CN110146879A - 圆盘式安检仪、成像方法、装置以及存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆盘式安检仪、成像方法、装置以及存储装置，该成像方法包括对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据；对位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶后得到第一均匀数据；对第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据；对第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。通过上述方式，本发明能够减少计算量，加快对回波数据的处理，提高成像速率。

Description

圆盘式安检仪、成像方法、装置以及存储装置

技术领域

本发明涉及毫米波安检领域，特别涉及一种圆盘式安检仪、成像方法、装置以及存储装置。

背景技术

近年来，安全问题日益得到世界人民的关注，对安检系统的可靠性与智能化也提出了更高的要求。

传统的金属探测器只能对近距离小范围目标进行检测，效率低，已远远不能满足安检的需求。尽管X光等各种射线具有很强的穿透力，但会对被测人体造成辐射伤害，即使当前存在低辐射剂量的X光机，但其依然不容易被公众接受。红外线是靠物体表面温度成像，在有织物遮挡的情况下无法清晰成像。而毫米波成像系统不仅可以检测出隐藏在织物下的金属物体，还可以检测出塑料手枪，炸药等危险品，获得的信息更加详尽、准确，可以大大地降低误警率。因此，近年来毫米波成像技术在人员安检等方面得到了更加广泛的应用。

毫米波成像技术会使用到毫米波雷达。毫米波雷达是指雷达发射信号频率在毫米波频段，毫米波的频率为30GHz到300GHz(波长从1mm到10mm)，在实际工程应用中，常把毫米波的低端频率降到26GHz。在电磁波谱中，毫米波频率的位置介于微波与红外之间。与微波相比，毫米波的典型特点是波长短、频带宽(具有很广阔的利用空间)以及在大气中的传播特性。与红外相比，毫米波具有全天候工作的能力并且可用于烟尘，云雾等恶劣环境下。在微波频段越来越拥挤的情况下，毫米波兼顾微波的优点，并且还具备低频段微波所不具备的一些优点。

现有技术中，毫米波成像一般采取的是RMA算法，这样需要通过插值实现数据均匀化，这样会极大的加大数据的计算量。

发明内容

本发明提供一种圆盘式安检仪、成像方法、装置以及存储装置，以解决现有技术中成像方法计算量较为复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种成像方法，所述成像方法应用于圆盘式安检仪，所述成像方法包括：对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据；对所述位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶后得到第一均匀数据；对所述第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据；对所述第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种成像装置，所述成像装置包括处理器与所述处理器耦接的存储器，所述存储器存储有用于实现如上述任一项所述的成像方法的程序指令；其中，所述处理器用于对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据；对所述位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶后得到第一均匀数据；对所述第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据；对所述第二数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种存储装置，该存储装置存储有能够实现以上任一项方法的程序文件。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种圆盘式安检仪，所述圆盘式安检仪包括天线组件及与所述天线组件连接的处理模块，所述天线组件包括：天线承载板，设有承载表面，所述天线承载板通过预设速度围绕垂直于所述承载表面的旋转轴进行旋转，所述旋转轴与所述承载表面的交点为圆心点；至少一列发射天线，设置于所述承载表面上，所述一列发射天线所在直线穿过所述圆心点，用于对被检对象发射毫米波信号；至少一列接收天线，设置于所述承载表面上，所述一列接收天线所在直线穿过所述圆心点，用于接收被所述被检对象反射后的毫米波信号；所述处理模块为上述所述的成像装置。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本申请通过多次的傅里叶变化对回波数据进行处理，从而获取到图像数据。相比RMA算法而言，可以更快的对数据进行处理，降低计算量。从而提高成像效率。

附图说明

图1是本发明提供的成像方法一实施例流程示意图；

图2是本发明提供的圆盘式安检仪一正视结构示意图；

图3是本发明提供的圆盘式安检仪一俯视结构示意图；

图4是图1步骤S12的子步骤流程示意图；

图5是图1步骤S13的子步骤流程示意图；

图6是图1步骤S14的子步骤流程示意图；

图7是图1步骤S15的子步骤流程示意图；

图8是本发明提供的成像装置的一实施例结构示意图；

图9是本发明提供存储装置的一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，图1是本发明一种成像方法的第一实施例流程示意图，其具体包括如下步骤：

