CN107741584B - 一种多视角三维图像显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种针对360度多视角三维人体微波图像数据的三维显示方法，具体包括如下步骤：步骤1、获取360度多视角三维人体微波图像数据；步骤2、对所述获取的360度多视角三维人体微波图像数据进行处理；步骤3、显示处理后的数据。与之前的三维数据显示方式相比较，360度多视角三维人体微波图像数据的三维显示，边缘的分辨率更高，人体的轮廓更清晰，更完整，并且能够分层显示高程方向和距离方向的切片信息。

Description

一种多视角三维图像显示方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种微波圆柱扫描成像系统的360度多视角三维人体微波图像数据显示方法。

背景技术

随着雷达成像技术的飞速发展，雷达探测模式从之前的一维测距逐渐发展到二维的测距测角、合成孔径雷达成像(SAR)、干涉SAR，以及三维都具备高分辨能力的平面孔径三维成像和圆柱孔径三维成像等模式。为了满足日益迫切的需求，雷达的探测精度越来越高，成像水平已接近于光学水平。

目前多采取在空间域或频域分区域进行成像后，采用简单的最大值投影方法获得不同坐标系的多幅图像。该图像显示技术存在如下缺点：图像前后表面的信息相互干扰，不能充分反映目标的真实信息；不能充分反映第三维的距离信息，不利于后续图像处理对三维数据距离信息的利用，也不利于后续的图像处理和目标检测。

发明内容

本发明给出了一种针对360度多视角三维人体微波图像数据的三维显示方法。该显示方法不仅可以显示多帧的成像结果，还可以显示人体横截面的信息。与之前的三维数据显示方式相比较，360度多视角三维人体微波图像数据的三维显示，边缘的分辨率更高，人体的轮廓更清晰，更完整，并且能够分层显示高程方向和距离方向的切片信息。

一种多视角三维图像显示方法，具体包括如下步骤：

步骤1、获取360度多视角三维人体微波图像数据；

步骤2、对所述获取的360度多视角三维人体微波图像数据进行处理；

步骤3、显示处理后的数据。

进一步的，所述步骤2中，通过两种方式对获取的360度多视角三维人体微波图像数据做处理：切片处理和投影处理。

进一步的，当需要利用360度多视角三维人体微波图像数据的距离信息时，采取切片处理方式；当需要观察某一视角下的人体表面图像信息时，采用投影处理方式。

进一步的，所述切片处理具体包括：

2.1.1首先对360度多视角三维人体微波图像数据做统一量化处理；

2.1.2将统一量化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据S₂，沿距离方向切分成N幅像素数为M×P的图像，沿高程方向切分成P幅像素数为M×N的图像。

进一步的，所述量化处理的具体处理方式包括：

2.1.1.1求取360度多视角三维人体微波图像数据的最大值3D_max；然后利用所述最大值做归一化处理；

2.1.1.2设定归一化后360度多视角三维人体微波图像数据统一量化处理的阈值上限和下限；

2.1.1.3根据阈值的上限和下限，对归一化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据做统一量化处理。

进一步的，所述利用所述最大值做归一化处理具体包括：将数据大小为M×N×P的360度多视角三维人体微波图像数据S₀的每一个像素点都乘以1/3D_max。归一化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据为S₁。

进一步的，所述投影处理具体包括：

2.2.1(a)将正视笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据，通过坐标变换的方式，转换到指定角度差为θ的1到M1个侧视笛卡尔坐标系下，从而生成在(M1+1)个不同角度笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据；

(b)将360度多视角三维人体微波图像数据的P个投影垂直面，由正视视角插值到指定的斜视视角下，从而生成插值后的在(M1+1)个不同角度笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据；

2.2.2将插值后的(M1+1)个笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据，依次沿距离方向分别加前表面衰减窗和后表面衰减窗，从而获得2(M1+1)个加衰减窗的360度多视角三维人体微波图像数据；

