基于24 GHz FMCW 雷达的二维近场成像系统

为进行隐藏危险金属制品的安检,文中提出了一种24 GHz 低成本毫米波成像系统。该系统采用低成 本24 GHz 商用调频连续波(FMCW)雷达作为扫描源,在方位角和仰角上合成大孔径,使用二维十字扫描平台,经 FMCW 雷达信号处理以及合成孔径雷达(SAR)处理使隐藏物体成像。低成本的射频外设只提供了一路中频实信号 供ADC 采样量化,在图像重建中,文中提出将单路ADC 采样量化后的中频数字信号通过希尔伯特变换成复信号,对 复信号加布莱克曼窗优化频谱,再对信号序列补零以减小频域栅栏效应,后采用空间匹配滤波器补偿相位偏差,通 过FMCW 雷达近场成像原理对目标成像。改进后的算法适用于低成本的雷达前端系统,只需一路ADC 采集的中频 数字信号即可使成像系统达到理论的合成孔径成像分辨率。     

激光反射层析成像技术的研究进展

激光反射层析成像技术是一种通过不同角度下激光在物体深度方向的一维时间流信号积分重建目标二维轮廓图像的远距离成像技术,其重建图像的空间分辨率只与探测器的带宽、激光的脉冲宽度和噪声有关,与作用距离、光学接收孔径无关,是现阶段实现远距离空间目标探测的最可行手段。介绍了激光反射层析成像的基础理论问题、投影数据处理方法、图像重建算法、探测成像实验系统以及成像实验研究等问题,总结和对比了国内外的研究进展,探讨了需要重点解决的问题,并展望了激光反射层析成像技术未来的研究方向。     

基于压缩感知的多发多收高分辨SAR成像算法研究

压缩感知理论指出,稀疏信号可以通过以低于奈奎斯特采样的测量数据重建出原始信号。针对高分辨率SAR成像在奈奎斯特理论下所面临的高速A／D采样、大数据量存储、传输等问题挑战。本文提出了一种基于压缩感知理论的多发多收高分辨率SAR二维成像算法。该算法减轻了高分辨率SAR成像的压力,采用压缩感知处理降低了A／D采样速率、数据量...     

一种基于二维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法

互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。      

High-resolution ISAR imaging of maneuvering targets by means of therange instantaneous Doppler technique: modeling and performance analysis

Very high resolution inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging of maneuvering targets is a complicated task. In fact, the conventional range Doppler (RD) ISAR technique does not work properly when target motions generate terms higher than the first order in the phase of the received signal relative to each scatterer. This effect typically happens when at least one of these situations occur: (1) very high resolution images are required; (2) the target maneuvers; and (3) the target undergoes significant angular motions (roll, pitch, and yaw). A novel ISAR technique, named range instantaneous Doppler (RID), has been proposed for the reconstruction of very high resolution images of maneuvering targets. In this paper, we analytically show that the RID technique works properly when high-resolution ISAR images are required of maneuvering and/or rolling, pitching, and yawing targets; we also quantify the performance improvement of the RID technique with respect to the RD technique. The problem is tackled from an analytical point of view. First, we define a new model of the ISAR received signal that is valid for maneuvering targets, then we derive and compare the analytical expression of the point spread function (PSF) for the two techniques. Furthermore, we perform a statistical analysis to evaluate the improvement of the RID technique versus the RD technique in terms of spatial resolution. Finally, we prove the effectiveness of the RID technique by simulating the imaging process for two different targets: (1) a ship that undergoes roll, pitch and yaw motions and (2) a fast maneuvering airplane.     

低信噪比下机载平台多脉冲激光测距机目标回波降噪算法

针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。     

非相干光自干涉数字全息成像技术研究

采用了一种基于Michelson干涉仪的非相干光自干涉数字全息成像系统,利用该系统记录了USAF1951分辨率板、洋葱表皮细胞、草本植物茎横切的全息图,采用三步广义相移法对所记录的全息图进行数值重建,消除零级像和共轭像后,获得了高分辨率的重建像。重建后的USAF1951分辨率板的第九组第三线对可以清晰地被看到,分辨率可达645 lp/mm。通过分析重建图像质量与衍射距离的关系,研究衍射距离对重建图像质量的影响。通过对头发全息图的重建,证明了该系统可以实现对三维物体全息图的记录和重建。     

