一种近距离微波成像方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种近距离微波成像方法及系统，通过控制由预设个数的天线组成的线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描目标区域，在圆弧轨道上的每个方位角位置点，控制线性阵列天线采集预设个数的回波数据，并将预设个数的回波数据构成的回波数据集发送给信号处理设备，直到线性阵列天线在圆弧轨道上的预设方位角位置点完成回波数据的采集时止；控制信号处理设备每接收到一次回波数据集，则对回波数据集进行成像处理，可以有效提升近距离微波成像的处理速度、缩短处理时间，实现实时成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例属于近距离微波成像
，尤其涉及一种近距离微波成像方法及系统。
技术介绍
近距离微波成像技术采用主动发射微波波段的电磁波的方式对物体进行扫描成像，因其能够穿透物体表面而检测藏匿于物体内部的金属或非金属违禁品，且由于其具有辐射剂量小、属于非电离辐射等特点，广泛应用于安检系统，用于执行人体安全检查任务。然而，目前较为流行的近距离微波成像技术，均要求首先得到所有等效天线采集位置处的回波数据组成的回波数据集，再传送将回波数据集发送至安检系统的信号处理设备进行统一成像处理，才能得到目标点物体的图像，无法在数据采集的过程中同时进行成像处理，数据处理效率低下。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种近距离微波成像方法及系统，能够在数据采集的过程中同时进行成像处理，可以有效提升近距离微波成像的处理速度、缩短处理时间，实现实时成像。本专利技术实施例一方面提供一种近距离微波成像方法，其包括：将目标区域划分为预设分辨率大小的栅格集；建立存储所述目标区域的成像结果的存储区域，所述成像结果以预设分辨率大小的矩阵形式表示，所述栅格集中的每个栅格均对应所述矩阵中的一个元素，元素的值即为其对应的栅格的成像结果；控制由预设个数的天线组成的线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描所述目标区域，在所述圆弧轨道上的每个方位角位置点，控制所述线性阵列天线采集预设个数的回波数据，并将所述预设个数的回波数据构成的回波数据集发送给信号处理设备，直到所述线性阵列天线在所述圆弧轨道上的预设方位角位置点完成回波数据的采集时止；控制所述信号处理设备每接收到一次所述回波数据集，则对所述回波数据集进行成像处理，并将成像结果保存在所述矩阵中。本专利技术实施例另一方面还提供一种近距离微波成像系统，其包括：栅格化模块，用于将目标区域划分为预设分辨率大小的栅格集；分区存储模块，用于建立存储所述目标区域的成像结果的存储区域，所述成像结果以预设分辨率大小的矩阵形式表示，所述栅格集中的每个栅格均对应所述矩阵中的一个元素，元素的值即为其对应的栅格的成像结果；数据采集模块，用于控制由预设个数的天线组成的线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描所述目标区域，在所述圆弧轨道上的每个方位角位置点，控制所述线性阵列天线采集预设个数的回波数据，并将所述预设个数的回波数据构成的回波数据集发送给信号处理设备，直到所述线性阵列天线在所述圆弧轨道上的预设方位角位置点完成回波数据的采集时止；数据处理模块，用于控制所述信号处理设备每接收到一次所述回波数据集，则对所述回波数据集进行成像处理，并将成像结果保存在所述矩阵中。本专利技术实施例通过控制信号处理设备每接收到一次回波数据集，则对所述回波数据集进行成像处理，可以有效提升近距离微波成像的处理速度、缩短处理时间，实现实时成像。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一个实施例提供的笛卡尔坐标系下的柱面扫描系统的示意图。图2是本专利技术的一个实施例提供的近距离微波成像方法的流程框图；图3是本专利技术的一个实施例提供的步骤S40的流程框图；图4是本专利技术的一个实施例提供的近距离微波成像系统的结构框图；图5是本专利技术的一个实施例提供的数据处理模块的结构框图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。本专利技术所有实施例基于近距离微波成像系统实现，该系统由线性排列的预设个数的天线组成的线性阵列天线、信号收发设备和机械旋转设备和信号处理设备。在具体应用中，信号处理设备可以采用图形处理器(GraphicsProcessingUnit，GPU)。机械旋转设备控制线性阵列天线旋转，信号收发设备通过线性阵列天线在旋转过程中发射信号并接收待成像物体反射的回波数据，信号收发设备将回波数据发送给信号处理设备处理为成像结果实现对待成像物体上各采样点的扫描成像。根据线性阵列天线旋转过程中的等效相位位置所形成的扫描面的形状，可以将近距离微波成像系统分为平面扫描系统或柱面扫描系统。以下着重介绍柱面扫描系统的工作原理：如图1所示，设定待成像物体为人体，人体自然站立的平面为水平面，设定与X轴正交且处于同一水平面的轴为Y轴，设定X轴、Y轴和Z轴相交于所述集合中轴线上的一点O，以O为原点建立包括X轴、Y轴和Z轴的笛卡尔坐标系X-Y-Z-O。