安防主要包括监控系统、报警系统、控制系统、巡查系统、检察系统以及处理系统等等。其中监控系统主要由安防监控摄像头构成，是安防系统中不可缺少的重要组成部分。目前市场上通用的监控摄像头主要有可见光摄像头（又称闭路电视监控摄像头）和红外线摄像头两种，它们检测的电磁波分别为可见光和红外线。前者可以用于光线良好情况下(如白天)的监视，后者则具备在黑暗中（如夜间）监视场景的能力。然而无论是可见光摄像头还是红外线摄像头都只能对人体外表面成像，对于隐藏在人体衣服下的危险品则无能为力。太赫兹摄像装置具备透视人体衣物发现隐匿物品的能力。可以预见太赫兹摄像装置的研制成功与发展，尤其是将其与各种先进的现代安防技术相结合，必将使安防进入一个崭新的境界，大大提升我国的公共社会安全水平。
4meV，与同样具备透视能力的X射线相比低了六个数量级，不会对人体等有机体产生伤害，更加安全。最后，通过测量太赫兹指纹谱，可以区分某些物质组成成分。许多物质（特别是炸药、毒品等非极性材料物质）由于其内部存在声子相互作用、分子转动以及多种低能激发模式，会在太赫兹波段产生一些独特的吸收谱线，我们将这样的太赫兹谱线称为“太赫兹指纹谱”。只要测量物质的太赫兹指纹谱，将其与事先建立的太赫兹指纹谱数据库比对，便可确定待测物品的成分。
2 太赫兹摄像装置发展现状
太赫兹实时成像技术是太赫兹摄像装置的核心技术，也是一直以来太赫兹科研工作者研究的重点之一。然而由于目前太赫兹检测器等基础太赫兹技术依然不够成熟，尤其是大规模太赫兹阵列检测器的缺失，目前国际上只有少数厂商推出了较为初级的太赫兹摄像装置，同时国际上许多知名研究机构也研发出了实验室级别的太赫兹摄像装置原型机。这些产品和原型机采用不同的原理和方法，都成功实现了太赫兹摄像装置的基本功能（太赫兹实时监控），只是在成像速率、成像分辨率、视场面积、成本控制、体积大小等方面尚未能发展到与可见光监控摄像头相媲美的水平，限制了其推广应用。
1 太赫兹摄像装置的原理与应用特点
太赫兹波一般指频率在0.1~10 THz（1 THz=1012 Hz）范围内的电磁波，对应波长范围是30 µm~3 mm，处于微波与红外线之间。太赫兹摄像装置是指基于太赫兹波实时成像技术的摄像装置，它与现有可见光摄像头和红外摄像头类似，只是工作频段位于太赫兹波段。由于所处的频段特殊，太赫兹波具有许多独特的性质，其中安防领域太赫兹摄像装置主要利用的有如下几点。
首先，太赫兹波对于多种非金属与非极性物质(如衣服、纸箱、塑料、箱包等)有着超强的穿透能力，而极易被水等极性物质吸收，被金属制品反射。这就使得日常生活中的衣服、箱包在太赫兹摄像装置面前变的透明，隐藏其中的金属或非金属危险品无所遁形。其次，太赫兹波为非电离电磁波，1THz信号光子能量只有
2.1 实验室太赫兹摄像装置原型机
（1）基于超导TES阵列检测器的太赫兹摄像装置
德国Heinz研究团队从2007年以来致力于太赫兹摄像装置的研发。他们研制的太赫兹摄像装置原理图与原型机如图1所示，采用超导TES（Superconducting Transition-Edge Sensors, 超导转换边缘检测器）阵列检测器，目前其检测器数
1282018.13目已经高达128个；TES为一种高灵敏的低温超导太赫兹阵列检测器，在350±40 GHz检测范围内，其NEP可达1.7×10-15W/Hz0�5；准光系统采用了卡塞格伦天线双反射镜结构，主镜为直径1 m的椭球面镜，副镜为直径24 cm的双曲面镜，该准光系统收集太赫兹信号效率约为6×10-6，成像分辨率可达1~2 cm，成像速率可达25 Hz，达到了视频速率。图1 基于超导TES阵列检测器太赫兹摄像装置的原理图与原型机照片及其成像效果（2）微型bolometer阵列太赫兹摄像装置图2所示为另外一种典型的太赫兹摄像装置系统，由芬兰A. Luukanen科研团队研发。该系统第一个版本在2009年面世，经过几年的发展，目前可对5 m距离处1×2 m2视场进行实时监控，成像速率达10 Hz，空间分辨率约为30 mm。图2 芬兰A.Luukanen团队研发的太赫兹摄像装置系统及其成像效果A.Luukanen团队研发的太赫兹摄像装置，检测器采用128通道热点微型测热辐射计阵列（hotspot micro-bolometer array），是由超导Nb或NbN制备的一种高灵敏太赫兹阵列检测器，实测NbN制备检测器NEP达到8 fW/Hz0�5，频率检测范围为200 GHz~1.2 THz；太赫兹准光系统由多个相互配合的太赫兹反射镜构成，光机扫描采取圆锥扫描方式以获得较快的成像速率。。
