一种基于多视角成像的三维成像方法技术

本发明专利技术提出了一种基于多视角成像的三维成像方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；步骤2：生成与N个不同角度范围的三维图像对应的N个窗函数，并将该N个窗函数由圆柱坐标系转换到笛卡尔坐标系；步骤3：将所述N个不同角度范围的三维图像与所述N个窗函数分别对应相乘并求和，从而获得人体三维成像数据。本发明专利技术提出了一种实现360度全分辨三维成像的方法，在一幅三维图像中包含了360度角度的目标信息，有效的解决了边缘图像分辨率下降的问题，为后续的图像处理提供更丰富、准确和全面的信息。

A three-dimensional imaging method based on multi view imaging

The invention provides a three-dimensional imaging method based on multi view imaging, the method comprises the following steps: Step 1: create three-dimensional images of different angles in the range of N with a Descartes coordinate system; step 2: N window function of 3D image generation and corresponding N different angle range, and the N window function conversion from cylindrical coordinates to Descartes coordinate system; step 3: a three-dimensional image of the N different angle range with the N window function corresponding to multiply and sum, to obtain human 3D imaging data. The present invention provides a method to realize 360 degree resolution 3D imaging, in a three-dimensional image contains 360 degree angle information of the target, effectively solve the problem of the falling edge of the image resolution, provide rich, accurate and comprehensive information for subsequent image processing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多视角成像的三维成像方法
本专利技术涉及雷达
，特别涉及一种基于多视角成像的三维成像方法。
技术介绍
随着雷达成像技术的飞速发展，雷达探测模式从之前的一维测距逐渐发展到二维的测距测角、合成孔径雷达成像(SAR)、干涉SAR，以及三维都具备高分辨能力的平面孔径三维成像和圆柱孔径三维成像等模式。为了满足日益迫切的民用和军用需求，雷达的探测精度越来越高，成像水平已接近于光学水平。目前的圆柱扫描成像，逐渐成为人体安全检查的主流技术，多采取在空间域或频域分区域进行成像。该成像方法存在如下缺点：图像中间部分像素的分辨率较高，而边缘部分分辨率会下降，不能实现360度全分辨的三维成像，真实的反映出目标的信息，不利于后续图像处理和目标特征提取。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种微波圆柱扫描成像系统的人体三维成像方法。该方法通过对多角度三维回波数据的处理，可获得同时包含多角度信息的三维图像，从而为后续的图像处理提供更丰富更全面的三维信息。本专利技术的技术方案如下：一种基于多视角成像的三维成像方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；步骤2：生成与N个不同角度范围的三维图像对应的N个窗函数，并将该N个窗函数由圆柱坐标系转换到笛卡尔坐标系；步骤3：将所述N个不同角度范围的三维图像与所述N个窗函数分别对应相乘并求和，从而获得人体三维成像结果。进一步的，所述步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；具体包括：1.1首先获取去调频后的三维回波数据，在圆柱坐标系下对三维回波数据做去除残余视频相位项(RVP)的处理；1.2将经过去除残余视频相位项处理后的数据分别在方位维和高度维做傅立叶变换，得到三维波数域数据；1.3将所述三维波数域数据与匹配滤波函数相乘，获得匹配滤波后的三维波数域数据；1.4对所述匹配滤波后的波数域数据在方位维做一维逆傅立叶变换后获得圆柱坐标系下的三维波数域数据；1.5将所述圆柱坐标系下的三维波数域数据插值到笛卡尔坐标系下；1.6将在360度扫描范围的所述插值到笛卡尔坐标系下的三维波数域数据等分成N个成像区域；设n表示所述N个成像区域中的第n个成像区域，将选定的第n个成像区域以外置零；其中n的值为N个成像区域的顺序编号；1.7最后通过对N个所述第n个成像区域内的三维波数域数据做三维逆傅立叶变换，从而获得对应的N个所述第n个区域内的三维图像。进一步的，所述步骤1.1中，去除残余视频相位项的方法为：将所述去调频后的三维回波数据在距离维做傅立叶变换后，乘以补偿项，然后做逆傅立叶变换。进一步的，所述步骤1.1中，所述补偿项如式(1)所示：其中，fi为频率，且fi∈[-fs/2,fs/2-fs/Nf]，fs为采样率，Nf为采样点数，γ为调频信号的调频斜率。进一步的，所述步骤1.3中，所述匹配滤波函数的具体表达式如下：其中，为ε阶汉克尔函数，kr为r方向所对应的波数域表示，且k为波数，且k＝2*π*f/c，kz为z方向所对应的波数域表示，f为系统的工作频率，c为光速，R0为天线中心到目标中心的参考距离，ε为扫描角度θ所对应的频率域。进一步的，所述步骤1.4中，对所述匹配滤波后的波数域数据在方位维做一维逆傅立叶变换后获得圆柱坐标系下的三维波数域数据，具体包括：所述圆柱坐标系下的三维波数域数据中任意一点的坐标可表示为(kr,θ,kz)，其中kr为r方向所对应的波数域表示，且k为波数，且k＝2*π*f/c，kz为z方向所对应的波数域表示，f为系统的工作频率，c为光速，θ为波数域数据的扫描角度。