CN111257869B - 成像装置、方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

成像装置、方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN111257869B CN202010073002.9A CN202010073002A CN111257869B CN 111257869 B CN111257869 B CN 111257869B CN 202010073002 A CN202010073002 A CN 202010073002A CN 111257869 B CN111257869 B CN 111257869B
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Abstract

一种成像装置，应用于三维成像技术领域，包括：扫描装置和计算装置，所述扫描装置，用于根据预设坐标轴的方向扫描目标，并获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据，所述计算装置，用于将垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像，以及，将垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像进行拼接，得到所述目标的三维图像。本申请还公开了一种成像方法、电子设备及存储介质，可实时成像，降低数据处理的复杂度，缩短数据处理时间。

Description

成像装置、方法、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种成像装置、方法、电子设备及存储介质。
背景技术
现有毫米波以及太赫兹频段的三维成像设备，大多基于逐点扫描合成孔径或者二维阵列或者基于一维阵列以及其垂直方向直线机械扫描，这些方式获取回波数据格式较为复杂，处理其来耗时非常巨大，在保证成像精度的条件下即使是利用了速度最快的wk算法，也难以实现实时成像处理。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种成像装置、方法、电子设备及存储介质，可进行实时成像处理，缩短数据处理时间。
为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种成像装置，包括：
扫描装置和计算装置；
所述扫描装置，用于根据预设坐标轴的方向扫描目标，并获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据；
所述计算装置，用于将垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像，以及，将垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像沿所述预设坐标轴的方向进行拼接，得到所述目标的三维图像。
可选的，所述扫描装置包括：
发射阵列和接收阵列；
所述发射阵列，用于按照预设坐标轴的方向进行运动，并在运动过程中，每隔预设时长，所述发射阵列中的发射阵元依次发射宽带电磁波给目标，以使所述目标发生回波反射，得到来自所述目标的反射回波；
所述接收阵列，用于每当发射阵元发射宽带电磁波后，接收来自所述目标的反射回波，得到多组回波数据。
可选的，所述扫描装置还包括：
聚焦装置；
所述聚焦装置，用于当所述发射阵元发射宽带电磁波时，聚焦所述宽带电磁波，以及，当所述接收阵元接收所述反射回波时，聚焦所述反射回波。
可选的，所述将垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像包括：
获取垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据；
将每个平面上的回波数据输入预设成像公式进行成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像；
其中，建立三维直角坐标系，令所述预设坐标轴为y轴，则所述预设成像公式：
Figure BDA0002376865420000021
其中，x′是所述目标在y＝yi位置处的x轴上的坐标，z′是所述目标在y＝yi位置处的z轴上的坐标，
Figure BDA0002376865420000022
是在y＝yi位置处所述目标在成像空间中的反射系数，xt是所述发射阵列在x轴上的位置坐标，xr是所述接收阵列在x轴上的位置坐标，k是电磁波传播的波数，j是虚数，S(xt，xr，k)是在(xt，xr，k)处的回波数据。
本申请实施例第二方面提供一种成像方法，包括：
根据预设坐标轴的方向扫描目标，获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据；
将垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像；
将垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像沿所述预设坐标轴的方向进行拼接，得到所述目标的三维图像。
可选的，所述根据预设坐标轴的方向扫描目标，获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据包括：
按照预设坐标轴的方向进行运动，并在运动过程中，每隔预设时长，发射宽带电磁波给目标，以使所述目标发生回波反射，得到来自所述目标的反射回波；
每当发射宽带电磁波后，接收来自所述目标的反射回波，得到多组回波数据。
可选的，当发射宽带电磁波给目标时，聚焦所述宽带电磁波；
当接收来自所述目标的反射回波时，聚焦所述反射回波。
可选的，所述将垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像包括：
获取垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据；
将每个平面上的回波数据输入预设成像公式进行成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像；
其中，建立三维直角坐标系，令所述预设坐标轴为y轴，则所述预设成像公式：
Figure BDA0002376865420000031
其中，x′是所述目标在y＝yi位置处的x轴上的坐标，z′是所述目标在y＝yi位置处的z轴上的坐标，
Figure BDA0002376865420000041
是在y＝yi位置处所述目标在成像空间中的反射系数，xt是所述发射阵列在x轴上的位置坐标，xr是所述接收阵列在x轴上的位置坐标，k是电磁波传播的波数，j是虚数，s(xt，xr，k)是在(xt，xr，k)处的回波数据。
本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，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本申请实施例第二方面提供的成像方法。
本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第二方面提供的成像方法。
从上述本申请实施例可知，本申请提供的成像装置、方法、电子设备及存储介质，相较于现有技术，本申请利用一维MIMO阵列电扫描，结合另一个维度的聚焦装置实现实波束聚焦，大大简化了回波数据，降低了数据处理的复杂度，极大缩短了处理时间，可实现实时成像。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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他的附图。
图1为本申请一实施例提供的成像装置的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的成像装置的示意图；
图3为本申请一实施例提供的成像方法的流程示意图；
图4示出了一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的成像装置的结构示意图，该装置主要包括：扫描装置和计算装置20；
扫描装置，用于根据预设坐标轴的方向扫描目标100，并获取目标100垂直于该预设坐标轴的所有平面上的回波数据；
计算装置20，用于将垂直于该预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于该预设坐标轴的所有平面的二维图像，以及，将垂直于该预设坐标轴的所有平面的二维图像进行沿该预设坐标轴的方向拼接，得到目标100的三维图像。
更多的，控制扫描装置运动从而进行扫描的装置主要包括电机和机械传动结构，利用电机的旋转通过机械传动结构带动扫描装置进行预设坐标轴的方向的机械移动。
其中，该计算装置20可以内置于扫描装置中，或，在扫描装置外，具体不做限制。
其中，预设坐标轴方向是沿目标100轴线的方向。在本申请实施例中，如图2所示，将预设坐标轴方向以y轴为例，建立三维直角坐标系进行示意，其中，R为目标与扫描装置的距离。
在本申请其中一个实施例中，扫描装置包括：发射阵列和接收阵列；
发射阵列，用于按照预设坐标轴的方向进行运动，并在运动过程中，每隔预设时长，发射阵列中的发射阵元11依次发射宽带电磁波给目标100，以使目标100发生回波反射，得到来自目标100的反射回波；
接收阵列，用于每当发射阵元11发射宽带电磁波后，接收阵列中的所有接收阵元12均接收来自目标100的反射回波，得到多组回波数据。
可理解的，发射阵列中包括多个发射阵元11，接收阵列中包括多个接收阵元12。
更多的，相邻两个发射阵元11发射宽带电磁波的预设时长大于宽带电磁波的扫频时长。
