专利名称：一种圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法
技术领域：
本发明专利涉及三维成像领域，具体而言，涉及一种圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法。
背景技术：
随着科技的发展，人类开发了很多新的交通工具，如飞机、高速火车、地铁等，这些交通工具承载了大量人群，一旦有携带危险品进入该交通工具里，极易带来安全隐患，给周围的人造成生命威胁。例如，携带易燃易爆等物品进入飞机或地铁等。另外，随着人类的社会活动越来越广泛，经常会有大型集会的召开，而这些大型集会中往往聚集了成千上万的人。一旦有人携带危险物进入或者恐怖分子携带爆炸性物品进入以进行恐怖活动，会造成严重的生命危害。针对这些情况，人们研发了一种三维成像安检设备，其能够全面实现对人体携带的各种危险品实施检测。为了能够实现对人体的360度成像，该三维成像安检设备中的扫描装置通常为圆柱阵面，如下图1所示。当前的圆柱阵面三维成像安检系统进行安全检测成像的时候，需要对被检查的人或物进行多角度成像并显示，这些选取的角度一般成递增关系，具有固定角度差，设固定的角度差为Δ θ，可以是5度、10度等。现行的处理方法是针对每一个选取的角度0sele。t，选取该角度士 θ 范围内扫描的回波数据进行三维成像处理，θ ^为选取的角度向的孔径积累长度，不能太小，否则会影响角度方向的分辨率。在成像的过程中实现圆柱坐标系到笛卡尔坐标系的转换，得到被检查的人或物的三维图象f(X，y, ζ)，其坐标映射关系是X =
Γ · cos ( θ _ θ select)，y = Γ · cos ( θ _ θ select)，Z = Z ‘。从分辨率理论可知，χ方向的分辨率由系统的带宽来决定，一般只能达到cm级，而 y、ζ方向则可以达到mm级，并且由于χ方向的遮挡问题，通常都沿χ轴方向进行二维投影显示，得到该选定的θ角度的二维图像。采用与上述相同的方法对N个角度分别进行三维成像处理，可以获得N个角度的二维图像，实现多角度成像显示。采用现行方法的缺点是由于成像的角度多、数据量大，整个成像处理的时间太长， 导致了角度向选取的数据不能太长，一定程度降低了角度域的孔径积累时间，降低了角度域的分辨率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法，其包括a)对接收并经过Dechirp处理后的回波信号进行预处理，包括对采集的回波信号去直流以及去掉收发通道的隔离度不够所产生的泄漏信号；b)对预处理后的回波信号进行角度和高程的二维傅立叶变换，得到该信号在圆柱坐标系的三维频域ξ，ω，10，其中ξ为角度方向的频域，kz为高程方向的频域；
c)对二维傅立叶变换后的回波信号进行相位补偿并旋转一个固定角度；d)对经相位补偿且角度旋转的回波信号进行角度频域ξ的反傅立叶变换；e)对经反傅立叶变换的回波信号进行插值，得到三维图像在笛卡尔坐标系的三维频域；f)对获得的三维图像在笛卡尔坐标系的三维频域进行三维反傅立叶变换，得到目标区域的三维图像；g)对获得的三维图像进行投影显示，得到在一个角度下的二维投影图像；h)重复执行步骤c_g)M次得到M个角度下的二维投影图像，其中M= 1+最大扫描角度/所选择的相邻两个角度之间的角度差。根据本发明的方法通过大角度积累提高了信噪比，保证了成像的角度方向的分辨率并提高了成像速度。
图1为示出天线阵列位置以及圆柱坐标系到笛卡尔坐标系的映射关系示意图；图2为本发明的圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法的流程图。
