CN105158810A - 一种基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，包括以下步骤：在毫米波扫描平面上获得信号f(x,y,ω)；将所述信号f(x,y,ω)按照天线波束的张角来进行分段；将上述分段信号做关于x和y的二维离散傅里叶变换；通过相位修正因子得到相位修正信号；将相位修正信号从均匀的(kx,ky,ω)域插值到均匀取样的(kx,ky,kz)域上；用三维离散傅里叶逆变换处理经过上述处理的信号得到g1(x,y,z)，g2(x,y,z),...,gn(x,y,z)；计算g1(x,y,z)，g2(x,y,z),...,gn(x,y,z)的幅度，然后将它们按照原来的位置叠加在一起形成目标的整个结果得到目标图像。本发明可获得更加清晰的成像结果。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波成像技术领域，特别是涉及一种基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法。
背景技术
面对日益严峻的恐怖主义威胁，公共场合的个人安检变得越来越重要。毫米波成像由于其对人体无害、可识别目标广等优点被广泛研究。毫米波成像探测仪基于毫米波反射原理，利用反射毫米波对人体进行扫描检测，能够在不直接接触人体的情况下有效检测出藏匿于人体衣物下的违禁品和危险品，如枪支、刀具、爆炸物、毒品等，并以图像的方式显示检测结果，能满足机场、车站、陆路关口、重要集会活动等场所的人体安检需求。
毫米波成像按照毫米波前端扫描方式大致分为两种，一种是收发前端在目标的一侧平面扫描；另一种是毫米波前端围绕目标进行圆周扫描。现在与之配套应用的成像算法也根据扫描方式分为两种，平面扫描的成像算法一般是根据数据直接重建目标视场；圆周扫描的成像算法则要根据扫描扫过的区域进行分段成像算法，一般是九十度一段(共分四段)。造成这种差别的主要原因是平面扫描时，成像算法认为毫米波前端的天线波束可以始终覆盖整个目标视场，而圆周扫描时，收发前端的天线波束在任意时刻并不能覆盖所有目标范围。然而在实际情况下，毫米波平面扫描成像由于有限的天线波束，并不能使毫米波信号完全照射在整个目标上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，在不增加算法计算复杂度的基础上，可获得更加清晰的成像结果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，包括以下步骤：
(1)在毫米波扫描平面上获得信号f(x,y,ω)，其中，信号f(x,y,ω)为复数信号，x为毫米波扫描平面的横轴，y为毫米波扫描平面的纵轴，ω为毫米波前端发射信号频率；
(2)将所述信号f(x,y,ω)按照天线波束的张角来进行分段，得到f1(x,y,ω)，f2(x,y,ω),…,fn(x,y,ω)；
(3)将分段信号做关于x和y的二维离散傅里叶变换，得到信号F1(kx,ky,ω)，F2(kx,ky,ω),…,Fn(kx,ky,ω)，其中，kx和ky分别是对应于x和y的空间波数；
(4)将信号F1(kx,ky,ω)，F2(kx,ky,ω),…,Fn(kx,ky,ω)乘以一个相位修正因子得到相位修正信号；
(5)将相位修正信号从均匀的(kx,ky,ω)域插值到均匀取样的(kx,ky,kz)域上，其中，kz是对应于z的空间波数，z为垂直于毫米波扫描平面的轴；
(6)用三维离散傅里叶逆变换处理经过步骤(5)处理后的信号得到g1(x,y,z)，g2(x,y,z),…,gn(x,y,z)；
(7)计算g1(x,y,z)，g2(x,y,z),…,gn(x,y,z)的幅度，然后将它们按照原来的位置叠加在一起形成目标的整个结果得到目标图像。
所述步骤(2)中根据天线的水平波束张角、俯仰波束张角、以及天线与目标视场的距离计算出分段最小单元的尺寸，然后根据分段最小单元的尺寸与整个视场的尺寸的比例计算出分段单元的个数。
所述分段最小单元的尺寸应保证相邻分段单元有合适的交叉区域。
所述步骤(4)中的相位修正因子为其中，Z1是目标视场到毫米波前端收发天线的距离，c为自由空间光速。
所述步骤(7)位置叠加时将两个单元重叠区域的数据幅度除以2，四个单元的重叠区域的数据幅度除以4。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提出了将目标视场分段，利用将目标视场分段进行图像重建，然后将每个分段的图像重建结果重新组合，得到最终的图像。
附图说明
图1是本发明的坐标说明图；
图2是本发明的分段依据说明图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，毫米波收发前端在矩形扫描平面4上扫描，其中水平方向的扫描由系统内的开关切换实现电扫描，俯仰方向的扫描由外界扫描装置实现机械扫描。成像系统发射天线发射毫米波信号，接收天线收到后与对应的发射信号混频到零中频，得到f(x,y,ω)，其中，信号f(x,y,ω)为复数信号，x为毫米波扫描平面的横轴，y为毫米波扫描平面的纵轴，ω为毫米波前端发射信号频率。