更多的，相邻两个阵元之间保持一定间隔，且所有阵元均匀排布。其中，发射阵列中发射阵元11和接收阵列中接收阵元12的排列方式不做具体限制。示例性的，发射阵列位于中间，接收阵列中的接收阵元12位于发射阵列的两端，或者，接收阵列位于中间，发射阵列中的发射阵元11位于接收阵列的两端，或者，发射阵列和接收阵列各作为单独的一排前后排列，两排间隔一定的距离，但该距离远小于目标100距离，亦或发射接收位置互换等等。在本申请图2中，以接收阵列位于中间，发射阵列中的发射阵元11位于接收阵列的两端为例进行示意。
更多的，控制阵元工作状态可以采用时序开关，其主要包括：PC端上位机控制程序，下位机FPGA控制实现对应的时序输出及数据采集，以及驱动程序。
在本申请其中一个实施例中，扫描装置还包括：聚焦装置13；
聚焦装置13，用于当发射阵元11发射宽带电磁波时，聚焦宽带电磁波，以及，当接收阵元12接收反射回波时，聚焦反射回波。
其中，聚焦装置13可以是柱透镜、反射镜或f-θ透镜等，保证其作用在扫描方向起到聚焦效果即可。
在本申请其中一个实施例中，上述将垂直于该预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于该预设坐标轴的所有平面的二维图像包括：
获取垂直于预设坐标轴的每个平面上的回波数据；
将每个平面上的回波数据输入预设成像公式进行成像，得到垂直于预设坐标轴的所有平面的二维图像；
其中，建立三维直角坐标系，令预设坐标轴为y轴，则该预设成像公式：
Figure BDA0002376865420000071
其中，x′是目标100在y＝yi位置处的x轴上的坐标，z′是目标100在y＝yi位置处的z轴上的坐标，
Figure BDA0002376865420000072
是在y＝yi位置处目标100在成像空间中的反射系数，xt是发射阵列在x轴上的位置坐标，xr是接收阵列在x轴上的位置坐标，k是电磁波传播的波数，j是虚数，s(xt，xr，k)是在(xt，xr，k)处的回波数据。
相较于现有技术，本申请利用一维MIMO阵列电扫描，结合另一个维度的聚焦装置实现实波束聚焦，大大简化了回波数据，降低了数据处理的复杂度，极大缩短了处理时间，可实现实时成像。
请参阅图3，图3为本申请一实施例提供的成像方法的流程示意图，该方法可应用于具备图像扫描功能的电子设备中，电子设备包括：手机、平板电脑、手提电脑、智能手表、智能眼镜等可在移动中进行数据处理的电子设备以及台式计算机、一体机、智能电视机等非可在移动中进行数据处理的电子设备，该方法主要包括以下步骤：
S101、根据预设坐标轴的方向扫描目标，获取该目标垂直于该预设坐标轴的所有平面上的回波数据；
S102、将垂直于该预设坐标轴的每个平面上的回波数据分别进行二维成像，得到垂直于该预设坐标轴的所有平面的二维图像；
S103、将垂直于该预设坐标轴的所有平面的二维图像沿该预设坐标轴的方向进行拼接，得到该目标的三维图像。
在本申请其中一个实施例中，步骤S101包括：
按照预设坐标轴的方向进行运动，并在运动过程中，每隔预设时长，发射宽带电磁波给目标，以使所述目标发生回波反射，得到来自所述目标的反射回波；
每当发射宽带电磁波后，接收来自所述目标的反射回波，得到多组回波数据。
在本申请其中一个实施例中，当发射宽带电磁波给目标时，聚焦所述宽带电磁波；
当接收来自所述目标的反射回波时，聚焦所述反射回波。
在本申请其中一个实施例中，步骤S102包括：
获取垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据；
将每个平面上的回波数据输入预设成像公式进行成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像；
其中，建立三维直角坐标系，令所述预设坐标轴为y轴，则所述预设成像公式：
Figure BDA0002376865420000081
其中，x′是所述目标在y＝yi位置处的x轴上的坐标，z′是所述目标在y＝yi位置处的z轴上的坐标，
Figure BDA0002376865420000082
是在y＝yi位置处所述目标在成像空间中的反射系数，xt是所述发射阵列在x轴上的位置坐标，xr是所述接收阵列在x轴上的位置坐标，k是电磁波传播的波数，j是虚数，s(xt，xr，k)是在(xt，xr，k)处的回波数据。
在本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括：存储器、处理器及存储在所存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如前述图1至图2所示实施例中描述的成像方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以设置于上述各实施例中的电子设备中，该计算机可读存储介质可以是上述各实施例中设置在主控芯片和数据采集芯片中的存储单元。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述图1至图2所示实施例中描述的成像方法。
