CN113009480B - 一种成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据处理技术领域，公开了一种成像方法及系统。本发明的成像方法包括：通过发射器阵列发射涡旋波信号；其中，涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；通过接收器阵列接收涡旋波信号的回波信号，回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；通过滤波的方式，将回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离‑方位角‑俯仰角三维图像，解决了现有成像速度慢的问题。

Description

一种成像方法及系统
技术领域
本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种成像方法及系统。
背景技术
水下三维成像可以对水下目标进行多视角和高分辨的观测，在水下航行器避障、海底形貌测绘、石油管道检测等领域有着紧迫的应用需求和广泛的使用前景。
在水下三维成像时，通过发射涡旋波信号，接收回波信号，对回波信号进行处理，得到三维图像。
但是，采用现有的轨道角动量三维成像方法，成像速度慢。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种成像方法及系统，旨在解决现有技术中轨道角动量水下三维成像速度慢的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种成像方法，所述成像方法包括：
通过发射器阵列发射涡旋波信号；其中，所述涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，所述α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；
通过接收器阵列接收所述涡旋波信号的回波信号，所述回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；
通过滤波的方式，将所述回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；
对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
可选的，所述发射器阵列为包括N个发射器的发射器阵列，所述N为大于等于2的整数；
所述通过发射器阵列发射涡旋波信号的步骤，包括：
获取每阶轨道角动量信号对应的载频；
根据所述N确定每个所述发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位；
根据所述载频和所述初始相位，确定每个所述发射器对应的涡旋波信号；
通过所述发射器阵列中的每个发射器，发射对应的涡旋波信号。
可选的，所述发射器阵列为圆形发射器阵列，所述接收器阵列设置在所述圆形发射器阵列形成的圆圈内
可选的，所述接收器阵列呈螺旋形。
可选的，所述发射器阵列中的发射器为收发合置发射器；
所述通过接收器阵列接收所述涡旋波信号的回波信号的步骤，包括：
通过所述接收器阵列和所述发射器阵列接收所述涡旋波信号的回波信号。
可选的，对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像的步骤，包括：
基于波束成形，对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
可选的，所述基于波束成形，对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像的步骤，包括：
基于所述不同阶轨道角动量回波信号，对距离进行波束形成，以得到距离图像数据；
基于所述不同阶轨道角动量回波信号，分别对俯仰角和方位角进行波束形成，以得到初始俯仰角-方位角图像数据；
基于所述初始俯仰角-方位角图像数据，分别对俯仰角和方位角进行二次波束形成，以得到最终俯仰角-方位角图像数据；
根据所述距离图像数据和所述最终俯仰角-方位角图像数据，获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
此外，为实现上述目的，本发明还提出了一种成像系统，所述成像系统包括：发射器阵列、接收器阵列、以及成像器；
所述发射器阵列，用于发射涡旋波信号；其中，所述涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，所述α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；
所述接收器阵列，用于接收所述涡旋波信号的回波信号，所述回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；
所述成像器，用于通过滤波的方式，将所述回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
可选的，所述发射器阵列包括的发射器为收发合置发射器；
所述发射器阵列，还用于接收所述涡旋波信号的回波信号。
可选的，所述发射器阵列为包括N个发射器的发射器阵列，所述N为大于等于2的整数；所述发射器阵列还用于：
获取每阶轨道角动量信号对应的载频；
根据所述N确定每个所述发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位；
根据所述载频和所述初始相位，确定每个所述发射器对应的涡旋波信号；
通过所述发射器阵列中的每个发射器，发射对应的涡旋波信号。
