一種單通道毫米波編碼成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及毫米波探測成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用單通道毫米波編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)場景重構(gòu)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]毫米波成像系統(tǒng)具有全天候工作能力。毫米波成像分為主動(dòng)成像與被動(dòng)成像，被動(dòng)毫米波系統(tǒng)不發(fā)射電磁波，對被成像的物體或場景沒有電磁污染、傷害或干擾，同時(shí)隱蔽性好，從而被廣泛應(yīng)用于人體安檢、醫(yī)學(xué)檢查、非法藥品檢測和軍事隱蔽偵查等領(lǐng)域。
[0003]被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)可以采用單通道(單個(gè)探測器)模式，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單可靠、成本低，但是成像時(shí)間長、分辨率低；也可以采用多探測器或天線陣列模式，這種模式成像速度快，但是系統(tǒng)復(fù)雜，體積大，并且成像質(zhì)量受制于毫米波器件的工藝及水平(陣列式器件存在不均勻性)，同時(shí)高質(zhì)量的毫米波部件價(jià)格昂貴，成本遠(yuǎn)高于單通道系統(tǒng)，應(yīng)用場合受到限制。武帥等人的專利“一種單相素毫米波成像裝置和方法”(公布號:CN103809176A)采用壓縮感知的方法，利用信號的稀疏性，采用少量數(shù)據(jù)，通過一定的重構(gòu)算法，恢復(fù)出原始信號，但是重構(gòu)算法比較復(fù)雜，實(shí)施性差，實(shí)現(xiàn)存在一定困難。同時(shí)，在可見光到近紅外等波段，空間光調(diào)制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，如數(shù)字微鏡陣列(DMD)等，MarcoF.Duarte 等人的文章 “Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling” 中設(shè)計(jì)出了可見光的單相素相機(jī)，但是同樣存在圖像重構(gòu)算法比較復(fù)雜、實(shí)施性差、實(shí)現(xiàn)比較困難的問題。本發(fā)明著重于單通道編碼成像方式及成像裝置的設(shè)計(jì)，通過阿達(dá)瑪編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取與圖像采集，利用快速阿達(dá)瑪變換以及基于快速阿達(dá)瑪變換與π變換的快速解碼算法進(jìn)行圖像的重構(gòu)，在不增加通道數(shù)量、不提高系統(tǒng)成本的前提下，提高成像的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種單通道毫米波編碼成像裝置，利用編碼測量的高選擇性、高信噪比的優(yōu)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)場景的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在不增加通道數(shù)量、不提高系統(tǒng)成本的前提下，毫米波成像的性能優(yōu)化。
[0005]一種單通道毫米波編碼成像裝置，包括前置聚光鏡、測量擋板、出射狹縫模板、后級聚光鏡、輻射計(jì)天線、毫米波輻射計(jì)、模板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊，其特征在于，
[0006]模板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力于測量擋板；
[0007]前置聚光鏡匯聚目標(biāo)場景的輻射毫米波；
[0008]測量擋板為編碼模板，在模板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制下運(yùn)動(dòng)，并對前置聚光鏡匯聚的毫米波進(jìn)行編碼調(diào)制；
[0009]出射狹縫模板設(shè)有出射狹縫，經(jīng)測量編碼后的毫米波通過出射狹縫射出；
[0010]后級聚光鏡將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；
[0011]輻射計(jì)天線接收后級聚光鏡發(fā)出的信號；
[0012]毫米波輻射計(jì)將輻射計(jì)天線接收的信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊；
[0013]圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊對電信號進(jìn)行解碼成像、差值處理重構(gòu)目標(biāo)場景圖像。
[0014]本發(fā)明采用以下技術(shù)手段進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
[0015](I)測量擋板放置于前置聚光鏡的像平面上；測量擋板到后級聚光鏡中心的距離和后級聚光鏡中心到輻射計(jì)天線的距離符合后級聚光鏡的物像關(guān)系。
[0016](2)測量擋板是由相同的折疊碼板排列而成圓形碼板，出射狹縫與折疊碼板緊密靠近，出射狹縫的形狀與碼板形狀對應(yīng)，確保每一次測量只有一個(gè)編碼模板的信號透過。
[0017]測量擋板由循環(huán)S矩陣設(shè)計(jì)產(chǎn)生，產(chǎn)生方法如下:
[0018]構(gòu)造一個(gè)22n-l階循環(huán)S矩陣Α，η為正整數(shù)，折疊碼矩陣大小為(2η_1) X (2η+1)，循環(huán)S矩陣為0，I矩陣；
[0019]將循環(huán)S矩陣A的第一行折疊為(2η-1) X (2η+1)的矩陣B，將2"個(gè)B矩陣依次橫向排列；
