CN110632595B - 一种主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备 - Google Patents

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CN110632595B CN201910904003.0A CN201910904003A CN110632595B CN 110632595 B CN110632595 B CN 110632595B CN 201910904003 A CN201910904003 A CN 201910904003A CN 110632595 B CN110632595 B CN 110632595B
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9011—SAR image acquisition techniques with frequency domain processing of the SAR signals in azimuth

Abstract

本发明公开了一种主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备，结合快速傅立叶变换、解线频调相位补偿、数据校准、插值等技术，基于平面扫描宽带线性调频主动毫米波成像系统参数与采集到的目标回波数据实现三维成像，保证成像质量的同时提高成像效率；成像方法对成像硬件设备参数误差与随机噪声相对不敏感，具有良好的容差能力与抗干扰能力。

Description

一种主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备
技术领域
本发明涉及毫米波成像技术领域，尤其涉及一种主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备。
背景技术
近年来，随着经济的发展，各种运输方式客流量都不断增大，机场、火车站等重要场所的安检工作受到广泛重视。如何兼顾“效率”和“安全”，既保障运营便捷高效，又充分发挥安检作用，确保运营安全，成为安检系统亟待解决的重要课题。
当前我国人身安检多采取金属探测器和触摸式安检。金属探测器难以应对塑料炸药、非金属刀具、液体危险品等非金属类隐匿违禁物品的威胁，且无法提供视觉图像作为判定依据；接触式手检与尊重乘客隐私之间产生矛盾，客户体验不好，且效率低下。
毫米波成像技术作为一种新型的安检手段，具有快速、安全、保护隐私等诸多优势，能够检测出隐藏在衣物下不同属性的物体，目前被认为是能够有效替代或配合其他安检手段的方法。
毫米波成像系统可分为两类：主动毫米波成像系统和被动毫米波成像系统。与被动成像方式相比，主动成像方式在同等情况下可获得更好的图像质量，并且能够实现三维成像。然而，现有的主动毫米波成像方法的成像效率仍有待提高。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种主动毫米波成像方法，所述方法包括：
获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；
对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000021
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；
对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换(FFT)，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；
对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000022
Figure BDA0002212536340000025
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换(IFFT)，获得所述成像对象的散射系数；
输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
可选的，所述解线频调信号，具体包括：
Figure BDA0002212536340000023
其中，
Figure BDA0002212536340000024
f(x目，y目，z目)为所述成像对象在(x目，y目，z目)处的散射系数，
Figure BDA0002212536340000031
表示所述成像对象的位置与所述接收平面等效收发位置的距离，Tp为所述解线频调信号的脉宽，j为虚数单位。
可选的，所述对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)，具体包括：
对所述第一回波数据在t维进行快速傅立叶变换(FFT)，得到：
S(x接，y接，ξ)＝FFT[s(x接，y接，t)]，其中，ξ表示频率；
在ξ维对S(x接，y接，ξ)进行相位补偿，得到：
Figure BDA0002212536340000035
对Sc(x接，y接，ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换(IFFT)，得到：
Figure BDA0002212536340000032
，令fd＝fc+γt，
Figure BDA0002212536340000033
则sc(x接，y接，t)表示为sc(x接，y接，k)＝∫∫∫f(x目，y目，z目)·e-j2kR/R·dx目·dy目·dz目。
可选的，所述对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)，具体包括：
对Sc(kx，ky，k)在k维进行一维快速傅立叶变换(FFT)，得到：
Γc(kx，ky，ξ)＝FFT[Sc(kx，ky，k)]；
对Γc(kx，ky，ξ)中频率ξ大于
Figure BDA0002212536340000034
的部分进行补零；其中，Δx为在所述接收平面上采样的x方向上的采样间距；
对补零后的Γc(kx，ky，ξ)进行逆快速傅立叶变换，得到升采样的Sc(kx，ky，k)；
基于线性插值方法，对升采样的Sc(kx，ky，k)在k维进行Stolt插值，得到在kx，ky，kz方向上呈等间隔采样的Sc(kx，ky，kz)。
可选的，所述成像对象的散射系数，具体包括：
Figure BDA0002212536340000041
