用于隐匿武器检测的PMMW焦平面成像系统设计

介绍了被动毫米波焦平面成像系统的工作原理;并以机场、海关等处的安检为应用背景,给出了一种用于隐匿武器检测的焦平面系统的详细设计过程及实验数据。

一种基于自适应双向扩散过程的无源毫米波图像去噪与增强

研究和设计了一种新型自适应双向扩散过程,对无源毫米波图像进行降噪和增强处理.根据图像的局部特征进行自适应扩散处理,在图像的同质区域进行各向同性扩散降低噪声,在图像的边缘处沿着图像边缘的切向方向进行正向扩散降低噪声,沿着图像边缘的法向方向进行反向扩散锐化边缘.通过对仿真图像和实测的91.5 GHz无源毫米波图像的实验表明,该算法对无源毫米波图像有显著的降噪与增强效果.

无源毫米波成像最大似然多重网格超分辨算法

针对在无源毫米波成像中,由于天线孔径大小的限制而使获得的图像分辨率低的问题,为增强图像的分辨率,提出了一种针对无源毫米波成像应用的最大似然多重网格超分辨算法。该算法以Lucy-Richardson算法为基础,通过逐步频域内插避免了频谱混叠,从而实现频谱外推和超分辨。实验结果表明,该算法改善了收敛速度,减少了计算量,有利于无源毫米波成像超分辨的实时实现。

无源毫米波成像图像空间重构超分辨算法

为了增强无源毫米波图像的分辨率,提出了一种图像空间重构(ISRA)频域校正超分辨算法。使用Wiener滤波复原算法恢复图像通带内的频谱分量,运用IS-RA算法实现频谱外推,通过一种频域校正算法,用Wiener滤波器恢复的频谱代替通带内的频谱,保证图像的低频分量不被破坏。为了验证新算法的有效性,针对合成图像和由91.5 GHz单通道辐射计进行二维机械扫描获取的手枪图像完成了两个实验。实验结果表明:新算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,同时能够有效地减轻恢复图像中的振铃波纹,有利于无源毫米波成像超分辨的实现。

基于多分辨分析的红外/被动毫米波图像主成分融合

红外/毫米波(IR/MMW)复合制导是当前发展多模复合制导技术的热点方向。针对红外探测系统在低能见度条件下穿透能力有限,而被动毫米波探测虽然穿透能力较强、但图像分辨率不高的问题,为了更好地进行红外与被动毫米波图像融合,使得复合探测器能够全天候工作,提出一种新的基于多分辨分析的主成分融合方法(M-P)。利用多分辨分析可以按图像的分辨率空间很好地处理信息的优势,M-P融合方法首先对红外与被动毫米波探测的坦克群图像进行分解去噪;对重构后图像分别进行主成分变换;用高分辨率图像的第1主分量代替低分辨率图像的第1主分量;最后做逆主分量变换来得到最终的融合图像。实验仿真结果表明,与PCA方法比较,新方法融合得到的图像能更好地区分坦克群目标和地物背景。

基于拉普拉斯金字塔变换的红外/被动毫米波图像融合

针对单一的红外或被动毫米波图像在探测军事目标中存在的不足,提出一种基于拉普拉斯金字塔变换的融合方法。首先,对原始图像分别进行拉普拉斯金字塔分解;其次,取红外图像分解得到的顶层图像作为融合结果的顶层图像,其余层图像采用由红外和被动毫米波图像对应层像素绝对值取大的规则融合;最后,经拉普拉斯金字塔逆变换得到融合图像。实验仿真结果表明,该方法能有效的融合红外与被动毫米波图像中的重要信息,其融合结果较好的将军事目标和背景区分开,有助于改善复合探测器的目标识别能力并保持全天候工作。

无源毫米波成像最大似然频域校正超分辨算法

在无源毫米波成像中,因为天线孔径大小的限制而导致获取的图像分辨率低,所以必须采取有效的后处理措施增强分辨率.本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的最大似然频域校正超分辨算法.该算法首先使用Wiener滤波复原算法恢复图像通带内的频谱分量,然后运用Richardson-Lucy算法实现频谱外推,最后通过一种频域校正算法,用Wiener滤波器恢复的频谱代替通带内的频谱,保证图像的低频分量不被破坏.实验结果表明,该算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,同时能够有效地减轻恢复图像中的振铃波纹,有利于无源毫米波成像超分辨的实现.