本发明技术方案提出了一种成像方法及系统，通过发射器阵列发射涡旋波信号；其中，涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；通过接收器阵列接收涡旋波信号的回波信号，回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；通过滤波的方式，将回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像；解决了现有技术中水下三维成像速度慢的问题。
也即本发明技术方案中，采用不同载频同时发射不同阶轨道角动量信号并接收回波信号，对回波信号进行滤波，从而将回波信号中，载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号，对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，从而可以获得距离-方位角-俯仰角三维图像，实现了α阶轨道角动量信号的并行发射、接收、处理，相对于现有收发一阶轨道角动量的涡旋波信号，才能发射下一阶轨道角动量信号，在收发多阶轨道角动量信号后，对回波信号进行处理才能得到三维图像的方案而言，本发明技术方案中，成像速度更快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例方案涉及的成像设备结构示意图；
图2为本发明成像方法第一实施例的结构框图；
图3-1为本发明圆形发射器阵列的排列示意图；
图3-2为本发明圆形发射器阵列和接收器阵列的排列示意图
图4为本发明不同轨道角动量信号的幅值和相位示意图；
图5为本发明成像系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的成像设备结构示意图。
成像设备可以任意具备信号处理功能的电子设备，例如，可以是声呐等设备。
通常，成像设备包括：至少一个处理器101、存储器102以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的成像程序，所述成像程序配置为实现如下任一实施例所述的成像方法的步骤。
处理器101可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器101可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器101也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器101可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。处理器101还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关成像方法操作，使得成像方法模型可以自主训练学习，提高效率和准确度。
存储器102可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器102还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器102中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器101所执行以实现本申请中成像方法对应的步骤。
在一些实施例中，成像设备还可选包括有：通信接口103和至少一个外围设备。处理器101、存储器102和通信接口103之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与通信接口103相连。具体地，外围设备包括：射频电路104、显示屏105和电源106中的至少一种。
通信接口103可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器101和存储器102。在一些实施例中，处理器101、存储器102和通信接口103被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器101、存储器102和通信接口103中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
射频电路104用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路104通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路104将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路104包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路104可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：城域网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WIFI(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路104还可以包括NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。