可选的，所述获取成像对象的第一回波数据，具体包括：
对所述解线频调信号s(x接，y接，t)进行校准，获得校准后的第一回波数据sJ(x接，y接，t)＝s(x接，y接，t)·c(x接，y接，t)；
其中，
Figure BDA0002212536340000042
sm(x接，y接，t)表示以与所述接收平面平行的平面金属校准板为成像对象时，在接收平面上采集的第一校准回波数据；sb(x接，y接，t)表示无所述成像对象时，在所述接收平面上的所述第一校准回波数据的采样位置采集的第二校准回波数据；sr(t)表示所述采样位置的中心位置采集的理论参考回波数据；
所述对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)，包括：
对所述校准后的第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)。
另一方面，本申请通过本申请的另一实施例提供一种主动毫米波成像系统，包括：
数据获取模块，用于获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；
补偿模块，用于对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000043
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；
变换模块，用于对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；
插值模块，用于对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000051
逆变换模块，用于对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；
输出模块，用于输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
本发明公开了一种可读存储介质，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。
本发明公开了一种成像设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述方法的步骤。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的方法，首先获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000052
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000061
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。由于本发明基于宽带线性调频信号采用解线频调技术及相应的相位补偿技术，相对于采用现有的步进频连续波收发技术，信号收发效率更高，硬件实现难度与成本更低，在此基础上，由于重建图像时，主要基于快速傅立叶变换算法，计算效率高，使成像效率更高，可显著提高三维主动毫米波安检效率；且由于通过各步骤的配合实现了主动毫米波的高质量成像，使成像质量保持高水准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种实施例中的主动毫米波成像方法的流程图；
图2是本发明一种实施例中的主动毫米波成像系统框图；
图3是本发明一种实施例中的接收平面与成像对象的位置场景示意图；
图4是本发明一种实施例中的方法生成的图像与成像对象的对照图；
图5是本发明另一种实施例中的方法生成的图像与成像对象的对照图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备，解决了现有技术主动毫米波成像方法成像效率低的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种主动毫米波成像方法，所述方法包括：获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、，轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000071
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000072
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
三维毫米波成像一般是利用成像系统的发射天线辐射毫米波照射到成像对象(例如人)，被成像对象散射后一部分返回的回波信号被接收天线接收。成像的目的就是根据接收天线接收的回波数据，通过成像算法反演求出目标物体的散射系数。
参见图3，成像对象(即目标物体)与接收平面(即天线阵扫描平面)位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，其方向可以任意调整，图3中只是为了计算的便捷，示出了一种情况，即接收平面与z轴垂直；所述接收平面为z＝Z1。假设接收天线与发射天线在同一位置(实际中用收发天线的中点位置作为等效收发天线位置)，参见图3，收发天线的坐标为(x接，y接，Z1)，目标物体的坐标为(x目，y目，z目)。
作为一种具体的实施方式，下面结合本发明的各步骤，对本发明的方法的原理做完整的说明。
参见图1，本实施例中的一种主动毫米波成像方法，包括：
S101、获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；
S102、对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000081
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；
S103、对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；
S104、对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000082
S105、对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；
S106、输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
