專利名稱：一種圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及三維成像領(lǐng)域，具體而言，涉及一種圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，人類開發(fā)了很多新的交通工具，如飛機(jī)、高速火車、地鐵等，這些交通工具承載了大量人群，一旦有攜帶危險(xiǎn)品進(jìn)入該交通工具里，極易帶來安全隱患，給周圍的人造成生命威脅。例如，攜帶易燃易爆等物品進(jìn)入飛機(jī)或地鐵等。另外，隨著人類的社會(huì)活動(dòng)越來越廣泛，經(jīng)常會(huì)有大型集會(huì)的召開，而這些大型集會(huì)中往往聚集了成千上萬的人。一旦有人攜帶危險(xiǎn)物進(jìn)入或者恐怖分子攜帶爆炸性物品進(jìn)入以進(jìn)行恐怖活動(dòng)，會(huì)造成嚴(yán)重的生命危害。針對(duì)這些情況，人們研發(fā)了一種三維成像安檢設(shè)備，其能夠全面實(shí)現(xiàn)對(duì)人體攜帶的各種危險(xiǎn)品實(shí)施檢測(cè)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體的360度成像，該三維成像安檢設(shè)備中的掃描裝置通常為圓柱陣面。通常的圓柱陣面三維成像安檢系統(tǒng)的工作方式有三種第一種是通過單收發(fā)通道二維掃描實(shí)現(xiàn)二維孔徑合成，從而實(shí)現(xiàn)三維成像；第二種是通過線陣或弧形陣列的掃描來實(shí)現(xiàn)二維孔徑合成，從而實(shí)現(xiàn)三維成像；第三種是直接采用二維實(shí)孔徑陣列來三維成像。采用第一種方式的三維成像的掃描時(shí)間過長(zhǎng)，一般在1分鐘以上，不適合應(yīng)用于安檢場(chǎng)合。采用第三種方式的三維成像的成本過高。當(dāng)前的圓柱陣面三維成像安檢系統(tǒng)主要采用第二種工作方式。第一種方式不適合工程應(yīng)用，而無論采用上述第二種或第三種方式，由于采用了多個(gè)收發(fā)通道，都存在不同通道之間回波信號(hào)幅度不一致、不同通道的延遲時(shí)間不一致導(dǎo)致了回波頻偏和相位誤差，這些問題不解決將嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法，該成像系統(tǒng)包括電機(jī)、飼服控制器、天線陣列圓盤支架、發(fā)射天線陣列、接收天線陣列、頻率合成模塊、回波信號(hào)接收處理裝置、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器，其中發(fā)射天線陣列用于輻射射頻信號(hào)，發(fā)射天線陣列有N個(gè)發(fā)射天線單元，每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)一路發(fā)射通道，天線陣列有N路電開關(guān)以控制發(fā)射通道的分時(shí)工作，即開通和關(guān)斷，其中 N < 2000 ；接收天線陣列用于接收射頻回波信號(hào)，接收天線陣列有N個(gè)接收天線單元，每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)一路接收通道，天線陣列有N路電開關(guān)以控制接收通道的分時(shí)工作，即開通和關(guān)斷，其中N < 2000 ；該成像方法包括a.在所述成像系統(tǒng)上電啟動(dòng)前，在其圓柱陣面的同軸中心放置一個(gè)表面光滑的金屬圓柱；b.上電啟動(dòng)所述成像系統(tǒng)，發(fā)射天線陣列的N個(gè)發(fā)射天線單元依次輻射射頻信號(hào)到所述金屬圓柱表面上并被鏡面反射；c.接收天線陣列的相對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到回波信號(hào)并將其發(fā)送給回波信號(hào)接收處理裝置以進(jìn)行處理，然后將處理后的回波信號(hào)發(fā)送給處理器；d.信號(hào)處理器接收并數(shù)字采樣完所有回波信號(hào)后，對(duì)回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，獲取3組校正參數(shù)并保存到存儲(chǔ)器中，該3組校正參數(shù)包括1.每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)HmaX/Hi，2.每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)3.每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)仍；e.之后取出該金屬圓柱體，傳輸目標(biāo)物體到掃描位置，開始進(jìn)行掃描并傳輸回波信號(hào)；f.信號(hào)處理器獲得所有掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)，首先需要利用上述3組校正參數(shù)對(duì)這些掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，包括首先將第i個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以該通道的通道幅度值校正系數(shù)Hmax/Hi以完成對(duì)該第i個(gè)通道的回波信號(hào)的幅度校正，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的幅度校正；然后利用第i通道的通道頻率校正系數(shù)fcrfi生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j · (fo-fi) · t)，t為采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，將第i通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以exp(j · (Vfi) *t)，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的頻率偏移的補(bǔ)償校正；最后利用每個(gè)通道的的回波信號(hào)相位誤差補(bǔ)償系數(shù)仍生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j ·釣)，將其乘以相對(duì)應(yīng)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)，完成對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)的相位補(bǔ)償，其中1彡i彡N;g.信號(hào)處理器接著利用公知的三維成像方法對(duì)經(jīng)校正的掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，然后在屏幕上顯示圖像。其中所述金屬圓柱是鐵、鋁、銅和鋅中的任意金屬或金屬合金，其半徑在0. 1-0.3米之間，其高度與天線陣列等高，所述金屬圓柱的半徑為0.2米，所述金屬圓柱是空心或?qū)嵭?。采用本發(fā)明的成像方法的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)所有掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過上述校正之后，解決了不同通道之間回波信號(hào)幅度不一致、不同通道的延遲時(shí)間不一致導(dǎo)致了回波頻偏和相位誤差等問題，再對(duì)其進(jìn)行成像處理后獲得的圖像質(zhì)量好、分辨率高，屏幕顯示出的圖像非常清晰。本發(fā)明的圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法可以應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，如安檢領(lǐng)域、探傷領(lǐng)域、對(duì)地觀測(cè)三維成像領(lǐng)域，都能獲得質(zhì)量好、分辨率高、顯示清晰的圖像。


圖1為本發(fā)明的在圓柱陣面三維成像安檢系統(tǒng)的圓柱陣面的同軸中心設(shè)置一個(gè)光滑的金屬圓柱的示意圖；圖2為本發(fā)明的圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法的流程圖；圖3為輻射射頻信號(hào)照射到金屬圓柱表面且鏡面反射回波的水平截面示意圖；圖4為輻射射頻信號(hào)照射到金屬圓柱表面且鏡面反射回波的垂直截面示意圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)前的圓柱陣面三維成像安檢系統(tǒng)都是在微波或毫米波段工作，主要存在不同通道之間回波信號(hào)幅度不一致、不同通道的延遲時(shí)間不一致導(dǎo)致了回波頻偏和相位誤差，嚴(yán)重影響了三維成像的圖像質(zhì)量。通常的圓柱陣面三維成像系統(tǒng)包括電機(jī)、飼服控制器、天線陣列圓盤支架、發(fā)射天線陣列、接收天線陣列、頻率合成模塊、回波信號(hào)接收處理裝置、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器等。發(fā)射天線陣列用于輻射射頻信號(hào)，發(fā)射天線陣列有N個(gè)發(fā)射天線單元，每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)一路發(fā)射通道，天線陣列有N路電開關(guān)以控制發(fā)射通道的分時(shí)工作，即開通和關(guān)斷。在本發(fā)明中，30 < NS 2000，優(yōu)選384個(gè)。兩個(gè)天線單元之間間隔大小為一個(gè)波長(zhǎng)λ。接收天線陣列用于接收射頻回波信號(hào)，接收天線陣列有N個(gè)接收天線單元，每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)一路接收通道，天線陣列有N路電開關(guān)以控制接收通道的分時(shí)工作，即開通和關(guān)斷。在本發(fā)明中，30 < NS 2000，優(yōu)選384個(gè)。兩個(gè)天線單元之間間隔大小為一個(gè)波長(zhǎng)入。發(fā)射和接收天線單元的形式有多種，可以是微帶天線、波導(dǎo)縫隙天線、偶極子以及喇叭口天線等。發(fā)射和接收天線單元的大小可以是長(zhǎng)和寬均為一個(gè)波長(zhǎng)λ，天線單元的波束寬度是30-120度，優(yōu)選60度。本發(fā)明提出了一種圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法來解決上述技術(shù)問題。圖2為本發(fā)明的圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法的流程圖，該方法包括一、在成像系統(tǒng)上電啟動(dòng)前，在圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的圓柱陣面的同軸中心放置一個(gè)表面光滑的金屬圓柱，如圖1所示。該金屬可以是鐵、鋁、銅、鋅等任意金屬或金屬合金，該金屬圓柱的半徑一般在0. 1-0. 3米之間，優(yōu)選0. 2米，金屬圓柱的高度與天線陣列等高或略長(zhǎng)，可以長(zhǎng)出0.2米以上。