一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法及系统与流程

1.本发明涉及毫米波成像技术领域，特别涉及一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法及系统。


背景技术：

2.毫米波成像技术在可以应用于人体藏匿物品探测和工业品缺陷检测，能够通过机械扫描得到被检物品的重建图像，重建图像的分辨率决定了描述被检物品的精细程度，也决定了目标检测模块所能达到的检出率与误报率的水平。在毫米波系统重建图像中方位维度的分辨率能够达到毫米量级，宽带系统的距离分辨率一般只能达到厘米量级，而超宽带系统具备的距离分辨率能够达到毫米量级，使得系统具备层析成像的能力，所获取的图像在刻画距离剖面信息时更加精准。
3.而在人体隐匿物品探测和工业物品缺陷检测应用领域中，为提高系统应用体验感和通行效率，对于成像过程的实时性要求较高。但是，相关技术需要完成机械扫描后再进行图像重建，无法满足对成像的实时性的需求。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法及系统，能够在机械扫描过程中重建阵列维度图像，提高毫米波成像系统的实时性。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，应用于毫米波系统，所述毫米波系统的天线阵列为稀疏排布的一维线性阵列，所述天线阵列包括多个天线模块，每个所述天线模块包括多个发射阵元和多个接收阵元，多个所述发射阵元在空间等间距排列，多个所述接收阵元在空间等间距排列，在所述天线模块的发射阵元开启时，同一个所述天线模块的全部所述接收阵元同时接收信号，所述毫米波一维线型阵列快速图像重建方法包括：
6.s1：通过所述天线阵列扫描获取散射的目标回波信号，其中，所述目标回波信号的表达式为s(x
t
，xr，y，f)，其中，x
t
为所述发射阵元的阵列维度坐标，xr为所述接收阵元的阵列维度坐标，y为运动维度的坐标，f为发射信号的频率，f∈[f
min
，f
max
]，f
min
为毫米波系统发射信号起始频率，f
max
为毫米波系统发射信号终止频率；
[0007]
s2：对所述目标回波信号进行等效相位中心变换得到合置回波信号，对所述合置回波信号进行相位补偿校正得到补偿回波信号，其中，所述合置回波信号的表达式为s(x，y，f)，所述补偿回波信号的表达式为s
p
(x，y，f)，x为阵列维度的收发阵元坐标；
[0008]
s3：对所述补偿回波信号进行扫描维度的傅里叶变换，得到波数域回波信号，其中，所述波数域回波信号的表达式为s(k
x
，y，f)，其中dx表示x维度等效坐标间隔；
[0009]
s4：根据预设的阵列频率维度波数域匹配滤波器对所述波数域回波信号进行滤波
得到滤波信号，其中，滤波信号的表达式为sf(k
x
，y，f，zi)，zi为需要聚焦的距离位置坐标的离散值，i为频率索引值，i＝[0，1，2...n
f-1]，nf为回波信号频率维度的离散点数，z为距离维度的坐标；
[0010]
s5：对所述滤波信号在频率维度进行累加，将累加的结果与积分因子相乘得到频率维度累加信号后，改变所述索引值，重复步骤s4和s5直至所述索引值到达所述回波信号频率维度的离散点数，得到距离维度聚焦信号，其中，所述积分因子的表达式为所述频率维度累加信号的表达式为sf(k
x
,y,zi)，所述距离维度聚焦信号的表达式为sf(k
x
,y,z)；
[0011]
s6：对所述距离维度聚焦信号在阵列维度进行逆傅里叶变换得到逆变换信号，所述逆变换信号的表达式为sf(x
′
,y,z)；
[0012]
s7：划分运动距离维度成像网格坐标；
[0013]
s8：确定运动扫描维度的采样坐标到所述运动距离维度成像网格坐标的成像网格点的斜距，确定距离维度索引值，基于所述斜距和sin c插值算法和所述逆变换信号确定出插值信号；
[0014]
s9：遍历运动维度回波信号，根据运动维度匹配滤波器对所述插值信号进行匹配滤波得到补偿插值信号；
[0015]
s10：在运动维度对所述补偿插值信号进行累加确定，并与运动维度的坐标间隔相乘，得到运动维度积分信号，其中，所述运动维度积分信号的表达式为σ
complex
(x
′
,y
′m,z
′n)，m为运动维度成像网格序列索引值，n为距离维度成像网格序列索引值；
[0016]
