CN108227029A - 一种毫米波成像补偿方法、设备和可读计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例中一种毫米波成像补偿方法，该方法的步骤包括：基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线；对所述位置移动曲线进行分解，并补偿到采集得到的人体毫米波回波数据中；对人体的毫米波回波数据进行相位补偿，获得微动补偿后的图像。本申请所述技术方案通过光学图像建立的人体模型，估计人体各个部位的运动轨迹，克服了近距离条件下人体毫米波回波信号中，很难提取人体微动信息的特点，完成了人体各个部位微动的运动补偿，从而有效提升了人体的毫米波成像质量。
Description
技术领域
本申请涉及毫米波检测领域，尤其涉及一种近距离主动式毫米波三维成像系统中人体微动的补偿方法、设备和可读计算机存储介质。
背景技术
随着近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统在人体安检领域的应用，人体的毫米波图像质量对整个系统的性能至关重要。近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统采用合成孔径成像的方式，对静止不动的目标具有较高的分辨率和成像清晰度，但是，在实际应用中被检人员很难保证在指定的成像区域位置静止不动，此时，人体的微动势必导致最终人体毫米波图像的恶化，如何有效解决人体微动引起的毫米波图像散焦，成为了距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统在实际应用中的关键技术。
目前，已经申请的专利和公开发表的论文中关于合成孔径雷达目标成像的运动补偿，都是基于远距离条件或者目标具有刚体结构，此时，能够很好的估计目标的运动轨迹，从而进行相应的相位补偿。而在近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统中，采用超宽带线性调频信号，虽然具有测距的能力，但是，近距离条件下人体是一种复杂的目标，而且人体各个部位运动具有随机性，所以，很难在毫米波回波信息中提取人体各个部位的运动轨迹。
发明内容
本申请实施例提出了一种近距离主动式毫米波三维成像系统中人体微动的补偿方法，以解决现有技术中难以对毫米波回波信息中对各部位微运动轨迹进行补偿的问题。
具体的，本方案公开了一种毫米波成像补偿方法，该方法的步骤包括：
基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线；
对所述位置移动曲线进行分解，并补偿到采集得到的人体毫米波回波数据中；
对人体的毫米波回波数据进行相位补偿，获得微动补偿后的图像。
优选地，所述基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线的步骤之前包括：
在近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统中，光学拍照系统安装在毫米波天线臂的上面，并且保证视角能够覆盖人体成像区域，在电机的驱动下，光学拍照系统完成幅人体光学数据的采集，分别定义为f1(x,y),f2(x,y),…,fN(x,y)，与此同时，毫米波设备完成人体的三维空间数据采集，定义为S(ω,θ,z)，其中，ω表示成像系统发射信号的频率，θ表示天线阵列在此时的固定角度下进行采样，z表示每个收发通道的天线口面沿着Z轴方向的位置。
优选地，所述基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线的步骤包括：
人体上的任意一点坐标为(xn0,yn0,zn0)，在采集的N幅光学图像中，分别对应的值为f1(xn1,yn1),f2(xn2,yn2),…,fN(xnN,ynN)，通过角度变换和坐标旋转等处理，得到该点在三维空间中的位置信息分别为(xn1,yn1,zn1),(xn2,yn2,zn2),…,(xnN,ynN,znN)，通过该N点的位置信息拟合出改点的位置移动曲线。
优选地，所述对所述位置移动曲线进行分解，并补偿到采集得到的人体毫米波回波数据中的步骤包括：
毫米波天线阵列的采样位置为M，则在(xn1,yn1,zn1)和(xn2,yn2,zn2)需要插值计算出K＝(M/(N-1))-1点的位置信息，插值的过程需要考虑速度的影响，分别定义插值点的坐标为(xn11,yn11,zn11),(xn12,yn12,zn12),…,(xn1K-1,yn1K-1,zn1K-1)；
对应人体上任意位置(xn0,yn0,zn0)需要在人体毫米波回波数据中补偿的相位为：
其中，为对应(XR,YRZR)采样位置时人体的微动量。
优选地，所述对人体的毫米波回波数据进行相位补偿，获得微动补偿后的图像的步骤之后包括：
通过三维成像算法对人体散射数据进行计算，得出人体的三维空间散射强度分布。
一种电子设备，所述电子设备包括：存储器，一个或多个处理器；存储器与处理器通过通信总线相连；处理器被配置为执行存储器中的指令；所述存储介质中存储有用于执行上述方法中各个步骤的指令。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的有益效果如下：
本申请所述技术方案通过光学图像建立的人体模型，估计人体各个部位的运动轨迹，克服了近距离条件下人体毫米波回波信号中，很难提取人体微动信息的特点，完成了人体各个部位微动的运动补偿，从而有效提升了人体的毫米波成像质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出本方案所述距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统的示意图；
图2示出本方案所述补偿方法的流程图。
附图标号
1、光学拍照系统，2、毫米波天线阵列系统，3、成像系统。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
本方案的核心思路是将光学相机系统引入到近距离毫米波人体安检系统中，通过光学系统对人体的不同角度进行拍照，通过建立三维空间中人体模型，可以有效估计人体各个部位的运动轨迹，进而对人体的毫米波回波信号进行相位补偿，实现人体毫米波图像的聚焦，提高人体的毫米波图像的成像质量。