显示屏105用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏105是触摸显示屏时，显示屏105还具有采集在显示屏105的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器101进行处理。此时，显示屏105还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，显示屏105可以为一个，电子设备的前面板；在另一些实施例中，显示屏105可以为至少两个，分别设置在电子设备的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，显示屏105可以是柔性显示屏，设置在电子设备的弯曲表面上或折叠面上。甚至，显示屏105还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。显示屏105可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。
电源106用于为电子设备中的各个组件进行供电。电源106可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源106包括可充电电池时，该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对成像设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有对应的程序，所述程序被处理器执行时实现如下文任一实施例所述成像方法对应的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
相关技术中，在进行水下三维成像时，通常是先发射第一阶轨道角动量的涡旋波信号并接收回波信号，再发射第二阶轨道角动量的涡旋波信号并接收回波信号，直到多阶轨道角动量的涡旋波信号均发射完成并接收到回波信号，才对回波信号进行处理以获得三维图像，从而导致三维成像速度慢。
为了解决上述技术问题，提出本发明的各个实施例。
成像方法实施例：
请参见图2所示，图2为本发明成像方法第一实施例的流程图。成像方法包括：
步骤S21：通过发射器阵列发射涡旋波信号。
应当理解的是，发射器阵列包括N个用于发射涡旋波的发射器，其中，N为大于等于2的整数，N的具体取值可以根据实际需要灵活设置。其中，发射器可以是换能器，在实际应用中，发射器可以根据具体应用场景做灵活调整。N个发射器能够同时独立地发射相同频率、相同幅值、但初始相位不同的信号。
需要说明的是，发射器阵列的排列形式可以根据实际需要灵活设置。在一些实施方式中，参见图3-1所示，发射器阵列可以为圆形发射器阵列，至少两个发射器分布在圆圈上。
本发明实施例中，通过发射器阵列中的每个发射器，发射涡旋波信号，其中，涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，不同阶轨道角动量信号的载频不同，相同阶轨道角动量信号的载频相同，α为大于等于2的整数(α的具体取值，可以根据实际需要灵活设置)。也就是说，本发明实施例中，通过采用不同载频同时发射不同阶轨道角动量信号，从而实现了多阶轨道角动量信号的并行发射，相比现有收发一阶轨道角动量信号后，再发射下一阶轨道角动量信号的方式，降低了多阶轨道角动量信号的发射时间。
其中，各阶轨道角动量信号对应的载频可以根据实际需要灵活设置，例如，可以第一阶轨道角动量信号的载频可以是200KHz(赫兹)；第二阶轨道角动量信号的载频可以是220KHz等。
需要说明的是，不同发射器发射的涡旋波信号不同，但是，每个发射器发射的涡旋波信号均包括α阶轨道角动量信号，并且，每个发射器发射的涡旋波信号中，不同阶轨道角动量信号的载频不同，不同发射器发射的涡旋波信号中，相同阶轨道角动量信号的载频相同。为了便于理解，此处，将第n个发射器发射的涡旋波信号记为
Figure BDA0002945518550000081
其中，n的取值范围为[1，N]，t为涡旋波信号发射时间，fm为第m阶轨道角动量信号的载频，m的取值范围为[1，α]，ymn(fm)为载频为fm的第n个发射器发射的涡旋波信号。从中可以看出，不同发射器对应的同一阶轨道角动量信号的载频相同，同一发射器对应的不同阶轨道角动量信号的载频不同。
在一些实施方式中，涡旋波信号可以为声波信号。
应当理解的是，在单独发射轨道角动量信号、和并行发射α阶轨道角动量信号时，其对应的幅值和相位分布不同。例如，参见图4所示，图4中，第一行为信号的幅值分布示意图，第二行为相位分布示意图，第一列为平面波的幅值和相位分布示意图，第二列为第一阶轨道角动量信号的幅值和相位分布示意图，第三列为包括12阶轨道角动量信号的幅值和相位分布示意图，由图可知，多阶轨道角动量信号并行发射的声场和普通平面波及单阶轨道角动量信号的声场具有不同的特征。
步骤S22：通过接收器阵列接收涡旋波信号的回波信号。
应当理解的是，本发明实施例中，接收器阵列包括至少两个用于接收回波信号的接收器，其中，接收器可以是换能器，在实际应用中，接收器可以根据具体应用场景做灵活调整。
需要说明的是，接收器阵列的设置位置可以根据实际需要灵活设置。在一些实施方式中，接收器阵列中的接收器可以均设置在圆形发射器阵列形成的圆圈外，或者，也可以部分设置在圆形发射器形成的圆圈外，部分设置在圆形发射器形成的圆圈内，或者，为了降低设备尺寸，接收器阵列中的接收器可以均设置在圆形发射器阵列形成的圆圈内。其中，接收器阵列的排列形式可以根据实际需要灵活设置，例如，接收器阵列中的接收器可以呈圆形排列(即圆形接收器阵列)，或者，接收器阵列中的接收器可以随机排列，或者，为了提升信号接收质量，接收器阵列中的接收器可以呈螺旋形排列，且接收器阵列设置在圆形接收器阵列形成的圆圈内，例如，参见图3-2所示，图3-2为发射器阵列和接收器阵列的排列方式示意图，其中，发射器阵列呈圆形，接收器阵列呈螺旋形，接收器阵列设置在发射器阵列形成的圆圈内。
本发明实施例中，发射涡旋波信号后，涡旋波信号在传输过程中，被物体反射，从而形成回波信号，因此，通过接收器阵列中的接收器，接收涡旋波信号的回波信号。由于涡旋波信号中包括α阶轨道角动量信号，因此，回波信号中包括α阶轨道角动量回波信号。