[0020]從第二個(gè)B矩陣開始變化，變化規(guī)則為:后一個(gè)矩陣是前一個(gè)矩陣將第I行移至最后I行，第2行分別向上移動(dòng)I行得到的；
[0021]對變換后的2外矩陣，取第I?(2η_1)行，第I?2η(2η+1)_1列，得到一個(gè)(2η-1) X [2η(2η+1)-1]矩陣 C ；
[0022]根據(jù)矩陣C制作碼板，且矩陣C中的O對應(yīng)碼板上毫米波不透過部分，I對應(yīng)碼板上毫米波透過部分；
[0023]在直線形碼板最后添加一列定位碼元構(gòu)成(2η_1)行、2η(2η+1)列的形狀；
[0024]將添加了定位碼元的直線形碼板首尾相接得到圓形的測量擋板[2]。
[0025](3)重構(gòu)目標(biāo)場景采取以下手段:
[0026]重構(gòu)目標(biāo)場景所需的電信號的獲得遵循如下規(guī)則:改變測量擋的位置，讓目標(biāo)場景輻射透過不同位置測量擋板，每次改變測量擋板的位置，毫米波輻射計(jì)[6]接收一次信號；重構(gòu)算法采用如下規(guī)則:快速阿達(dá)瑪變換以及基于快速阿達(dá)瑪變換與π變換的快速解碼算法。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):將阿達(dá)瑪編碼測量理論應(yīng)用于單通道毫米波成像，單次測量得到一個(gè)值，多次測量得到多個(gè)值，并且利用快速阿達(dá)瑪變換進(jìn)行圖像重構(gòu)，在不增加通道數(shù)量的前提下，大大提高了圖像重構(gòu)的質(zhì)量，減少了成像所需要的時(shí)間；在提高性能的同時(shí)，卻不會(huì)大幅提高裝置成本，很好的解決了現(xiàn)階段被動(dòng)毫米波成像遇到的問題。
[0028]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明單通道毫米波編碼成像裝置的原理框圖；
[0030]圖2為本發(fā)明中圓形測量擋板和出射狹縫模板組合示意圖；
[0031]圖3為米用循環(huán)S矩陣構(gòu)造編碼矩陣模板遠(yuǎn)尚不意圖；
[0032]圖4為以15階循環(huán)S矩陣為例子構(gòu)成的直線形碼板示意圖；
[0033]圖5為以15階循環(huán)S矩陣為例子構(gòu)成的直線形碼板加上定位碼元的示意圖；
[0034]圖6為以15階循環(huán)S矩陣為例子構(gòu)成的圓形碼板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]結(jié)合圖1，一種單通道毫米波編碼成像裝置，包括前置聚光鏡1、測量擋板2、出射狹縫3、后級聚光鏡4、輻射計(jì)天線5、毫米波輻射計(jì)6、模板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊8:
[0036]目標(biāo)場景通過輻射毫米波，將輻射能量通過前置聚光鏡I匯聚照射到測量擋板2上;
[0037]測量擋板2為編碼模板，對前置聚光鏡I匯聚的毫米波進(jìn)行編碼調(diào)制；
[0038]出射狹縫3確保每一次測量只有一個(gè)編碼模板的信號透過；
[0039]后級聚光鏡4將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；
[0040]輻射計(jì)天線5接收后級聚光鏡4發(fā)出的信號；
[0041]毫米波輻射計(jì)6將輻射計(jì)天線5接收的信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊8 ；
[0042]圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊8對電信號進(jìn)行解碼成像、差值處理重構(gòu)目標(biāo)場景圖像；
[0043]模板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7用于移動(dòng)測量擋板2。
[0044]所述測量擋板2放置于前置聚光鏡I的像平面上；測量擋板2到后級聚光鏡4中心的距離和后級聚光鏡4中心到輻射計(jì)天線5的距離符合后級聚光鏡4的物像關(guān)系。
[0045]所述測量擋板2由若干相同的折疊碼板排列而成，形狀可以有所差別，出射狹縫模板3與折疊碼板緊密靠近且不影響測量擋板2轉(zhuǎn)動(dòng)。狹縫模板3不動(dòng)，出射狹縫3-1的形狀與碼板形狀對應(yīng)，確保每一次測量只有一個(gè)編碼模板的信號透過。
[0046]測量擋板2由循環(huán)S矩陣設(shè)計(jì)產(chǎn)生，產(chǎn)生方法如下:
[0047]構(gòu)造一個(gè)22n_l階循環(huán)S矩陣Α，η為正整數(shù)，折疊碼矩陣大小為(2η_1) X (2η+1)，循環(huán)S矩陣為0，I矩陣；
[0048]將循環(huán)S矩陣A的第一行折疊為(2η_1) X (2η+1)的矩陣B，將2"個(gè)B矩陣依次橫向排列；
[0049]從第二個(gè)B矩陣開始變化，變化規(guī)則為:后一個(gè)矩陣是前一個(gè)矩陣將第I行移至最后I行，第2行分別向上移動(dòng)I行得到的；
[0050]對變換后的2η個(gè)矩陣，取第I?(2 η_1)行，第I?2η (2η+1)-1列，得到一個(gè)(2η-1) X [2η(2η+1)-1]矩陣 C ；
[0051]根據(jù)矩陣C制作碼板，且矩陣C中的O對應(yīng)碼板上毫米波不透過部分(如圖2、3、4、5、6中的黑色碼元)，I對應(yīng)碼板上毫米波透過部分(如圖2、3、4、5、6中的白色碼元)，如圖4所示；
[0052]在直線形碼板最后添加一列定位碼元構(gòu)成(2η_1)行、2η(2η+1)列的形狀；
[0053]將添加了定位碼元的直線形碼板首尾相接得到圓形的測量擋板。
[0054]編碼矩陣模板2對毫米波進(jìn)行編碼調(diào)制，出射狹縫模板3設(shè)有出射狹縫3-1，經(jīng)過編碼調(diào)制后的毫米波通過出射狹縫3-1射出，出射狹縫3-1尺寸滿足每次測量僅有2η+1列碼兀編碼過的暈米波從出射狹縫3-1中射出。