如图1和图2所示，本方案首先，在毫米人体安检成像系统的毫米波天线臂上安装光学拍照系统，在天线臂扫描过程中的指定位置对人体进行光学图像采集，采集后的光学数据能够准确恢复出三维中间中的人体建模，得到人体各个部位的运动轨迹，将人体的运动轨迹量化为人体毫米波回波数据中的相位补偿量，再对补偿后的人体毫米波回波数据进行三维成像，由此，提高了人体毫米波图像的聚焦效果，提升了人体的成像质量。具体的，
本方案公开了一种近距离主动式毫米波三维成像系统中人体微动的补偿方法具体步骤如下：
第一步：完成人体光学数据和人体毫米波回波数据的采集；
在近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统中，光学拍照系统安装在毫米波天线臂的上面，并且保证视角能够覆盖人体成像区域，在电机的驱动下，光学拍照系统完成N幅人体光学数据的采集，分别定义为f1(x,y),f2(x,y),…,fN(x,y)，与此同时，毫米波设备完成人体的三维空间数据采集，定义为S(ω,θ,z)，其中，ω表示成像系统发射信号的频率，θ表示天线阵列在此时的固定角度下进行采样，z表示每个收发通道的天线口面沿着Z轴方向的位置。
第二步：通过人体光学数据，拟合出人体各个部位的微动轨迹；
假设人体上的任意一点坐标为(xn0,yn0,zn0)，在采集的N幅光学图像中，分别对应的值为f1(xn1,yn1),f2(xn2,yn2),…,fN(xnN,ynN)，通过角度变换和坐标旋转等处理，得到该点在三维空间中的位置信息分别为(xn1,yn1,zn1),(xn2,yn2,zn2),…,(xnN,ynN,znN)，通过该N点的位置信息拟合出改点的位置移动曲线。
第三步：将该运动曲线进行分解，补偿到人体毫米波回波数据中；
毫米波天线阵列在三维空间的位置是均匀分布的，但是，采样的时间间隔与天线臂的运动速度v成反比。假设毫米波天线阵列的采样位置为M，则在(xn1,yn1,zn1)和(xn2,yn2,zn2)需要插值计算出K＝(M/(N-1))-1点的位置信息，插值的过程需要考虑速度v的影响，分别定义插值点的坐标为(xn11,yn11,zn11),(xn12,yn12,zn12),…,(xn1K-1,yn1K-1,zn1K-1)。于是，对应人体上任意位置(xn0,yn0,zn0)需要在人体毫米波回波数据中补偿的相位为其中，为对应(XR,YRZR)采样位置时人体的微动量。
第四步：对人体的毫米波回波数据进行相位补偿后，通过三维成像算法对人体散射数据进行计算，得出人体的三维空间散射强度分布。
光学拍照系统1和毫米波天线阵列系统2在近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统3中电机的驱动下，沿着圆周方向运动，通过码盘脉冲计数的方式，确定光学拍照系统1和毫米波天线阵列系统2的采样位置，分别完成三维空间光学数据采集和毫米波数据采集，通过上述具体步骤完成近距离主动式毫米波三维成像系统中人体微动的补偿。
综上所述，本方案通过光学图像建立的人体模型，估计人体各个部位的运动轨迹，克服了近距离条件下人体毫米波回波信号中，很难提取人体微动信息的特点，完成了人体各个部位微动的运动补偿，从而有效提升了人体的毫米波成像质量。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种毫米波成像补偿方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线；
对所述位置移动曲线进行分解，并补偿到采集得到的人体毫米波回波数据中；
对人体的毫米波回波数据进行相位补偿，获得微动补偿后的图像。
2.根据权利要求1所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线的步骤之前包括：
在近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统中，光学拍照系统安装在毫米波天线臂的上面，并且保证视角能够覆盖人体成像区域，在电机的驱动下，光学拍照系统完成幅人体光学数据的采集，分别定义为f1(x,y),f2(x,y),…,fN(x,y)，与此同时，毫米波设备完成人体的三维空间数据采集，定义为S(ω,θ,z)，其中，ω表示成像系统发射信号的频率，θ表示天线阵列在此时的固定角度下进行采样，z表示每个收发通道的天线口面沿着Z轴方向的位置。
3.根据权利要求1所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述基于采集得到的人体光学数据，对人体各部位进行微动轨迹拟合，获得位置移动曲线的步骤包括：
人体上的任意一点坐标为(xn0,yn0,zn0)，在采集的N幅光学图像中，分别对应的值为f1(xn1,yn1),f2(xn2,yn2),…,fN(xnN,ynN)，通过角度变换和坐标旋转等处理，得到该点在三维空间中的位置信息分别为(xn1,yn1,zn1),(xn2,yn2,zn2),…,(xnN,ynN,znN)，通过该N点的位置信息拟合出改点的位置移动曲线。
4.根据权利要求3的噪声抑制方法，其特征在于，所述对所述位置移动曲线进行分解，并补偿到采集得到的人体毫米波回波数据中的步骤包括：
毫米波天线阵列的采样位置为M，则在(xn1,yn1,zn1)和(xn2,yn2,zn2)需要插值计算出K＝(M/(N-1))-1点的位置信息，插值的过程需要考虑速度的影响，分别定义插值点的坐标为(xn11,yn11,zn11),(xn12,yn12,zn12),…,(xn1K-1,yn1K-1,zn1K-1)；
对应人体上任意位置(xn0,yn0,zn0)需要在人体毫米波回波数据中补偿的相位为：
其中，为对应(XR,YRZR)采样位置时人体的微动量。
5.根据权利要4的噪声抑制方法，其特征在于，所述对人体的毫米波回波数据进行相位补偿，获得微动补偿后的图像的步骤之后包括：
通过三维成像算法对人体散射数据进行计算，得出人体的三维空间散射强度分布。
6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器，一个或多个处理器；存储器与处理器通过通信总线相连；处理器被配置为执行存储器中的指令；所述存储介质中存储有用于执行权利要求1至5任意一项所述方法中各个步骤的指令。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任意一项所述方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180629 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |