一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法，本发明专利技术通过仿真得到不同天线参数下天线的SAR图像，对图像进行图像处理和特征提取，得到表征图像信息的特征参数，利用天线参数与SAR图像特征建立数据库。根据天线参数和SAR图像特征的对应关系以及应用场景中特征参数的选取要求，可以匹配得到相应的天线参数，为天线设计提供一种快速有效的技术方法，本发明专利技术的方法弥补了传统方法中计算复杂的缺点，在天线设计领域具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法
本专利技术属于光电测量

技术介绍
RFID标签天线是RFID电子标签的应答器天线，一般与芯片组成完整的RFID电子标签应答器。天线通常是限制标签性能的最大障碍，天线性能的好坏决定了标签是否可以正常工作以及工作距离的远近。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片，因此不仅需要使天线与相连的标签芯片的匹配，还要仔细调整天线的结构和参数。目前都是通过正设计设计天线，但正设计优化过程复杂且难以得到良好结果。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决上述现有技术中存在的问题本专利技术提供了一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法。技术方案：本专利技术提供了一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法，具体包括如下步骤：步骤1：根据天线的频段，确定天线的初始参数并生成该天线的SAR图像，将该SAR图像设置为目标SAR图像；所述天线的初始参数包括天线的类型、臂长和线宽；步骤2：对步骤1中的目标SAR图像依次进行灰度化处理、中值滤波处理和阈值分割处理；步骤3：提取步骤2中处理后的目标SAR图像的边缘轮廓，计算该目标SAR图像的特征值，所述特征值包括：面积，周长，重心位置和偏心率；步骤4：基于预设的终止条件依次对天线的任意一个初始参数进行多次修改，修改该参数时其他两个初始参数不变，得到若干组初始参数组；并基于每组初始参数组计算对应的SAR图像的特征值；建立数据库，将每组初始参数组以及对应的SAR图像的特征值存入该数据库；步骤5：计算每组初始参数组对应的天线的增益和损耗，建立SAR图像每个特征值与天线损耗、增益的关系曲线，根据预设的损耗范围，在损耗的关系曲线得到对应范围内的SAR图像特征值，根据预设的增益的范围，在增益的关系曲线中得到对应范围内的SAR图像特征值，从而得到若干个SAR图像，计算目标SAR图像与该若干个SAR图像的距离，选择距离最短的SAR图像，并根据该SAR对应的天线的参数设计天线。进一步的，所述步骤2中的阈值分割具体为：计算中值滤波后的SAR图像中每个像素点的灰度值，若该像素点的灰度值大于等于预设的阈值，则将该像素点所在区域设为目标区域，否则将该像素点所在区域设为背景区域。进一步的，所述步骤4中预设的终止条件为天线的频段超过步骤1中的频段或者SAR图像每个特征值的变化率都低于5％。进一步的，所述特征值的计算具体为:利用以下公式计算面积A：其中M为SAR图像的长，N为SAR图像的宽，g(x,y)表示在SAR图像中坐标为(x,y)的像素点的像素值；重心位置SAR图像边界使用八向链码M8表示：M8＝Sa1a2…an,ai＝0,1,2,…,7,i＝1,2,…,n其中，S表示边界的起点坐标，n表示图像的边界点个数，ai表示第i个边界点走向的数码序列，0到7代表8个方向，分别表示沿边界点i为中心的正右方向沿逆时针旋转45°的不同方向，分别为0°，45°，90°,135°,180°,225°,270°,315°；周长L：进一步的，所述步骤5根据如下公式计算目标SAR图像X与若干个SAR图像中第m个SAR图像Xm之间的距离：其中，Xmj为Xm的第j个特征值，Xj为目标SAR图像X的第j个特征值，m＝1，2，…，R，其中R为若干个SAR图像的总个数。有益效果：本专利技术通过建立SAR图像特征与天线参数的数据库，根据实际标签应用要求，实现了标签天线的逆向优化设计，该方法具有快捷、简单、精确等特点，避免了资源浪费，对天线设计研究具有重要意义。该方法弥补了传统方法中计算复杂的缺点，在天线设计领域具有重要的应用价值。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为SAR图像的原始图；图3为滤波后的SAR图像；图4为阈值分割后的SAR图像；图5为SAR图像的轮廓和区域特征图。具体实施方式构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。