具体实施例方式在一般应用中，扫描系统包含的收发天线阵列组可以一组或两组。当收发天线阵列组为一组时，该收发天线阵列组的扫描角度一般在300度以上，甚至是360度。而当收发天线阵列组为两组时，该收发天线阵列组的最大扫描角度一般在120-180度之间。下面以收发天线阵列组为两组，最大扫描角度为150度例，具体说明本发明的圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法，包括一 .对接收并经过Dechirp处理后的回波信号进行预处理。接收的射频回波信号经过Dechirp处理之后得到的中频信号可表示为
Sr {β, ω,ζ')= [JJ f(x, y, zy^^^^^^r)办办出 + ιη(β, ω, ？)其中sr(e，ω，Ζ')为各空间采样点在圆柱坐标系的坐标为(R，θ，z')的位置上所接收到的基带回波信号，f (X，y, ζ)为被检测目标的归一化反射系数，k = 2ω/ο为波数，ω为发射的射频线性调频信号的频率，c为光速，χ, y, ζ为笛卡尔坐标系的坐标， 2^1 (R cos θ-χ)2+ (R sm0-y)2+ (z'-zf为从发射电磁波到其从被检测目标表面反射回来被接收通道接收的双程延迟距离， η(θ , ω,ζ')为杂波噪声及实际物理系统产生的多余的信号。在本发明中，ζ'的取值范围为天线阵列所能覆盖的所有范围；θ为天线阵列扫描的角度范围，即从0角度到最大扫描角度；ω的范围为发射的射频线性调频信号的最小频率到最大频率。对该回波信号进行预处理能够改善图像成像质量。该预处理包括对采集的回波信号去直流以及去掉收发通道的隔离度不够所产生的泄漏信号。去直流和去泄漏信号的具体方法是选定以某个角度Qi和高程ζ'彳接收的回波信号、(θ”ω，ζ' P，根据参考信号通道和收发通道之间的延迟差，确定泄漏信号经Dechirp处理之后生成的点频信号所在的频点(称为泄漏频点)，然后对、(θ ρ ω，ζ' ρ进行ω的傅立叶变换以去掉0频信号和泄漏频点的信号，将0频和泄漏频点的信号的幅度值置0，然后再对变换处理后的信号进行 ω的反傅立叶变换，遍历所有的角度θ和高程ζ'以去直流和去泄漏信号，就完成了对所有空间采样点的回波信号的预处理。二、对预处理后的回波信号进行角度和高程的二维傅立叶变换。对预处理后的回波信号进行角度和高程的二维傅立叶变换，得到该信号在圆柱坐标系的三维频域，表示为ξ，ω，kz)，其中ξ为角度方向的频域，kz为高程方向的频域。 进行角度和高程的二维傅立叶变换的具体实现过程可采用公知的快速傅立叶变换法来实现。三、对二维傅立叶变换后的回波信号进行相位补偿并旋转一个固定角度。我们知道，令f(x)的傅立叶变换为F(GJ)，则f (χ-χΟ)的傅立叶变换为 F(co) ·。ωχ°，因此可以将&(ξ，ω, kz)与一“11·“相乘，实现η· Δ θ角度的旋转，其中n = O并且每重复执行步骤三时自动加1，Δ θ为所选择的相邻两个角度之间的角度差。
H (2k Κ)β πξη利用第二步骤获得的
权利要求
1.一种圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法，其包括a)对接收并经过Dechirp处理后的回波信号进行预处理，包括对采集的回波信号去直流以及去掉收发通道的隔离度不够所产生的泄漏信号；b)对预处理后的回波信号进行角度和高程的二维傅立叶变换，得到该信号在圆柱坐标系的三维频域&(ξ，《，kz)，其中ξ为角度方向的频域，kz为高程方向的频域；c)对二维傅立叶变换后的回波信号进行相位补偿并旋转一个固定角度；d)对经相位补偿且角度旋转的回波信号进行角度频域ξ的反傅立叶变换；e)对经反傅立叶变换的回波信号进行插值，得到三维图像在笛卡尔坐标系的三维频域；f)对获得的三维图像在笛卡尔坐标系的三维频域进行三维反傅立叶变换，得到目标区域的三维图像；g)对获得的三维图像进行投影显示，得到在一个角度下的二维投影图像；h)重复执行步骤c_g)M次得到M个角度下的二维投影图像，其中M=1+最大扫描角度/ 所选择的相邻两个角度之间的角度差。