由于該圓柱材料采用金屬或金屬合金，質(zhì)量大，因此可以是中空結(jié)構(gòu)，即該金屬圓柱是實(shí)心或空心都不影響本發(fā)明的成像方法的實(shí)現(xiàn)。該金屬圓柱的表面光滑度沒有具體要求，只要能對(duì)輻射的射頻信號(hào)產(chǎn)生鏡面反射即可。二、接著上電啟動(dòng)成像系統(tǒng)，發(fā)射天線陣列的N個(gè)發(fā)射天線單元依次輻射射頻信號(hào)到所述金屬圓柱表面上并被鏡面反射。三、接收天線陣列的相對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到回波信號(hào)并將其發(fā)送給回波信號(hào)接收處理裝置以進(jìn)行處理，其中包括Dechirp處理，然后將處理后的回波信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理器。Dechirp處理是本領(lǐng)域公知的技術(shù)。四、信號(hào)處理器接收并數(shù)字采樣完所有回波信號(hào)后，對(duì)回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，獲取3組校正參數(shù)并保存到存儲(chǔ)器中。該3組校正參數(shù)分別描述如下1 獲取每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)。由于發(fā)射和接收天線陣列的各通道之間的傳遞函數(shù)不一致，導(dǎo)致了各通道之間的回波信號(hào)的幅度值不一致，需要將其校正以使其相等或者近似相等。對(duì)每個(gè)通道的回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到該回波信號(hào)的頻域，該單頻信號(hào)的頻域是個(gè)sine函數(shù)，可用二次函數(shù)擬合近似求取最大值點(diǎn)的位置和幅值。取該回波信號(hào)的頻域最大值采樣點(diǎn)及其鄰域的各采樣點(diǎn)，該鄰域?yàn)榇笥陬l域最大值采樣點(diǎn)的幅度值的二分之一所構(gòu)成的范圍，采用最小均方誤差準(zhǔn)則對(duì)這些采樣點(diǎn)的幅度值進(jìn)行二次擬合，得到二次函數(shù)f(X) =3* +1^#(3，求取1 = -13/(2&)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，其為該通道的幅度值。
對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作上述同樣的操作，第i通道的回波信號(hào)的幅度值為Hi，求出N個(gè)通道的回波信號(hào)的最大幅度值Hmax，則第i個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)為Hmax/Hi，其中1≤i≤N。將N個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)Hmax/Hi保存到存儲(chǔ)器中。2 獲取每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)。由于系統(tǒng)非理想性，不同通道對(duì)回波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生延遲，延遲時(shí)間存在誤差，回波信號(hào)被回波信號(hào)接收處理裝置接收并經(jīng)dechirp處理之后，導(dǎo)致了頻率偏移，為了獲得高質(zhì)量的成像，需要將頻率偏移補(bǔ)償?shù)?，因此需要獲得N個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)。首先將第i個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以該通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)Hmax/Hi以完成對(duì)該第i個(gè)通道的回波信號(hào)的幅度校正，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的幅度校正。接著開始獲取通道頻率校正系數(shù)。本發(fā)明采用的方式為對(duì)各通道的回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到回波信號(hào)的頻域，求取各通道的回波信號(hào)的頻率中心。由于設(shè)定的采樣間隔的因素，導(dǎo)致實(shí)際頻率中心點(diǎn)不一定在采樣點(diǎn)上，需要對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行二次擬合來得到實(shí)際頻率的二次函數(shù)。取該回波信號(hào)的頻域最大值采樣點(diǎn)及其鄰域的各采樣點(diǎn)，該鄰域?yàn)榇笥陬l域最大值采樣點(diǎn)的幅度值的二分之一所構(gòu)成的范圍，采用最小均方誤差準(zhǔn)則對(duì)這些采樣點(diǎn)的幅度值進(jìn)行二次擬合，得到二次函數(shù)f(x) = a · x2+b · x+c，其中χ = -b/(2a)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值即為中心頻率。對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作上述相同的操作，第i通道的回波信號(hào)的中心頻率為，求出N個(gè)通道的回波信號(hào)的中心頻率的均值為&，則第i個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)為fcrfi，其中1 < i≤N。將N個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)為fcrfi保存到存儲(chǔ)器中。3 獲取每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)。由于系統(tǒng)非理想性，不同通道對(duì)回波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生延遲，延遲時(shí)間存在誤差，回波信號(hào)被回波信號(hào)接收處理裝置接收并經(jīng)dechirp處理之后，除了導(dǎo)致了頻率偏移之外，還導(dǎo)致了常數(shù)項(xiàng)的相位誤差。另外，在利用通道頻率校正系數(shù)進(jìn)行頻率偏移補(bǔ)償時(shí)也會(huì)引入常數(shù)項(xiàng)的相位誤差。因此需要對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差進(jìn)行補(bǔ)償。首先利用第i通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j · (Vfi) -t), t為采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，將第i通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以exp(j · (Vfi) *t)，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的頻率偏移的補(bǔ)償校正。接著任選第i通道作為參考通道，將其他N-I個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)分別與第i個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)，得到N-I個(gè)通道與參考通道的相位誤差，具體的方法是將N個(gè)通道的回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到N個(gè)通道的回波信號(hào)的頻域，然后將N-I個(gè)通道(參考通道之外的所有通道)的回波信號(hào)的頻域分別與參考通道的回波信號(hào)的頻域的共軛進(jìn)行相乘，以便提取N-I個(gè)通道的回波信號(hào)的中心頻率點(diǎn)的相位誤差。與獲取通道頻率校正系數(shù)的過程相似，由于設(shè)定的采樣間隔的因素，導(dǎo)致每個(gè)通道的回波信號(hào)的實(shí)際頻率中心點(diǎn)不一定在采樣點(diǎn)上，需要對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行二次擬合來得到每個(gè)通道的回波信號(hào)的實(shí)際頻率的二次函數(shù)。取該回波信號(hào)的頻域最大值采樣點(diǎn)及其鄰域的各采樣點(diǎn)，該鄰域?yàn)榇笥陬l域最大值采樣點(diǎn)的幅度值的二分之一所構(gòu)成的范圍，采用最小均方誤差準(zhǔn)則對(duì)這些采樣點(diǎn)的幅度值進(jìn)行二次擬合，得到二次函數(shù)f(x) = a · x2+b · x+c，其中χ = -b/(2a)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值即為中心頻率。提取該中心頻率點(diǎn)的相位，即為相位誤差。對(duì)N-I個(gè)通道的回波信號(hào)作上述相同的操作，提取N-I個(gè)通道的回波信號(hào)的中心頻率點(diǎn)的相位誤差，且作為參考通道的第i通道的回波信號(hào)的相位誤差為0。最后取每個(gè)通道的相位誤差的相反數(shù)作為相位誤差補(bǔ)償系數(shù)<3,，將N個(gè)通道的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)保存到存儲(chǔ)器中。五、獲取并保存了上述3組校正參數(shù)之后，取出該金屬圓柱，傳輸目標(biāo)物體到掃描位置，開始進(jìn)行掃描并傳輸回波信號(hào)。六、信號(hào)處理器獲得所有掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)，首先需要利用上述3組校正參數(shù)對(duì)這些掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，具體校正過程為首先用每個(gè)通道的回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)的幅度值校正系數(shù)乘以該相應(yīng)采樣點(diǎn)的實(shí)際回波信號(hào)數(shù)據(jù)，完成對(duì)每個(gè)通道的回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)的幅度值校正；接著利用每個(gè)通道的回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)的二次相位補(bǔ)償系θ i生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(-j* θ》，將其與該相應(yīng)采樣點(diǎn)的實(shí)際回波信號(hào)數(shù)據(jù)相乘，消除該采樣點(diǎn)的二次相位，以此方式消除N個(gè)通道的所有采樣點(diǎn)的二次相位；再接著將第i個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以該通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)Hmax/Hi以完成對(duì)該第i個(gè)通道的回波信號(hào)的幅度校正，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的幅度校正；然后利用第i通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)fcrfi生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j · (Vfi) · t)，t為采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，將第i通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以exp(j · (fo-fi) · t)，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的頻率偏移的補(bǔ)償校正；最后利用每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)仍生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j·釣)，將其乘以相應(yīng)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)，完成對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)的相位補(bǔ)償。七、信號(hào)處理器接著利用公知的三維成像方法對(duì)經(jīng)校正的掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，然后在屏幕上顯示圖像。公知的三維成像方法如BP方法、波數(shù)域方法等，優(yōu)選采用波數(shù)域方法。當(dāng)所有掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過上述校正之后，解決了不同通道之間回波信號(hào)幅度不一致、不同通道的延遲時(shí)間不一致導(dǎo)致了回波頻偏和相位誤差等問題，再對(duì)其進(jìn)行成像處理后獲得的圖像質(zhì)量好、分辨率高，屏幕顯示出的圖像非常清晰。另外，本發(fā)明獲得的3組校正參數(shù)在成像系統(tǒng)沒有拆裝或硬件更換等情況下可以反復(fù)使用，即只要一次獲得并保存3組校正參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)傳輸檢測(cè)的目標(biāo)物體的掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。即便是關(guān)機(jī)后再啟動(dòng)的情況下，也可以直接使用保存的3組校正參數(shù)來校正任意個(gè)目標(biāo)物體的掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。只有在成像系統(tǒng)拆裝和/或硬件更換等情況下，才需要重新獲取3組校正參數(shù)。下面解釋一下放置表面光滑的圓柱體來獲得校正參數(shù)，并由此能得到高質(zhì)量的圖像的原因。表面光滑的圓柱體具有以下的特點(diǎn)輻射的射頻信號(hào)照在圓柱體表面的很大區(qū)域，由于圓柱體的光滑度能對(duì)這些射頻信號(hào)產(chǎn)生鏡面反射，因此對(duì)于每個(gè)通道，圓柱體的表面上只有與輻射方向垂直相交的極小區(qū)域所反射回來的回波信號(hào)才能被接收天線單元接收，如圖3和4所示。在圓柱體上反射且能被接收天線單元接收的那個(gè)極小區(qū)域?qū)τ谙鄳?yīng)通道都可近視為點(diǎn)目標(biāo)，并且各點(diǎn)目標(biāo)對(duì)于各個(gè)通道的幾何配置相同以及散射系數(shù)相同，這樣能夠獲得準(zhǔn)確可靠的校正參數(shù)。另外，由于圓柱體的高程向和角度向的各向一致性，所以無論是線形天線陣列旋轉(zhuǎn)掃描還是弧形天線陣列上下掃描，都能獲得準(zhǔn)確可靠的校正參數(shù)，最終得到高質(zhì)量的圖像。本發(fā)明的圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法可以應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，如安檢領(lǐng)域、探傷領(lǐng)域、對(duì)地觀測(cè)三維成像領(lǐng)域，都能獲得質(zhì)量好、分辨率高的圖像，屏幕顯示出的圖像
非常清晰。
權(quán)利要求
1.一種圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法，該成像系統(tǒng)包括電機(jī)、飼服控制器、天線陣列圓盤支架、發(fā)射天線陣列、接收天線陣列、頻率合成模塊、回波信號(hào)接收處理裝置、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器，其中發(fā)射天線陣列用于輻射射頻信號(hào)，發(fā)射天線陣列有N個(gè)發(fā)射天線單元，每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)一路發(fā)射通道，天線陣列有N路電開關(guān)以控制發(fā)射通道的分時(shí)工作，即開通和關(guān)斷，其中30≤N≤2000 ；接收天線陣列用于接收射頻回波信號(hào)，接收天線陣列有N個(gè)接收天線單元，每個(gè)天線單元對(duì)應(yīng)一路接收通道，天線陣列有N路電開關(guān)以控制接收通道的分時(shí)工作，即開通和關(guān)斷，其中 N < 2000 ；該成像方法包括a.在所述成像系統(tǒng)上電啟動(dòng)前，在其圓柱陣面的同軸中心放置一個(gè)表面光滑的金屬圓柱；b.