s11：重复执行步骤s8至s10，直到遍历完所有的所述运动距离维度成像网格坐标，根据全部的所述运动维度积分信号得到三维复数图像，所述三维复数图像的表达式为σ
complex
(x
′
,y
′
,z
′
)；
[0017]
s12：根据所述的三维复数图像确定最大值投影图像和最大值距离索引值，其中，最大值投影图像用于表征所述三维复数图像的模值在距离维度求取的最大值，所述最大值距离索引值用于表征所述最大值投影图像的位置索引，所述最大值投影图像满足以下表达式：σ(x
′
,y
′
)＝max[|σ
complex
(x,y,z)|z→
max_value
]，所述最大值距离索引值满足以下表达式：
[0018]
s13：根据所述的最大值投影图像和最大值距离索引值确定距离维度补偿信号，根据预设的可视化颜色映射表对所述距离维度补偿信号进行颜色映射，将得到的rgb三通道图像确定为目标重建图像。
[0019]
在一些实施例中，在步骤s2中，所述补偿回波信号和所述合置回波信号满足以下关系式：s
p
(x,y,f)＝s(x,y,f)
×sphase
(x,y,f)，其中，s
phase
(x,y,f)为等效相位中心变换的补偿信号，表达式为和分别表示每组收发模块中发射阵元和接收阵元到相位校正中心(x0,z0)的距离，表示等效变换后的坐标到相位校正中心(x0,z0)的距离。
[0020]
在一些实施例中，在步骤s4中，所述阵列频率维度波数域匹配滤波器的表达式为
其中k＝2
×
π
×
f/c，zi∈[0,r
max
]，r
max
表示毫米波系统的最大不模糊距离，且满足c为电磁波在自由空间传播的速度，b为所述毫米波系统的射频带宽。
[0021]
在一些实施例中，在步骤s7中，所述运动距离维度成像网格坐标为y
′m∈[y
grid_min
,y
grid_max
]，其中，m＝0,1,2
…
m，δy为所划分y维度网格的间距，划分距离维度坐标为zn′
∈[z
grid_min
,z
grid_max
]，n＝0,1,2,
…
n-1，δz为所划分z维度的网格间距。
[0022]
在一些实施例中，在步骤s8中，所述斜距的表达式为y
p
为所述运动扫描维度的采样坐标，p＝0,1,2
…
p，dy为y维度坐标间隔，(y
′m,z
′n)为所述运动距离维度成像网格坐标的成像网格点；
[0023]
所述距离维度索引值的表达式为值所述距离维度索引值的表达式为值表示向下取整操作；
[0024]
所述插值信号的表达式为sin c插值序列表示为sf(x
′
,y
p
,zq)通过所述斜距计算y
p
对应的所述逆变换信号sf(x
′
,y
p
,z)的所述距离维度索引值q后得到。
[0025]
在一些实施例中，在步骤s9中，所述运动维度匹配滤波器的表达式为所述补偿插值信号的表达式为sf(x
′
,y,y
′m,z
′n)＝s
interp
(x
′
,y,z
′q)
×
f(y,y
′m,z
′n)。
[0026]
在一些实施例中，在步骤s13中，距离维度补偿信号的表达式为σ
compensate
(x
′
,y
′
)＝σ(x
′
,y
′
)
×
{z
′
[z
max
(x
′
,y
′
)]}2，所述可视化颜色映射表的表达式为t
rgb
(j)
j＝1，2，3
…n，用于映射的颜色表达式为：
[0027]
第二方面，本发明实施例提供了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建装置，包括少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如上述第一方面所述的毫米波一维线型阵列快速图像重建方法。
[0028]
第三方面，本发明实施例提供了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建系统，包括有如上述第二方面所述的毫米波一维线型阵列快速图像重建装置。
[0029]
第四方面，本发明实施例提供了一种确定机可读存储介质，存储有确定机可执行指令，所述确定机可执行指令用于执行如上述第一方面所述的毫米波一维线型阵列快速图
像重建方法。
[0030]