N个天线在垂直于水平面的Z轴方向上组成线性阵列天线，线性阵列天线距柱面扫描系统的几何中轴线的距离为ρ，该线性阵列天线绕所述几何中轴线旋转一周后，等效形成在柱面上分布的等方位角间隔、等高度间隔的多个等效天线位置，该等效天线位置称为天线的等效相位中心。以柱面坐标表示某个天线等效相位中心的位置，其中表示以等方位角间隔采样的条件下，第m个方位角位置处的采样点的方位角坐标值，其中，m的范围为0≤m≤M-1，M表示同一天线绕所述几何中轴线旋转一周的采样点的总数，方位角是指某一天线的X轴坐标的变化角度；zn表示在Z轴方向上等间隔采样的条件下，Z轴方向上第n个采样点的Z轴坐标值，其中，n的范围为0≤n≤N-1，N表示线性阵列天线在Z轴方向上的采样点的总数。在某个方位角坐标值处，天线的微波信号的发射和接收是通过控制微波开关的通断电来实现的，线性阵列天线所包括的第0个天线的等效相位中心依次向第N-1个天线的等效相位中心扫描时，微波开关的切换速度在纳秒级别，信号的发射和接收的时间在几十纳秒级别，因此，线性阵列天线在扫描过程中不同天线之间的扫描时间差异可以忽略不计，可以认为线性天线阵列的所有天线均是同时发射和接收信号。在具体应用中，机械旋转设备控制线性阵列天线沿着与线性阵列天线正交的圆弧轨道旋转运动，以对待测物体进行扫描，扫描一周即完成0～2π(包括端点值)角度的旋转，所需时间为5～6秒钟。设定，某一天线的等效相位中心处发射的微波信号st(t)为线性调频信号，其表达式为：其中，t表示时间，A表示发射的信号幅度，Ts表示发射的信号宽度，fc表示发射的信号的中心频率，B表示发射的信号的带宽。假设人体目标区域中某个位置处的目标点P在笛卡尔坐标系中的坐标为(xP,yP,zP)，其散射系数表示为σ(xP,yP,zP)，则对于某个柱面坐标处的天线的等效相位中心，微波信号st(t)照射在目标点P上，经目标点P散射后被坐标处的天线接收的信号表示为：其中，0≤m≤M-1，0≤n≤N-1，A′表示接收的信号的幅度，C表示电磁波在真空中传播速度，F时表示目标点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近距离微波成像方法，其特征在于，所述近距离微波三维成像方法包括：将目标区域划分为预设分辨率大小的栅格集；建立存储所述目标区域的成像结果的存储区域，所述成像结果以预设分辨率大小的矩阵形式表示，所述栅格集中的每个栅格均对应所述矩阵中的一个元素，元素的值即为其对应的栅格的成像结果；控制由预设个数的天线组成的线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描所述目标区域，在所述圆弧轨道上的每个方位角位置点，控制所述线性阵列天线采集预设个数的回波数据，并将所述预设个数的回波数据构成的回波数据集发送给信号处理设备，直到所述线性阵列天线在所述圆弧轨道上的预设方位角位置点完成回波数据的采集时止；控制所述信号处理设备每接收到一次所述回波数据集，则对所述回波数据集进行成像处理，并将成像结果保存在所述矩阵中。

【技术特征摘要】
1.一种近距离微波成像方法，其特征在于，所述近距离微波三维成像方法包括：将目标区域划分为预设分辨率大小的栅格集；建立存储所述目标区域的成像结果的存储区域，所述成像结果以预设分辨率大小的矩阵形式表示，所述栅格集中的每个栅格均对应所述矩阵中的一个元素，元素的值即为其对应的栅格的成像结果；控制由预设个数的天线组成的线性阵列天线绕预设的圆弧轨道旋转扫描所述目标区域，在所述圆弧轨道上的每个方位角位置点，控制所述线性阵列天线采集预设个数的回波数据，并将所述预设个数的回波数据构成的回波数据集发送给信号处理设备，直到所述线性阵列天线在所述圆弧轨道上的预设方位角位置点完成回波数据的采集时止；控制所述信号处理设备每接收到一次所述回波数据集，则对所述回波数据集进行成像处理，并将成像结果保存在所述矩阵中。2.如权利要求1所述的近距离微波成像方法，其特征在于，所述对所述回波数据集进行成像处理，包括：分别对所述回波数据集中的每个回波数据进行快速傅里叶变换；根据所述快速傅里叶变换的结果，通过后向投影算法计算得到与所述每个回波数据对应的元素的值；根据每个元素的值更新所述每个元素的初始值。3.如权利要求2所述的近距离微波成像方法，其特征在于，所述分别对所述回波数据集中的每个回波数据进行快速傅里叶变换，包括：分别对所述回波数据集中的每个回波数据沿频率轴方向进行快速傅里叶变换，得到与所述回波数据集对应的数据集，所述数据集包括与所述回波数据集中的每个回波数据对应的数据；根据所述快速傅里叶变换的结果，通过后向投影算法计算得到与所述每个回波数据对应的元素的值，包括：根据所述数据集，通过基于插值法的后向投影算法计算得到与所述每个回波数据对应的元素的值。4.如权利要求3所述的近距离微波成像方法，其特征在于，插值法为样条插值法。5.如权利要求2或3所述的近距离微波成像方法，其特征在于，所述快速傅里叶变换为并行快速傅里叶变换，所述后向投影算法为并行后向投影算法。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁春超，王爱先，陈寒江，郭令霞，孙超，侯晓翔，赵术开，
申请(专利权)人：华讯方舟科技有限公司，深圳市太赫兹科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44