近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法，該方法通過構建三維的NUFFT矩陣，將其應用到近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的借助空間頻率內插的數(shù)字重建算法中，從而實現(xiàn)重構過程中計算誤差的減小以及計算時間的減少。本發(fā)明能夠有效的提高成像系統(tǒng)的成像質量以及減少系統(tǒng)的計算時間。
【專利說明】近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法。
【背景技術】
[0002]插值運算是近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)圖像重構過程中引入計算誤差最大、計算時間最長的步驟，如何有效地減小插值過程中引入的誤差以及減少系統(tǒng)的計算時間成為近距離主動式毫米波圓柱掃描成像的關鍵技術。
[0003]目前，已經(jīng)申請和相關的學術論文中采用的三維圖象重構的算法有基于近似方法的重構算法、波前重構算法以及基于壓縮感知的重構算法。基于近似方法的重構算法包含極坐標格式處理，距離多普勒成像，所依據(jù)的近似值限制了目標區(qū)域的尺寸、雷達頻率或者合成孔徑范圍?；诮品椒ǖ闹貥嬎惴▽脳l件的限制，使得它的應用范圍有限，而且不適合成像精度要求較高的場合。目前，主要的波前重建方法有:借助空間頻率內插的數(shù)字重建、通過距離堆積實現(xiàn)數(shù)字重建以及通過時域相關和后向投影實現(xiàn)的數(shù)字重建。借助空間頻率內插的數(shù)字重建是通過空間頻率域內插完成樣本點的均勻分布，空間頻率域內的插值將導致空間域重建圖像的邊沿退化。由于借助空間頻率內插的數(shù)字重建的運算量小，適合實時運算的條件，所以該成像算法被大量的使用。距離堆積實現(xiàn)數(shù)字重建算法將測量信號傅立葉變換與對應距離上的基準信號的傅立葉變換進行匹配濾波等重復運算來覆蓋整個目標區(qū)域。距離堆積算法不需要插值，因此不受截斷誤差的影響，而且，還不包括離散傅立葉變換的交疊誤差，然而，距離堆積的實現(xiàn)要比借助空間頻率內插的數(shù)字重建方法更耗時，這限制了該算法在實際成像系統(tǒng)中的應用。時域相關和后向投影實現(xiàn)的數(shù)字重建算法是利用移變?yōu)V波器對采樣信號進行卷積運算來實現(xiàn)重構的。時域相關(TDC)成像方法的基本原理只不過是匹配濾波的相關實現(xiàn)，使給定柵格點上的采樣信號特征與快時間域和慢時間域中所測得的數(shù)據(jù)相關起來，結果就是該柵格點反射率的測量。TDC方法的主要缺點是計算成本高，這是由于為相關進行的離散求和，以及過采樣造成的。后向投影算法為了形成空間域內給定柵格點的目標函數(shù)，對于所有合成孔徑位置，我們可將與該點位置相對應的快時間域單元上的數(shù)據(jù)相干相加。實現(xiàn)過程中，必須對快時間域匹配濾波后的信號離散快時間域采樣進行插值，若不采用足夠精確的插值，就會造成高分辨率信息的損失。壓縮感知的重構算法是一種充分利用信號稀疏性或可壓縮性的信號獲取和重構理論，壓縮感知應用于成像的三個關鍵點是分析雷達回波數(shù)據(jù)，建立信號的稀疏模型；構造非相干測量矩陣，確定合理的觀測模型；利用壓縮采樣結果，設計有效穩(wěn)健的重構算法。由于雷達目標散射體是沖擊脈沖、階躍函數(shù)、doublets等組合的集合，限制了信號的稀疏假設，以及面對實際復雜多變的目標，該重構算法是否適合近距離主動式毫米波三維成像場合仍需要進一步研究。

【發(fā)明內容】

[0004]針對以上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法，以提高成像系統(tǒng)的成像質量和減少系統(tǒng)的計算時間。[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0006]近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法包括如下步驟:
[0007]S1.對成像系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)沿著Θ和z方向進行二維傅立葉變換；
[0008]S2.對步驟I的結果進行相位補償；
[0009]S3.對步驟2的結果沿著Θ方向進行逆傅立葉變換；
[0010]S4.沿著2k#os Θ，2krsin Θ以及kz的采樣位置，建立NUFFT三維矩陣；
[0011]S5.根據(jù)步驟4建立的NUFFT三維矩陣，對步驟3的結果進行三維逆傅立葉變換。
[0012]所述步驟I進行傅里葉變換，得到數(shù)據(jù)S(?，ξ，kz)。
[0013]所述步驟2相位補償時，將S(?，ξ，10乘以相位補償因子
【權利要求】
1.近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法，其特征在于，該重構方法包括如下步驟: 51.對成像系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)沿著Θ和Z方向進行二維傅立葉變換； 52.對步驟I的結果進行相位補償； 53.對步驟2的結果沿著Θ方向進行逆傅立葉變換； 54.沿著2krCosΘ，2krsin Θ以及kz的采樣位置，建立NUFFT三維矩陣； 55.根據(jù)步驟4建立的NUFFT三維矩陣，對步驟3的結果進行三維逆傅立葉變換。
2.根據(jù)權利要求1所述的近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法，其特征在于，所述步驟I進行傅里葉變換，得到數(shù)據(jù)S(?，ξ，kz)。
3.根據(jù)權利要求1所述的近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法，其特征在于，所述步驟2相位補償時，將S(?，ξ，10乘以相位補償因子，其中R為成像系統(tǒng)的掃描半徑，ku = toe定義為波數(shù)，

4.根據(jù)權利要求1所述的近距離主動式毫米波圓柱掃描成像系統(tǒng)的免插值重構方法，其特征在于，所述步驟4三維逆傅立葉變換包括: 1)利用第四步的結果計算傅立葉系數(shù)Ynxnxn=Σ XnxnxnXF。(2krCos θ，2krsin θ，kζ)； 2)利用三維傅立變換對Ynxnxn進行運算得到σ丨(x,y, z)； 3)對σ' (X，y, z)進行變標處理σ (x，y，z) = o ' (x, y, z).S4得到目標三維空間散射強度分布σ (x，y，z)，即完成了目標的三維重建。
【文檔編號】G01S17/89GK103630907SQ201310716710
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】溫鑫, 方維海, 費鵬, 年豐 申請人:北京無線電計量測試研究所