根据本发明实施例的毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，至少具有如下有益效果：本发明实施例的一维稀疏线型阵列构型的发射阵元采用稀疏排布，发射阵元采用分时模式开启和关闭，在对应的发射阵元开启时，对应的接收阵元同时接收信号完成数据的采集，保证了阵列维度获取回波数据的高效性，缩短采集回波的时间。并且，本实施例分别处理阵列维度回波和运动维度回波，在过程中实时采集阵列维度的回波数据进行阵列距离维度图像的重建；阵列距离维度图像可以在运动扫描完成时重建完成，再进行运动距离维度的图像重建，完成被检目标图像的三维重建。本发明能够有效提高毫米波成像系统的成像实时性，在人体隐匿物品探测和工业物品缺陷检测应用中，有效提高被检人员和被检物品的通行效率。
附图说明
[0031]
图1是本发明一个实施例提供的一维线型阵列收发阵元排布示意图；
[0032]
图2是本发明一个实施例提供的发射阵元与接收阵元切换组合和等效相位中心阵元位置的示意图；
[0033]
图3是本发明另一个实施例提供的被检目标处于静止状态，毫米波一维线型阵列机械扫描成像场景示意图；
[0034]
图4是本发明另一个实施例提供的一维线型阵列静止，被检目标在机械结构带动下匀速运动扫描成像场景示意图；
[0035]
图5是本发明一个实施例提供的毫米波一维线型阵列快速图像重建方法的流程图；
[0036]
图6是本发明另一个实施例提供的毫米波一维线型阵列快速图像重建装置的结构图。
具体实施方式
[0037]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0038]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0040]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0041]
本发明实施例提供了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法及系统，其中，本发明实施例的一维稀疏线型阵列构型的发射阵元采用稀疏排布，发射阵元采用分时模式开启和关闭，在对应的发射阵元开启时，对应的接收阵元同时接收信号完成数据的采集，保证了阵列维度获取回波数据的高效性，缩短采集回波的时间。并且，本实施例分别处理阵列维度回波和运动维度回波，在过程中实时采集阵列维度的回波数据进行阵列距离维度图像的重建；阵列距离维度图像可以在运动扫描完成时重建完成，再进行运动距离维度的图像重建，完成被检目标图像的三维重建。本发明能够有效提高毫米波成像系统的成像实时性，在人体隐匿物品探测和工业物品缺陷检测应用中，有效提高被检人员和被检物品的通行效率。
[0042]
参照图1和图2，图1是一维线型阵列收发阵元排布示意图，图2发射阵元与接收阵元切换组合和等效相位中心阵元位置的示意图，本实施例的毫米波系统包括多个天线阵列，天线阵列包括多个天线模块，每个天线模块包括多个发射阵元和多个接收阵元，多个发射阵元在空间等间距排列，多个接收阵元在空间等间距排列，在天线模块的发射阵元开启时，同一个天线模块的全部接收阵元同时接收信号。
[0043]
示例性地，如图1所示，图1中圆圈标记表示发射阵元，t1～t15表示发射阵元的序号；星型标记表示接收阵元，接收阵元按照间距dr＝9mm在空间等间距排列，在单个接收天线模块中共有nr＝8个接收阵元，整个阵列共有num＝14个接收天线模块；发射阵元按照间距d
t
在空间等间距排列，其中d
t
＝nr×dr
＝72mm，总发射阵元数n
t
＝15。
[0044]
另外，本实施例的发射阵元分时顺序切换，当每次开启单个发射阵元时，相邻的接收天线模块同时开启并接收回波信号，经过接收机下变频到中频信号，由多通道数据采集卡采集中频信号并进行数字i/q解调得到视频信号s(x
t
，xr，f)。参照图2，当发射阵元t1开关开启时，对应的8个接收阵元同时开启并采集回波数据，当发射阵元t2开关开启时，对应的8个接收阵元再次同时开启并采集回波数据；后续组的发射阵元与接收阵元切换方式以此类推。
[0045]
需要说明的是，参照图3和图4，，图示中1表示毫米波一维线型阵列，图示中2表示被检目标，图示中3表示机械运动方向。当如图3所示整个阵列在机械扫描结构的带动下直线运动，或者，如图4所示，天线阵列静止，被检物品在机械结构带动下直线运动。同时采集不同位置y维度的回波信号，最终所获得的后向散射回波信号表示为s(x
t
，xr，y，f)，其中x
t
为发射阵元水平维度坐标，xr为接收阵元水平维度坐标，y∈[-1,1]m为机械扫描竖直维度坐标，采样间隔dy＝0.004m；f为发射信号的频率，其中f∈[f
min
，f
max
]，f
min
为毫米波系统发射信号的起始频率，f