进一步的，所述步骤1.5中，将所述圆柱坐标系下的三维波数域数据插值到笛卡尔坐标系下，具体包括：选择正对目标中心的笛卡尔坐标系。进一步的，所述步骤1.5中，将所述圆柱坐标系下的三维波数域数据插值到笛卡尔坐标系下，具体包括：在笛卡尔坐标系下的坐标为(kx,ky,kz)，其中kx＝kr*cos(θ)ky＝kr*sin(θ)kz＝kz(3)其中kx为在笛卡尔坐标系下方位维x对应的波数域坐标，ky为在笛卡尔坐标系下距离维y对应的波数域坐标，kz为高度维z对应的波数域坐标，kr为r方向所对应的波数域表示，且k为波数，且k＝2*π*f/c，kz为z方向所对应的波数域表示，f为系统的工作频率，c为光速，θ为波数域数据的扫描角度。有益效果：本专利技术提出了一种实现360度全分辨三维成像的方法，在一幅三维图像中包含了360度角度的目标信息，有效的解决了边缘图像分辨率下降的问题，为后续的图像处理提供更丰富、准确和全面的信息。附图说明图1微波人体三维成像方法流程图图2去除RVP项方法流程图图3波数域坐标变换关系图图4大波束宽度成像区域示意图图5小波束宽度成像区域示意图具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做详细描述。本专利技术通过将去调频后的三维回波数据变换到频域，在频域将数据插值到同一笛卡尔坐标系下，并分区域完成补零、插值和加窗运算后，求和，完成多角度三维数据的融合处理，该三维融合数据中包含了多个视角的三维信息。图1为本专利技术的方法流程图。一种基于多视角成像的三维成像方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；1.1首先获取去调频后的三维回波数据，在圆柱坐标系下对三维回波数据做去除残余视频相位项(RVP)的处理。去除残余视频相位项处理的方法流程图如图2所示。去除残余视频相位项的方法为：将所述去调频后的三维回波数据在距离维做傅立叶变换后，乘以补偿项，然后做逆傅立叶变换。补偿项如式(1)所示：其中，fi为频率，且fi∈[-fs/2,fs/2-fs/Nf]，fs为采样率，Nf为采样点数，γ为调频信号的调频斜率。1.2将经过去除残余视频相位项处理后的数据在方位维和高度维分别做傅立叶变换，得到三维波数域数据；1.3将所述三维波数域数据与匹配滤波函数相乘，获得匹配滤波后的三维波数域数据。所述匹配滤波函数可通过驻定相位原理推导获得，具体表达式如下：其中，为ε阶汉克尔函数，kr为r方向所对应的波数域表示，且k为波数，且k＝2*π*f/c，kz为z方向所对应的波数域表示，f为系统的工作频率，c为光速，R0为天线中心到目标中心的参考距离，ε为扫描角度θ所对应的频率域。1.4对所述匹配滤波后的波数域数据在方位维做一维逆傅立叶变换后获得圆柱坐标系下的三维波数域数据，所述圆柱坐标系下的三维波数域数据中任意一点的坐标可表示为(kr,θ,kz)，其中kr为r方向所对应的波数域表示，且k为波数，且k＝2*π*f/c，kz为z方向所对应的波数域表示，f为系统的工作频率，c为光速，θ为波数域数据的扫描角度。1.5将所述圆柱坐标系下的三维波数域数据插值到笛卡尔坐标系下(通常选择正对目标中心的笛卡尔坐标系)，三维波数域数据坐标变换关系图如图3所示。坐标变换关系如式(3)所示。在笛卡尔坐标系下的坐标为(kx,ky,kz)，其中其中kx为在笛卡尔坐标系下方位维x对应的波数域坐标，ky为在笛卡尔坐标系下距离维y对应的波数域坐标，kz为高度维z对应的波数域坐标，kr为r方向所对应的波数域表示，且k为波数，且k＝2*π*f/c，kz为z方向所对应的波数域表示，f为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多视角成像的三维成像方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；步骤2：生成与N个不同角度范围的三维图像对应的N个窗函数，并将该N个窗函数由圆柱坐标系转换到笛卡尔坐标系；步骤3：将所述N个不同角度范围的三维图像与所述N个窗函数分别对应相乘并求和，从而获得人体三维成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于多视角成像的三维成像方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；步骤2：生成与N个不同角度范围的三维图像对应的N个窗函数，并将该N个窗函数由圆柱坐标系转换到笛卡尔坐标系；步骤3：将所述N个不同角度范围的三维图像与所述N个窗函数分别对应相乘并求和，从而获得人体三维成像结果。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1：在同一笛卡尔坐标系下生成N个不同角度范围的三维图像；具体包括：1.1首先获取去调频后的三维回波数据，在圆柱坐标系下对三维回波数据做去除残余视频相位项(RVP)的处理；1.2将经过去除残余视频相位项处理后的数据分别在方位维和高度维做傅立叶变换，得到三维波数域数据；1.3将所述三维波数域数据与匹配滤波函数相乘，获得匹配滤波后的三维波数域数据；1.4对所述匹配滤波后的波数域数据在方位维做一维逆傅立叶变换后获得圆柱坐标系下的三维波数域数据；1.5将所述圆柱坐标系下的三维波数域数据插值到笛卡尔坐标系下；1.6将在360度扫描范围的所述插值到笛卡尔坐标系下的三维波数域数据等分成N个成像区域；设n表示所述N个成像区域中的第n个成像区域，将选定的第n个成像区域以外置零；其中n的值为N个成像区域的顺序编号；1.7最后通过对N个所述第n个成像区域内的三维波数域数据做三维逆傅立叶变换，从而获得对应的N个所述第n个区域内的三维图像。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中，去除残余视频相位项的方法为：将所述去调频后的三维回波数据在距离维做傅立叶变换后，乘以补偿项，然后做逆傅立叶变换。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中，所述补偿项如式(1)所示：其中，fi为频率，且fi∈[-fs/2,fs...

【专利技术属性】
技术研发人员：任百玲，胡麟，潘春云，李宏伟，白永科，郑文谦，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11