2.根据权利要求1的方法，其中在步骤a)中，选定发射和接收天线单元在某个角度Qi 和高程ζ'」接收的回波信号、^^ ω，ζ'」)，根据参考信号通道和收发通道之间的延迟差，确定泄漏信号经Dechirp处理之后生成的点频信号所在的泄漏频点，然后对、(θ “ ω， ζ' j)进行ω的傅立叶变换以去掉0频信号和泄漏频点的信号，将0频和泄漏频点的信号的幅度值置0，再对变换处理后的信号进行ω的反傅立叶变换，遍历所有的角度θ和高程 ζ'以去直流和去泄漏信号。
3.根据权利要求1的方法，其中在步骤c)中，利用步骤b获得的H (2k Κ)β]πξηS2 (ξ, ω人)与GOkr) = ξ ；的共轭相乘以实现相位补偿，其中H ξ (2krR)为η ξ{ΖκΓΚ)hankel函数，< =-^k2-U2z ；接着将相位补偿后的数据与‘η‘ Δ θ相乘，实现η · Δ θ角度的旋转，其中η = 0并且每重复执行步骤c时自动加1，Δ θ为所选择的相邻两个角度之间的角度差。
4.根据权利要求1的方法，其中在步骤e)中，先通过θ，kz，ω的取值确定kx、1^和 kj々范围和间隔，生成笛卡尔坐标系下的空间采样点(kx，ky，kz)，对每一个采样点(kx，ky， kz)求取对应的坐标值(θ，kz，ω)，通过近邻插值法得到采样点在笛卡尔坐标系的三维频域 F(kx, ky, kz) ο
5.根据权利要求1的方法，其中在步骤g)中，根据三维图像f(x，y，z)中(y，z)的取值范围生成一个初始二维投影图像P (y，ζ)，对于初始二维投影图像中的任一点(yi; Zj)求取在所有χ的取值范围之内的f (χ，Zj)的最大值，将该最大值赋给ρ (yi,zj)，对所有的y 和ζ进行遍历，完成对一个角度的二维投影图像P(y，ζ)的所有像素点的赋值，在屏幕上显示出一个角度的二维投影图像。
6.根据权利要求1的方法，其中所选取第一角度的二维投影图像不是从0度开始，而是从θ^/2度开始，为选取的单次成像的积累角度，此时M=(最大扫描角度-Θ)/ Δ θ+1, Δ θ为所选择的相邻两个角度之间的角度差。
7.根据权利要求1的方法，其中当扫描角度大于180度时，先将所有扫描数据按角度分成2组或3组，针对第一组扫描回波数据执行步骤一至八直到获得第一组下的所有选择角度的二维投影图像；然后重复执行步骤一至八直到获得第2组、第3组下的所有选择角度的二维投影图像。
全文摘要
本发明涉及一种圆柱阵面三维成像系统的多角度成像显示方法，其包括1.对接收并经过Dechirp处理后的回波信号进行预处理；2.对预处理后的回波信号进行角度和高程的二维傅立叶变换；3.对二维傅立叶变换后的回波信号进行相位补偿并旋转一个固定角度；4.对经相位补偿且角度旋转的回波信号进行角度频域ξ的反傅立叶变换；5.对经反傅立叶变换的回波信号进行插值，得到三维图像在笛卡尔坐标系的三维频域；6.对三维图像在笛卡尔坐标系的三维频域进行三维反傅立叶变换，得到目标区域的三维图像；7.对三维图像进行投影显示，得到一个角度的二维投影图像；重复执行步骤3-7多次，得到多个角度下的二维投影图像。
文档编号G01S7/41GK102565795SQ20111045790
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者张永旸, 张炳煌, 张远航, 陈晔 申请人:北京华航无线电测量研究所