max
为毫米波系统发射信号的终止频率；发射信号的频带宽度达到32ghz，超宽带发射信号保证了重建图像较高的距离分辨率。
[0046]
下面结合附图1至附图4所示的结构和场景，对本发明实施例的控制方法作进一步阐述。
[0047]
参照图5，图5为本发明实施例提供的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法的流程图，该方法包括但不限于有以下步骤：
[0048]
s1：通过天线阵列扫描获取散射的目标回波信号，其中，目标回波信号的表达式为s(x
t
，xr，y，f)，其中，x
t
为发射阵元的阵列维度坐标，xr为接收阵元的阵列维度坐标，y为运动维度的坐标，f为发射信号的频率，f∈[f
min
，f
max
]，f
min
为毫米波系统发射信号起始频率，fmax
为毫米波系统发射信号终止频率；
[0049]
s2：对目标回波信号进行等效相位中心变换得到合置回波信号，对合置回波信号进行相位补偿校正得到补偿回波信号，其中，合置回波信号的表达式为s(x，y，f)，补偿回波信号的表达式为s
p
(x，y，f)，x为阵列维度的收发阵元坐标；
[0050]
s3：对补偿回波信号进行扫描维度的傅里叶变换，得到波数域回波信号，其中，波数域回波信号的表达式为s(k
x
，y，f)，其中dx表示x维度等效坐标间隔；
[0051]
s4：根据预设的阵列频率维度波数域匹配滤波器对波数域回波信号进行滤波得到滤波信号，其中，滤波信号的表达式为sf(k
x
，y，f，zi)，zi为需要聚焦的距离位置坐标的离散值，i为频率索引值，i＝[0，1,2...n
f-1]，nf为回波信号频率维度的离散点数，z为距离维度的坐标；
[0052]
s5：对滤波信号在频率维度进行累加，将累加的结果与积分因子相乘得到频率维度累加信号后，改变索引值，重复步骤s4和s5直至索引值到达回波信号频率维度的离散点数，得到距离维度聚焦信号，其中，积分因子的表达式为频率维度累加信号的表达式为sf(k
x
,y,zi)，距离维度聚焦信号的表达式为sf(k
x
,y,z)；
[0053]
s6：对距离维度聚焦信号在阵列维度进行逆傅里叶变换得到逆变换信号，逆变换信号的表达式为sf(x
′
,y,z)；
[0054]
s7：划分运动距离维度成像网格坐标；
[0055]
s8：确定运动扫描维度的采样坐标到运动距离维度成像网格坐标的成像网格点的斜距，确定距离维度索引值，基于斜距和sin c插值算法和逆变换信号确定出插值信号；
[0056]
s9：遍历运动维度回波信号，根据运动维度匹配滤波器对插值信号进行匹配滤波得到补偿插值信号；
[0057]
s10：在运动维度对补偿插值信号进行累加确定，并与运动维度的坐标间隔相乘，得到运动维度积分信号，其中，运动维度积分信号的表达式为σ
complex
(x
′
,y
′m,z
′n)，m为运动维度成像网格序列索引值，n为距离维度成像网格序列索引值；
[0058]
s11：重复执行步骤s8至s10，直到遍历完所有的运动距离维度成像网格坐标，根据全部的运动维度积分信号得到三维复数图像，三维复数图像的表达式为σ
complex
(x
′
,y
′
,z
′
)；
[0059]
s12：根据的三维复数图像确定最大值投影图像和最大值距离索引值，其中，最大值投影图像用于表征三维复数图像的模值在距离维度求取的最大值，最大值距离索引值用于表征最大值投影图像的位置索引，最大值投影图像满足以下表达式：σ(x
′
,y
′
)＝max[|σ
complex
(x,y,z)|z→
max_value
]，最大值距离索引值满足以下表达式：
[0060]
s13：根据的最大值投影图像和最大值距离索引值确定距离维度补偿信号，根据预设的可视化颜色映射表对距离维度补偿信号进行颜色映射，将得到的rgb三通道图像确定为目标重建图像。
[0061]
为了更好地说明本实施例的技术方案，以下结合上述流程提供一个具体示例。将
图2中所获得的回波信号s(x
t
,xr,y,f)在阵列维度等效相位中心校正操作，发射阵元以稀疏方式在水平维度排布，与接收阵元的回波信号经过等效相位中心变换为收发阵元合置的密集阵列形式，等效相位中心变换后的信号表示为s(x,y,f)，其中变换方式表示为
[0062]
