【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及毫米波成像，特别是涉及一种稀疏采样设计方法及稀疏毫米波成像方法。
技术介绍
1、毫米波(mmw)能够穿透常用的一些包装材料，如布料、木材和塑料等。与较低频段的微波成像相比，毫米波成像可以获得更高的分辨率。更重要的是，毫米波是非电离性的，不会像x光那样对人体健康造成电离辐射危害。因此，毫米波成像被广泛看作是辅助人体安检的较为理想的检测方法。
2、目前在主动毫米波安检成像系统中广泛使用的成像算法是毫米波全息成像算法，该算法基于快速傅里叶变换(fft)，具有很好的计算效率。然而，为了获得良好的成像效果，需要在采样平面上进行密集的满采样以满足奈奎斯特定律。当要求更高的图像分辨率时，对应的采样间隔需要更小，此时密集满采样将带来数据采集量大、采集时间长、系统成本高等问题。解决该问题的一种有效方法是采用稀疏采样方式以减少采样点数，并设计相应的稀疏成像算法实现稀疏条件下的毫米波成像。对于稀疏采样方法，目前较常用的方法包括随机稀疏采样方法等，但随机稀疏采样一般不是最优选择，且由于成像点扩散函数旁瓣较高而在成像结果中常会带来较为严重的混叠问题。基于阿基米德螺旋曲线的稀疏采样被认为是一种比较有效的稀疏采样方式，但传统的阿基米德螺旋采样方法采用等角采样，存在螺旋曲线内环采样点过密而外环采样点过疏的问题。也有学者基于改进的sigmoid函数结合优化算法调整螺旋曲线每个环的采样点数量，但由于sigmoid函数的特点依然存在外环采样点过疏的问题。另外，在稀疏采样条件下，基于传统满采样的毫米波成像方法受到限制。因而，如何设计有效的稀疏
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种稀疏采样设计方法及稀疏毫米波成像方法解决了目前阿基米德螺旋曲线稀疏采样存在的内环采样点过密而外环采样点过疏的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，包括以下步骤：
3、s1、确定稀疏采样所在的双螺旋曲线；
4、s2、确定双螺旋曲线上的采样点位置；
5、s3、对采样点位置的稀疏回波数据进行采集；
6、s4、利用稀疏毫米波成像算法对稀疏回波数据进行处理，得到三维目标点的对应散射系数；
7、s5、根据三维目标点的对应散射系数重建毫米波图像。
8、进一步地：所述步骤s1中包括以下分步骤：
9、s11、基于极坐标(r,θ)下以原点为螺旋中心的阿基米德螺旋曲线r＝b·θ相邻两圈的螺旋线径向距离m，确定单位极角所对应的极径的增量b，其公式为：
10、
11、s12、给定任意极坐标(r,θ)，得到(r,θ)在笛卡尔坐标系下的对应2个点坐标(x1'，y1')和(x2'，y2')的以θ为变量的表达式，作为双螺旋曲线的表达式，其表达式为：
12、
13、进一步地：所述步骤s2包括以下分步骤：
14、s21、设定双螺旋曲线上的采样弧长间隔δl，确定采样角θ处的采样角增量δθ与δl之间的关系，其表达式为：
15、δl＝rθ+δθ/2·δθ
16、rθ+δθ/2＝b·(θ+δθ/2)
17、其中，rθ+δθ/2表示当角度为θ+δθ/2时对应的螺旋曲线半径，可得：
18、
19、s22、根据δθ与δl之间的关系，得到第i次采样对应的角度θi，其表达式为：
20、
21、其中，θi-1为第i-1次采样时的角度；
22、s23、根据θi和以原点为螺旋中心的阿基米德螺旋曲线表达式，确定第i次采样的极径ri，其表达式为：
23、ri＝b·θi；
24、s24、根据(ri,θi)，得到双螺旋曲线上对应采样点的直角坐标(ricosθi,risinθi)与(-ricosθi,-risinθi)作为采样点位置。
25、进一步地：所述步骤s24中，若采样点的直角坐标(ricosθi,risinθi)与(-ricosθi,-risinθi)不落在均匀等间隔的满采样对应的采样点上，则将其对应到与其距离最近的符合均匀等间隔的满采样的采样点位置上。
26、进一步地：所述步骤s3中，使用平面扫描系统对采样点位置的稀疏回波数据进行采集；
27、其中，在扫描平面上(x',y')位置处接收天线采集到的目标回波表示为s(x',y',k)，k＝2πf/c表示波数，f为系统工作频率,c为光速。
28、进一步地：所述步骤s4包括以下分步骤：
29、s41、对特定频率k下的稀疏回波数据进行关于x'和y'的二维快速傅里叶变换，得到相应的频域信号s(kx,ky,k)；
30、s42、对频域信号s(kx,ky,k)进行补偿得到补偿后的频域信号sc(kx,ky,k)；
31、s43、对所有频率下的补偿后的频域信号进行求和，得到目标点z方向坐标对应的求和后频域信号sz(kx,ky)；
32、s44、对sz(kx,ky)进行关于kx和ky的逆向二维快速傅里叶变换，得到三维目标点(x,y,z)处的对应散射系数h(x,y,z)。
33、进一步地：所述步骤s42中，对频域信号s(kx,ky,k)进行补偿得到补偿后的频域信号sc(kx,ky,k)的数学表达式为：
34、
35、其中，kx、ky和kz分别为频率k在x、y和z方向的分量；z1为成像系统接收平面的z方向坐标，z为目标点的z方向坐标。
36、进一步地：kx、ky和kz之间的关系满足：
37、
38、本专利技术的有益效果为：
39、1.设计了基于双螺旋曲线的等弧长间隔稀疏采样方法，克服了目前阿基米德螺旋曲线稀疏采样存在的内环采样点过密而外环采样点过疏的问题；
40、2.基于稀疏采样条件，设计了相应的稀疏毫米波成像方法，克服了传统全息毫米波成像算法主要适用于满采样条件的限制，并且避免了全息毫米波成像算法的插值操作。
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1.基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤S1中包括以下分步骤：
3.根据权利要求2所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
4.根据权利要求3所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤S24中，若采样点的直角坐标(ricosθi,risinθi)与(-ricosθi,-risinθi)不落在均匀等间隔的满采样对应的采样点上，则将其对应到与其距离最近的符合均匀等间隔的满采样的采样点位置上。
5.根据权利要求1所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤S3中，使用平面扫描系统对采样点位置的稀疏回波数据进行采集；
6.根据权利要求5所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：
7.根据权利要求6所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所
8.根据权利要求7所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，kx、ky和kz之间的关系满足：
...【技术特征摘要】
1.基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤s1中包括以下分步骤：
3.根据权利要求2所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下分步骤：
4.根据权利要求3所述的基于双螺旋等弧长稀疏采样的毫米波成像方法，其特征在于，所述步骤s24中，若采样点的直角坐标(ricosθi,risinθi)与(-ricosθi,-risinθi)不落在均匀等间隔的满采样对应的采样点上，则将其对应到与其距离最近的符合均匀等间隔的满采样的采样点位置...
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