[发明专利]一种用于宽带电磁分布探测的频谱关联超分辨方法

说明书

一种用于宽带电磁分布探测的频谱关联超分辨方法，可实现对于1～6GHz的宽带辐射源形成的图像进行恢复。首先根据未知辐射源的降质图像在仿真软件中建立模型，获取不同频率的点扩展函数，然后对不同频率的点扩展函数进行空间的二维傅里叶变换，记录空间上的截止频率宽度，然后绘制出在对应的频率‑宽度曲线图；对获取的宽带电磁分布图像进行二维傅里叶变换并求出空间上的截止频率宽度，在仿真得到的曲线上确定辐射源的最高频率；用最高频率分量对应的点扩展函数来对图像进行处理，采用窄带超分辨算法中的L_R迭代方法对降质图像进行图像恢复。本发明克服了传统窄带超分辨算法与电磁分布探测系统不兼容的情况，能对宽带辐射源中的最高频率进行识别并有效提高了图像的分辨率。

技术领域

本发明涉及针对宽带电磁分布探测系统的宽带超分辨方法，具体涉及宽带电磁探测领域，以及图像处理领域。

背景技术

目前对电磁分布的探测手段主要采用天线和接收机的形式进行逐点手动检测，这样的方式存在很多缺点，如检测速度慢，而且天线会对原有的场分布进行干扰。利用抛物反射面对电磁分布进行探测可以实现快速、无干扰。受天线尺寸的影响，宽带电磁分布探测系统的衍射受限严重，如何提高其分辨率使得电磁分布能够清晰分辨成了新的难点。

由于宽带电磁分布探测系统衍射受限导致成像模糊，需要使用超分辨手段以提高分辨率。近年来超分辨算法基于成像帧数可以分为单帧超分辨算法与多帧超分辨算法，而基于运算方式可以分为频域算法及空域的算法，空域算法又可以细分为非均匀差值法、统计论方法、凸集投影法、正则化法、盲重建法等。恢复效果较好的超分辨算法的核心是需要确定较为准确的点扩展函数，因此这些超分辨算法均只能对单一频率辐射源形成的图像进行处理，而宽频带的辐射源形成的图像中辐射源的频率分量复杂，也无法确定点扩展函数，所以现有算法难以满足需求。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种本发明针对现有的窄带超分辨算法无法有效解决宽带电磁分布探测系统中的图像模糊问题，基于宽带辐射源的各个频率分量之间存在的关联性，利用高频分量对图像进行恢复，定位低频分量，从而对宽带辐射源所成的模糊图像进行恢复，提出用于宽带电磁分布探测的频谱关联超分辨算法。

在仿真和实际测试中发现，如果在同一位置存在两个或多个不同频率的辐射源，或者是有宽带辐射源存在的情况下，利用辐射源中最高频率所对应的点扩展函数采用窄带超分辨算法对图像进行恢复可以达到较好的效果。所以频谱关联算法中关键在于如何得到这一位置处高频频率具体的值是多少，以得到相应点扩展函数进行频谱关联超分辨处理。

不同频率对应点扩展函数的空域特性不同。图2图3分别为仿真得到的1GHz频率和3GHz频率对应的点扩展函数。从空域角度上看，频率越高的点扩展函数的波瓣宽度越窄，而这样的差别反映到空频域上也会形成相应的特征，而频谱关联超分辨算法中高频成分的确定正是基于这样的特征。

对两个不同频率点扩展函数进行空频域的分析，如图4图5所示。从图中我们可以看出，频率越高的点扩展函数的空域截止频率越高。而辐射源的数目与位置并不会对空域上的截止频率产生影响。在空间域上，如果有不同频率分量存在，其经过傅里叶变换之后的空间频谱也是各个频率分量空间频谱的直接叠加。因此，可以通过高频截止频率判断一幅图像中最高频率具体为多少，即对待处理图像进行二维傅里叶变换，在空频域中得到其高频截止频率，通过截止频率即可判断待处理图像中最高频率成分的具体大小。然后采用窄带超分辨算法对图像进行恢复。

本发明用于宽带电磁分布探测的频谱关联超分辨算法，可实现对于1～6GHz的宽带辐射源形成的图像进行恢复，克服了传统窄带超分辨算法与电磁分布探测系统不兼容的情况。具体地，通过下面步骤1～步骤3实现本发明方法。

步骤1，在仿真软件中建立仿真模型，获取不同频率的点扩展函数，对不同频率的点扩展函数进行空间的二维傅里叶变换，记录空间上的截止频率宽度，然后绘制出在对应的频率-宽度曲线图；