上電啟動(dòng)所述成像系統(tǒng)，發(fā)射天線陣列的N個(gè)發(fā)射天線單元依次輻射射頻信號(hào)到所述金屬圓柱表面上并被鏡面反射；c.接收天線陣列的相對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到回波信號(hào)并將其發(fā)送給回波信號(hào)接收處理裝置以進(jìn)行處理，然后將處理后的回波信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理器；d.信號(hào)處理器接收并數(shù)字采樣完所有回波信號(hào)后，對(duì)回波信號(hào)的各采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，獲取3組校正參數(shù)并保存到存儲(chǔ)器中，該3組校正參數(shù)包括1.每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)HmaX/Hi，2.每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)3.每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)約；e.之后取出該金屬圓柱體，傳輸目標(biāo)物體到掃描位置，開始進(jìn)行掃描并傳輸回波信號(hào)；f.信號(hào)處理器獲得所有掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)，首先需要利用上述3組校正參數(shù)對(duì)這些掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，包括首先將第i個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以該通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)Hmax/Hi以完成對(duì)該第i個(gè)通道的回波信號(hào)的幅度校正，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的幅度校正；然后利用第i通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)fcrfi生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j · (fo-fi) · t)，t為采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，將第i通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以exp(j · (fo-fi) *t)，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的頻率偏移的補(bǔ)償校正；最后利用每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)仍生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp (j .(Pi)，將其乘以相應(yīng)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)，完成對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)的相位補(bǔ)償，其中1≤i≤N;g.信號(hào)處理器接著利用公知的三維成像方法對(duì)經(jīng)校正的掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，然后在屏幕上顯示圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的成像方法，其中所述金屬圓柱是鐵、鋁、銅和鋅中的任意金屬或金屬合金，其半徑在0. 1-0. 3米之間，其高度與天線陣列等高。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的成像方法，其中所述金屬圓柱的半徑為0.2米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的成像方法，其中所述金屬圓柱是空心或?qū)嵭摹?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1的成像方法，其中獲取每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)的方法如下所述對(duì)第i個(gè)通道的回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到該回波信號(hào)的頻域，取該回波信號(hào)的頻域最大值采樣點(diǎn)及其鄰域的各采樣點(diǎn)，該鄰域?yàn)榇笥陬l域最大值采樣點(diǎn)的幅度值的二分之一所構(gòu)成的范圍，采用最小均方誤差準(zhǔn)則對(duì)這些采樣點(diǎn)的幅度值進(jìn)行二次擬合，得到二次函數(shù)f(x) =3*12+1^#(3，求取1 = -13/(2幻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值即為該第i個(gè)通道的回波信號(hào)的幅度值Hi，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作上述同樣的操作，求出N個(gè)通道的回波信號(hào)的最大幅度值Hmax，第i個(gè)通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)為Hmax/Hi，其中 i < N。