2.2.3对2(M1+1)个加衰减窗后的360度多视角三维人体微波图像数据，进行最大值投影处理，从而获得2(M1+1)幅两维投影图像；

2.2.4对所述2(M1+1)幅两维投影图像做统一量化处理。

进一步的，所述步骤3、显示处理后的数据具体包括：

在显示界面设置三个显示窗口，将N幅距离方向切片图像、P幅高程方向切片图像和2(M1+1)幅两维投影图像，同时在显示窗口进行动态显示。

有益效果：

本发明的方法不仅可以显示多帧的成像结果，还可以显示人体横截面的信息。与之前的三维数据显示方式相比较，360度多视角三维人体图像数据的三维显示，边缘的分辨率更高，人体的轮廓更清晰，更完整，并且能够显示人体横截面的信息和分层显示距离方向上的切片信息。为后续的目标识别和量体裁衣等提供更加丰富和全面的信息。

附图说明

图1圆柱式三维近场扫描系统侧视图

图2本发明的方法流程图

图3投影坐标变换关系图

图4沿距离方向的前表面衰减窗

图5沿距离方向的后表面衰减窗

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做详细描述。

本发明提出了一种针对360度多视角三维人体微波图像数据的三维图像显示方法。该显示方法包括在高度维、距离维的切片显示以及距离维加衰减窗后的最大值投影显示方法。

一种多视角三维图像显示方法，具体包括如下步骤：

1、获取360度多视角三维人体微波图像数据；

具体为：从数据库中获取360度多视角三维人体微波图像数据。

2、对所述获取的360度多视角三维人体微波图像数据进行处理；

为了更直观的显示360度多视角三维人体微波图像数据，通常需要将三维图像转换为两维图像进行处理和显示。沿高度方向和距离方向的切片图像能够更好的显示人体某一个高程或者某一个距离的两维图像信息，有利于图像处理技术充分利用三维图像的距离信息以及物体的电磁散射特性进行物品识别；由于微波不能穿透人体，沿不同视角方向的投影图像，能够更好的显示某一视角人体表面的图像信息。

根据实际的应用需求，选择不同的图像处理方式。本发明的技术方案中，可以通过两种方式对获取的360度多视角三维人体微波图像数据做处理：切片处理和投影处理。当需要利用360度多视角三维人体微波图像数据的距离信息时，采取切片处理方式；当需要观察某一视角下的人体表面图像信息时，采用投影处理方式。

第一种处理方式为切片处理。即对数据大小为M×N×P的360度多视角三维人体微波图像数据，沿距离方向切分成N个像素数为M×P的图像，沿高程方向切片成P个像素数为M×N的图像。

第二种处理方式为投影处理。将数据大小为M×N×P的360度多视角三维人体微波图像数据，在距离方向做加窗处理后，在M1个不同角度的笛卡尔坐标系下，投影为M1个二维图像。

下面将对这两种处理方法做详细说明，处理的流程图如图2所示。

2.1切片处理方式

2.1.1首先对360度多视角三维人体微波图像数据做统一量化处理。

由于360度多视角三维人体微波图像数据具有微波图像特有的数据特点，即在三维数据中存在一些极大值(也称为奇异值)。因此需要做一些量化处理才可以更直观的显示这些微波成像数据。因为要对三维图像在不同的高度维和距离维做切片处理，为了方便对比显示不同贴片的像素的强度，因此需要对360度多视角三维人体微波图像数据做切片统一量化处理。

切片统一量化处理的具体处理方式如下。

2.1.1.1求取360度多视角三维人体微波图像数据的最大值3D_max。

然后利用所述最大值做归一化处理：将数据大小为M×N×P的360度多视角三维人体微波图像数据S₀的每一个像素点都乘以1/3D_max。归一化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据为S₁。

2.1.1.2根据360度多视角三维人体微波图像数据的数据特点，设定归一化后360度多视角三维人体微波图像数据统一量化处理的阈值上限和下限。

根据360度多视角三维人体微波图像数据具有微波图像特有的数据特点，选取阈值上限thresh_old为up0.6～0.7，阈值的下限thresh_old为do0w.0n5～0.1。实验表明，threshold_up为0.68，阈值的下限threshold_down为0.07时，量化处理的效果为最佳。

