GPU 加速条件下基于相位补偿反投影算法的太赫兹 ISAR 成像

介绍了0.22 THz步进频率雷达系统及二维高分辨率ISAR成像方法。该雷达系统的合成带宽为12GHz,可以同时实现近场及远场成像。在近场条件下,该系统在距离向和方位向实现二维高精度成像,通过相位补偿反投影算法,太赫兹ISAR图像的分辨率可以达到厘米量级。研究结果表明,采用同样的太赫兹频率步进雷达系统,基于反投影算法的太赫兹ISAR成像可以实现更高的精度和更精细的分辨率。为了加速成像过程,采用了GPU的加速平台,该方法为进一步开展近场高分辨率雷达成像,特别是太赫兹波段雷达成像提供了研究基础。     

基于梯度变换的太赫兹图像超分辨率重建

为了提高太赫兹图像的质量，克服边缘模糊的缺陷，采用有理分形插值和基于梯度变换的图像超分辨率重建算法相结合的方法对0.25THz，0.50THz和0.75THz图像进行超分辨率重建实验，并对实验结果进行了定量分析，利用基于空间信息熵的直方图匹配技术和双边滤波器对重建算法进行了优化，增强了该方法的适用性。结果表明，对经过插值的太赫兹图像采用基于梯度变换的超分辨率重建方法处理之后，0.25THz，0.50THz和0.75THz图像的边缘强度分别提高了169%，116%和104%，平均梯度分别提高了16%，28%和24%；同时，成像信号频率和强度也会对重建性能产生影响。该方法可以有效恢复太赫兹图像当中的细节信息，锐化图像边缘，提高图像质量且不会出现振铃现象，具有较好的实用价值。     

基于深度学习的单像素相机超分辨率成像优化

基于压缩感知和单像素成像的基本原理,设计了一种用于图像超分辨率重建的新型深度卷积神经网络架构.这种单像素超分辨率成像算法成功地将深度学习图像超分辨率重建技术与压缩感知单像素成像技术相结合,从而发展出一种全新的深度学习单像素成像优化方法.与传统的常规压缩感知图像重构算法相比,该算法有效提升了图像超分辨率重建精度和单像素成像质量.通过图像重建的仿真实验和单像素相机的成像实验验证,结果表明这种基于深度学习的新型单像素相机成像方式具有良好的性能表现.     

基于半导体光子学器件的太赫兹成像技术研究进展

太赫兹(THz)成像是THz技术应用的重要方向之一。基于THz量子级联激光器(QCL)和THz量子阱探测器(QWP)等半导体光子学器件的THz成像系统具有结构紧凑、空间分辨率高、成像信噪比较高等优点,已成为当前研究的热点领域。对国内外关于THz QCL和THz QWP器件在远场和近场成像应用方面的研究进行了系统综述,分析了THz成像系统的构成和成像效果,总结了各THz成像系统的性能参数情况,并探讨了THz成像系统性能提升的途径及其应用前景。     

近场毫米波三维成像算法

介绍了一种近场毫米波三维成像算法。首先对目标进行二维成像,然后提出一种基于局部信息联合BM3D自适应滤波滑窗算法,有效保留了图像信息并抑制杂波,实现三维成像重构。分别从系统平台、信号回波模型、后向投影与全息成像算法及成像结果、图像滤波、三维成像重构展开介绍,所得结果验证了实验的可行性和准确性,在诸多场景中具有广阔的应用价值。     

太赫兹近场成像技术及进展

太赫兹(THz)波具有能量低、穿透性强、频带宽等特点,因而太赫兹成像技术在无损检测、生物医药、安全检测等众多领域得到了广泛应用,在实际应用中如何提高太赫兹成像的分辨力变得越来越重要。由于太赫兹近场成像技术可突破衍射极限,获得分辨力为亚微米甚至是纳米量级的高质量图像,基于近场技术的高分辨THz成像技术相继被提出,并得到了进一步的应用。本文首先阐述了太赫兹近场成像的基本原理;其次总结了近场成像进展及增强方法;最后对太赫兹近场成像的未来进行了展望。     