对变换后的信号s(x,y,f)进行相位补偿，以补偿转换过程中存在的相位误差，等效相位中心变换的补偿信号为和分别表示每组收发模块中发射阵元和接收阵元到相位校正中心(x0,z0)的距离，表示等效变换后的坐标到相位校正中心(x0,z0)的距离；相位校正中心)的距离；相位校正中心和表示每组收发模块中发射天线阵元的坐标，l∈[1,15]表示发射阵元的索引号，z0取为0.5m；经过补偿后的信号表示为s
p
(x,y,f)＝s(x,y,f)
×sphase
(x,y,f)。
[0063]
对补偿信号s
p
(x,y,f)阵列扫描维度进行傅里叶变换到波数域得到信号s(k
x
,y,f)，其中x维度等效坐标间隔dx＝0.0045m。
[0064]
对s(k
x
,y,f)阵列-频率维度(k
x
,f)进行匹配滤波操作，采用阵列-频率维度波数域匹配滤波器f(k
x
,f,zi)进行匹配滤波操作得到sf(k
x
,y,f,zi)＝s(k
x
,y,f)
×
f(k
x
,y,f)；匹配滤波器表示为其中k＝2
×
π
×
f/c表示频率维度空间波数，k
min
表示频率维度空间最小波数；z表示需要聚焦的距离位置坐标，zi∈[0,r
max
],i＝0,1,2
…nf-1
max
表示z坐标的离散值；nf＝251表示回波信号频率维度f的离散点数；系统的最大不模糊距离c≈3
×
108为电磁波在自由空间传播的速度，b＝f
max-f
min
＝32ghz为毫米波系统的射频带宽。
[0065]
对所述补偿后的信号sf(k
x
,y,f,zi)的f维度进行累加计算并与δf相乘，得到信号其中遍历z维度的索引i达到nf，得到信号sf(k
x
,y,z)。
[0066]
对所述信号sf(k
x
,y,z)的k
x
维度进行逆傅里叶变换操作，得到信号sf(x
′
,y,z)＝ifft
kx
[sf(k
x
,y,z)]，这样在x-z维度的图像得到了聚焦。
[0067]
当运动y维度数据采集完成后，获得完整的信号sf(x
′
,y,z)，接下来对运动-距离维度的图像进行聚焦操作。划分运动维度坐标最小值y
grid_min
，坐标最大值为y
grid_max
，坐标间隔为δy＝0.004m；所划分坐标为y
′m∈[y
grid_min
,y
grid_mas
]，m＝0,1,2
…
m，划分距离维度坐标最小值为z
grid_min
，最大值为z
grid_max
；设定距离维度坐标间隔为δz＝0.004m；所划分的距离维度坐标为z
′n∈[z
grid_min
,z
grid_max
]，n＝0,1,2,
…
n-1，
[0068]
计算y维度坐标y
p
∈[-1,1]m，p＝0,1,2
…
p，到所划分成像网格点
(x
′m,z
′n)的斜距根据斜距值计算信号sf(x
′
,y
p
,z)距离维度z的索引值,z)距离维度z的索引值表示向下取整操作，获得索引信号sf(x
′
,y
p
,zq)，采用sin c插值算法得到插值信号s
int erp
(x
′
,y
p
,z
′q)，具体的插值方法为sin c插值序列表示为
[0069]
获得插值信号s
interp
(x
′
,y
p
,z
′q)后，进行运动维度匹配滤波计算，补偿斜距引起的距离徙动，运动维度匹配滤波器信号为经过补偿后的信号为sf(x
′
,y
p
,y
′m,zn′
)＝s
interp
(x
′
,y
p
,zq′
)
×
f(y
p
,y
′m,zn′
)。
[0070]
选定划分的y-z维度成像网格点(y
′m,z
′n)，获得所述的补偿后的信号sf(x
′
,y
p
,y
′m,z
′n)，遍历完运动维度y的所有索引值，得到信号sf(x
′
,y,y
′m,z
′n)；对运动维度y的信号进行累加计算，并与y维度坐标间隔dy相乘，得到累加后信号为
[0071]
改变所述成像网格坐标(y
′m,z
′n)的索引值，直到遍历完所有网格点得到三维复数图像σ
complex
(x
′
,y
′
,z
′
)。
[0072]
由所述的三维复数图像σ
complex
(x
′
,y
′
,z
′
)计算最大值投影图像σ(x
′
,y
′
)和最大值距离索引值z
max
[0073][0074]
最大值投影图像σ(x
′
,y
′
)表示σ
comolex
(x,y,z)的模值在z维度求取的最大值，最大值所在的位置索引表示为最大值距离索引值z
max
。
[0075]
根据所述的最大值投影图像σ(x
′
,y
′
)和最大值距离索引值z
max
计算距离维度补偿信号σ
compensate
(x
′
,y
′
)＝σ(x
′
,y
′
)
×
{z
′
[z
max
(x