S11，控制圆盘式安检仪的天线组件扫描被检对象，以获取被检对象反射的毫米波信号，并进一步通过毫米波信号获取回波数据。

在具体实施例中，首先控制圆盘式安检仪10的天线组件对被检对象进行扫描，从而获取被该被检对象反射的毫米波信号。

请参与图2和图3，图2是本发明提供的一种圆盘式安检仪10，该圆盘式安检仪10具体包括天线组件100与处理模块(图未示)，该天线组件100与处理模块连接，具体可以是信号连接或者电连接等。

天线组件100具体可以设置在圆盘式安检仪10的顶部或者侧壁上，这里均不作限制。

天线组件100包括天线承载板110，至少一列发射天线120以及至少一列接收天线130，该天线承载板110设有承载表面111，该承载表面111具体朝向被检对象的方向。

其天线承载板110可以通过预设的速度围绕旋转轴进行旋转，具体，该旋转轴垂直于承载表面111，其旋转轴与承载表面111的交点则为圆心点，在具体实施例中，该承载表面111具体可以是圆形，其圆心点具体可以为承载表面111的几何中心，即承载表面111的圆心。

在其他实施例中，其承载表面111也可以为正方形，正六边形等等。这里均不作限定。其圆心点也可以不是该承载表面111的几何中心。

至少一列发射天线120包括多个发射天线121，至少一列接收天线130则包括多个接收天线131。

至少一列发射天线120与至少一列接收天线130可以设置在天线承载板110上，其具体可以设置在承载表面111上。且该一列发射天线120与至少一列接收天线130各自所在的直线均会穿过圆心点。

具体的，其一列发射天线120与至少一列接收天线130可以在同一条直线上，其多个发射天线121与多个接收天线131可以相互依次间隔设置，也可以以圆心点为中心对称设置。

在其他实施例中，其至少一列发射天线120与至少一列接收天线130也可以不在同一条直线上。

其中，至少一列发射天线120用于对被检对象发射毫米波信号，其至少一列接收天线130则用于接收被被检对象反射后的毫米波信号。

具体的，首先控制其天线组件100对被检对象进行扫描，即一方面控制至少一列发射天线120与至少一列接收天线130围绕旋转轴进行旋转，其按照预设角速度旋转，一方面，控制一列发射天线120对被检对象发射毫米波信号，随后一列接收天线130接收被该被检对象反射的毫米波信号。

随后，进一步通过处理模块对该毫米波信号进行处理，从而获取回波数据，具体可以利用如下公式获取回波数据S(r,θ(t),τ)。具体的，其处理模块则是下述实施例中所述的成像装置。

其中，(x_n,y_n,z_n)具体是被检对象上某一个待测点的坐标，即三维坐标。其中r为接收天线131的圆心距，具体的是该接收天线131离圆心点的距离。t则为天线承载板110扫描采样的时间，即接收天线131扫描采用的时间，θ则是其扫描采样的角度；τ则为信号传播导致的相位延迟；c则为光在真空中传播的速度。

σ(x_n,y_n,z_n)则代表该待测点(x_n,y_n,z_n)的反射强度，其p(τ)为该待测点的反射的毫米波信号。R_n具体可以是待测点的位置信息。其可以表示为

其中，Z_C具体可以是圆心点的相应坐标信息。

S12，对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据。

随后对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据。

请参阅图4，图4是本发明图1实施例中步骤S12的子步骤，其具体包括如下步骤：

S121，对回波信号进行一维傅里叶变化，以得到频域数据。

具体的，首先对回波数据沿着r进行一维傅里叶变化，从而可以得到频域数据其中，是指角频域。

S122，将频域数据与频域数据的相位因子进行相乘处理，从而得到位量数据。

随后将该频域数据与其频域数据的相位因子相乘，从而可以对频域数据进行初步的匹配滤波处理。

S13，对位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶变化后得到第一均匀数据。

在获取到位量数据后，即获取到进行过匹配滤波处理过的频域数据后，进一步对位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶变化。

请参阅图5，图5是本发明图1实施例中步骤S13的子步骤，其具体包括如下步骤：

S131，对位量数据进行二维非均匀采样的快速傅里叶变化处理，以获得非均匀数据。

具体的，由于位量数据为圆柱坐标系，首先需要将位量数据转换成直角坐标系的数据随后，可以沿着u与r方向进行二维非均匀采样的快速傅里叶变化处理。其中，u＝r*cosθ,v＝r*sinθ。