示例性的，电子设备可以为移动或便携式并执行无线通信的各种类型的计算机系统设备中的任何一种。具体的，电子设备可以为移动电话或智能电话(例如，基于iPhoneTM，基于Android TM的电话)，便携式游戏设备(例如Nintendo DS TM，PlayStationPortable TM，Gameboy Advance TM，iPhone TM)、膝上型电脑、PDA、便携式互联网设备、音乐播放器以及数据存储设备，其他手持设备以及诸如手表、耳机、吊坠、耳机等，电子设备还可以为其他的可穿戴设备(例如，诸如电子眼镜、电子衣服、电子手镯、电子项链、电子纹身、电子设备或智能手表的头戴式设备(HMD))。
电子设备还可以是多个电子设备中的任何一个，多个电子设备包括但不限于蜂窝电话、智能电话、其他无线通信设备、个人数字助理、音频播放器、其他媒体播放器、音乐记录器、录像机、照相机、其他媒体记录器、收音机、医疗设备、车辆运输仪器、计算器、可编程遥控器、寻呼机、膝上型计算机、台式计算机、打印机、上网本电脑、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、运动图像专家组(MPEG-1或MPEG-2)音频层3(MP3)播放器，便携式医疗设备以及数码相机及其组合。
如图4所示，电子设备50可以包括控制电路，该控制电路可以包括存储和处理电路30。该存储和处理电路30可以包括存储器，例如硬盘驱动存储器，非易失性存储器(例如闪存或用于形成固态驱动器的其它电子可编程限制删除的存储器等)，易失性存储器(例如静态或动态随机存取存储器等)等，本申请实施例不作限制。存储和处理电路30中的处理电路可以用于控制电子设备50的运转。该处理电路可以基于一个或多个微处理器，微控制器，数字信号处理器，基带处理器，功率管理单元，音频编解码器芯片，专用集成电路，显示驱动器集成电路等来实现。
存储和处理电路30可用于运行电子设备50中的软件，例如互联网浏览应用程序，互联网协议语音(Voice over Internet Protocol，VOIP)电话呼叫应用程序，电子邮件应用程序，媒体播放应用程序，操作系统功能等。这些软件可以用于执行一些控制操作，例如，基于照相机的图像采集，基于环境光传感器的环境光测量，基于接近传感器的接近传感器测量，基于诸如发光二极管的状态指示灯等状态指示器实现的信息显示功能，基于触摸传感器的触摸事件检测，与在多个(例如分层的)显示器上显示信息相关联的功能，与执行无线通信功能相关联的操作，与收集和产生音频信号相关联的操作，与收集和处理按钮按压事件数据相关联的控制操作，以及电子设备50中的其它功能等，本申请实施例不作限制。
电子设备50还可以包括输入-输出电路42。输入-输出电路42可用于使电子设备50实现数据的输入和输出，即允许电子设备50从外部设备接收数据和也允许电子设备50将数据从电子设备50输出至外部设备。输入-输出电路42可以进一步包括传感器32。传感器32可以包括环境光传感器，基于光和电容的接近传感器，触摸传感器(例如，基于光触摸传感器和/或电容式触摸传感器，其中，触摸传感器可以是触控显示屏的一部分，也可以作为一个触摸传感器结构独立使用)，加速度传感器，和其它传感器等。
输入-输出电路42还可以包括一个或多个显示器，例如显示器14。显示器14可以包括液晶显示器，有机发光二极管显示器，电子墨水显示器，等离子显示器，使用其它显示技术的显示器中一种或者几种的组合。显示器14可以包括触摸传感器阵列(即，显示器14可以是触控显示屏)。触摸传感器可以是由透明的触摸传感器电极(例如氧化铟锡(ITO)电极)阵列形成的电容式触摸传感器，或者可以是使用其它触摸技术形成的触摸传感器，例如音波触控，压敏触摸，电阻触摸，光学触摸等，本申请实施例不作限制。
电子设备50还可以包括音频组件36。音频组件36可以用于为电子设备50提供音频输入和输出功能。电子设备50中的音频组件36可以包括扬声器，麦克风，蜂鸣器，音调发生器以及其它用于产生和检测声音的组件。
通信电路38可以用于为电子设备50提供与外部设备通信的能力。通信电路38可以包括模拟和数字输入-输出接口电路，和基于射频信号和/或光信号的无线通信电路。通信电路38中的无线通信电路可以包括射频收发器电路、功率放大器电路、低噪声放大器、开关、滤波器和天线。举例来说，通信电路38中的无线通信电路可以包括用于通过发射和接收近场耦合电磁信号来支持近场通信(Near Field Communication，NFC)的电路。例如，通信电路38可以包括近场通信天线和近场通信收发器。通信电路38还可以包括蜂窝电话收发器和天线，无线局域网收发器电路和天线等。
电子设备50还可以进一步包括电池，电力管理电路和其它输入-输出单元40。输入-输出单元40可以包括按钮，操纵杆，点击轮，滚动轮，触摸板，小键盘，键盘，照相机，发光二极管和其它状态指示器等。