′
,y
′
)]}2，选定可视化颜色映射turbo作为颜色映射表t
rgb
(j)
j＝0,1,2
…n，得到的映射颜色colormap
turbo
(x
′
,y
′
)为
[0076][0077]
将映射颜色colormap
turbo
(x
′
,y
′
)与距离维度补偿信号σ
compensate
(x
′
,y
′
)相乘得到最终的rgb三通道图像σ
colormap
(x
′
,y
′
)。
[0078]
将获得的图像σ
colormap
(x
′
,y
′
)输出到目标检测模块进行物品检测，再输出到显示模块进行图像渲染与显示。
[0079]
如图3所示，图3是本发明一个实施例提供的毫米波一维线型阵列快速图像重建装置的结构图。本发明还提供了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建装置，包括：
[0080]
处理器301，可以采用通用的中央处理器(central processing unit，cpu)、微处理器、应用专用集成电路(appl ication specific integrated circuit，asic)、或者一个
或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本技术实施例所提供的技术方案；
[0081]
存储器302，可以采用只读存储器(read only memory，rom)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(random access memory，ram)等形式实现。存储器302可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器302中，并由处理器301来调用执行本技术实施例的毫米波一维线型阵列快速图像重建方法；
[0082]
输入/输出接口303，用于实现信息输入及输出；
[0083]
通信接口304，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如usb、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、wifi、蓝牙等)实现通信；
[0084]
总线305，在设备的各个组件(例如处理器301、存储器302、输入/输出接口303和通信接口304)之间传输信息；
[0085]
其中处理器301、存储器302、输入/输出接口303和通信接口304通过总线305实现彼此之间在设备内部的通信连接。
[0086]
本技术实施例还提供了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建系统，包括如上所述的毫米波一维线型阵列快速图像重建装置。
[0087]
本技术实施例还提供了一种存储介质，存储介质为确定机可读存储介质，该存储介质存储有确定机程序，该确定机程序被处理器执行时实现上述毫米波一维线型阵列快速图像重建方法。
[0088]
存储器作为一种非暂态确定机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性确定机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，实现了以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0089]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在确定机可读介质上，确定机可读介质可以包括确定机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语确定机存储介质包括在用于存储信息(诸如确定机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。确定机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被确定机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包括确定机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0090]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方