2.2 商用太赫兹摄像装置
（1）ThruVision系列太赫兹摄像装置
ThruVision系列太赫兹摄像装置是由英国Digital Barriers公司研发生产的，当下世界上最先进的被动式太赫兹摄像装置之一，目前共有TS4、TS4-C、TS5三个型号(如图3所示)。ThruVision太赫兹摄像装置可以对一定距离外的人员或场景进行被动实时成像，可以方便的发现隐藏的枪支、爆炸物、毒品、酒精、陶瓷、塑料、液体等等。
图3 ThruVision TS4（左）、TS4-C（中）和TS5（右）太赫兹摄像装
置照片[5]
测试工具与解决方案ThruVision TS4太赫兹摄像装置主要用于室内较近距离(6~15 m)监控；TS4-C成像距离为固定的3.5 m，视场基本覆盖一个人体，用于固定距离的太赫兹监控；TS5具有强大的便携能力和抗环境干扰能力，可以方便的配置在室内外多种环境中。图4 ThruVision太赫兹摄像装置成像效果演示[5]（2）NEC太赫兹摄像装置图5为日本NEC公司推出的IR/V-T0831型号太赫兹摄像装置。该摄像头使用室温微型bolometer（测热辐射计）阵列检测器，阵列数目达到320×240，检测频率范围1~7 THz。由于检测器阵列规模已经足够大，摄像头内部无需复杂的光机扫描装置，不仅整个摄像头体积小巧轻便（长不足20 cm，重550 g)，而且视频速率高达30 Hz。图5 日本NEC公司推出的太赫兹摄像装置[6]
NEC太赫兹摄像装置NEP（等效噪声功率）约为100 pW(@ 4 THz)，灵敏度较差，还不足以用作被动式太赫兹人体成像，暂时无法应用于安防监控。
（3）TeraSense系列太赫兹摄像装置
美国TeraSense公司生产的系列摄像头也是目前较为先进的太赫兹摄像装置之一，其检测器采用GaAs半导体阵列，频率检测范围0.05~0.7 THz。TeraSense摄像头检测器阵列最高可达4096像素（64×64），单像素尺寸为1.5×1.5 mm2；外观如图6所示。然而与NEC太赫兹摄像装置类似的问题，TeraSense摄像头灵敏度较差（NEP=1 nW/Hz0.5），尚无法应用于对某一特定场景的监控，目前它主要应用于对行礼或信件等的太赫兹透视成像中，且需要额外配备太赫兹辐射源。
（4）TeraSnap系列太赫兹摄像装置
图7为博微太赫兹信息科技有限公司推出的TeraSnap系列
太赫兹摄像装置。该装置采用了固态半导体辐射计阵列技术，实现了对成像区域内超过每秒10帧的成像速度。其成像视场约为
129测试工具与解决方案一人大小，成像距离较近，约为1.5m左右，分辨率可以达到2cm以下。目前这一系统在北京地铁和上海虹桥机场进行了试用，试用现场配套有环境控制系统。图6 TeraSense太赫兹摄像装置外观（左），利用TeraSense摄像头检测隐藏物品：书本中隐藏的匕首（右上），纺织物覆盖下一把手枪模型（右下）图7 TeraSnap太赫兹摄像装置（左）及其在北京地铁永定门外站试用
现场（中），右图为其典型成像效果
2.3 未来太赫兹摄像装置的发展趋势
可见光监控摄像头主要由镜头和感光元件（CCD或CMOS阵列）等部分构成。对应的在太赫兹摄像装置中，可以使用太赫兹准光系统代替镜头，而太赫兹检测器代替感光元件。用于太赫兹摄像装置的理想检测器应同时具备：易用、灵敏度高、阵列规模大、功耗低等特性。而目前的太赫兹检测器阵列通常只能满足其中一至二条，如室温下CMOS太赫兹检测器阵列，阵列程度较高，但是灵敏度低；超导TES阵列检测器灵敏度高且阵列规模大，但是需要工作于300 mK极低温环境，功耗大且使用不便；室温肖特基二极管半导体检测器功耗低、易用，但是无法集成大规模阵列。因此研发高性能、低功耗、大规模、易用太赫兹阵列检测器，依然是太赫兹摄像装置未来发展最重要的道路之一。
除了大规模阵列之外，近些年还发展起来一些新技术为太赫兹摄像装置的发展提供了新的可能，如基于压缩感知理论的单像素相机成像技术等。
