[发明专利]近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统的免插值重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统的免插值重构方法。

背景技术

插值运算是近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统图像重构过程中引入计算误差最大、计算时间最长的步骤，如何有效地减小插值过程中引入的误差以及减少系统的计算时间成为近距离主动式毫米波圆柱扫描成像的关键技术。

目前，已经申请和相关的学术论文中采用的三维图象重构的算法有基于近似方法的重构算法、波前重构算法以及基于压缩感知的重构算法。基于近似方法的重构算法包含极坐标格式处理，距离多普勒成像，所依据的近似值限制了目标区域的尺寸、雷达频率或者合成孔径范围。基于近似方法的重构算法对应用条件的限制，使得它的应用范围有限，而且不适合成像精度要求较高的场合。目前，主要的波前重建方法有：借助空间频率内插的数字重建、通过距离堆积实现数字重建以及通过时域相关和后向投影实现的数字重建。借助空间频率内插的数字重建是通过空间频率域内插完成样本点的均匀分布，空间频率域内的插值将导致空间域重建图像的边沿退化。由于借助空间频率内插的数字重建的运算量小，适合实时运算的条件，所以该成像算法被大量的使用。距离堆积实现数字重建算法将测量信号傅立叶变换与对应距离上的基准信号的傅立叶变换进行匹配滤波等重复运算来覆盖整个目标区域。距离堆积算法不需要插值，因此不受截断误差的影响，而且，还不包括离散傅立叶变换的交叠误差，然而，距离堆积的实现要比借助空间频率内插的数字重建方法更耗时，这限制了该算法在实际成像系统中的应用。时域相关和后向投影实现的数字重建算法是利用移变滤波器对采样信号进行卷积运算来实现重构的。时域相关（TDC）成像方法的基本原理只不过是匹配滤波的相关实现，使给定栅格点上的采样信号特征与快时间域和慢时间域中所测得的数据相关起来，结果就是该栅格点反射率的测量。TDC方法的主要缺点是计算成本高，这是由于为相关进行的离散求和，以及过采样造成的。后向投影算法为了形成空间域内给定栅格点的目标函数，对于所有合成孔径位置，我们可将与该点位置相对应的快时间域单元上的数据相干相加。实现过程中，必须对快时间域匹配滤波后的信号离散快时间域采样进行插值，若不采用足够精确的插值，就会造成高分辨率信息的损失。压缩感知的重构算法是一种充分利用信号稀疏性或可压缩性的信号获取和重构理论，压缩感知应用于成像的三个关键点是分析雷达回波数据，建立信号的稀疏模型；构造非相干测量矩阵，确定合理的观测模型；利用压缩采样结果，设计有效稳健的重构算法。由于雷达目标散射体是冲击脉冲、阶跃函数、doublets等组合的集合，限制了信号的稀疏假设，以及面对实际复杂多变的目标，该重构算法是否适合近距离主动式毫米波三维成像场合仍需要进一步研究。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统的免插值重构方法，以提高成像系统的成像质量和减少系统的计算时间。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

近距离主动式毫米波圆柱扫描成像系统的免插值重构方法包括如下步骤：

S1.对成像系统的采样数据沿着θ和z方向进行二维傅立叶变换；

S2.对步骤1的结果进行相位补偿；

S3.对步骤2的结果沿着θ方向进行逆傅立叶变换；

S4.沿着2k_rcosθ，2k_rsinθ以及k_z的采样位置，建立NUFFT三维矩阵；

S5.根据步骤4建立的NUFFT三维矩阵，对步骤3的结果进行三维逆傅立叶变换。

所述步骤1进行傅里叶变换，得到数据S(ω,ξ,k_z)。

所述步骤2相位补偿时，将S(ω,ξ,k_z)乘以相位补偿因子其中R为成像系统的扫描半径，k_ω=ωc定义为波数，

所述步骤4三维逆傅立叶变换包括：

1)利用第四步的结果计算傅立叶系数Y_N×N×N=∑Χ_N×N×N×F_σ(2k_rcosθ,2k_rsinθ,k_z)；

2）利用三维傅立变换对Y_N×N×N进行运算得到σ′(x,y,z)；

3)对σ′(x,y,z)进行变标处理σ(x,y,z)=σ′(x,y,z)·s^-1得到目标三维空间散射强度分布σ(x,y,z),即完成了目标的三维重建。

本发明的优点在于：