲论坛等多个场合中进行安全检查，东南亚、香港和俄罗斯等地也大力购买该产品，其产品图像如图6所示。目前，国内外已经有不少从事太赫兹安检设备研发的科研机构和单位，正在积极开展太赫兹安检设备的研发工作，在成像速度和距离上都有了很大的提高，并且逐步进入实际应用。
图 6 TeraSnap被动式太赫兹人体安检仪产品图
随着对太赫兹技术的不断深入研究，太赫兹技术在人体成像安检技术领域的应用越来越成熟。该技术应用于安检后，对公共场合的安全给予了更切实的保障，并且大大降低了人力物力的损耗，对社会安全具有积极的意义。
参考文献
[1] 林上君.基于太赫兹超表面传感器的肺癌标志物检测研究[D].广西:桂林电子科技大学,2023.
[2] KOWALSKI M, KASTEK M, WALCZAKOWSKI M, et al. Passive imaging of concealed objects in terahertz and long-wavelength infrared[J]. Applied Optics, 2015, 54(17): 3826-3833.
[3] Kawase K, Ogawa Y, Watanabe Y, et al. Non destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectral fingerprints[J]. Optics Express, 2003, 11(20): 2549-2554.
[4] Karpowicz N, Zhong H, Zhang C L, et al. Compact continuous-wave subterahertz system for inspection applications[J]. Applied Physics Letters, 2005, 86(5): 054105.
[5] 国家国防科技工业局新闻宣传中心.我国首台太赫兹安检仪问世[EB/OL].(2014-05-27)[2022-08-11].http://www.sastind.gov.cn/n152/n358142/n358174/n359790/c340835/content.html.
[6] Simoens F,Dussopt L,Meilhan J,et al.Towards industrial applications of terahertz real-time imaging[J].Terahertz,Rf,Millimeter, & Submillimeter-wave Technology & Applications, 2018, 10531: 97-107.
[7] Thruvision.Loss prevention security cameras[EB/OL].(2020-01-10)[2022-08-11].https://thruvision.com/new-loss-prevention-camera/.
[8] 成彬彬,李慧萍,安健飞,等.太赫兹成像技术在站开式安检中的应用[J].太赫兹科学与电子信息学报, 2015, 13(6): 843-848.
[9] 中国安全防范产品行业协会. 中电博微被动式太赫兹人体安检仪[EB/OL]. (2021-01-10)[2022-08-11]. http://news.21csp.com.cn/c15/202101/11403111.html.
原文标题 : 科普征文 | 探索太赫兹成像对安检的作用及意义
