CN110736984B - 无插值三维主动毫米波成像方法及系统、成像设备 - Google Patents

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CN110736984B CN201910907971.7A CN201910907971A CN110736984B CN 110736984 B CN110736984 B CN 110736984B CN 201910907971 A CN201910907971 A CN 201910907971A CN 110736984 B CN110736984 B CN 110736984B
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Abstract

本发明公开了一种无插值三维主动毫米波成像方法及系统、储存介质、成像设备，结合傅立叶变换、解线频调相位补偿、并行计算等技术，基于宽带线性调频三维主动毫米波成像系统参数与采集到的实际测量数据实现三维成像；该方法不需要三维主动毫米波全息成像算法所用到的Stolt插值操作，避免了大量的插值运算及额外的插值误差，减少成像过程的计算量，可提高主动毫米波安检成像效率。

Description

无插值三维主动毫米波成像方法及系统、成像设备
技术领域
本发明涉及毫米波成像技术领域，尤其涉及一种无插值三维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。针对公共交通和重要场地对人体携带隐藏违禁品的安检需求，常规的技术手段(如金属探测与X光探测等)有其局限性，无法满足应用需求。由于毫米波/太赫兹探测具有空间分辨率高及穿透性好等优点，可以穿透衣物等物品的阻挡对隐蔽的违禁品进行快速成像，并且非电离对人体无害，是适用于人体安检的较理想的检测手段。
毫米波成像体制按成像系统是否辐射毫米波可分为两类，分别为被动毫米波(又称无源毫米波)成像和主动式毫米波(又称有源毫米波)成像。被动式成像系统利用毫米波/太赫兹辐射计探测被测目标的热辐射分布进行成像，对人体完全没有辐射，但其成像分辨率相对较低。主动毫米波成像系统发射一定功率(一般是毫瓦级)的毫米波/太赫兹信号照射被测目标，并利用接收机采集到的被测目标散射回的部分回波信号进行成像。相对于被动成像系统，主动成像系统获取的信息量更大，受环境因素影响小，可以实现三维成像，并且具有更好的成像质量，已成为目前最具潜力的人体隐匿物品成像技术之一。
目前的三维主动毫米波安检成像方法的成像效率已经得到一定程度的提升，但如何进一步提高成像效率，是亟待解决的问题。
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无插值三维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：
一种无插值三维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 BDA0002212531810000021
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；
基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；
对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；
对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)；
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 BDA0002212531810000022
其中，
Figure BDA0002212531810000031
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；RΔ＝R-Rref，Rref为所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，
Figure BDA0002212531810000032
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 BDA0002212531810000033
对Sc(x接，y接，ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换(IFFT)，化简得到：
Figure BDA0002212531810000034
令fd＝fc+γt，
Figure BDA0002212531810000035
则sc(x接，y接，t)表示为：
Figure BDA0002212531810000036
可选的，所述基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)，具体包括：
Figure BDA0002212531810000037
可选的，所述对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)，具体包括：
Figure BDA0002212531810000041
其中，kz表示k在z方向的分量，
Figure BDA0002212531810000042
可选的，对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx，ky，k)，还包括：
对不同的k，采用并行计算的方式同时对所述第三回波数据进行关于x接和y接的二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx，ky，k)。
可选的，所述对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)，还包括：
针对不同的k和z目，采用并行计算的方式同时对所述第四回波数据进行补偿处理及关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)。
另一方面，本申请通过本申请的另一实施例提供一种无插值三维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 BDA0002212531810000043
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；
修正模块，用于基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；
傅立叶变换模块，用于对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；
逆傅立叶变换模块，用于对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；
累加模块，用于对波数k对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)；
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散射的解线频调信号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；然后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 BDA0002212531810000051
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；基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)。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，该成像方法直接在波数域(k域)进行计算，不需要在k域进行插值操作，避免了大量的插值运算，减少成像过程的计算量，从而可进一步提高成像效率。
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无插值三维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无插值三维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。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种无插值三维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的成像效率无法进一步提高的技术问题。
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：
一种无插值三维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；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)；基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx，ky，k)；对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)；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，对本发明的方法做完整的阐述。
参见图1，本实施例中的一种无插值三维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 BDA0002212531810000081
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、基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；