如图1所示，本专利技术提供了一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法，包括以下步骤：第一步骤：标签天线初步设计步骤，天线的工作频段为超高频，选择半波偶极子天线为天线基本结构，确定天线臂长l1＝80mm,l2＝80mm、线宽w＝1mm，利用软件生成天线SAR图像，该SAR图像为目标SAR图像，SAR图像如附图2所示；第二步骤：图像处理步骤，对以上第一步骤生成的目标SAR图进行灰度化处理，然后进行中值滤波去除噪声并减轻图像边缘的模糊，处理后的目标SAR图如附图3所示，再对经过灰度化和滤波处理的图像进行阈值分割，结果如图4所示；第三步骤：特征计算步骤，对以上第二步骤处理的目标SAR图，提取并显示边缘轮廓，显示连通区域信息，其结果如附图5所示，计算面积、周长、重心、偏心率，并作为图像的基本特征，来描述SAR图像的形状特点；第四步骤：图像特征分析步骤，基于预设的终止条件依次对天线的任意一个初始参数进行多次修改，修改该参数时其他两个初始参数不变(例如逐步提高或减小天线的臂长，而天线的类型还是半波偶极子，线宽还是1mm，直至满足终止条件)得到不同天线参数下的SAR图像特征值，建立天线参数与天线SAR图像特征值的特征库，图像特征库结果如表1所示，并根据天线性能(损耗和增益)与SAR图像特征值的变化，可以看出两者之间有相关性；表1第五步骤：天线逆向设计，计算每组初始参数组对应的天线的增益和损耗，建立SAR图像每个特征值与天线损耗、增益的关系曲线，根据预设的损耗范围，在损耗的关系曲线得到对应范围内的SAR图像特征值，根据预设的增益的范围，在增益的关系曲线中得到对应范围内的SAR图像特征值，从而得到若干个SAR图像，计算目标SAR图像与该若干个SAR图像的距离，选择距离最短的SAR图像，并根据该SAR对应的天线的参数设计天线。本实施例中，阈值分割具体为，确定一个灰度阈值T，分割后的图像可以表示为：其中f(x,y)是输入图像，g(x,y)是输出图像，如果f(x,y)中的像素点大于设定阈值，则认为该区域为目标图像区域，反之则属于背景区域。其中第三步骤所述特征计算方法，步骤如下：其中M为SAR图像的长，N为SAR图像的宽，g(x,y)表示在SAR图像中坐标为(x,y)的像素点的像素值；利用以下公式计算图像重心位置：SAR图像边界使用八向链码M8表示：M8＝Sa1a2…an,ai＝0,1,2,…,7,i＝1,2,…,n其中，S表示边界的起点坐标，n表示图像的边界点个数，ai表示第i个边界点走向的数码序列，0到7代表8个方向，分别表示从以边界点i为中心正右方向沿逆时针旋转45°的不同方向，分别为0°，45°，90°,135°,18本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n步骤1：根据天线的频段，确定天线的初始参数并生成该天线的SAR图像，将该SAR图像设置为目标SAR图像；所述天线的初始参数包括天线的类型、臂长和线宽；/n步骤2：对步骤1中的目标SAR图像依次进行灰度化处理、中值滤波处理和阈值分割处理；/n步骤3：提取步骤2中处理后的目标SAR图像的边缘轮廓，计算该目标SAR图像的特征值，所述特征值包括：面积，周长，重心位置和偏心率；/n步骤4：基于预设的终止条件依次对天线的任意一个初始参数进行多次修改，修改该参数时其他两个初始参数不变，得到若干组初始参数组，根据组初始参数组得到一个对应的SAR图像，并基于每组初始参数组计算对应的SAR图像的特征值；建立数据库，将每组初始参数组以及对应的SAR图像的特征值存入该数据库；/n步骤5：计算每组初始参数组对应的天线的增益和损耗，建立SAR图像每个特征值与天线损耗、增益的关系曲线，根据预设的损耗范围，在损耗的关系曲线得到对应范围内的SAR图像特征值，根据预设的增益的范围，在增益的关系曲线中得到对应范围内的SAR图像特征值，从而得到若干个SAR图像，计算目标SAR图像与该若干个SAR图像的距离，选择距离最短的SAR图像，并根据该SAR图像对应的天线的参数设计天线。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：根据天线的频段，确定天线的初始参数并生成该天线的SAR图像，将该SAR图像设置为目标SAR图像；所述天线的初始参数包括天线的类型、臂长和线宽；
步骤2：对步骤1中的目标SAR图像依次进行灰度化处理、中值滤波处理和阈值分割处理；
步骤3：提取步骤2中处理后的目标SAR图像的边缘轮廓，计算该目标SAR图像的特征值，所述特征值包括：面积，周长，重心位置和偏心率；
步骤4：基于预设的终止条件依次对天线的任意一个初始参数进行多次修改，修改该参数时其他两个初始参数不变，得到若干组初始参数组，根据组初始参数组得到一个对应的SAR图像，并基于每组初始参数组计算对应的SAR图像的特征值；建立数据库，将每组初始参数组以及对应的SAR图像的特征值存入该数据库；
步骤5：计算每组初始参数组对应的天线的增益和损耗，建立SAR图像每个特征值与天线损耗、增益的关系曲线，根据预设的损耗范围，在损耗的关系曲线得到对应范围内的SAR图像特征值，根据预设的增益的范围，在增益的关系曲线中得到对应范围内的SAR图像特征值，从而得到若干个SAR图像，计算目标SAR图像与该若干个SAR图像的距离，选择距离最短的SAR图像，并根据该SAR图像对应的天线的参数设计天线。


2.根据权利要求1所述的一种基于电磁场SAR图像处理的标签天线逆向设计方法，其特征在于，所述步骤2中的阈值分割具体为：计算中值滤波后的SAR图像中每个像素点的灰度值，若该像素点的灰度值大于等于预设的阈值，则将该像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振鲁，俞晓磊，赵志敏，李琳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32