一种稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法

摘要

本发明公开了一种稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法，属于毫米波人身安全检查应用技术领域，包括以下步骤：S1：采集回波信号；S2：频率维度稀疏重建；S3：数据重排；S4：相位补偿；S5：计算距离分布函数；S6：后向投影算法重建。本发明通过获得目标距离分布函数，只需要重建目标的二维图像，相比于传统的三维重建算法，计算流程较为简单，计算效率较高；采用一维稀疏阵列构型，接收阵元相比于密集阵列的接收阵元数目相一致，但是发射阵元是稀疏的，因此阵元总数目能够得到大幅降低，相应的硬件成本也能够得到降低。同时在信号模式上采用的是稀疏信号体制，使得阵列维度扫描的速度得以提升。

说明书

技术领域

本发明涉及小客流、高精度的毫米波人身安全检查应用技术领域，具体涉及一种稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法。

背景技术

毫米波阵列式全息成像技术已广泛应用于人身安全检查领域，近年来毫米波阵列平面扫描式全息成像体制已经应用于毫米波人体安检仪，并且部分厂商已经实现商用化应用，真正实现了毫米波技术的产业化。

目前平面扫描体制的人体安检仪采用的是一维密集阵列，传统的一维毫米波密集阵列式全息成像算法采用的是经典的后向投影算法、波数域算法或相移徙动算法，重建的图像为三维图像，在显示时是将三维图像通过投影转换为二维图像，而且目前大部分毫米波安检厂商是直接采用二维图像进行目标检测和后续处理，相当于计算出的三维图像中大部分像素值是无效的，对应的贡献于无效像素的硬件资源也是冗余的。采用三维重建算法重建图像时，对信号处理硬件的存储资源和计算资源要求较高，并且计算效率较低。上述问题亟待解决，为此，提出一种稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有成像方法中存在计算资源要求较高，并且计算效率较低等问题，提供了一种稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法，通过获得目标距离分布函数，只需要重建目标的二维图像，相比于传统的三维重建算法，计算流程较为简单，计算效率较高，采用一维稀疏阵列构型，接收阵元相比于密集阵列的接收阵元数目相一致，但是发射阵元是稀疏的，因此总阵元数目能够得到大幅降低，相应的硬件成本也能够得到减少，同时在信号模式上采用的是稀疏信号体制，使得阵列维度扫描的速度得以提升。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

(1)成像系统按照预先设定好的稀疏频点产生稀疏频率信号，再经发射天线发射出去，经过毫米波中频接收机解调后的稀疏回波信号为s(x

(2)对所述回波信号s(x

(3)对所述恢复信号s(x

(4)对等效阵列回波信号s(x,y,k)进行相位校正，进行如下操作s

(5)对校正后的回波信号s

(6)根据获得的目标距离分布函数z(x,y)，采用后向投影算法计算目标二维图像σ(x,y)，划分二维成像网格坐标为(x,y,z(x,y))，其中(x,y)对应于等效回波阵元位置和机械扫描维度的位置，距离维度值设置为所求取的距离分布函数z(x,y)。由于所划分的成像网格坐标为二维的，因此重建的图像也为二维的。

(7)进一步的对二维复数图像σ(x,y)做目标检测、识别或图像处理，再送至显示端进行图像显示。

所述步骤(1)中，一维稀疏阵列水平维度的空间覆盖范围为0.99m，发射阵元间距为Δx

所述步骤(2)中，稀疏重建方法为首先对s(x

所述步骤(3)中，具体处理方法为计算等效处理后的阵元坐标，x＝(x

所述步骤(4)中，相位补偿信号表达式为

所述步骤(5)中，具体处理方法为对不同频点进行如下计算：

1)

2)求取初始相位S

3)对频率维度k解缠绕处理得到解缠信号S

4)计算目标到天线口面的延迟时间DeltT

5)最终可以获得目标的距离位置为z(x,y)＝2*DeltT

所述步骤(6)中，在恢复信号s(x

本发明相比现有技术具有以下优点：该稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法，应用于客流量小、精细安检的场合，采用一维稀疏阵列稀疏频点扫描+机械扫描的方式，使得整个孔径覆盖人体的视场范围，由于发射信号采用稀疏体制，因此节约了阵列维度的扫描时间，获取目标回波的时间得到降低。信号处理成像算法中只需要计算出人体所在距离维度的位置坐标，再采用后向投影重建算法，所重建图像为二维图像，与传统的三维成像相比，信号处理平台所消耗的存储资源、计算资源和计算时间得到极大降低，从另一方面可以节约信号处理平台的成本，是一种工程应用价值较高的处理方法，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法的流程图；

图2是本发明实施例中一维稀疏阵列阵元的分布示意图；

图3是本发明实施例中成像系统的扫描示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法，包括以下具体过程：

毫米波一维稀疏阵列构型如图2所示，灰色实心阵元为发射阵元，白色空心阵元为接收阵元，一维稀疏阵列水平维度的空间覆盖范围为0.99m，发射阵元间距为Δx

对稀疏回波信号s(x

对所述恢复信号s(x

对校正后的回波信号s

1)、所有频点数据与第一个频点数据的复共轭相乘，所得信号为

2)、对信号S

3)、对初始相位值S

4)、根据解缠信号S

5)、最终获得目标在距离维度的位置坐标为z(x,y)＝2*DeltT

根据获得的目标距离位置分布函数z(x,y)，采用后向投影算法计算目标二维图像σ(x,y)。在恢复信号s(x

6)、进一步的对二维复数图像σ(x,y)做目标检测、识别或图像处理，再送至显示端进行图像显示。

综上所述，上述实施例的稀疏阵列稀疏频点平面扫描体制快速成像方法，本成像体制采用阵元稀疏和频点稀疏的设计方法，使得回波信号的获取速度得到提高，人体保持静止状态的持续时间得到极大缩短，有利于人流的快速通过；本方法通过对目标距离函数的估计，获得目标在距离方向的分布，再通过后向投影算法对目标进行两维图像重建，由于距离图像的计算只与回波数据频率维度有关，因此在稀疏阵列维度和机械扫描维度可以以较大并行度计算目标距离函数，算法只重建两维图像，需要消耗的信号处理硬件的存储资源和计算资源得到降低，因此可以提升图像重建速度和降低信号处理硬件成本，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。