[发明专利]一种单通道毫米波编码成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波探测成像技术领域，特别是一种采用单通道毫米波编码技术来实现目标场景重构的装置。

背景技术

毫米波成像系统具有全天候工作能力。毫米波成像分为主动成像与被动成像，被动毫米波系统不发射电磁波，对被成像的物体或场景没有电磁污染、伤害或干扰，同时隐蔽性好，从而被广泛应用于人体安检、医学检查、非法药品检测和军事隐蔽侦查等领域。

被动毫米波成像系统可以采用单通道(单个探测器)模式，其优点是系统简单可靠、成本低，但是成像时间长、分辨率低；也可以采用多探测器或天线阵列模式，这种模式成像速度快，但是系统复杂，体积大，并且成像质量受制于毫米波器件的工艺及水平(阵列式器件存在不均匀性)，同时高质量的毫米波部件价格昂贵，成本远高于单通道系统，应用场合受到限制。武帅等人的专利“一种单相素毫米波成像装置和方法”(公布号：CN 103809176A)采用压缩感知的方法，利用信号的稀疏性，采用少量数据，通过一定的重构算法，恢复出原始信号，但是重构算法比较复杂，实施性差，实现存在一定困难。同时，在可见光到近红外等波段，空间光调制技术已经比较成熟，如数字微镜阵列(DMD)等，Marco F.Duarte等人的文章“Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling”中设计出了可见光的单相素相机，但是同样存在图像重构算法比较复杂、实施性差、实现比较困难的问题。本发明着重于单通道编码成像方式及成像装置的设计，通过阿达玛编码，实现数据获取与图像采集，利用快速阿达玛变换以及基于快速阿达玛变换与π变换的快速解码算法进行图像的重构，在不增加通道数量、不提高系统成本的前提下，提高成像的速度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种单通道毫米波编码成像装置，利用编码测量的高选择性、高信噪比的优点来实现目标场景的重构，实现了在不增加通道数量、不提高系统成本的前提下，毫米波成像的性能优化。

一种单通道毫米波编码成像装置，包括前置聚光镜、测量挡板、出射狭缝模板、后级聚光镜、辐射计天线、毫米波辐射计、模板运动机构、图像采集、重构与控制板模块，其特征在于，

模板运动机构提供动力于测量挡板；

前置聚光镜汇聚目标场景的辐射毫米波；

测量挡板为编码模板，在模板运动机构的控制下运动，并对前置聚光镜汇聚的毫米波进行编码调制；

出射狭缝模板设有出射狭缝，经测量编码后的毫米波通过出射狭缝射出；

后级聚光镜将出射狭缝射出的编码信号汇聚；

辐射计天线接收后级聚光镜发出的信号；

毫米波辐射计将辐射计天线接收的信号转化为电信号并传输至图像采集、重构与控制板模块；

图像采集、重构与控制板模块对电信号进行解码成像、差值处理重构目标场景图像。

本发明采用以下技术手段进一步实现发明目的：

(1)测量挡板放置于前置聚光镜的像平面上；测量挡板到后级聚光镜中心的距离和后级聚光镜中心到辐射计天线的距离符合后级聚光镜的物像关系。

(2)测量挡板是由相同的折叠码板排列而成圆形码板，出射狭缝与折叠码板紧密靠近，出射狭缝的形状与码板形状对应，确保每一次测量只有一个编码模板的信号透过。

测量挡板由循环S矩阵设计产生，产生方法如下：

构造一个2²ⁿ-1阶循环S矩阵A，n为正整数，折叠码矩阵大小为(2ⁿ-1)×(2ⁿ+1)，循环S矩阵为0，1矩阵；

将循环S矩阵A的第一行折叠为(2ⁿ-1)×(2ⁿ+1)的矩阵B，将2ⁿ个B矩阵依次横向排列；

从第二个B矩阵开始变化，变化规则为：后一个矩阵是前一个矩阵将第1行移至最后1行，第2行分别向上移动1行得到的；

对变换后的2ⁿ个矩阵，取第1～(2ⁿ-1)行，第1～2ⁿ(2ⁿ+1)-1列，得到一个(2ⁿ-1)×[2ⁿ(2ⁿ+1)-1]矩阵C；

根据矩阵C制作码板，且矩阵C中的0对应码板上毫米波不透过部分，1对应码板上毫米波透过部分；

在直线形码板最后添加一列定位码元构成(2ⁿ-1)行、2ⁿ(2ⁿ+1)列的形状；