[发明专利]一种应用于摄像式毫米波人体安检仪的实时跟踪成像方法

说明书

本发明提供一种应用于摄像式毫米波人体安检仪的实时跟踪快速成像方法，解决传统综合孔径快速傅里叶变换算法在近场成像应用中的反演误差问题，提出使用波束近场聚焦的相位补偿方法配合红外测距信息进行综合孔径阵列近场聚焦成像。包括利用红外摄像头获取目标距离数据，利用系统校准信息获得近场聚焦成像的相位补偿值与目标距离的关系，根据计算结果进行成像位置的逐点相位补偿实现近场聚焦成像。通过本发明的算法，可以实现摄像式毫米波人体安检仪近场情况下的实时跟踪快速成像。

技术领域

本发明涉及综合孔径近场反演算法，具体的说，是一种应用于摄像式毫米波人体安检仪的实时跟踪快速成像方法。

背景技术

摄像式毫米波人体安检仪工作在毫米波频段，毫米波人体安检仪自身不发射电磁，对人体不造成任何伤害，并具有全天时、全天候的工作能力。因此，被动毫米波成像技术作为一种新兴的安检手段被广泛应用在机场、车站等人员聚集的公共场所，对人体携带的隐匿违禁物品进行快速、非接触式检测。

综合孔径辐射计成像技术采用小孔径稀疏天线阵列，利用干涉测量技术完成对视场内亮温分布的空间频域(可视度函数)的测量，进而基于可视度函数进行图像反演实现实时成像。鉴于综合孔径辐射计具有高分辨率快速实时成像的优点，其在射电天文和对地观测领域得到了越来越多的应用。然而，将毫米波综合孔径辐射计技术应用于近距离人体隐匿违禁物品安全检测时，仍存在一些技术问题亟待解决，如近场图像反演算法：综合孔径辐射计通过对直接测量的可视度函数进行反演计算以获得场景亮温图像，图像反演算法将直接影响亮温分布图像的质量。早在综合孔径成像技术应用于地球遥感领域之初，Ruf等人^[1]就提出，在满足电磁理论理想远场条件下，可视度函数与场景亮温分布之间满足傅里叶变换关系，并在实际研究中获得验证，如MIRAS中^[2]。然而，在人体安全检测应用中，观测目标往往处于综合孔径辐射计天线阵列的近场区域，傅里叶变换所使用的远场平面波近似条件不再适用，综合孔径辐射计应被视为复杂的空变系统，需要采用与之相适应的图像反演算法以获得高质量的亮温分布反演图像。基于反演理论，为得到精确的反演图像，可以采用基于系统响应G矩阵的数值图像反演算法。Tanner等人在研究一维ESTAR系统的过程中提出基于综合孔径辐射计系统响应G矩阵的数值图像反演算法^[3]，并指出利用该算法不仅可以消除实际系统中的不理想因素，还可以缓解无法校正的去相关效应对图像反演的影响^[4]。但是研究发现随着通道数量增加系统响应G矩阵的数值图像反演算法变成病态问题^[5]，为此Camps提出了基于迭代运算的扩展CLEAN算法进行图像反演^[6]，但其计算量庞大，无法从本质上消除问题的病态性，也不能满足摄像师毫米波人体安检仪实时成像的成像速度需求。

与傅里叶变换的反演方法相比，本发明提出的成像方法适用于近场成像场景，近场成像精度高；具有跟踪成像功能，根据成像距离不同调节相位补偿数值使图像聚焦更准确。与系统响应G矩阵成像法相比，本发明提出的成像方法无需对每个成像位置进行校准测量(根据成像距离需求通常该测量需要数小时)，节约了系统校准所需时间；算法运算量相对G矩阵方法大幅下降，满足实时成像的成像速度需求。

[1]Ruf C S,Swift C T,Tanner A B,et al.Interferometric SyntheticAperture Microwave Radiometry for the Remote Sensing of the Earth[J].IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing,1988,26(5):597-611.