2.1.1.3根据阈值的上限和下限，对归一化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据做量化处理。量化处理后的数据为S₂，计算公式如下：

其中，S₁为归一化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据。

2.1.2将切片统一量化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据S₂，沿距离方向切分成N幅像素数为M×P的图像，沿高程方向切分成P幅像素数为M×N的图像。

2.2投影处理

2.2.1(a)将正视笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据，通过坐标变换的方式，转换到指定角度差为θ的1到M1个侧视笛卡尔坐标系下，从而生成在(M1+1)个不同角度笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据。

(b)将360度多视角三维人体微波图像数据的P个投影垂直面，由正视视角插值到指定的斜视视角下，从而生成插值后的在(M1+1)个不同角度笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据。

M1可根据所需图像的帧数选择。其中角度差θ表示斜视视角与正视视角的角度差，如图3所示。角度差θ的取值范围为(0，180)度。

360度多视角三维人体微波图像数据共有P个投影垂直面，每个投影垂直面的坐标变换是相同的，因此下面以其中一个投影垂直面图为例做详细说明。如图3所示，实际空间某一个投影垂直面的一点A，令其在侧视笛卡尔坐标系下的坐标为(x,y)，在正视坐标系下的坐标为(x',y')。r和ε分别为侧视笛卡尔坐标系所对应的圆柱坐标系下的径向距离坐标和方位坐标。获得360度多视角三维人体微波图像数据后，A的坐标(x′,y′)均已知。根据图3所示，可得到如下的坐标变换关系：

角度差θ表示斜视视角与正视视角的角度差，并规定，斜视视角在正视视角右侧时，θ＞0；反之，θ＜0。如图3所示，反余切角β的表达式为：

规定图像的中心点为坐标原点，根据图3的几何关系，以及公式(1)-(2)推导出如下的表达式：

根据公式(1)-(3)式的坐标变换关系，将360度多视角三维人体微波图像数据的P个投影垂直面，由正视视角插值到指定的斜视视角下。

2.2.2将插值后的(M1+1)个笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据，依次沿距离方向分别加前表面衰减窗和后表面衰减窗，从而获得2(M1+1)个加衰减窗的360度多视角三维人体微波图像数据。

前表面衰减窗的形式如图4所示，在保证后表面的图像不被衰减的同时，衰减掉前表面的影响，具体表达形式如式(4)所示：

其中a为深度阈值，由后表面需要保留图像的深度决定的，α为衰减因子，可根据所需的衰减强度选择。f(r)是随距离变化的衰减函数，最简单的形式为f(r)＝r，可根据需要的衰减函数的形式更改该函数形式。

后表面衰减窗数学模型如式(5)所示，是在保证前表面的图像不被衰减的同时，衰减后表面的影响，如图5所示。该衰减窗的主要作用是，降低图像前后表面的相互影响。

由于每一个指定角度差θ的笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据沿距离方向分别加前表面和后表面衰减窗后，可获得两个加衰减窗的360度多视角三维人体微波图像数据。且正视笛卡尔坐标系下360度多视角三维人体微波图像数据本身沿距离方向分别加前表面和后表面衰减窗后，就可以获得两个加衰减窗的360度多视角三维人体微波图像数据。因此正视坐标系以及M1个指定角度差θ的笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据加衰减窗后，可以获得2(M1+1)个加衰减窗的360度多视角三维人体微波图像数据。

2.2.3对2(M1+1)个加衰减窗后的360度多视角三维人体微波图像数据，进行最大值投影处理，从而获得2(M1+1)幅两维投影图像。

最大值投影处理，是指对每一个数据大小为M×N×P的360度多视角三维人体微波图像数据沿距离方向(即N方向)向M×P平面上做投影，该投影的像素值为对应距离方向上的最大值。所述以最大值为像素值的两维图像即为该360度多视角三维人体微波图像数据沿距离方向上的投影图像。