S104、对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；
S105、对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；
S106、对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)；
S107、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 BDA0002212531810000091
其中，
Figure BDA0002212531810000092
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 BDA0002212531810000093
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 BDA0002212531810000094
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 BDA0002212531810000095
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。
取参考信号为：
Figure BDA0002212531810000096
其中，Rref为所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离；Tref为参考信号的脉宽，大于Tp，以确保检测范围内的接收信号sr(x接，y接，t)区间在参考信号sref(t)区间内。
参考信号用于将解线频调信号的频率范围搬移到合适的区间，使对应的解线频调信号的频率相对比较低，更适合采样。
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，接收天线在接收平面上的(x接，y接)处接收的解线频调信号为：
Figure BDA0002212531810000101
其中，RΔ＝R-Rref，Rref为所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，其取值范围为0到最大测量距离，最大测量距离即接收平面到目标物体最远点的距离；
Figure BDA0002212531810000102
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。
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。即在x方向按照采样间距Δx，在y方向按照采样间距Δy，进行等间距采样。
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 BDA0002212531810000103
)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2RΔ/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，得到：
S(x接，y接，ξ)＝FFT[s(x接，y接，t)] (5)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 BDA0002212531810000104
对Sc(x接，y接，ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换，化简得到：
Figure BDA0002212531810000111
令fd＝fc+γt，
Figure BDA0002212531810000112
则sc(x接，y接，t)表示为：
Figure BDA0002212531810000113
基于后向投影(back projection，BP)原理，可以得到在k与z目值条件下的fk(x目，y目，z目)重建表达式：
Figure BDA0002212531810000114
其中，
Figure BDA0002212531810000115
将式(9)中的指数项ej2kR分解为平面波信号的叠加(同样忽略掉幅值衰减系数)，可得：
Figure BDA0002212531810000116
其中，kz表示k在z方向的分量，即空间波数域中沿坐标轴z方向的波数分量，满足：
Figure BDA0002212531810000117
将式(11)代入式(9)化简得：
Figure BDA0002212531810000118
其中，
Figure BDA0002212531810000119
是sd(x接，y接，k)的关于x接，y接的二维快速傅立叶变换，IFFT2D[]是表示关于kx，ky的二维逆快速傅立叶变换，对第五回波数据中的宽带内不同波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，即可获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)：/>
Figure BDA0002212531810000121
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)。
从上述的方法原理可知，由于对于不同的k，fk(x目，y目，z目)可以分别计算，因此可采用并行计算的方式同时计算不同波数k所对应的fk(x，y，z)，作为一种可选的实施方式，所述对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)，还包括：
针对不同的k和z目，采用并行计算的方式同时对所述第四回波数据进行补偿处理及关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)
同理，对不同的k，采用并行计算的方式同时对所述第三回波数据进行关于x接和y接的二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx，ky，k)。
可大幅度提高成像过程的计算效率，减少计算时间，显著提高成像效率。
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，一种无插值三维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＝11μs，调频率
Figure BDA0002212531810000131
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＝4.08mm，采样点个数Ny＝157；
径向(z方向)的图像像素尺寸Δz＝4mm，图像像素个数Nz＝256；
解线频调过程所用的参考距离Rref＝0.39m；
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＝0.05μs，采样率20MSPS；
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，成像对象为金属条与钳子，金属条粘贴在塑料泡沫表面，两个大小不同的钳子倒插在塑料泡沫上，钳子与金属条不在一个平面上，如图4(a)所示。
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，对金属条与钳子目标的成像结果如图4(b)所示，图中金属条与其背后两个倒插的钳子都清晰可见，可以实现对上述目标的成像检测。
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散射的解线频调信号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，t为时间域；然后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 BDA0002212531810000141
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；基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)。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，该成像方法直接在波数域(k域)进行计算，不需要在k域进行插值操作，避免了大量的插值运算，减少成像过程的计算量，从而可进一步提高成像效率。
实施例二
本实施例提供一种无插值三维主动毫米波成像系统，参见图2，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，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 BDA0002212531810000142
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；
修正模块，用于基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接，y接，k)；
傅立叶变换模块，用于对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；
逆傅立叶变换模块，用于对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目，y目，z目)；
累加模块，用于对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目，y目，z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目，y目，z目)；
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无插值三维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)