单像素相机是利用编码板或者数字微镜阵列（DMD）对待成像物体进行伪随机编码，利用单个检测器采集其编码后M个像素点的值，这M个像素值相互之间满足非相干关系，通过压缩感知理论即可重构出待成像物体的图像。目前已有人利用机械移动的金属掩膜版成功进行了太赫兹波段单像素相机的演示实验，而这一技术必将随着太赫兹波段空间光调制器的研究与发展得以应用。
3 太赫兹摄像装置在安防领域的应用展望
未来太赫兹摄像装置可以与现有的高清数字监控摄像头、红
1302018.13外线摄像头集成在一起，只要一台监控摄像头就同时具备了高清监控、红外夜视、太赫兹透视三种功能，可见光、红外线、太赫兹波三种波段成像结果相互配合，可以实现对特定区域进行全天候全天时的监视与透视，这必将大大推进安防领域的科技进步，同时也为维护公共社会安全提供更加强有力的保障。下面我们举一个已经发生的案例，来展望一下太赫兹摄像装置的重要作用。2014年3月1日在我国云南省昆明市昆明火车站发生了一起有组织、有预谋的严重暴力恐怖事件。昆明作为云南的省会城市，其火车站及其周边布满了监控摄像头，只是目前的监控摄像头对于藏匿在歹徒衣物与提包下的凶器无能为力。如果昆明火车站及其周边的监控摄像头都已经集成了太赫兹摄像装置的功能，那么当歹徒携带藏匿凶器下车时，当地保安人员就可以立刻在监控中发现异常。歹徒在进入人口密集区域之前也许就已经被制服了，可以大大降低恐怖袭击事件的伤害甚至直接避免其发生。4 总结近些年来，国际恐怖分子活动日益频繁，恐怖行动也越发隐匿，目前的安防监控系统已经明显无法应对，这就迫切需要安防技术向着新科技、新技术发展。太赫兹科学与技术作为近几年发展起来的新兴技术，具有可以透视成像、安全无害等优点，在安防领域有着广阔的应用空间。尤其是未来太赫兹安检仪、太赫兹摄像装置等新一代安防设备大规模应用后，必将使我国的安防能力
得到很大的提升，杜绝恐怖袭击，保障我国公共社会安全。
参考文献
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Imaging Systems for Security Applications [J]. Journal of Infrared Millimeter & Terahertz Waves, 2015.
[2]Heinz A E, May T, Born D, et al. Progress in passive
submillimeter-wave video imaging [J]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2014, 9078(2):131-137.
[3]Luukanen A, Grӧnholm M, Leivo M M, et al. Measured
performance of a high-resolution passive video-rate submillimeter-wave imaging system demonstrator for stand-off imaging [C]. SPIE Defense, Security, and Sensing International Society for Optics and Photonics, 2012.
[4]Luukanen A A, Grӧnberg L, Grӧnholm M, et al. Real-time
passive terahertz imaging system for standoff concealed weapons imaging [J]. Passive Millimeter-Wave Imaging Technology XIII, 2010.
[5] http://www.digitalbarriers.com/thruvision/.[6]http://www.nec.com/.
[7] http://www.terasense.com/.
[8] Shen H. Compressed sensing on terahertz imaging[J].
University of Liverpool, 2012.
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