近年來(lái),針對(duì)機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)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(yùn)而生。本文以毫米波安檢成像為背景,主要研究了主動(dòng)式近場(chǎng)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(duì)數(shù)據(jù)稀疏采樣重建成像。首先,本文針對(duì)平面天線陣列,改進(jìn)了主動(dòng)式近場(chǎng)毫米波成像算法。該算法在近場(chǎng)條件下,對(duì)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(lái)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(shí)還提高了成像效率。其次,針對(duì)實(shí)際安檢成像系統(tǒng)中,大量天線陣列單元導(dǎo)致的掃描時(shí)間長(zhǎng)、硬件成本高等問(wèn)題,本文改進(jìn)了兩種基于邊緣檢測(cè)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(yàn)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(duì)毫米波安檢成像系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要意義。兩種改進(jìn)算法具體如下:(1)針對(duì)三維的毫米波回波數(shù)據(jù),改進(jìn)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(duì)目標(biāo)細(xì)節(jié)特征檢測(cè)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(jìn),因而相比3D CS-TV算法重建結(jié)果獲得邊緣細(xì)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(duì)噪聲非常敏感,會(huì)導(dǎo)致估計(jì)的邊緣信息不精確的問(wèn)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(xí)。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(jìn)的算法分別針對(duì)性的解決了成像速度慢和硬件成本高的問(wèn)題,通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn),證明了改進(jìn)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(shì),為后續(xù)主動(dòng)毫米波安檢成像算法的實(shí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TP391.41
【部分圖文】：

并由一維線陣列沿兩個(gè)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(dá)到 5mm，徑向分辨率為 15mm，成像時(shí)間為 1.5s。該設(shè)備還采用了目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，可以有效辨認(rèn)出原材料并保護(hù)了人體隱私[9]。目前已有 7個(gè)國(guó)家在機(jī)場(chǎng)安裝了該人體掃描儀。有文獻(xiàn)報(bào)道美國(guó) 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(guó) L-3 通信公司的 ProVision 和 SafeView英國(guó) 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(biāo)準(zhǔn)安檢門(mén)類(lèi)似，采用的是純電子掃描平面天線陣列進(jìn)行成像，有文獻(xiàn)指出該系統(tǒng)在 24GHz的準(zhǔn)毫米波頻率下，使用單一源照射，將接收到的回波信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。

圖 1.2 英國(guó) 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(qiáng)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(dá)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(shí)現(xiàn)。目前在國(guó)內(nèi)許多單位對(duì)主動(dòng)安檢成像技術(shù)進(jìn)行了研究[10-11]。年至今，中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成像算法等方成像進(jìn)行了研究，并在國(guó)內(nèi)首次獲得真實(shí)的人體表面微波圖電計(jì)量測(cè)試研究所就著手研制主動(dòng)式毫米波安檢系統(tǒng)樣機(jī)。段，成像分辨率達(dá)到 5mm，成像時(shí)間低于 5s/人次。深圳先進(jìn)工作在35GHz頻率下的主動(dòng)式成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)掃描完2 平時(shí) 200s，成像分辨率為 10.5mm[12-13]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 費(fèi)鵬;方維海;溫鑫;年豐;黃培康;;用于人員安檢的主動(dòng)毫米波成像技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J];微波學(xué)報(bào);2015年02期

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3 李志豪;溫亞珍;;主動(dòng)毫米波成像技術(shù)在公共安全領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J];紅外;2014年07期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

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2 張燕洪;毫米波主動(dòng)成像在人體隱匿違禁物品檢查中的應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2015年

3 徐蕊娟;基于壓縮感知的毫米波成像超分辨重建算法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

4 徐梓翔;基于壓縮感知的被動(dòng)毫米波成像算法研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2852661