式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本发明权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，应用于毫米波系统，所述毫米波系统的天线阵列为稀疏排布的一维线性阵列，所述天线阵列包括多个天线模块，每个所述天线模块包括多个发射阵元和多个接收阵元，多个所述发射阵元在空间等间距排列，多个所述接收阵元在空间等间距排列，在所述天线模块的发射阵元开启时，同一个所述天线模块的全部所述接收阵元同时接收信号，所述毫米波一维线型阵列快速图像重建方法包括：s1：通过所述天线阵列扫描获取散射的目标回波信号，其中，所述目标回波信号的表达式为s(x
t
，x
r
，y，f)，其中，x
t
为所述发射阵元的阵列维度坐标，x
r
为所述接收阵元的阵列维度坐标，y为运动维度的坐标，f为发射信号的频率，f∈[f
min
，f
max
]，f
min
为毫米波系统发射信号起始频率，f
max
为毫米波系统发射信号终止频率；s2：对所述目标回波信号进行等效相位中心变换得到合置回波信号，对所述合置回波信号进行相位补偿校正得到补偿回波信号，其中，所述合置回波信号的表达式为s(x，y，f)，所述补偿回波信号的表达式为s
p
(x，y，f)，x为阵列维度的收发阵元坐标；s3：对所述补偿回波信号进行扫描维度的傅里叶变换，得到波数域回波信号，其中，所述波数域回波信号的表达式为s(k
x
，y，f)，其中dx表示x维度等效坐标间隔；s4：根据预设的阵列频率维度波数域匹配滤波器对所述波数域回波信号进行滤波得到滤波信号，其中，滤波信号的表达式为s
f
(k
x
，y，f，z
i
)，z
i
为需要聚焦的距离位置坐标的离散值，i为频率索引值，i＝[0，1，2
…
n
f-1]，n
f
为回波信号频率维度的离散点数，z为距离维度的坐标；s5：对所述滤波信号在频率维度进行累加，将累加的结果与积分因子相乘得到频率维度累加信号后，改变所述索引值，重复步骤s4和s5直至所述索引值到达所述回波信号频率维度的离散点数，得到距离维度聚焦信号，其中，所述积分因子的表达式为所述频率维度累加信号的表达式为s
f
(k
x
，y，z
i
)，所述距离维度聚焦信号的表达式为s
f
(k
x
，y，z)；s6：对所述距离维度聚焦信号在阵列维度进行逆傅里叶变换得到逆变换信号，所述逆变换信号的表达式为s
f
(x
′
，y，z)；s7：划分运动距离维度成像网格坐标；s8：确定运动扫描维度的采样坐标到所述运动距离维度成像网格坐标的成像网格点的斜距，确定距离维度索引值，基于所述斜距和sin c插值算法和所述逆变换信号确定出插值信号；s9：遍历运动维度回波信号，根据运动维度匹配滤波器对所述插值信号进行匹配滤波得到补偿插值信号；s10：在运动维度对所述补偿插值信号进行累加确定，并与运动维度的坐标间隔相乘，得到运动维度积分信号，其中，所述运动维度积分信号的表达式为σ
complex
(x
′
，y
′
m
，z
′
n
)，m为运动维度成像网格序列索引值，n为距离维度成像网格序列索引值；s11：重复执行步骤s8至s10，直到遍历完所有的所述运动距离维度成像网格坐标，根据全部的所述运动维度积分信号得到三维复数图像，所述三维复数图像的表达式为σ
complex
(x
′
，y
′
，z
′
)；s12：根据所述的三维复数图像确定最大值投影图像和最大值距离索引值，其中，最大值投影图像用于表征所述三维复数图像的模值在距离维度求取的最大值，所述最大值距离索引值用于表征所述最大值投影图像的位置索引，所述最大值投影图像满足以下表达式：σ(x
′
，y
′
)＝max[|σ
complex
(x，y，z)|
z
→
max_value
]，所述最大值距离索引值满足以下表达式：s13：根据所述的最大值投影图像和最大值距离索引值确定距离维度补偿信号，根据预设的可视化颜色映射表对所述距离维度补偿信号进行颜色映射，将得到的rgb三通道图像确定为目标重建图像。2.根据权利要求1所述的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，在步骤s2中，所述补偿回波信号和所述合置回波信号满足以下关系式：s
p
(x，y，f)＝s(x，y，f)
×
s
phase
(x，y，f)，其中，s
phase