其二维非均匀采样的快速傅里叶变化即为二维NUFFT。具体的，其NUFFT是一种时频非均匀采样的变换的快速算法，可以把数据直接进行NUFFT变换，而不像传统方法需要先对数据进行插值才能用来成像，因此可以减少插值带来的误差以及所需花费的额外操作。因此直接通过二维NUFFT对位量数据进行处理，而不需要如现有的RMA成像算法一样，通过stolt插值实现数据均匀化。因此可以极大的减少计算的复杂度，提高计算效率。

具体，可以通过下述公式对直角坐标系的数据进行二维NUFFT处理从而获取到非均匀数据

其中，非均匀数据具体为波数域数据，其中，k为波数域，k_u,k_v分别代表u与v维度的波数域分量。

S132，对非均匀数据通过频域插零对信号上采样处理以获得第二数据。

随后需要对非均匀数据进行均匀化，具体的，需要先对非均匀数据进行zero-padding处理，即进行通过频域插零对信号上采样处理从而获取到第二数据。通过对数据进行频域插零对信号上采样处理(补零处理)，可以增加采样密度，从而更好的将信号还原，以防止信号混叠。

S133，对第二数据进行二维逆傅里叶变化处理以得到第一均匀数据。

进一步的，对第二数据进行二维逆傅里叶变化处理从而得到第一均匀数据。

S14，对第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据。

进一步的，在获取第一均匀数据后，对第一均匀数据进行解压缩处理及聚焦处理，从而获取到第一数据。

请参阅图6，图6是本发明图1实施例中步骤S14的子步骤，其具体包括如下步骤：

S141，将第一均匀数据与所述频域数据的共轭数据进行相乘，以得到解压缩数据。

将第一均匀数据与频域数据的共轭数据相乘，即与该频域数据的共轭信号相乘。

S142，将解压缩数据与解压缩数据的三维相位因子进行相乘以完成距离向聚焦，以得到第一数据。

进一步的，将解压缩数据与解压缩数据的三维相位因子相乘从而完成距离向聚焦，其中三维相位因子为

S15，对第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。

进一步的，对第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化从而得到图像数据。

请参阅图7，图7是本发明图1实施例中步骤S15的子步骤，其具体包括如下步骤：

S151，对第一数据进行一维非均匀采样的快速傅里叶变换处理得到第二均匀数据。

对第一数据进行一维非均匀采样的快速傅里叶变化处理，即进行一维NUFFT处理，从而获取到第二均匀数据。具体，是沿着其方向进行一维NUFFT的变化。

S152，对所述第二均匀数据进行二维逆傅里叶变化从而得到图像数据。

进一步的，对第二均匀数据进行二维逆傅里叶变化从而得到图像数据。

上述实施例中，一方面，提供一种圆盘式安检仪，通过至少一列发射天线与至少一列接收天线配合从而可以实现对被检对象的信号采集，极大的节省了天线的数量，从而节省了成本。另一方面，提供一种与该圆盘式安检仪匹配的成像方法，使得其可以完成回波数据的采集，并通过对回波数据多次的傅里叶变化等处理，以得到图像数据。其中，通过采用多次的NUFFT算法，可以极大减少系统运算的复杂度。从而提高成像速率。

如图8所示，本发明还提供一种成像装置，该成像装置具体可以为上述实施例中圆盘式安检仪中的处理模块，该成像装置具体包括处理器20以及与该处理器耦接的存储器21。

其中，处理器20还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器20可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器20还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在本实施中，处理器20可以对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据；对位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶变化后得到第一均匀数据；对第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据；对第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。其具体步骤上述实施例中已经有说明，这里不再赘述。

其存储器21存储有能够实现上述任一实施例的指令文件211。

上述设备的其他模块终端可分别执行上述方法实施例中对应的步骤，故在此不对各模块进行赘述，详细请参阅以上对应步骤的说明。

参阅图9，图9为本发明存储装置一实施方式的结构示意图，有能够实现上述所有方法的指令文件31，该指令文件31可以以软件产品的形式存储在上述存储装置中，同时还是记录各种计算的数据，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，智能机器人，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。