在具体实施过程中，接收天线接收的成像对象的回波信号是成像区间内的多个点目标回波信号的累加。发射的信号为宽带线性调频信号，其复信号数学表达式为：
Figure BDA0002212536340000091
其中，
Figure BDA0002212536340000092
fc为中心频率，γ为调频率，c为光速，Tp为脉宽，j为虚数单位，
Figure BDA0002212536340000093
，A表示信号幅值，调频带宽B＝γTP。
则，接收天线在(x接，y接)处接收的线性调频信号为：
Figure BDA0002212536340000094
其中，f(x目，y目，z目)为所述成像对象在(x目，y目，z目)处的散射系数，
Figure BDA0002212536340000095
表示所述成像对象的位置与所述接收平面等效收发位置的距离，c为光速，数值为3×108m/s。
成像系统对接收的宽带线性调频信号进行解线频调(dechirping)处理后得到对应中频信号(简称解线频调信号)，因此，成像系统在接收平面上的(x接，y接)处接收的解线频调信号为：
Figure BDA0002212536340000096
而实际操作时，为了后续傅立叶变换计算的需要，第一回波数据的采集是按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的离散数据。
需要说明的是，对于实际的成像系统，每个等效采样位置点对应一路收发通道，但各个收发通道可能存在幅相不一致性，因此实际成像系统各通道接收的数据表达式与可能与式(4)存在差异。为此，需要对实际成像系统各个收发通道接收的数据s(x接，y接，t)进行通道校准，消除通道不一致性对接收数据的影响，从而提高成像的精度。
因此，作为一种可选的实施方式，所述获取成像对象的第一回波数据，具体包括：
对所述解线频调信号s(x接，y接，t)进行校准，获得校准后的第一回波数据sJ(x接，y接，t)＝s(x接，y接，t)·c(x接，y接，t)；
其中，
Figure BDA0002212536340000101
sm(x接，y接，t)表示以与所述接收平面平行的平面金属校准板为成像对象时，在接收平面上采集的第一校准回波数据；sb(x接，y接，t)表示无所述成像对象时，在所述接收平面上的所述第一校准回波数据的采样位置采集的第二校准回波数据；sr(t)表示所述采样位置的中心位置采集的理论参考回波数据；
则对应的，所述对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)，包括：
对所述校准后的第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)。
在获取成像对象的第一回波数据后，由于式(4)被积分表达式中的最后1个相位项(即指数项
Figure BDA0002212536340000102
)会使信号的多普勒值有少许改变；同时，对于成像对象上的不同的目标点，对应的距离R值不同，因此目标回波信号的时间平移量2R/c不同。在对回波数据进行成像处理时，希望将上述两个影响去掉。为此，需要对解线频调信号s(x接，y接，t)进行相位补偿处理，得到sc(x接，y接，k)。
因此，作为一种可选的实施方式，所述对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)，具体包括：
对所述第一回波数据在t维进行快速傅立叶变换(FFT)，得到：
S(x接，y接，ξ)＝FFT[s(x接，y接，t)]，其中，ξ表示频率；
在ξ维对S(x接，y接，ξ)进行相位补偿，得到：
Figure BDA0002212536340000111
对Sc(x接，y接，ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换(IFFT)，得到：
Figure BDA0002212536340000112
令fd＝fc+γt，
Figure BDA0002212536340000113
则sc(x接，y接，t)表示为sc(x接，y接，k)＝∫∫∫f(x目，y目，z目)·e-j2kR/R·dx目·dy目·dz目 (7)
式(7)中的指数项e-j2kR/R是以目标点(x目，y目，z目)为球心的球面波信号表达式，它可以被分解为平面波信号的叠加。因此，利用这个分解关系对式(7)进行化简整理，可得：
Figure BDA0002212536340000114
其中，F(kx，ky，kz)＝FFT3D[f(x目，y目，z目)]，为f(x目，y目，z目)的三维快速傅立叶变换，上式中的IFFT2D[]表示关于kx，ky的二维逆快速傅立叶变换。kz由下式决定：
Figure BDA0002212536340000115
由式(8)可得：
Figure BDA0002212536340000116
其中，Sc(kx，ky，k)＝FFT2D[sc(x接，y接，k)]，为sc(x接，y接，k)关于(x接，y接)的二维快速傅立叶变换，数据Sc(kx，ky，k)在kx，ky，k方向均为均匀间隔采样，但对应地在kz方向不是均匀间隔采样。由于后续需要进行关于kx，ky，kz的三维逆快速傅立叶变换，要求kz方向均匀间隔采样，为此需要对Sc(kx，ky，k)进行Stolt插值，得到kz方向均匀间隔采样的Sc(kx，ky，kz)。为了提高Stolt插值精度，提高成像质量，可先在k方向对Sc(kx，ky，k)进行升采样处理，然后再进行Stolt插值。插值后，结合式(9)可以得到反演求得f(x目，y目,z目)的公式：
Figure BDA0002212536340000121
在已知回波数据的条件下，根据式(10)即可反演求得f(x目，y目,z目)。将归一化的f(x目，y目，z目)对应为图像灰度值，f(x目，y目,z目)即为对应的三维重建图像，将三维图像f(x目，y目，z目)沿z方向的最大值投影到x，y平面上，即可输出投影后的二维图像g(x，y)。
作为一种可选的插值实施方式，所述对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)，具体包括：
对Sc(kx，ky，k)在k维进行一维快速傅立叶变换，得到：
Γc(kx，ky，ξ)＝FFT[Sc(kx，ky，k)]；
对Γc(kx，ky，ξ)中频率ξ大于
Figure BDA0002212536340000122
的部分进行补零；其中，Δx为在所述接收平面上采样的x方向上的采样间距；
对补零后的Γc(kx，ky，ξ)进行逆快速傅立叶变换，得到升采样的Sc(kx，ky，k)；
