一种新的毫米波合成孔径雷达成像方法

研究了一种新的毫米波前视合成孔径雷达(SAR)成像算法。给出了系统的结构模型,分析了系统成像原理,详细推导了点目标的回波模型和适用于前视成像的距离徙动(RMA)算法,最后通过MATLAB对6点目标的情况进行了成像仿真,对点目标峰值中心的64×64点切片和方位向、距离向包络进行详细分析,结果表明该系统可以有效的对雷达前视场景进行成像。     

基于近程柱面SAR成像的改进距离徒动算法

为了提高近程柱面合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）成像的距离徒动算法（range migration algorithm, RMA）成像效率，增加RMA在实际工程中的应用价值，提出了一种SAR成像的改进RMA。该算法采用驻点相位法近似求解获得了波数域下的相位补偿项，避免了传统近程柱面SAR成像的RMA中需对补偿项进行角度维傅里叶变换的步骤，降低了计算量，提高了成像效率。通过峰值旁瓣比（peak side-lobe ratio，PSLR）、峰值信噪比（peak signal to noise ratio，PSNR）和结构相似性（structural similarity，SSIM）对改进RMA的成像质量进行了客观评价。仿真和实验结果表明，该算法提高了近程柱面SAR成像的RMA成像效率。     

基于二维单点频柱面成像算法的相位失配问题研究

二维单频柱面成像系统由于受聚焦深度的影响,无法对体目标所有散射点进行准确相位补偿。为了解决有限聚焦深度的问题,提出一种基于图像融合的聚焦增强算法。利用不同补偿柱面的成像结果进行融合处理,最终获得聚焦图像。通过与原始图像比较,结果表明,所提出的方案有效解决了聚焦深度有限造成散射点补偿相位失配而引起的失焦问题。     

基于轮廓波降噪的ISAR目标轮廓特征提取方法

空中目标的逆合成孔经雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像效果往往不理想,干扰杂波、成像算法能力限制等因素使得目标图像质量较差,较难从图像中提取目标的连续轮廓信息.对此,提出一种新的基于轮廓波降噪的处理方法以获得目标连续轮廓特征.首先应用轮廓波变换将复数ISAR图像变换为轮廓波系数,在轮廓波变换域分离信号与噪声并完成降噪处理,接着用优化后的轮廓波系数重建ISAR复图像,然后在实图像域将用形态学方法获得目标的初始轮廓改进为CV (Chan-Vese)模型算法的初始轮廓,最后用CV模型算法进行有限次迭代以获得目标的较优连续轮廓特征.该方法融合了轮廓波降噪技术与自适应CV模型算法,通过对真实yak42型飞机目标ISAR回波数据的试验验证了该方法的有效性和可行性.     

基于球壳聚焦阵列的超声成像检测技术研究

为提高超声成像对比度和分辨力,研究了一种利用球壳聚焦阵列进行目标散射成像的方法。球壳聚焦阵列中的部分阵元发射聚焦声波,声波作用于目标后发生散射,回波被余下的阵元所接收,阵列中的发射阵元和接收阵元随机选择,以达到抑制旁瓣的作用。借助三维自动扫描机构,可获得聚焦波束沿被测物体表面的散射回波强度,从而实现对目标的成像。计算机仿真结果表明,球壳聚焦阵列可减小主瓣宽度,并有效降低聚焦波束旁瓣。水池实验结果表明,基于该阵列的散射成像方法具有亚毫米级的成像分辨力,能够获得较高对比度的图像。     

相控阵超声后处理成像技术研究、应用和发展

相控阵超声后处理成像技术采用离线计算的方式对超声回波数据进行分析,实现缺陷的成像及评价,与基于实时成像的常规相控阵超声检测技术相比,成像更清晰,缺陷表征能力更强。近年来,相控阵超声后处理成像技术逐渐成为研究热点,国内外相关学者相继建立全聚焦成像、向量全聚焦成像、波数域成像和时间反转成像等一系列基于全矩阵数据的后处理成像算法,检测精度及缺陷表征尺寸极限取得了很大突破。为此,从全矩阵数据的基础理论出发,介绍基于虚拟聚焦思想和频域反演思想的相控阵超声后处理典型成像算法的基本原理、技术特点、研究进展及应用现状,总结当前发展存在的问题和不足,预测相控阵后处理成像技术的未来发展。     

一种时域平面扫描三维成像算法研究

提出了一种基于平面扫描模式下的三维成像时域算法。该算法在平面网格点上获取扫频幅相信息,经过相位补偿后变换到球面上,然后利用傅里叶逆变换将频域数据沿投影线转换为时域数据,对应球面的不同空间角度在投影线上作线性插值,最后通过二维角域积分获得目标的三维图像。仿真结果表明该算法聚焦效果良好。在微波暗室内构建了一套平面扫描三维成像系统,采用该算法处理后能获得高分辨率三维微波图像,成像的空间位置误差优于1 cm。     

