近年來,針對機場等公共場合發(fā)生恐怖襲擊事件,以及毫米波所具有的穿透性和非電離性,一種安全有效的毫米波安檢成像技術(shù)應(yīng)運而生。本文以毫米波安檢成像為背景,主要研究了主動式近場毫米波成像算法,以及在此基礎(chǔ)上采用壓縮感知(Compressed Sensing,CS)理論對數(shù)據(jù)稀疏采樣重建成像。首先,本文針對平面天線陣列,改進了主動式近場毫米波成像算法。該算法在近場條件下,對成像數(shù)據(jù)做近似處理操作。采用鄰近聚焦再結(jié)合一致聚焦函數(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的匹配濾波函數(shù)和插值部分,這樣不僅確保了成像質(zhì)量,同時還提高了成像效率。其次,針對實際安檢成像系統(tǒng)中,大量天線陣列單元導(dǎo)致的掃描時間長、硬件成本高等問題,本文改進了兩種基于邊緣檢測的重建算法和模型。該算法是基于壓縮感知框架,將具有稀疏先驗特性的回波數(shù)據(jù),經(jīng)非相干性采樣得到少量數(shù)據(jù),就能大概率的恢復(fù)出原始圖像。對毫米波安檢成像系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要意義。兩種改進算法具體如下:(1)針對三維的毫米波回波數(shù)據(jù),改進了基于邊緣指導(dǎo)的壓縮感知重建(Edge-CS)算法,滿足了安全檢查對目標細節(jié)特征檢測的高要求。3D Edge-CS成像算法模型是在三維全變差(Total Variation,TV)的壓縮感知重建算法(3D CS-TV)的基礎(chǔ)上加以改進,因而相比3D CS-TV算法重建結(jié)果獲得邊緣細節(jié)更好,重構(gòu)圖像在采樣率為20%的情況下,誤差降低了23.12%。(2)由于所采用的梯度算子對噪聲非常敏感,會導(dǎo)致估計的邊緣信息不精確的問題,本文在3D Edge-CS算法的基礎(chǔ)上,給出了基于邊緣嵌套加權(quán)的稀疏成像算法模型,它是在獲取到邊緣信息的基礎(chǔ)上再結(jié)合邊緣位置的支撐權(quán)重學(xué)習。最終得到的重建圖像在采樣率為20%的情況下,誤差降低了13.64%。最后,本文所改進的算法分別針對性的解決了成像速度慢和硬件成本高的問題,通過大量的仿真實驗和實測實驗,證明了改進算法相比其他傳統(tǒng)算法在一定程度上表現(xiàn)出了可觀的優(yōu)勢,為后續(xù)主動毫米波安檢成像算法的實際應(yīng)用提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP391.41
【部分圖文】：

并由一維線陣列沿兩個半圓柱掃描的安檢成像系統(tǒng)—ProVision 和 SafeView，如圖1.1 所示。方位向分辨率可達到 5mm，徑向分辨率為 15mm，成像時間為 1.5s。該設(shè)備還采用了目標識別技術(shù)，可以有效辨認出原材料并保護了人體隱私[9]。目前已有 7個國家在機場安裝了該人體掃描儀。有文獻報道美國 L3 通信公司為提高人體掃描儀的成像質(zhì)量現(xiàn)正在研究 100GHz以上的安檢成像系統(tǒng)。圖 1.1 美國 L-3 通信公司的 ProVision 和 SafeView英國 Smiths Detection 公司研制的 Eqo 平板安檢系統(tǒng)[10]，如圖 1.2所示。該成像系統(tǒng)外觀與標準安檢門類似，采用的是純電子掃描平面天線陣列進行成像，有文獻指出該系統(tǒng)在 24GHz的準毫米波頻率下，使用單一源照射，將接收到的回波信號進行實時成像。

圖 1.2 英國 Smiths Detection 公司的 Eqo 成像系統(tǒng)e&Schwarz 公司基于平面多基稀疏矩陣技術(shù)和強大的數(shù)多收通道的工作模式，如圖 1.3 所示。該成像系統(tǒng)外觀0GHz，內(nèi)部集成了 3008Tx 和 3008Rx，系統(tǒng)成像速度達描中方位分辨率低于 2mm。

4圖 1.3 QPS100 系統(tǒng)（左）及其成像結(jié)果（右）米波成像系統(tǒng)雖然能夠獲得高分辨率圖像，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比實現(xiàn)。目前在國內(nèi)許多單位對主動安檢成像技術(shù)進行了研究[10-11]。年至今，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所從系統(tǒng)設(shè)計、成像算法等方成像進行了研究，并在國內(nèi)首次獲得真實的人體表面微波圖電計量測試研究所就著手研制主動式毫米波安檢系統(tǒng)樣機。段，成像分辨率達到 5mm，成像時間低于 5s/人次。深圳先進工作在35GHz頻率下的主動式成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)掃描完2 平時 200s，成像分辨率為 10.5mm[12-13]。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2852661