对2(M1+1)个加衰减窗后的360度多视角三维人体微波图像数据，分别进行最大值投影处理，从而获得2(M1+1)幅两维投影图像。

2.2.4将所述2(M1+1)幅两维投影图像做投影统一量化处理

具体为：

2.2.4.1求取2(M1+1)个加衰减窗后的360度多视角三维人体微波图像数据的最大值3D1_max。并将2(M1+1)幅两维投影图像数据的每一个像素值分别乘以1/3D1_max，得到统一归一化处理后的2(M1+1)幅两维投影图像数据S₃。

2.2.4.2设置统一归一化处理后的2(M1+1)幅两维投影图像数据统一量化处理的阈值上限和下限。通常选取的阈值上限threshold_up0为0.6～0.7，阈值的下限threshold_down0为0.05～0.1。

2.2.4.3根据阈值的上限和下限，对统一归一化处理后的2(M1+1)幅两维投影图像数据做量化处理。量化处理后的数据为S₄：

3、显示处理后的数据。

在显示界面设置三个显示窗口，将N幅距离方向切片图像、P幅高程方向切片图像和2(M1+1)幅两维投影图像，同时在显示窗口进行动态显示。

通过上述具体实施方式可知，本发明提出了一种360度多视角三维人体微波图像数据显示方法，既充分显示距离向的信息，又降低了背面图像和正面图像的相互干扰，改善了距离向投影图像的显示质量。

上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，并不能构成对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在上述技术方案的基础上进行任何简单的修改和替换而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多视角三维图像显示方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、获取360度多视角三维人体微波图像数据；

步骤2、对所述获取的360度多视角三维人体微波图像数据进行处理；

步骤3、显示处理后的数据；

上述步骤2中，通过两种方式对获取的360度多视角三维人体微波图像数据做处理：切片处理和投影处理；当需要利用360度多视角三维人体微波图像数据的距离信息时，采取切片处理方式；当需要观察某一视角下的人体表面图像信息时，采用投影处理方式；

上述投影处理具体包括：

1.1 (a)将正视笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据，通过坐标变换的方式，转换到指定角度差为θ的1到M1个侧视笛卡尔坐标系下，从而生成在(M1+1)个不同角度笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据；

(b)将360度多视角三维人体微波图像数据的P个投影垂直面，由正视视角插值到指定的斜视视角下，从而生成插值后的在(M1+1)个不同角度笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据；

1.2 将插值后的(M1+1)个笛卡尔坐标系下的360度多视角三维人体微波图像数据，依次沿距离方向分别加前表面衰减窗和后表面衰减窗，从而获得2(M1+1)个加衰减窗的360度多视角三维人体微波图像数据；

其中，前表面衰减窗的具体表达形式如下：

后表面衰减窗的具体表达形式如下：

其中a为深度阈值，α为衰减因子，f(r)是随距离变化的衰减函数；

1.3 对2(M1+1)个加衰减窗后的360度多视角三维人体微波图像数据，进行最大值投影处理，从而获得2(M1+1)幅两维投影图像；

1.4 对所述2(M1+1)幅两维投影图像做统一量化处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切片处理具体包括：

2.1 对360度多视角三维人体微波图像数据做切片统一量化处理；

2.2 将统一量化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据S₂，沿距离方向切分成N幅像素数为M×P的图像，沿高程方向切分成P幅像素数为M×N的图像。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述切片统一量化处理具体包括：

2.1.1 求取360度多视角三维人体微波图像数据的最大值3D_max；然后利用所述最大值3D_max做归一化处理；

2.1.2 设定归一化后360度多视角三维人体微波图像数据统一量化处理的阈值上限和下限；

2.1.3 根据阈值的上限和下限，对归一化处理后的360度多视角三维人体微波图像数据做统一量化处理。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述最大值做归一化处理具体包括：将数据大小为M×N×P的360度多视角三维人体微波图像数据S₀的每一个像素点都乘以1/3D_max。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3、显示处理后的数据具体包括：

在显示界面设置三个显示窗口，将N幅距离方向切片图像、P幅高程方向切片图像和2(M1+1)幅两维投影图像，同时在显示窗口进行动态显示。