基于线性插值方法，对升采样的Sc(kx，ky，k)在k维进行Stolt插值，得到在kx，ky，kz方向上呈等间隔采样的Sc(kx，ky，kz)。
在明了本发明的原理的基础上，下面以一个具体的实施例来进一步对本发明进行说明。
实施例一
本实施例中，一种主动毫米波成像方法，平面扫描三维主动毫米波成像系统模型如图3所示；主动毫米波成像系统的天线阵位于接收平面z＝Z1＝0处；接收平面上收发天线对的收发天线距离很小(与毫米波工作波长相当)，在计算时可近似用收发天线对的中点位置来等效收发天线位置。
实际主动毫米波的主要参数如下：
宽带线性调频信号的频率范围为27～32.8GHz，带宽B＝5.8GHz，线性调频信号的时宽Tp＝22μs，调频率
Figure BDA0002212536340000131
中心频率fc＝29.9GHz；
行方向(x方向)的等效采样间隔Δx＝5mm，采样点个数Nx＝157；
列方向(y方向)的等效采样间隔Δy＝5mm，采样点个数Ny＝400；
径向(z方向)的图像像素尺寸Δz＝4mm，图像像素个数Nz＝256；
每个等效采样点位置采集的解线频调信号数据的个数Nf＝220，采样时间间隔为Δt＝0.1μs，采样率10MSPS；
工作时，发射天线发射宽带线性调频信号，被目标物体(即成像对象)散射后一部分返回的回波信号被接收天线接收，然后对接收的宽带线性调频信号进行解线频调(dechirping)处理后得到对应中频信号，利用上述实施方式的成像方法对采样的解线频调信号进行处理成像。
本实例中测试了两种不同的目标，一种是条纹目标，如图4(a)所示，每个条纹长度为100mm，水平方向与斜方向各有5组条纹，竖直方向有6组条纹，各方向相邻组间间隔为50mm，每组内包含3个条纹，水平方向与斜方向5组条纹的组内条纹间隔从小到大依次为4mm，5mm，6mm，7mm，10mm，竖直方向6组条纹的组内条纹间隔从小到大依次为4mm，5mm，6mm，7mm，10mm，20mm；另一种是人体目标，如图5(a)所示，人身上藏有小菜刀、水果刀与手机等物品，这些物品在外衣内(方框区域所示)，从人体照片上看不出来。
利用上述实施方式的成像方法对采样的解线频调信号进行处理后成像。具体的，对条纹目标与人体目标的成像结果分别如图4(b)与图5(b)所示。从图4(b)可以看出系统在x方向与y方向的成像分辨率约为6mm；图5(b)中的人体像面部细节、人体携带的小菜刀、水果刀与手机都清晰可见，可以实现对人体所携带危险目标的成像检测。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本实施例的方法，首先获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000141
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000142
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。由于采用解线频调信号，信号收发的效率高；同时为了提高计算的效率，先通过相位补偿，后进行二维快速傅立叶变换，并为了后续进行三维逆快速傅立叶变换的需要，通过插值处理，使回波数据在kx，ky，kz方向上呈等间隔采样，后进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数。由于多次使用快速傅立叶变换来实现对解线频调信号进行处理，因此，成像处理速度快，使在保证成像质量的同时，提高了成像的效率，通过各步骤的配合，对回波数据进行了校准，使成像方法对成像硬件设备的参数误差与随机噪声相对不敏感，具有良好的容差能力与抗干扰能力。
实施例二
本实施例提供一种主动毫米波成像系统，参见图2，所述系统包括：
数据获取模块，用于获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接，y接，t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1，(x接，y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域；
补偿模块，用于对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接，y接，k)；其中，
Figure BDA0002212536340000151
fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；
变换模块，用于对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx，ky，k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；
插值模块，用于对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx，ky，kz)；其中，
Figure BDA0002212536340000152
逆变换模块，用于对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；
输出模块，用于输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
由于本实施例所介绍的主动毫米波成像系统为实施本申请实施例一种主动毫米波成像方法所采用的系统，故而基于本申请实施例中所介绍的主动毫米波成像的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的系统的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该系统如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中主动毫米波成像方法所采用的系统，都属于本申请所欲保护的范围。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种成像设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种主动毫米波成像方法，其特征在于，所述方法包括：
获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接,y接,t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1,(x接,y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域，所述解线频调信号的获得方法如下：