用户可以通过输入-输出电路42输入命令来控制电子设备50的操作，并且可以使用输入-输出电路42的输出数据以实现接收来自电子设备50的状态信息和其它输出。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本申请所提供的成像装置、方法、电子设备及存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种成像装置，其特征在于，包括：
扫描装置和计算装置；
所述扫描装置，包括发射阵列和接收阵列，用于根据预设坐标轴的方向扫描目标，并获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据；
所述计算装置，用于获取垂直于所述预设坐标轴的每个平面上的回波数据,
将每个平面上的回波数据输入预设成像公式进行成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像,其中，建立三维直角坐标系，令所述预设坐标轴为y轴，则所述预设成像公式：
Figure FDA0003471697500000011
其中，x′是所述目标在y＝yi位置处的x轴上的坐标，z′是所述目标在y＝yi位置处的z轴上的坐标，
Figure FDA0003471697500000012
是在y＝yi位置处所述目标在成像空间中的反射系数，xt是所述发射阵列在x轴上的位置坐标，xr是所述接收阵列在x轴上的位置坐标，k是电磁波传播的波数，j是虚数，s(xt,xr,k)是在(xt,xr,k)处的回波数据,
以及，将垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像沿所述预设坐标轴的方向进行拼接，得到所述目标的三维图像。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述扫描装置包括：
所述发射阵列，用于按照预设坐标轴的方向进行运动，并在运动过程中，每隔预设时长，所述发射阵列中的发射阵元依次发射宽带电磁波给目标，以使所述目标发生回波反射，得到来自所述目标的反射回波；
所述接收阵列，用于每当发射阵元发射宽带电磁波后，接收来自所述目标的反射回波，得到多组回波数据。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述扫描装置还包括：
聚焦装置；
所述聚焦装置，用于当所述发射阵元发射宽带电磁波时，聚焦所述宽带电磁波，以及，当所述接收阵列的接收阵元接收所述反射回波时，聚焦所述反射回波。
4.一种成像方法，其特征在于，包括：
根据预设坐标轴的方向扫描目标，获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据；
将每个平面上的回波数据输入预设成像公式进行成像，得到垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像,其中，建立三维直角坐标系，令所述预设坐标轴为y轴，则所述预设成像公式：
Figure FDA0003471697500000021
其中，x′是所述目标在y＝yi位置处的x轴上的坐标，z′是所述目标在y＝yi位置处的z轴上的坐标，
Figure FDA0003471697500000022
是在y＝yi位置处所述目标在成像空间中的反射系数，xt是发射阵列在x轴上的位置坐标，xr是接收阵列在x轴上的位置坐标，k是电磁波传播的波数，j是虚数，s(xt,xr,k)是在(xt,xr,k)处的回波数据；
将垂直于所述预设坐标轴的所有平面的二维图像沿所述预设坐标轴的方向进行拼接，得到所述目标的三维图像。
5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述根据预设坐标轴的方向扫描目标，获取所述目标垂直于所述预设坐标轴的所有平面上的回波数据包括：
按照预设坐标轴的方向进行运动，并在运动过程中，每隔预设时长，发射宽带电磁波给目标，以使所述目标发生回波反射，得到来自所述目标的反射回波；
每当发射宽带电磁波后，接收来自所述目标的反射回波，得到多组回波数据。
6.根据权利要求5所述的成像方法，其特征在于，当发射宽带电磁波给目标时，聚焦所述宽带电磁波；
当接收来自所述目标的反射回波时，聚焦所述反射回波。
7.一种电子设备，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计算机程序时，实现权利要求4至6中的任一项所述的成像方法中的各个步骤。
8.一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，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求4至6中的任一项所述的成像方法中的各个步骤。
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