数字图像空间分辨率改善的插值--模拟采样迭代方法

在遥感图像和计算机视觉的一些应用中,需要从已有的一些低分辨率图像来获得更高分辨率的图像.已有一些方法都是针对大小完全相同和图像之间不存在局部的几何畸变(或假设如此)的图像,而对从大小不同或分辨率不同的图像和图像之间存在相对的几何畸变等更普遍存在的实际图像来重构更高分辨率图像的问题未加涉及.本文用从带限信号的非均匀采样进行信号重构的迭代方法和凸集投影方法出发,导出了一种应用范围更加广泛的从多幅空间分辨率低的图像重构更高空间分辨率图像的一般性空间域插值-模拟采样迭代方法,并提出了凸集投影的变权迭代解法.该迭代方法可以对付图像之间存在相对的几何畸变、辐射亮度差异、空间分辨率差异及图像存在噪声等情形.实验表明,该迭代解法具有很好的收敛性和很好的收敛效果.     

数字域斜模态时间延迟积分技术

为了实现遥感图像超分辨目的,提出数字域斜模态时间延迟积分(Digital Domain Tilting Model Time Delayed and Integration,DT-TDI)技术。对技术过程所涉及的数字域TDI技术、倾斜采样成像理论、数字域斜模态TDI技术等分别进行分析与研究。首先,构建通用的数字域TDI模型。之后,利用倾斜采样成像思想,构建适用于不同倾斜角度下的DT-TDI模型。然后,以45°倾角对模型进行实验验证,获取该角度一定姿轨条件下的序列低分辨率图像。最后,通过超分辨算法对具有亚像素位移的低分辨率图像序列进行超分辨重构,获取高分辨率图像。实验结果表明,DT-TDI技术可在不同倾斜模态下进行稳定成像,45°倾角时获取的低分辨率图像亚像素位移误差约15%,基本满足超分辨重构需求。重构后图像分辨率明显提升。     

Super-resolution image reconstruction: a technical overview

A new approach toward increasing spatial resolution is required to overcome the limitations of the sensors and optics manufacturing technology. One promising approach is to use signal processing techniques to obtain an high-resolution (HR) image (or sequence) from observed multiple low-resolution (LR) images. Such a resolution enhancement approach has been one of the most active research areas, and it is called super resolution (SR) (or HR) image reconstruction or simply resolution enhancement. In this article, we use the term "SR image reconstruction" to refer to a signal processing approach toward resolution enhancement because the term "super" in "super resolution" represents very well the characteristics of the technique overcoming the inherent resolution limitation of LR imaging systems. The major advantage of the signal processing approach is that it may cost less and the existing LR imaging systems can be still utilized. The SR image reconstruction is proved to be useful in many practical cases where multiple frames of the same scene can be obtained, including medical imaging, satellite imaging, and video applications. The goal of this article is to introduce the concept of SR algorithms to readers who are unfamiliar with this area and to provide a review for experts. To this purpose, we present the technical review of various existing SR methodologies which are often employed. Before presenting the review of existing SR algorithms, we first model the LR image acquisition process.     

基于ISAL的含旋转部件目标成像及微动特征提取

逆合成孔径激光雷达能实现对目标的高分辨2维成像,但如果目标中包含旋转部件,旋转部件回波带来的微多普勒效应会对目标的成像造成干扰。该文提出一种含旋转部件目标微多普勒特征提取及成像方法,首先利用匹配参考信号的方法对回波信号进行一定程度的非线性补偿,然后通过二值数学形态学方法提取频率-慢时间谱图中微多普勒特征曲线的信息,并利用微多普勒特征曲线的周期性进行曲线分离,实现对目标旋转部件微动参数的快速提取。在此基础上,对主体回波信号和旋转部件回波信号进行分离,完成对目标主体的2维成像。仿真实验验证了该文算法不仅能有效剔除目标旋转部件对逆合成孔径激光雷达成像的干扰,还能通过微多普勒特征的提取为目标识别提供新的途径。     

CS与GPR联合反演目标成像

压缩传感(CS)理论是在已知信号具有稀疏性或可压缩性的条件下对信号数据进行采集、编解码的新理论。压缩传感采用非自适应线性投影来保持信号的原始结构,能通过数值最优化问题准确重构原始信号。压缩传感以远低于奈奎斯特频率进行采样,在高分辨压缩成像系统、视频图像采集系统、雷达成像以及MRI医疗成像等领域有着广阔的应用前景。阐述了压缩传感理论框架以及信号稀疏表示、CS编解码模型,并进行了压缩传感与探地雷达联合反演目标成像。反演结果表明,随机孔径压缩传感成像算法比递归反向投影算法和最小二乘法所需数据量少,成像效果好,目标旁瓣小,对噪声的鲁棒性更好。     