Figure FDA0003851642150000011
其中，
Figure FDA0003851642150000012
f(x目,y目,z目)为所述成像对象在(x目,y目,z目)处的散射系数，
Figure FDA0003851642150000013
表示所述成像对象的位置与所述接收平面等效收发位置的距离，Tp为所述解线频调信号的脉宽，j为虚数单位，fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；
对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接,y接,k)；其中，
Figure FDA0003851642150000014
所述相位补偿的实现方式如下：
对所述第一回波数据在t维进行快速傅立叶变换，得到：
S(x接,y接,ξ)＝FFT[s(x接,y接,t)]，其中，ξ表示频率，
在ξ维对S(x接,y接,ξ)进行相位补偿，得到：
Figure FDA0003851642150000015
对Sc(x接,y接,ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换，得到：
Figure FDA0003851642150000021
令fd＝fc+γt，
Figure FDA0003851642150000022
则sc(x接,y接,t)表示为
Figure FDA0003851642150000023
对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx,ky,k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；
对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx,ky,kz)；其中，
Figure FDA0003851642150000024
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；
输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx,ky,kz)，具体包括：
对Sc(kx,ky,k)在k维进行一维快速傅立叶变换，得到：
Γc(kx,ky,ξ)＝FFT[Sc(kx,ky,k)]；
对Γc(kx,ky,ξ)中频率ξ大于
Figure FDA0003851642150000025
的部分进行补零；其中，Δx为在所述接收平面上采样的x方向上的采样间距；
对补零后的Γc(kx,ky,ξ)进行逆快速傅立叶变换，得到升采样的Sc(kx,ky,k)；
基于线性插值方法，对升采样的Sc(kx,ky,k)在k维进行Stolt插值，得到在kx,ky,kz方向上呈等间隔采样的Sc(kx,ky,kz)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述成像对象的散射系数由下式得到：
Figure FDA0003851642150000026
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取成像对象的第一回波数据，具体包括：
对所述解线频调信号s(x接,y接,t)进行校准，获得校准后的第一回波数据sJ(x接,y接,t)＝s(x接,y接,t)·c(x接,y接,t)；
其中，
Figure FDA0003851642150000031
sm(x接,y接,t)表示以与所述接收平面平行的平面金属校准板为成像对象时，在接收平面上采集的第一校准回波数据；sb(x接,y接,t)表示无所述成像对象时，在所述接收平面上的所述第一校准回波数据的采样位置采集的第二校准回波数据；sr(t)表示所述采样位置的中心位置采集的理论参考回波数据；
所述对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接,y接,k)，包括：
对所述校准后的第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接,y接,k)。
5.一种主动毫米波成像系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取成像对象的第一回波数据；其中，所述第一回波数据包括按照预设采样时间间隔在接收平面上等间距采集的所述成像对象对应的解线频调信号s(x接,y接,t)，其中，所述接收平面和所述成像对象位于同一三维坐标系中，所述三维坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述接收平面为z＝Z1,(x接,y接)表示所述接收平面上的采样点位置坐标，t为时间域，所述解线频调信号的获得方法如下：
Figure FDA0003851642150000032
其中，
Figure FDA0003851642150000033
f(x目,y目,z目)为所述成像对象在(x目,y目,z目)处的散射系数，
Figure FDA0003851642150000034
表示所述成像对象的位置与所述接收平面等效收发位置的距离，Tp为所述解线频调信号的脉宽，j为虚数单位，fc为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的中心频率，γ为所述解线频调信号对应的宽带线性调频信号的调频率，c为光速；
补偿模块，用于对所述第一回波数据进行相位补偿，获得第二回波数据sc(x接,y接,k)；其中，
Figure FDA0003851642150000041
所述相位补偿的实现方式如下：
对所述第一回波数据在t维进行快速傅立叶变换，得到：
Figure FDA0003851642150000047
其中，ξ表示频率，
在ξ维对S(x接,y接,ξ)进行相位补偿，得到：
Figure FDA0003851642150000042
对Sc(x接,y接,ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换，得到：
Figure FDA0003851642150000043
令fd＝fc+γt，
Figure FDA0003851642150000044
则sc(x接,y接,t)表示为
Figure FDA0003851642150000045