指令文件31还具有一定独立性，可以在运行系统、备份系统发生故障时候继续配合处理器20执行相关指令，在升级、引导程序升级以及修复中不会被替换、损坏以及清空。

而前述的存储装置包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

综上，上述实施例中，一方面，提供一种圆盘式安检仪，通过至少一列发射天线与至少一列接收天线配合从而可以实现对被检对象的信号采集，极大的节省了天线的数量，进一步节省了成本。另一方面，提供一种与该圆盘式安检仪匹配的成像方法，使得其可以完成回波数据的采集，并通过对回波数据多次的傅里叶变化等处理，以得到图像数据。其中，通过采用多次的NUFFT算法，可以极大减少系统运算的复杂度。从而提高成像速率。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结果或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种成像方法，所述成像方法应用于圆盘式安检仪，其特征在于，所述成像方法包括：

对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据；

对所述位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶变化后得到第一均匀数据；

对所述第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据；

对所述第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。

2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据的步骤包括：

对所述回波信号进行一维傅里叶变化，以得到频域数据；

将所述频域数据与所述频域数据的相位因子进行相乘处理，从而得到所述位量数据。

3.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对所述位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶变化后得到第一均匀数据的步骤包括：

对位量数据进行二维非均匀采样的快速傅里叶变化处理，以获得非均匀数据；

对所述非均匀数据通过频域插零对信号上采样处理以获得第二数据；

对所述第二数据进行二维逆傅里叶变化处理以得到所述第一均匀数据。

4.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述对所述第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据包括：

将所述第一均匀数据与所述频域数据的共轭数据进行相乘，以得到解压缩数据；

将所述解压缩数据与所述解压缩数据的三维相位因子进行相乘以完成距离向聚焦，以得到所述第一数据。

5.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对所述第一数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据的步骤包括：

对所述第一数据进行一维非均匀采样的快速傅里叶变换处理得到第二均匀数据；

对所述第二均匀数据进行二维逆傅里叶变化从而得到所述图像数据。

6.根据权利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述对位量数据进行二维非均匀采样的快速傅里叶变化处理，以获得非均匀数据是通过下述公式实现的：

其中，为所述非均匀数据，为所述位量数据；

k为波数域，k_u,k_v分别代表u与v维度的波数域分量；

r为接收天线的圆心距，θ为接收天线的扫描角度，为角频域。

7.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据之前还包括：

控制所述圆盘式安检仪的天线组件扫描被检对象，以获取所述被检对象反射的毫米波信号；

利用如下公式计算得到所述回波数据：

其中，r为接收天线的圆心距，θ为所述接收天线的扫描角度，t为所述接收天线的扫描时间，τ则为信号传播导致的相位延迟；

(x_n,y_n,z_n)为所述被检对象上待测点的坐标，σ(x_n,y_n,z_n)为所述待测点的反射强度；

p(τ)为所述待测点的回波信号，R_n为所述待测点的位置信息，c为光速。

8.一种成像装置，其特征在于，所述成像装置包括处理器与所述处理器耦接的存储器，

所述存储器存储有用于实现如权利要求1-7任一项所述的成像方法的程序指令；

其中，所述处理器用于对回波数据进行第一傅里叶变化及滤波处理以得到位量数据；对所述位量数据进行第二傅里叶变化及第一逆傅里叶后得到第一均匀数据；对所述第一均匀数据进行解压缩处理与聚焦处理以得到第一数据；对所述第二数据进行第三傅里叶变化与第二逆傅里叶变化以得到图像数据。

9.一种存储装置，其特征在于，存储有能够实现如权利要求1-8中任一项所述方法的程序文件。

10.一种圆盘式安检仪，其特征在于，所述圆盘式安检仪包括天线组件及与所述天线组件连接的处理模块，

所述天线组件包括：

天线承载板，设有承载表面，所述天线承载板通过预设速度围绕垂直于所述承载表面的旋转轴进行旋转，所述旋转轴与所述承载表面的交点为圆心点；

至少一列发射天线，设置于所述承载表面上，所述一列发射天线所在直线穿过所述圆心点，用于对被检对象发射毫米波信号；

至少一列接收天线，设置于所述承载表面上，所述一列接收天线所在直线穿过所述圆心点，用于接收被所述被检对象反射后的毫米波信号；

所述处理模块为权利要求8所述的成像装置。