在一些实施方式中，为了提升信号接收质量，提升数据获取量，从而提升成像质量，发射器阵列中的发射器可以是收发合置发射器(即，即可以接收信号，又可以发射信号的发射器)，例如，可以是收发合置换能器，这样，在步骤S22中，可以通过接收器阵列和发射器阵列接收涡旋波信号的回波信号。
步骤S23：通过滤波的方式，将回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号。
需要说明的是，由于发射的涡旋波信号包括不同阶轨道角动量信号，且不同阶轨道角动量信号的载频不同，因此，接收到的回波信号也包括不同阶轨道角动量回波信号，且不同阶轨道角动量回波信号的载频不同。为了将不同阶轨道角动量回波信号分离，本发明实施例中，可以通过滤波器对接收到的回波信号进行滤波，以将回波信号中不同载频的信号分离，从而得到不同阶轨道角动量回波信号。例如，假设涡旋波信号中，包括2阶轨道角动量信号，第一阶轨道角动量信号的载频为200KHz，第二阶轨道角动量信号的载频为250KHz，则接收到的回波信号中，包括2阶轨道角动量回波信号，第一阶轨道角动量信号对应的第一阶轨道角动量回波信号的载频为200KHz，第二阶轨道角动量信号对应的第二阶轨道角动量回波信号的载频为250KHz，通过滤波器对回波信号进行滤波，从而可以将第一阶轨道角动量回波信号和第二阶轨道角动量回波信号分离，从而得到第一阶轨道角动量回波信号和第二阶轨道角动量回波信号。
步骤S24：对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
本发明实施例中，对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，从而可以得到距离-方位角-俯仰角三维图像。其中，处理方式可以根据实际需要灵活设置。
本发明实施例提供的成像方法，通过发射器阵列发射涡旋波信号；其中，涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；通过接收器阵列接收涡旋波信号的回波信号，回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；通过滤波的方式，将回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像，也就是说，本发明实施例中，采用不同载频同时发射不同阶轨道角动量信号并接收回波信号，对回波信号进行滤波，从而将回波信号中，载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号，对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，从而可以获得距离-方位角-俯仰角三维图像，实现了α阶轨道角动量信号的并行发射、接收、处理，相对于现有发射一阶轨道角动量的涡旋波信号并接收回波信号后，才能发射下一阶轨道角动量的涡旋波信号并接收回波信号，在多阶轨道角动量的涡旋波信号发射并接收回波信号后，对回波信号进行处理才能得到三维图像的方案而言，成像速度更快、刷新速度更高；例如，假设探测距离为100米、水下声速为1500m/s为例，则每阶轨道角动量信号的收发至少需要100*2/1500＝2/15s，按照现有成像方案而言，收发10阶轨道角动量的涡旋波信号，至少需要4/3s，即成像时间至少需要4/3s，成像的刷新帧率小于0.75Hz，而按照本发明实施例提供的方法，收发10阶轨道角动量信号，相当于收发1阶轨道角动量的涡旋波信号，即2/15s，从而大大降低成像时间，提高成像速度，提升三维图像刷新帧率。
基于第一实施例，提出本发明成像方法的第二实施例。本发明实施例中，步骤S22包括：
步骤S221：获取每阶轨道角动量信号对应的载频。
其中，每阶轨道角动量信号对应的载频可以根据实际需要灵活设置。
步骤S222：根据N确定每个发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位。
本发明实施例中，每个发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位不同，其中，可以根据N(即发射器阵列中发射器的数量)确定每个发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位。
在一些实施方式中，将第n个发射器对应的第m阶轨道角动量的初始相位记为
Figure BDA0002945518550000111
可以根据以下公式确定：
Figure BDA0002945518550000112
步骤S223：根据载频和初始相位，确定每个发射器对应的涡旋波信号。
其中，第n个发射器对应的涡旋波信号为：
Figure BDA0002945518550000113
其中，i为复数单位，exp为指数函数，
Figure BDA0002945518550000114
为第n个发射器对应的第m阶轨道角动量信号。
步骤S224：通过发射器阵列中的每个发射器，发射对应的涡旋波信号。
在确定每个发射器对应的涡旋波信号后，通过每个发射器，发射对应的涡旋波信号。例如，第一个发射器发射的涡旋波信号为s1(t)，第二个发射器发射的涡旋波信号为s2(t)。
值得注意的是，涡旋波信号的获得方式并不局限于上述的具体示例，在实际应用中，可以根据具体应用场景做灵活调整。
本发明实施例中，先获取每阶轨道角动量信号对应的载频，根据发射器的数量、发射器的序号、轨道角动量的阶数确定每个发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位，根据初始相位和载频，确定每个发射器对应的涡旋波信号，从而每个发射器发射对应的涡旋波信号，实现多阶轨道角动量信号的并行发射。