变换模块，用于对所述第二回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第三回波数据Sc(kx,ky,k)；其中，kx表示k在x方向的分量，ky表示k在y方向的分量；
插值模块，用于对所述第三回波数据在k域进行插值，使插值后的所述第三回波数据在kz域呈等间隔采样分布，获得第四回波数据Sc(kx,ky,kz)；其中，
Figure FDA0003851642150000046
逆变换模块，用于对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行三维逆快速傅立叶变换，获得所述成像对象的散射系数；
输出模块，用于输出所述成像对象的散射系数，使所述散射系数生成重建图像。
6.一种可读存储介质，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1-4任一项所述方法的步骤。
7.一种成像设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111708023B (zh) * 2020-08-20 2020-11-06 湖南雷远电子科技有限公司 毫米波多发多收线阵的相位不一致性校正方法及成像系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019682B1 (en) * 2005-04-12 2006-03-28 Trex Enterprises Corp. Imaging millimeter wave radar system
JP2013181942A (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ミリ波イメージング装置
CN105699494A (zh) * 2015-12-28 2016-06-22 深圳市太赫兹科技创新研究院 毫米波全息三维成像检测系统和方法
CN106054183A (zh) * 2016-04-29 2016-10-26 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置
CN106546981A (zh) * 2016-10-24 2017-03-29 复旦大学 运动人体安检成像系统和方法
CN107942326A (zh) * 2017-11-14 2018-04-20 西南交通大学 一种具有高通用性的二维主动毫米波成像方法
CN108107431A (zh) * 2017-11-20 2018-06-01 西安电子科技大学 一种圆柱扫描sar三维成像快速实现方法
CN108227029A (zh) * 2017-12-26 2018-06-29 北京无线电计量测试研究所 一种毫米波成像补偿方法、设备和可读计算机存储介质
CN108318880A (zh) * 2018-01-26 2018-07-24 西安电子科技大学 一种运动误差参数化的极坐标sar成像方法
CN108957450A (zh) * 2018-07-10 2018-12-07 西安恒帆电子科技有限公司 一种毫米波雷达gpu实时三维成像方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019682B1 (en) * 2005-04-12 2006-03-28 Trex Enterprises Corp. Imaging millimeter wave radar system
JP2013181942A (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ミリ波イメージング装置
CN105699494A (zh) * 2015-12-28 2016-06-22 深圳市太赫兹科技创新研究院 毫米波全息三维成像检测系统和方法
CN106054183A (zh) * 2016-04-29 2016-10-26 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置
CN106546981A (zh) * 2016-10-24 2017-03-29 复旦大学 运动人体安检成像系统和方法
CN107942326A (zh) * 2017-11-14 2018-04-20 西南交通大学 一种具有高通用性的二维主动毫米波成像方法
CN108107431A (zh) * 2017-11-20 2018-06-01 西安电子科技大学 一种圆柱扫描sar三维成像快速实现方法
CN108227029A (zh) * 2017-12-26 2018-06-29 北京无线电计量测试研究所 一种毫米波成像补偿方法、设备和可读计算机存储介质
CN108318880A (zh) * 2018-01-26 2018-07-24 西安电子科技大学 一种运动误差参数化的极坐标sar成像方法
CN108957450A (zh) * 2018-07-10 2018-12-07 西安恒帆电子科技有限公司 一种毫米波雷达gpu实时三维成像方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Holographic imaging algorithm for millimeter wave imaging system with sparse antenna array";Chuan Lin等;《2017 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium (ACES)》;20170928;第1-2页 *
"Target Detection and Recognition Based on Active Millimeter-Wave Imaging System";Lu Shaobei等;《2019 IEEE 2nd International Conference on Electronics Technology (ICET)》;20190919;第74-77页 *
"主动毫米波安检系统中的三维成像算法研究";高田田;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》;20180215;全文 *
"主动毫米波成像技术研究";杨兆冰;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》;20190115;全文 *

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