基于被动毫米波图像的金属目标特征提取方法

针对探测金属目标时其中心难以确定的问题,提出了分割被动毫米波辐射图像过渡带的算法以精确获取其几何尺寸及特征;通过实测金属立体目标的辐射数据矩阵进行成像,对毫米波辐射图像进行基于Canny算子的边缘检测与分析,结合金属目标辐射特性以及天线参数分割目标边缘过渡带,计算金属目标的面积、周长并提取其中心位置;实验结果表明,该方法误差控制在9.3%以内,可以精确提取金属目标几何特征及目标中心。

Ka波段被动成像天线系统设计与研究

针对Ka波段被动毫米波成像应用,设计了一种由介质透镜与缝隙天线馈源组成的天线系统.将高斯波束理论与光学透镜中的等光程原理相结合,设计了一种大口径介质透镜,该透镜具有良好的聚焦性能;提出了一种新型的共轭直线渐变缝隙天线作为透镜的馈源,该天线呈现出截面小、增益高的优良性能,可以在焦平面上形成密集的馈源阵列.将所设计的介质透镜与馈源天线进行联合仿真,研究结果表明,该系统在距透镜2.81 m处聚焦焦斑为50 mm,并且在±5°偏焦时聚焦焦斑都小于60 mm.所设计的天线系统具备很好的聚焦性能且具有较大的偏焦工作角度,可以适用于被动毫米波近场成像应用.

基于被动毫米波图像与光学图像的人体隐匿物检测

针对单帧PMMW图像空间分辨率低,无法实现人体隐匿物有效检测与精确定位的问题,提出了一种利用序列PMMW图像与光学图像检测人体隐匿物的方法。根据PMMW实时成像仪采集的图像特点和存储方式,首先,采用相关系数法对序列图像进行筛选,将筛选后的图像利用小波融合算法增强隐匿物信息;其次,通过高斯滤波、阈值分割和边缘检测,检测出人体隐匿物;最后,基于YIQ变换、离散小波变换和融合规则,将光学图像与提取的隐匿物进行融合。实验结果表明,该方法可以有效地应用于序列被动毫米波图像中人体隐匿物检测,并且可以全自动融合两种不同类型的图像,解决了被动毫米波图像上人体隐匿物无法精确定位的问题,提高了安检人员的检测效率。

无源毫米波成像投影Landweber多重网格超分辨算法

在无源毫米波成像应用中,由于天线孔径大小的限制而导致获得的图像有可怜的分辨率,因此必须采取有效的后处理措施增强图像的分辨率。本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的投影Landweber多重网格超分辨算法,该算法以投影Landweber算法作为主迭代过程,通过逐步频域内插避免了频谱混叠,从而实现频谱外推和超分辨。实验结果表明,该算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,减少了计算量,有利于无源毫米波成像超分辨的实时实现。

Pulse modulated microwave and infrared thermography for superficial hyperthermia

A 3D temperature field distribution of biological tissue for superficial hyperthermia using a pulse modulated microwave （PMMW） was presented. A 3D sliced homogeneous phantom was radiated by the PMMW and an infrared thermal imager was applied to image temperature distribution throughout the phantom. The period of the PMMW is 3 s and the output power is 35 W. The temperature rises by at least 3 ℃ in the phantom when the duty cycle varies from 1/3, 1/2, 2/3 to 1 （denoted by scenarios 1-4）. Both the accumulative temperature-volume histogram and the relative depth-area ratio histogram show that the maximum temperature rise （MTR） is 6.6 and 8 ℃ in scenarios 2 and 3, and they are superior to scenarios 1 and 4. Furthermore, the PMMW can control temperature field distribution of biological tissue. It provides both preliminary basis for thermal volume control and new technology for temperature control and monitor in superficial hyperthermia.

基于多小波包的红外/被动毫米波图像融合

红外/被动毫米波(IR/PMMW)复合制导是当前发展多模复合制导技术的热点方向。红外探测系统在低能见度条件下穿透能力不如被动毫米波,而被动毫米波探测图像分辨率不如红外图像。为了更好地识别目标,提出一种新方法,首先采用多小波包与邻域平均相结合的去噪方法对IR/PMMW图像进行去噪处理;然后利用多小波包方法获取多张相似的IR/PMMW图像,再将它们进行主成分融合并进行精确的直方图规定化;最后,根据被动毫米波图像的特殊性,提出基于区域的图像质量评价方法。实验仿真结果表明,利用新方法处理图像,提高了图像的清晰度,更容易识别出目标信息。

基于NSCT变换与压缩感知的红外/被动毫米波图像融合

为提高图像的质量和实时传输效率,提出一种基于NSCT变换与压缩感知的红外/被动毫米波图像融合算法.该算法首先对红外/被动毫米波图像分别进行非下采样轮廓波变换分解.然后,对于高频系数采用基于压缩感知的融合方法;低频系数部分则是采用基于图像方差的融合策略.再对融合后的高频、低频系数进行逆变换输出融合图像.最后通过实验仿真证实该算法得到的融合图像能很好地识别目标坦克.

