主动毫米波安检成像算法研究

发布时间：2020-10-23 06:21

　　 近年来,针对机场等公共场合发生恐怖袭击事件,以及毫米波所具有的穿透性和非电离性,一种安全有效的毫米波安检成像技术应运而生。本文以毫米波安检成像为背景,主要研究了主动式近场毫米波成像算法,以及在此基础上采用压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论对数据稀疏采样重建成像。首先,本文针对平面天线阵列,改进了主动式近场毫米波成像算法。该算法在近场条件下,对成像数据做近似处理操作。采用邻近聚焦再结合一致聚焦函数来代替传统的匹配滤波函数和插值部分,这样不仅确保了成像质量,同时还提高了成像效率。其次,针对实际安检成像系统中,大量天线阵列单元导致的扫描时间长、硬件成本高等问题,本文改进了两种基于边缘检测的重建算法和模型。该算法是基于压缩感知框架,将具有稀疏先验特性的回波数据,经非相干性采样得到少量数据,就能大概率的恢复出原始图像。对毫米波安检成像系统的优化具有重要意义。两种改进算法具体如下:(1)针对三维的毫米波回波数据,改进了基于边缘指导的压缩感知重建(Edge-CS)算法,满足了安全检查对目标细节特征检测的高要求。3D Edge-CS成像算法模型是在三维全变差(Total Variation,TV)的压缩感知重建算法(3D CS-TV)的基础上加以改进,因而相比3D CS-TV算法重建结果获得边缘细节更好,重构图像在采样率为20%的情况下,误差降低了23.12%。(2)由于所采用的梯度算子对噪声非常敏感,会导致估计的边缘信息不精确的问题,本文在3D Edge-CS算法的基础上,给出了基于边缘嵌套加权的稀疏成像算法模型,它是在获取到边缘信息的基础上再结合边缘位置的支撑权重学习。最终得到的重建图像在采样率为20%的情况下,误差降低了13.64%。最后,本文所改进的算法分别针对性的解决了成像速度慢和硬件成本高的问题,通过大量的仿真实验和实测实验,证明了改进算法相比其他传统算法在一定程度上表现出了可观的优势,为后续主动毫米波安检成像算法的实际应用提供了新的思路。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP391.41
【部分图文】：

并由一维线阵列沿两个半圆柱扫描的安检成像系统—ProVision 和 SafeView，如图1.1 所示。方位向分辨率可达到 5mm，径向分辨率为 15mm，成像时间为 1.5s。该设备还采用了目标识别技术，可以有效辨认出原材料并保护了人体隐私[9]。目前已有 7个国家在机场安装了该人体扫描仪。有文献报道美国 L3 通信公司为提高人体扫描仪的成像质量现正在研究 100GHz以上的安检成像系统。图 1.1 美国 L-3 通信公司的 ProVision 和 SafeView英国 Smiths Detection 公司研制的 Eqo 平板安检系统[10]，如图 1.2所示。该成像系统外观与标准安检门类似，采用的是纯电子扫描平面天线阵列进行成像，有文献指出该系统在 24GHz的准毫米波频率下，使用单一源照射，将接收到的回波信号进行实时成像。

图 1.2 英国 Smiths Detection 公司的 Eqo 成像系统e&Schwarz 公司基于平面多基稀疏矩阵技术和强大的数多收通道的工作模式，如图 1.3 所示。该成像系统外观0GHz，内部集成了 3008Tx 和 3008Rx，系统成像速度达描中方位分辨率低于 2mm。

4图 1.3 QPS100 系统（左）及其成像结果（右）米波成像系统虽然能够获得高分辨率图像，但是系统结构比实现。目前在国内许多单位对主动安检成像技术进行了研究[10-11]。年至今，中国科学院电子学研究所从系统设计、成像算法等方成像进行了研究，并在国内首次获得真实的人体表面微波图电计量测试研究所就着手研制主动式毫米波安检系统样机。段，成像分辨率达到 5mm，成像时间低于 5s/人次。深圳先进工作在35GHz频率下的主动式成像系统，该系统扫描完2 平时 200s，成像分辨率为 10.5mm[12-13]。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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4 温鑫;黄培康;年丰;杨于杰;冯克明;;主动式毫米波近距离圆柱扫描三维成像系统[J];系统工程与电子技术;2014年06期

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9 刘记红;徐少坤;高勋章;黎湘;庄钊文;;压缩感知雷达成像技术综述[J];信号处理;2011年02期

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相关博士学位论文 前1条

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相关硕士学位论文 前4条

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2 张燕洪;毫米波主动成像在人体隐匿违禁物品检查中的应用[D];南京理工大学;2015年

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本文编号：2852661