零相位滤波与最小二乘拟合下的聚焦形貌恢复

为提升形貌恢复精度,提出一种高精度的聚焦形貌恢复算法。该方法从序列图像的预处理以及深度值连续化处理角度入手,将零相位滤波与最小二乘拟合法相结合。自行设计了基于巴特沃斯低通的零相位滤波器用以聚焦评价函数曲线的滤波处理,在消除噪声干扰的同时,保持各空间数据点位置不变;根据聚焦评价函数曲线特性,利用基于高斯函数的最小二乘拟合峰值法获取窗口序列的聚焦位置,进一步提高了峰值定位精度;为得到更为连续化的被测物深度信息,采用三次B样条曲面对各个像素点的初始深度值进行插值。实验表明,方法兼具形貌恢复的平滑性及高精度性。     

均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法研究

超声相控阵全聚焦成像算法作为一种后处理成像技术,虽然具有成像精度高、灵活性好的优势,但由于数据量大、计算时间长等问题,该项技术的实际工业应用受到了极大限制。针对该算法的不足,这里提出了基于均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法,通过减少矩阵数据量来提高成像效率。结果表明：相较于传统全聚焦成像算法,基于均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法极大的压缩了数据规模,计算速度同比提高约38%,为全聚焦快速成像提供了一种参考方法。     

基于椭圆形滤波器的三维数据逆向建模技术

本文提出一种基于新滤波的算法——基于椭圆形滤波器的傅里叶变换轮廓术(EFTP),用于提取携带重构三维表面轮廓必不可少的相位信息的载频信号。与传统Bartlett、Blackman-Harris、Hamming和Hanning滤波窗函数相比,椭圆形滤波器滤波窗函数(Elliptical)能更好地滤出携带有物体高度信息的载频信号。通过传统滤波器与椭圆滤波器的滤波对比试验可知,基于椭圆滤波傅里叶轮廓测量技术的高度均方根误差略小于其它滤波算法,使用椭圆滤波器能有效减少误差,提高轮廓测量的精度,试验证明了该滤波方法的有效性和可行性。     

A local smoothing iterative algorithm for contrast image reconstruction

A new contrast image reconstruction algorithm is proposed. The algorithm is a combination of an iterative quadratic functional minimization algorithm and a local smoothing algorithm. A point-spread function of the iterative algorithm is introduced and a method for its calculation is proposed. The stopping time of the iterative algorithm is found from the required iterative algorithm resolution that is found using the point-spread function. The local filter makes it possible to reduce substantially the random error of image reconstruction without increasing the systematic error.     

LED显示屏相机采集影像渐晕的修正

为了克服相机影像渐晕在LED显示屏逐点一致化校正过程中带来的不均匀性缺陷,从相机影像发生渐晕时的灰度分布规律出发,提出了一种基于图像平滑滤波算法的修正方法。介绍了CCD对LED显示屏进行数据采集和成像的原理;在分析其成像稳定性的基础上,描述了空域平滑滤波的原理,并选取模板对CCD采集得到的LED像素亮度空间分布做邻域平均平滑处理,得到了代表相机影像渐晕分布的曲面。最后,介绍了利用该曲面实现影像复原的算法。实验结果表明:经过对相机影像渐晕修正以后,可以使LED显示屏的显示均匀性偏差由12.9%缩小到0.73%,克服了修正前LED显示屏"中心暗、四周亮"的缺陷,达到了理想的校正效果。     

点衍射波前位相的测评

提出一种检测点衍射干涉仪关键部件针孔所产生的衍射光学波前的方法。介绍了点衍射波前的产生原理,分析了小孔质量状态、照明光路调整状态与波前各个像差分量之间的关系。基于信息光学基础理论,采用傅里叶变换和迭代算法,采集针孔衍射图像并进行计算分析,实现对衍射波前的位相复原以获得波前信息。阐述了测试方法的理论依据和计算公式,应用研制的位相复原分析计算软件测试并分析了实际采集的点衍射图像,通过15次的迭代,输出的位相值逐渐收敛,图像误差因子下降到0.12。目前,该方法已用于对针孔的筛选和针孔照明系统的装调中,实验结果证明了该测试方法的可行性。     