基于前述实施例，提出本发明成像方法的第三实施例。本发明实施例中，步骤S24包括：基于波束成形，对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
值得注意的是，距离-方位角-俯仰角三维图像的获取方式并不局限于上述的具体示例，在实际应用中，可以根据具体应用场景做灵活调整。
在一些实施方式中，为了得到分辨率更高的三维图像，步骤S24可以包括以下步骤：
步骤S241：基于不同阶轨道角动量回波信号，对距离进行波束形成，以得到距离图像数据。
基于不同阶轨道角动量回波信号，对距离进行波束形成，从而可以得到距离图像数据，其中，距离为成像装置与待探测物体之间的距离。
步骤S242：基于不同阶轨道角动量回波信号，分别对俯仰角和方位角进行波束形成，以得到初始俯仰角-方位角图像数据。
基于不同阶轨道角动量回波信号，对俯仰角进行第一次波束成形、对方位角进行第一次波束成形，从而得到初始俯仰角-方位角图像数据。
步骤S243：基于初始俯仰角-方位角图像数据，分别对俯仰角和方位角进行二次波束形成，以得到最终俯仰角-方位角图像数据。
基于初始俯仰角-方位角图像数据，对俯仰角进行第二次波束成形、对方位角进行第二次波束成形，从而得到最终俯仰角-方位角图像数据。
在一些实施方式中，步骤S243中，可以对任意一个方位，将初始俯仰角-方位角图像数据中的幅值向量与复合贝塞尔理论值比对，以求相关系数；然后，将初始俯仰角-方位角图像数据除以相关系数以进行放大，从而可以得到更高分辨率的俯仰角-方位角图像数据。
步骤S244：根据距离图像数据和最终俯仰角-方位角图像数据，获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
在获取距离图像数据和最终俯仰角-方位角图像数据后，即可根据距离图像数据和最终俯仰角-方位角图像数据，获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
本发明实施例提供的成像方法中，基于不同阶轨道角动量回波信号，进行两次波束成形，从而可以获取更高分辨率的距离-方位角-俯仰角三维图像。
基于前述成像方法实施例，提出一种成像系统，参见图5，图5为本发明实施例提供成像系统的结构框图，成像系统包括：发射器阵列51、接收器阵列52、以及成像器53。
其中，发射器阵列51，用于发射涡旋波信号；其中，涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同。
接收器阵列52，用于接收涡旋波信号的回波信号，回波信号包括α阶轨道角动量回波信号。
成像器53，用于通过滤波的方式，将回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
在一些实施方式中，发射器阵列51为包括N个发射器的发射器阵列，N为大于等于2的整数。发射器阵列51还用于：获取每阶轨道角动量信号对应的载频；根据N确定每个发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位；根据载频和初始相位，确定每个发射器对应的涡旋波信号；通过发射器阵列中的每个发射器，发射对应的涡旋波信号。具体的，请参见前述实施例，此处不再赘述。
在一些实施方式中，发射器阵列51为圆形发射器阵列，接收器阵列52设置在圆形发射器阵列形成的圆圈内。
在一些实施方式中，接收器阵列52呈螺旋形。
在一些实施方式中，发射器阵列51中的发射器为收发合置发射器，发射器阵列51还用于接收涡旋波信号的回波信号。
在一些实施方式中，成像器53还用于基于波束成形，对不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
在一些实施方式中，成像器53还用于基于不同阶轨道角动量回波信号，对距离进行波束形成，以得到距离图像数据；基于不同阶轨道角动量回波信号，分别对俯仰角和方位角进行波束形成，以得到初始俯仰角-方位角图像数据；基于初始俯仰角-方位角图像数据，分别对俯仰角和方位角进行二次波束形成，以得到最终俯仰角-方位角图像数据；根据距离图像数据和最终俯仰角-方位角图像数据，获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
本发明的成像系统采用了上述所有成像方法实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：
通过发射器阵列发射涡旋波信号；其中，所述涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，且不同阶轨道角动量信号并行发射，所述α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；
通过接收器阵列接收所述涡旋波信号的回波信号，所述回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；
通过滤波的方式，将所述回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；
对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
2.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述发射器阵列为包括N个发射器的发射器阵列，所述N为大于等于2的整数；
所述通过发射器阵列发射涡旋波信号的步骤，包括：
获取每阶轨道角动量信号对应的载频；
根据所述N确定每个所述发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位；
根据所述载频和所述初始相位，确定每个所述发射器对应的涡旋波信号；
通过所述发射器阵列中的每个发射器，发射对应的涡旋波信号。