猪肉组织的近场太赫兹成像检测研究

利用搭建的基于光电导微探针的近场太赫兹(Terahertz,THz)系统对新鲜猪肉组织切片进行了成像检测研究,结果发现近场THz成像可以很好地区分猪肉组织中的脂肪组织区域和肌肉组织区域,其成像效果明显优于传统远场THz时域光谱成像系统。研究表明了基于光电导微探针的近场THz成像技术在生物样品检测方面的可行性,展示出该技术在生物医学检测领域具有很好的应用前景。     

频谱外推技术在毫米波CSAR 成像中的应用

近年来圆轨迹合成孔径成像(CSAR)成为SAR 成像领域的一个研究热点,同时超分辨频谱外推技术能够有效改善SAR 图像的聚焦质量。针对频谱外推技术在近场毫米波CSAR柱面成像中的应用进行了研究,将频谱外推算法与传统的波数域算法相结合,旨在提升SAR 图像的聚焦效果;仿真点目标结果表明基于频谱外推技术的改进算法可以明显改善点目标的分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比指标;在室内基于矢量网络分析仪与高精度转台搭建了近场测量系统获得实测回波数据,通过雷尼熵评价指标衡量成像结果,结果表明基于频谱外推技术的改进算法成像结果优于传统成像算法的结果。     

空间频谱约束傅里叶叠层成像重建方法

傅里叶叠层成像是一种能够同时实现大视场和高分辨的成像方法,公开发表的文献表明其空间分辨率极限由照明数值孔径和物镜数值孔径决定。为了进一步提高其分辨率,提出了频域和空间约束傅里叶叠层重建方法:利用传统重建算法获得的空间频谱进行频域约束,以传统重建算法获得的图像进行空间约束;该方法基于一个假设:图像具有稀疏特性;从传统重建算法获得的图像中提取所需的频域和空间约束条件,不需要额外采集数据和硬件改进。仿真和实验结果表明:与传统无约束重建方法相比,提出的算法能够提高分辨率和改善对比度,空间分辨率提高幅度高达~26%。     

一种改进的主动式近场毫米波成像算法

近年来在机场等公共场合屡屡发生恐怖袭击事件,一种安全有效的毫米波安检成像技术应运而生,但是该技术采用的传统波数域算法存在从加载后向散射数据到重建图像耗时较大,无法完全满足快速安检成像的要求。故提出一种改进的主动式近场毫米波成像算法,该算法对近场毫米波成像首先进行邻近聚焦再结合一致聚焦函数来代替传统的匹配滤波函数和插值部分,所提算法可提高成像效率,使其更具实用性。通过大量的仿真实验和实测实验证实了所提算法的高分辨率和图像保真度。     

Experimental 0.22 THz Stepped Frequency Radar System for ISAR Imaging

High resolution inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging is demonstrated by using a 0.22 THz stepped-frequency (SF) imaging radar system. The synthesis bandwidth of the terahertz (THz) SF radar is 12 GHz, which are beneficial for high resolution imaging. The resolution of ISAR image can reach centimeter-scale with the use of Range-Doppler algorithm (RDA). Results indicate that high resolution ISAR imaging is realized by using 0.22THz SF radar coupled with turntable scanning, which can provide foundations for further research on high-resolution radar image in the THz band.     