(x，y，f)为等效相位中心变换的补偿信号，表达式为(x，y，f)为等效相位中心变换的补偿信号，表达式为和分别表示每组收发模块中发射阵元和接收阵元到相位校正中心(x0，z0)的距离，表示等效变换后的坐标到相位校正中心(x0，z0)的距离。3.根据权利要求1所述的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，在步骤s4中，所述阵列频率维度波数域匹配滤波器的表达式为其中k＝2
×
π
×
f/c，z
i
∈[0，r
max
]，r
max
表示毫米波系统的最大不模糊距离，且满足c为电磁波在自由空间传播的速度，b为所述毫米波系统的射频带宽。4.根据权利要求1所述的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，在步骤s7中，所述运动距离维度成像网格坐标为y
′
m
∈[y
grid_min
，y
grid_max
]，其中，m＝0，1,2...m，δy为所划分y维度网格的间距，划分距离维度坐标为z
′
n
∈[z
grid_min
，z
grid_max
]，n＝0，1,2，...n-1，δz为所划分z维度的网格间距。5.根据权利要求1所述的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，在步骤s8中，所述斜距的表达式为y
p
为所述运动扫描维度的采样坐标，p＝0，1,2...p，dy为y维度坐标间隔，(y
′
m
，z
′
n
)为所述运动距离维度成像网格坐标的成像网格点；所述距离维度索引值的表达式为值所述距离维度索引值的表达式为值表示向下取整操作；所述插值信号的表达式为sin c插值序列表示为s
f
(x
′
，y
p
，z
q
)通过所述斜距计算y
p
对应的
所述逆变换信号s
f
(x
′
，y
p
，z)的所述距离维度索引值q后得到。6.根据权利要求5所述的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，在步骤s9中，所述运动维度匹配滤波器的表达式为所述补偿插值信号的表达式为s
f
(x
′
，y，y
′
m
，z
′
n
)＝s
interp
(x
′
，y，z
′
q
)
×
f(y，y
′
m
，z
′
n
)。7.根据权利要求1所述的一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法，其特征在于，在步骤s13中，距离维度补偿信号的表达式为σ
compensate
(x
′
，y
′
)＝σ(x
′
，y
′
)
×
{z
′
[z
max
(x
′
，y
′
)]}2，所述可视化颜色映射表的表达式为t
rgb
(j)
j＝1，2，3...n
，用于映射的颜色表达式为：8.一种毫米波一维线型阵列快速图像重建装置，其特征在于，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1至7任一项所述的毫米波一维线型阵列快速图像重建方法。9.一种毫米波一维线型阵列快速图像重建系统，其特征在于，包括权利要求8所述的毫米波一维线型阵列快速图像重建装置。10.一种确定机可读存储介质，其特征在于，所述确定机可读存储介质存储有确定机可执行指令，所述确定机可执行指令用于使确定机执行如权利要求1至7任一项所述的毫米波一维线型阵列快速图像重建方法。

技术总结
本发明提出了一种毫米波一维线型阵列快速图像重建方法及系统，一维稀疏线型阵列构型的发射阵元采用稀疏排布，发射阵元采用分时模式开启和关闭，在对应的发射阵元开启时，对应的接收阵元同时接收信号完成数据的采集，保证了阵列维度获取回波数据的高效性，缩短采集回波的时间。并且，本实施例分别处理阵列维度回波和运动维度回波，在过程中实时采集阵列维度的回波数据进行阵列距离维度图像的重建；阵列距离维度图像可以在运动扫描完成时重建完成，再进行运动距离维度的图像重建，完成被检目标图像的三维重建。本发明能够有效提高毫米波成像系统的成像实时性，在人体隐匿物品探测和工业物品缺陷检测应用中，有效提高被检人员和被检物品的通行效率。检物品的通行效率。检物品的通行效率。


技术研发人员：孟祥新 高伟 罗俊 刘文冬 周春元 张慧
受保护的技术使用者：珠海微度芯创科技有限责任公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/14