3.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述发射器阵列为圆形发射器阵列，所述接收器阵列设置在所述圆形发射器阵列形成的圆圈内。
4.如权利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述接收器阵列呈螺旋形。
5.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述发射器阵列中的发射器为收发合置发射器；
所述通过接收器阵列接收所述涡旋波信号的回波信号的步骤，包括：
通过所述接收器阵列和所述发射器阵列接收所述涡旋波信号的回波信号。
6.如权利要求1-5任一项所述的成像方法，其特征在于，所述对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像的步骤，包括：
基于波束成形，对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
7.如权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述基于波束成形，对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像的步骤，包括：
基于所述不同阶轨道角动量回波信号，对距离进行波束形成，以得到距离图像数据；
基于所述不同阶轨道角动量回波信号，分别对俯仰角和方位角进行波束形成，以得到初始俯仰角-方位角图像数据；
基于所述初始俯仰角-方位角图像数据，分别对俯仰角和方位角进行二次波束形成，以得到最终俯仰角-方位角图像数据；
根据所述距离图像数据和所述最终俯仰角-方位角图像数据，获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
8.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：发射器阵列、接收器阵列、以及成像器；
所述发射器阵列，用于发射涡旋波信号；其中，所述涡旋波信号包括α阶轨道角动量信号，且不同阶轨道角动量信号并行发射，所述α为大于等于2的整数，不同阶轨道角动量信号的载频不同；
所述接收器阵列，用于接收所述涡旋波信号的回波信号，所述回波信号包括α阶轨道角动量回波信号；
所述成像器，用于通过滤波的方式，将所述回波信号中载频不同的信号分离，以得到不同阶轨道角动量回波信号；对所述不同阶轨道角动量回波信号进行处理，以获取距离-方位角-俯仰角三维图像。
9.如权利要求8所述的成像系统，其特征在于，所述发射器阵列包括的发射器为收发合置发射器；
所述发射器阵列，还用于接收所述涡旋波信号的回波信号。
10.如权利要求8所述的成像系统，其特征在于，所述发射器阵列为包括N个发射器的发射器阵列，所述N为大于等于2的整数；所述发射器阵列还用于：
获取每阶轨道角动量信号对应的载频；
根据所述N确定每个所述发射器对应的每阶轨道角动量信号的初始相位；
根据所述载频和所述初始相位，确定每个所述发射器对应的涡旋波信号；
通过所述发射器阵列中的每个发射器，发射对应的涡旋波信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117849882B (zh) * 2023-12-28 2024-06-18 山东科技大学 一种基于声涡旋技术的沉潜油探测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106886020A (zh) * 2017-03-06 2017-06-23 中国人民解放军国防科学技术大学 一种单天线接收条件下的电磁涡旋成像方法
CN110501707A (zh) * 2019-08-27 2019-11-26 中国人民解放军国防科技大学 基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法
CN112083430A (zh) * 2020-09-10 2020-12-15 天津水聿方舟海洋工程技术有限公司 一种适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10154253B2 (en) * 2016-08-29 2018-12-11 Disney Enterprises, Inc. Multi-view displays using images encoded with orbital angular momentum (OAM) on a pixel or image basis
WO2018125084A1 (en) * 2016-12-28 2018-07-05 Intel Corporation Orbital angular momentum-based multiplexing with shared antenna elements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106886020A (zh) * 2017-03-06 2017-06-23 中国人民解放军国防科学技术大学 一种单天线接收条件下的电磁涡旋成像方法
CN110501707A (zh) * 2019-08-27 2019-11-26 中国人民解放军国防科技大学 基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法
CN112083430A (zh) * 2020-09-10 2020-12-15 天津水聿方舟海洋工程技术有限公司 一种适用于轨道角动量三维成像声呐的旁瓣抑制方法

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