一种0.34 THz站开式三维成像安检仪

介绍了一种太赫兹站开式大视角三维成像雷达系统。系统可用于人体隐藏危险品的成像检测,采用二维非均匀逐点扫描的工作方式,视场范围达到0.6 m×1 m,成像速度达到2 s。系统工作于0.34 THz,采用直径450 mm椭球镜聚焦,在5.8 m的成像距离实现了2 cm的方位分辨力。为了改善回波动态范围,采用相位噪声相消的系统结构。系统采用调频连续波(FMCW)雷达线性调频信号作为工作波形,工作带宽达到12 GHz。成像结果显示,系统校正后的距离分辨力可达到2 cm,能够实现隐藏危险品的有效检测。     

基于压缩传感的太赫兹成像

介绍了一种基于压缩传感理论的THz 成像方式,该理论突破了传统奈奎斯特采样定律的限制,可以以远小于图像总像素数的少量测量值来恢复出原始图像,从而很大程度上缩短了成像时间、提高了内存资源的利用率。通过对该理论的分析可知,变换基、测量矩阵和重构算法是该理论的三个重要因素,通过一系列仿真试验,分别对不同的变换基、测量矩阵和重构算法作了对比,根据对比结果,得到了最适合于文中被成像物体的变换基、测量矩阵以及重构算法。最后,利用离轴抛面镜代替聚乙烯透镜搭建了成像系统,得到了初步的试验结果。     

0.14 THz imaging system for security and surveillance

Active terahertz-wave imaging systems play a significant role in security and surveillance applications. A 0.14 THz near-field imaging system is described, which consists of a signal generator and acquisition unit, a transceiver front end, a digital signal process unit and a motor control unit. Based on the two-dimensional synthetic aperture technique and the image reconstruction algorithm, this system is capable of producing three-dimensional images of 2 mm lateral resolution and 3 cm range resolution in concealed weapon detection experiments.     

3-D radar imaging using range migration techniques

An imaging system with three-dimensional (3-D) capability can be implemented by using a stepped frequency radar which synthesizes a two-dimensional (2-D) planar aperture. A 3-D image can be formed by coherently integrating the backscatter data over the measured frequency band and the two spatial coordinates of the 2-D synthetic aperture. This paper presents a near-field 3-D synthetic aperture radar (SAR) imaging algorithm. This algorithm is an extension of the 2-D range migration algorithm (RMA). The presented formulation is justified by using the method of the stationary phase (MSP). Implementation aspects including the sampling criteria, resolutions, and computational complexity are assessed. The high computational efficiency and accurate image reconstruction of the algorithm are demonstrated both with numerical simulations and measurements using an outdoor linear SAR system     

0.67 THz ISAR成像雷达收发链路设计

介绍了一种工作频率为0.67 THz的逆合成孔径雷达(ISAR)成像系统,该系统作用距离为2 m~8 m,成像分辨力1 cm×1 cm,采用收发分开的天线,发射信号形式为宽带线性调频连续波信号,可应用于安检和无损检测等多个领域。给出了其收发链路的设计方案,对作用距离、发射功率、信号相噪、分辨率、接收灵敏度、接收增益等指标进行了具体论证,并对收发链路各功能模块的组成结构进行了详细描述,为后续开展成像雷达系统的整机研制工作提供理论基础和技术支持。     

多值压缩编码孔径超分辨率成像方法

针对近期提出的基于压缩感知(CS,compressed sensing)理论的压缩编码成像方法在重建后引入较多类似于噪声的伪影(artitacts)问题,为了使压缩编码成像方法获得更好成像质量的图像,本文提出一种改进的压缩编码成像方法。本文方法将多值模板(MVM)代替二值模板来增强编码质量,并利用自适应全变分(TV,total variation)去噪方法去除重建后的高分辨率图像的伪影。实验结果表明,这种方法很好地改进了压缩编码孔径(CCA)的成像质量,并且大幅提高了图像的信噪比(SNR)。     

太赫兹雷达成像技术

从体制角度论述了近几年来国内外各大主要研究机构对太赫兹雷达成像的研究情况,及其应用和未来的发展方向等。太赫兹雷达技术是一项正在蓬勃发展的技术,由于其波长与机理介于光学与微波之间,因而可以获取光学和微波所不可探测的信息。太赫兹雷达成像技术的发展为高分辨太赫兹空间遥感奠定了基础。     

基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.