位相复原技术在光学成像质量测评中的应用

对于大口径或特殊波段成像的光学系统,采用常规测试手段难以实现对光学系统成像质量的评估。而光学系统波像差是表征光学系统成像质量的重要指标之一。本文基于信息光学基础理论采用傅立叶变换和迭代算法通过对光学成像系统星点图像（光强点扩散函数PSF）计算分析,从而实现对光学成像系统位相的复原获得波像差信息。本文论述了有关的理论依据和分析计算公式;并研制了位相复原分析计算软件。通过计算机仿真与误差分析论证了研制的位相复原计算方法的正确性,复原误差小于5%。提出了在实际应用中采用此方法时减少复原误差的一种途径。通过实际采集的光学系统星点图像的位相复原实验验证了位相复原分析软件的适用性。此方法为非常规光学成像系统波相差的评估工作提供了新途径。     

基于压缩感知的非均匀脉冲SAR欺骗性干扰抑制方法

针对SAR欺骗式干扰的特点和传统干扰抑制后SAR成像质量恶化以及传统干扰抑制方法存在着冗余度高、有效信息提取率低等问题,本文提出了将两种新的稀疏采样方式-互质采样与嵌套式稀疏采样同压缩感知算法相结合,用来抑制欺骗式干扰并实现目标高分辨重建的方法。通过仿真实验,对比了本文提出的新重构算法与传统非均匀采样重构算法,证明了在采样率远低于Nyquist速率的条件下,基于压缩感知的稀疏非均匀SAR采样与成像方法不但可以抑制欺骗式干扰,而且能够在避免信号冗余的情况下实现目标的高分辨成像。     

基于多通道联合稀疏重建的全极化SAR成像

全极化合成孔径雷达(SAR)可对不同极化通道分别独立进行压缩感知(CS)稀疏重建来增强成像性能,但分别独立处理没有利用极化信息的冗余性与互补性,有可能破坏极化信息的完整性。依据雷达目标在全极化下的散射特性构建联合稀疏度量函数,将全极化SAR高分辨成像转化为多通道联合稀疏约束的最优化重建问题,并用改进的正交匹配追踪算法进行求解。由于有效利用全极化信息,多通道联合CS成像相比于单通道CS成像能够获得更好的成像质量,还能全面准确反映目标全极化散射特性。通过对Backhoe挖掘机电磁仿真数据的处理,验证了算法的有效性,并且在微波暗室搭建了全极化SAR半实物仿真系统,利用其获取的全极化实测数据进一步验证了该方法的工程可行性。     

Performance evaluation of the digital smoothing polynomial filter in ultrasonic IRIS applications

The digital smoothing polynomial filter or Savitzky-Golay filter, which is assumed to be appropriate for ultrasonic IRIS applications due to its ability of conciliation between the high smoothing level and degree of peak retention, fits a set of data points to a polynomial by applying least-squares fitting. In this study, the performance of the digital smoothing polynomial filter is evaluated in terms of signal-to-noise ratio and interface echoes preservation. Moreover, a smoothing polynomial filter that works in a cascade setup is proposed to take advantage of the conciliation ability of the standard filter. The theory and experiments of the polynomial smoothing filter are presented, and graphical results are given. The evaluation results of the digital smoothing polynomial filter showed its efficiency in smoothing and echo signals reproduction. The proposed cascade filter gave considerable advantages.     

基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建算法研究

颅脑磁感应断层成像技术(BMIT)是一种非接触、无创的新兴颅脑医学成像技术,图像重建算法是提高重建图像质量的关键。依据BMIT反投影算法和迭代算法,设计出一套基于滤波反投影的脑磁感应迭代重建方法。首先根据滤波反投影重建算法原理,给出初始电导率分布,其次基于电导率变化敏感性加权计算滤波反投影矩阵,最后利用一步牛顿迭代构成滤波反投影迭代重建算法,通过设置理想条件数G来修正Hessian矩阵,改善重建过程的病态程度,并对待重建数据进行标准化位置校正处理。实验结果表明,该算法成像速度快,重建出的图像具有较高分辨率,能够准确反映成像区域内仿真病变的大小及位置信息,且轮廓清晰,为颅脑磁感应断层成像技术应用于临床监护奠定了基础。     

毫米波LFMCW雷达水面探测实验及其成像算法

本文将毫米波线性调频连续波(Linear frequency modulated continuous wave, LFMCW)雷达用于水面探测, 并介绍了水面探测实验及其成像算法. 在成像处理中, 采用传统的成像算法很难获取水面纹理. 为解决该问题, 本文提出了一种针对水面纹理的毫米波LFMCW雷达水面成像算法. 相对于传统成像算法, 本文算法做了以下两点改进: 首先, 采用频域滤波法去除静止目标回波的干扰; 其次, 采用最大似然估计算法估计方位频谱参数, 计算水面回波能量, 减小乘性噪声干扰. 成像结果表明, 该算法能够获取水面纹理, 且优于传统成像算法.