基于改进FCM聚类算法的违禁品分类

针对被动毫米波(PMMW)图像成像质量差,边界模糊,不易识别的特点,在传统词袋模型图像分类的基础上,提出了利用减法聚类改进FCM聚类算法并将其运用到词袋模型上去,提取视觉单词,利用局部不变量SIFT方法对手枪、匕首和炸药进行了粗分类.实验结果证明,改进的词袋模型能够准确的对违禁品进行分类,识别率平均能达到90%以上,性能优于传统的K均值聚类和原始的FCM聚类算法.

基于小波包的红外/被动毫米波图像特征融合

红外/被动毫米波(IR/PMMW)复合制导是当前发展多模复合制导技术的热点方向。红外探测系统在低能见度条件下的穿透能力不如被动毫米波,而被动毫米波探测图像分辨率不如红外图像。为了更好地识别目标的轮廓信息,提出一种新的基于小波包边缘检测的特征级主成分融合方法。新方法先用小波包边缘检测方法检测出包含水平边缘、垂直边缘和对角边缘的边缘图像,然后对边缘图像进行小波包去噪,再用主成分融合方法进行图像特征级的融合,最后用阈值方法提取出融合后的边缘。实验仿真结果表明,与传统的小波及小波包边缘检测方法相比,新方法融合后的边缘图像更容易分辨出目标的轮廓信息。

基于动态规划算法的无源毫米波弱小目标检测方法

针对无源毫米波弱小目标特点,结合已有的动态规划算法,利用图像阈值分割原理实时计算检测门限,提出一种适用于无源毫米波小目标检测的实用动态规划算法,并分析了动态规划的计算过程及分割门限的确定方法。实验仿真结果表明,此算法能准确检测出复杂背景下的低信噪比无源毫米波弱小目标,并得到目标运动轨迹,在单帧成像信噪比为4.5dB左右时,能准确检测出目标运动轨迹。

基于多小波提升格式的光学/被动毫米波图像融合

以安检中隐匿物品检测为应用背景,提出一种结合多小波变换和提升小波变换的图像融合算法.该方法首先对被动毫米波图和可见光图进行多小波预处理,并通过提升小波正变换分别得到两类图像的高、低频分量;然后对变换得到的低频分量和高频分量分别采用不同的融合规则融合;最后进行提升小波逆变换,及多小波后处理得到融合图像.实验仿真结果表明:融合效果较好,能实现对隐匿物品的快速识别.

基于基片集成波导馈电的Ka波段渐变缝隙天线设计

在被动毫米波(PMMW)成像焦平面阵列(FPA)馈源的天线中,直线渐变缝隙天线(LTSA)相对于传统的喇叭天线、介质棒天线具有其独特的优势。该文优化设计了一种新型的对跖直线渐变缝隙天线(ALTSA),通过加载超材料结构使天线的增益得到了改善,天线采用基片集成波导(SIW)技术进行馈电。通过仿真与测试分析,该天线在较宽的频带内具有良好的阻抗特性、较低的副瓣电平及较高且平稳的增益,所设计的天线具有较小的口径宽度,在焦平面中易于组成较为密集的馈源阵列,以提高被动毫米波成像的空间分辨率。

结合NSST和LSWT的光学/被动毫米波图像融合

提出了一种结合NSST和LSWT的图像融合算法,并应用到安检中。该方法首先采用NSST对被动毫米波图和可见光图进行分解得到一组高低频系数;接着对分解后得到的低频系数进行LSWT变换,得到新的一组高低频系数,分别对其采用基于区域方差融合规则和CS算法进行压缩、融合、重构后进行LSWT逆变换;再对第一步的高频系数采用改进的拉普拉斯算子进行处理;最后NSST逆变换处理得到融合图像。实验仿真结果表明,所提出的方法融合效果较好,实现了对隐匿物品的快速识别。