将所述信号f(x,y,ω)按照天线波束的张角来进行分段，得到f1(x,y,ω)，f2(x,y,ω),…,fn(x,y,ω)。如图2所示，分段依据是按照天线波束的张角来进行分段，根据天线1的水平波束张角θ、俯仰波束张角φ以及天线与目标视场2的距离d，利用ba＝＝22××dd××ttaann((θφ//22))可以计算出分段最小单元3的尺寸a和b，然后根据分段最小单元3的尺寸a和b与整个视场的尺寸A和B的比例计算出分段单元的个数。为了避免分段成像结果组合时有明显的分段边界，分段最小单元3的尺寸a和b的大小应保证相邻分段单元有合适的交叉区域。
将上述分段信号做关于x和y的二维离散傅里叶变换，得到信号F1(kx,ky,ω)，F2(kx,ky,ω),…,Fn(kx,ky,ω)，其中，kx和ky分别是对应于x和y的空间波数。
将信号F1(kx,ky,ω)，F2(kx,ky,ω),…,Fn(kx,ky,ω)乘以一个相位修正因子得到相位修正信号。其中，相位修正因子为Z1是目标视场到毫米波前端收发天线的距离，c为自由空间光速。
用三维离散傅里叶逆变换处理经过上述步骤处理后的信号得到g1(x,y,z)，g2(x,y,z),…,gn(x,y,z)。
计算g1(x,y,z)，g2(x,y,z),…,gn(x,y,z)的幅度，然后将它们按照原来的位置叠加在一起形成目标的整个结果得到目标图像5。由于分段时相邻单元有交叉区域，所以在位置叠加时要将两个单元重叠区域的数据幅度除以2，四个单元的重叠区域的数据幅度除以4。
不难发现，本发明的主要流程是将目标视场分段进行成像，然后将每个分段的图像重建结果重新组合，得到最终的图像。其分段依据是毫米波收发前端的天线波束，分段结果要求在每段内，天线波束可以完全覆盖目标视场；数据分段时，为了避免合成图像结果有明显的分段边界，分段结果相邻部分应有交叉；分段数据按照原来的位置重新组合时，为了避免合成图像结果有明暗条纹，应将两个单元交叉部分的数据幅度除以2，四个单元交叉部分的数据幅度除以4。
Claims (5)
1.一种基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在毫米波扫描平面上获得信号f(x,y,ω)，其中，信号f(x,y,ω)为复数信号，x为毫米波扫描平面的横轴，y为毫米波扫描平面的纵轴，ω为毫米波前端发射信号频率；
(2)将所述信号f(x,y,ω)按照天线波束的张角来进行分段，得到f1(x,y,ω)，f2(x,y,ω),...,fn(x,y,ω)；
(3)将分段信号做关于x和y的二维离散傅里叶变换，得到信号F1(kx,ky,ω)，F2(kx,ky,ω),...,Fn(kx,ky,ω)，其中，kx和ky分别是对应于x和y的空间波数；
(4)将信号F1(kx,ky,ω)，F2(kx,ky,ω),...,Fn(kx,ky,ω)乘以一个相位修正因子得到相位修正信号；
(5)将相位修正信号从均匀的(kx,ky,ω)域插值到均匀取样的(kx,ky,kz)域上，其中，kz是对应于z的空间波数，z为垂直于毫米波扫描平面的轴；
(6)用三维离散傅里叶逆变换处理经过步骤(5)处理后的信号得到g1(x,y,z)，g2(x,y,z),...,gn(x,y,z)；
(7)计算g1(x,y,z)，g2(x,y,z),...,gn(x,y,z)的幅度，然后将它们按照原来的位置叠加在一起形成目标的整个结果得到目标图像。
2.根据权利要求1所述的基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据天线的水平波束张角、俯仰波束张角、以及天线与目标视场的距离计算出分段最小单元的尺寸，然后根据分段最小单元的尺寸与整个视场的尺寸的比例计算出分段单元的个数。
3.根据权利要求2所述的基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，其特征在于，所述分段最小单元的尺寸应保证相邻分段单元有合适的交叉区域。
4.根据权利要求1所述的基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，其特征在于，所述步骤(4)中的相位修正因子为其中，Z1是目标视场到毫米波前端收发天线的距离，c为自由空间光速。
5.根据权利要求1所述的基于分段算法的毫米波平面扫描成像方法，其特征在于，所述步骤(7)位置叠加时将两个单元重叠区域的数据幅度除以2，四个单元的重叠区域的数据幅度除以4。
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| CN111352170A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-30 | 浙江云特森科技有限公司 | 一种分段式扫描方法 |
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| CN104375141A (zh) * | 2013-08-15 | 2015-02-25 | 同方威视技术股份有限公司 | 毫米波三维全息扫描成像设备及检查方法 |
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