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的成像方法，其中獲取每個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)的方法如下所述首先將第i個(gè)通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以該通道的回波信號(hào)的通道幅度值校正系數(shù)Hmax/Hi以完成對(duì)該第i個(gè)通道的回波信號(hào)的幅度校正，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的幅度校正；接著對(duì)第i個(gè)通道的回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到該回波信號(hào)的頻域，取該回波信號(hào)的頻域最大值采樣點(diǎn)及其鄰域的各采樣點(diǎn)，該鄰域?yàn)榇笥陬l域最大值采樣點(diǎn)的幅度值的二分之一所構(gòu)成的范圍，采用最小均方誤差準(zhǔn)則對(duì)這些采樣點(diǎn)的幅度值進(jìn)行二次擬合，得到二次函數(shù)f(x) =3.x2+b.x+c，其中x = -b/(2a)幻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值即為該第i個(gè)通道的回波信號(hào)中心頻率A，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作上述同樣的操作，求出N個(gè)通道的回波信號(hào)的中心頻率的均值f^，第i個(gè)通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)為fcrfi，其中1彡i彡N。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的成像方法，其中獲取每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差補(bǔ)償系數(shù)的方法如下所述首先利用第i通道的回波信號(hào)的通道頻率校正系數(shù)fo-fi生成補(bǔ)償數(shù)據(jù)exp(j · (Vfi) -t), t為采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，將第i通道的回波信號(hào)數(shù)據(jù)乘以exp(j · (Vfi) *t)，對(duì)N個(gè)通道的回波信號(hào)作同樣的操作，完成對(duì)所有通道的回波信號(hào)的頻率偏移的補(bǔ)償校正；接著任選第i通道作為參考通道，將N個(gè)通道的回波信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到N個(gè)通道的回波信號(hào)的頻域，然后將參考通道之外的所有通道的回波信號(hào)的頻域分別與參考通道的回波信號(hào)的頻域的共軛進(jìn)行相乘，提取出參考通道之外的所有通道的回波信號(hào)的中心頻率點(diǎn)的相位誤差，取參考通道之外的所有通道之一的回波信號(hào)的頻域最大值采樣點(diǎn)及其鄰域的各采樣點(diǎn)，該鄰域?yàn)榇笥陬l域最大值采樣點(diǎn)的幅度值的二分之一所構(gòu)成的范圍，采用最小均方誤差準(zhǔn)則對(duì)這些采樣點(diǎn)的幅度值進(jìn)行二次擬合，得到二次函數(shù)f(x)=a · x2+b · x+c，其中χ = -b/(2a)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值即為該通道的回波信號(hào)的中心頻率，提取該中心頻率點(diǎn)的相位即為相位誤差，對(duì)參考通道之外的所有通道的回波信號(hào)作上述相同的操作，提取相應(yīng)通道的回波信號(hào)的中心頻率點(diǎn)的相位誤差，作為參考通道的第i通道的回波信號(hào)的相位誤差為0，最后取每個(gè)通道的回波信號(hào)的相位誤差的相反數(shù)作為相位誤差補(bǔ)償系數(shù)約，其中1≤i≤N。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圓柱陣面三維成像系統(tǒng)的成像方法，包括在系統(tǒng)上電前在其圓柱陣面的同軸中心放置一個(gè)表面光滑的金屬圓柱體；接著上電啟動(dòng)N個(gè)發(fā)射天線單元依次輻射射頻信號(hào)到金屬圓柱表面并被鏡面反射；對(duì)應(yīng)的接收天線單元接收到回波信號(hào)并將其發(fā)送給回波信號(hào)接收處理裝置以進(jìn)行處理后再發(fā)送給信號(hào)處理器；信號(hào)處理器接收并數(shù)字采樣完所有回波信號(hào)后進(jìn)行處理，獲取并保存3組校正參數(shù)；之后取出該金屬圓柱體，傳輸目標(biāo)物體到掃描位置，開始進(jìn)行掃描并傳輸回波信號(hào)；信號(hào)處理器首先需要利用上述3組校正參數(shù)對(duì)這些掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，接著利用公知的三維成像方法對(duì)經(jīng)校正的掃描回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，然后在屏幕上顯示圖像。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102565796SQ20111045804
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者余華章, 張炳煌, 張遠(yuǎn)航, 陳曄 申請(qǐng)人:北京華航無線電測(cè)量研究所