条纹管激光成像雷达目标三维重构快速算法

实现目标实时动态追踪与识别是条纹管激光成像雷达中亟待解决的问题,针对条纹管激光成像雷达峰值探测三维重构算法运算时间长的问题,提出一种抽样插值目标三维重构算法,以一定的抽样率对条纹图像等间隔抽样并插值运算,再进行峰值特征提取运算。当抽样率为4%时,对于探测距离为706 m的目标,抽样双线性插值重构法的运算速度比原重构法提高了2.3倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.99;抽样最近邻插值重构法的运算速度比原重构法提高了3.5倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.98。实验结果表明所提算法可以提高目标三维重构速度,并且目标条纹图像帧幅数越多,目标三维重构速度改善效果越好。     

一种超分辨距离多普勒成象方法

众所周知,距离多普勒成象雷达的距离分辨力和横向分辨力分别取决于发射信号的有效带宽和目标相对于雷达视线在相干处理区间内的转角,本文的研究工作旨在突破普通的FFT距离多普勒处理的限制,大大提高距离多普勒成象雷达的分辨能力,我们采用的方法是在进行付里叶重建之前用线性预测进行数据外推,用微波暗室试验数据进行转台成象的初步结果表明,这是一种改善距离多普勒成象雷达分辨能力的颇有前途的方法。     

互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用

在微光成像中,距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言,可以通过对目标切片成像,获得不同选通距离的目标图像,进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言,在切片成像的同时,目标的空间位置会发生变化,因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准,而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统,提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置,然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像,并在保证一定的三维精度基础上,逐渐减少激光图像的像幅数,最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比,实验结果表明,互信息配准算法能够有效配准激光图像,互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法,最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像,大大降低了对运动目标三维成像的难度。     

太赫兹成像质量提升方法

太赫兹成像是空间光学遥感成像领域的新方向,然而太赫兹成像分辨率受到器件加工和制造工艺水平限制。为了提高太赫兹成像的图像分辨率,提出一种改善太赫兹过采样成像的图像处理方法。首先,对响应在太赫兹谱段的目标进行错位观测形成多路观测结果;然后,对多路观测的太赫兹图像进行范数优化约束和增强滤波;最后,将经过范数优化约束和滤波增强后的多路太赫兹图像重构成一幅分辨率更高的图像。实验证明:这种方法能够在抑制背景噪声的同时,有效提高目标边缘连续性。从图像质量评价指标上看,所提方法相较于传统方法能提升图像的有效细节信息,进而增强图像质量。     

强散射随机介质中吸收物体的成像

以宽带连续光为光源对隐藏在强散射随机介质中的吸收物体成像进行了实验研究，用一种新的图像处理方法恢复了被散射光所淹没的吸收物体的像。由于人体组织为光的强散射介质，因此该研究在医学成像中有很大的潜在应用价值。     

基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像方法

弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种新型的针对广域观测的阵列成像雷达,其具有观测范围广,分辨率高等特点。由于其回波信号方位向等角度间隔采样,目标精确的二维频 谱难以有效推导,并且已有的线性阵列成像算法不再适用。针对上述问题,本文提出了一种基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像处理方法,该方法首先对斜距模型进行高阶近似,然后推导了雷达回波信号的二维频谱,之后在二维频域补偿距离徙动及距离方位的耦合,最终得到聚焦图像。点阵目标的仿真结果验证了该成像方法的有效性。      

VLSI circuits for adaptive digital beamforming in ultrasound imaging

For phased-array ultrasound imaging, alternative beamforming techniques and their VLSI circuits are studied to form a fully digital receive front-end hardware. In order to increase the timing accuracy in beamforming, a computationally efficient interpolation scheme to increase the sampling rate is examined. For adaptive beamforming, a phase aberration correction method with very low computational complexity is described. Image quality performance of the method is examined by processing the non-aberrated and aberrated phased-array experimental data sets of an ultrasound resolution phantom. A digital beamforming scheme based on receive focusing at the raster focal points is examined. The sector images of the resolution phantom, reconstructed from the phased-array experimental data by beamforming at the radial and raster focal points, are presented for comparison of the image resolution performances of the two beamforming schemes. VLSI circuits and their implementations for the proposed techniques are presented.     

图像超分辨率重建处理算法研究

超分辨算法为实现图像和视频分辨率提高的一种方法。其广泛应用于数字电视、医学图像处理、军事与遥感等领域。超分辨率图像通过融合多帧相似的低分辨率图像达到提高图像细节的目的。本文对使用较为普遍的频域方法、非均匀差值算法、凸集投影算法、迭代反投影算法、最大后验概率方法及基于学习的方法进行了分析,并简要讨论了超分辨算法未来的发展方向。