1.一种无插值三维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；
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 FDA0004054108500000011
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；
基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接,y接,k)；
对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；
对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目,y目,z目)；其中，(x目,y目,z目)表示所述成像对象的坐标；
对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目,y目,z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目,y目,z目)；
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；
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，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 FDA0004054108500000026
其中，j为虚数单位；
对Sc(x接,y接,ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换，得到：
Figure FDA0004054108500000021
其中，Tp为所述解线频调信号的脉宽；
令fd＝fc+γt，
Figure FDA0004054108500000022
则sc(x接,y接,t)表示为：
Figure FDA0004054108500000023
其中，RΔ＝R-Rref，Rref为所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，/>
Figure FDA0004054108500000024
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；
所述对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx,ky,k)，还包括：
对不同的k，采用并行计算的方式同时对所述第三回波数据进行关于x接和y接的二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx,ky,k)；
所述对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目,y目,z目)，还包括：
针对不同的k和z目，采用并行计算的方式同时对所述第四回波数据进行补偿处理及关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目,y目,z目)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解线频调信号，具体包括：
Figure FDA0004054108500000025
其中，
Figure FDA0004054108500000031
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。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接,y接,k)，具体包括：
Figure FDA0004054108500000032
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目,y目,z目)，具体包括：
Figure FDA0004054108500000033
其中，kz表示k在z方向的分量，
Figure FDA0004054108500000034
5.一种无插值三维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；
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 FDA0004054108500000035
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；
修正模块，用于基于所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，对所述第二回波数据进行修正，获得第三回波数据sd(x接,y接,k)；
傅立叶变换模块，用于对所述第三回波数据在所述接收平面上进行二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(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；
逆傅立叶变换模块，用于对所述第四回波数据进行补偿处理后，进行关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目,y目,z目)；其中，(x目,y目,z目)表示所述成像对象的坐标；
累加模块，用于对所述第五回波数据中不同的波数k值对应的fk(x目,y目,z目)进行累加，获得所述成像对象的散射系数f(x目,y目,z目)；
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；
所述补偿模块，具体用于：
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 FDA0004054108500000041
其中，j为虚数单位；
对Sc(x接,y接,ξ)在ξ维进行逆快速傅立叶变换，得到：
Figure FDA0004054108500000042
其中，Tp为所述解线频调信号的脉宽；
令fd＝fc+γt，
Figure FDA0004054108500000043
则sc(x接,y接,t)表示为：
Figure FDA0004054108500000044
其中，RΔ＝R-Rref，Rref为所述解线频调信号在解线频调过程中所用的参考距离，/>
Figure FDA0004054108500000045
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；
所述傅立叶变换模块，还用于：
对不同的k，采用并行计算的方式同时对所述第三回波数据进行关于x接和y接的二维快速傅立叶变换，获得第四回波数据Sd(kx,ky,k)；
所述逆傅立叶变换模块，还用于：
针对不同的k和z目，采用并行计算的方式同时对所述第四回波数据进行补偿处理及关于kx和ky的二维逆快速傅立叶变换，获得第五回波数据fk(x目,y目,z目)。
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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