基于联合代数迭代的非视域激光图像重建方法

非视域成像技术采用非传统光学技术,利用间接成像的方法对无法直接观测的隐藏物体进行探测。针对目前试验系统复杂且需要场景扫描,导致数据采集过程复杂且需要大量时间的问题,提出基于阵列式APD的透射式非视域成像试验设置,试验设置操作简单且不需要场景扫描,实现快速数据采集。针对非视域成像技术一般只能获取不完全(缺失)角度的数据,使用反投影算法不能得到理想的重建结果的问题,提出利用联合代数迭代(SART)重建算法对非视域成像物体进行三维重建。试验结果表明：SART算法能够在部分角度数据下,更好地去除反投影算法中的伪影和噪点;在最初的第2和第3次迭代后,通过计算,其峰值信噪比PSNR值提高了1.392 8、2.466 3,其结构相似度SSIM值提高了0.119 8、0.231 2,表明该方法能有效提高非视域物体的图像重建精度。     

非视域成像系统的研究现状与进展

传统的光学成像技术是通过探测器对视线区域内的场景成像,而非视域成像技术是对观察者视线之外的区域进行成像,它通过一个中介面,对被其他物体遮挡住的隐藏物体成像(如拐角处、烟雾后等),是近年来刚发展起来的一种新的光学探测技术。该项技术对于反恐、灾难救援、城市交通等都有重要意义。本文针对国内外非视域成像系统的特点进行总结分析,根据成像系统的成像机制不同,将目前非视域成像系统分为4种主要类型,分析其应用的优缺点,并从成像装置、成像分辨率和重建算法几个方面分析其研究趋势。     

非视域成像技术分析与展望（特邀）

传统的光学成像技术受限于信息获取和处理方式,只能对视域范围内的目标进行成像。伴随着新型成像设备和高性能计算方法的发展,集光学成像、计算技术和图像处理于一体的非视域成像技术（none-line-of-sight,NLOS）使超越视域范围成像成为可能。文中依据成像机理的差异,将现有非视域成像技术分为三类:基于相干信息的方法、基于二维强度信息的方法和基于光子飞行时间的方法,详细分析了不同成像方法的原理及实现。同时将基于光子飞行时间的方法作为综述重点,在包含多类型目标和室内外场景的公共数据集中,定量比较了代表性方法的成像性能,并进一步设计搭建了阵列式非共焦瞬态成像装置,单曝光采集了真实场景中的非共焦瞬态图像,分析了典型非共焦成像方法在该成像架构下的重建能力。最后讨论了非视域成像技术的未来发展方向并展望了其应用前景。     

空间编码复用散斑多信息融合关联成像(特邀)

提出空间编码复用散斑技术来实现单个单像素探测器对多个物体信息的同时探测获取。使用空间编码复用散斑对多个物体信息进行照明,使用单像素探测器对回波信号进行探测,利用关联算法获取混叠多物体信息,然后用空间编码信息对随机采样的多个物体信息进行解码,最后采用压缩感知技术对完整的多个物体信息进行复原。使用该技术分别实现了对多空间、多光谱和多偏振信息的同时探测获取,实验结果证实了该技术的有效性,该技术可有效降低系统数据量,提高关联成像系统的成像效能。     

基于二次相关法的非视域物体定位研究

非视域成像技术是对无法直接观测到的物体进行间接观测的一种技术,本文使用激光光源照射中间介质,光经过中间介质进行多次反射,再使用APD(Avalanche Photon Diode)阵列接收回波信号,最后使用二次相关法进行时间延迟估计,计算回波信号的返回时间,完成对非视域物体的定位。实验表明,该方法可以快速定位非视域物体的位置,在噪声比较大的环境下,比直接使用互相关法定位更加准确。     

采用频闪成像技术的柔性气动外形运动物体SIFT特征跟踪(英文)

近年来,有关微型飞行器的结构动力学、材料气动弹性以及飞行控制方面的研究受到了高度的重视。为了提高飞行器的空气动力学检测能力,提出了一种基于频闪成像技术的柔性气动外形物体跟踪方法。利用尺度不变特征转换(SIFT)算法提取出的特征对于图像的尺度变换、旋转以及光照变化和局部图像变形等具有的不变特性,提出了一种利用感兴趣区域中SIFT特征对柔性气动外形运动物体进行探测与跟踪的方法。该方法在获取物体的状态、位置以及空间转换关系等方面表现出良好的性能,并且为同一场景中同一物体在不同位置之间的相互匹配提供了可靠保证。实验表明:在该实验系统中,基于频闪成像技术、利用SIFT特征作为柔性气动外形物体探测的方法具有一定的可行性。     

研究材料缺陷探测极限用的红外成像装置的特性

红外成像装置作为以遥感方式测定物体表面辐射温度分布的测定器,在工业界得到了广泛应用。利用这种装置测定缺陷存在的方法－热成像法目前颇受关注。这种测定方法是一种向物体照射热,将物体表面所产生的异常湿度和辐射能量分布显示在红外成像装置的显示器上,使热图像形式可视化的方法。目前,利用红外成像装置测定物体表面和内部缺陷的探测极限、弄清楚JIS、ASTM等标准中所规定的噪声等效温差（NETD）和最小可分辨温差（MRTD）之间关系方面的研究还非常少。本项研究是通过测定所使用的红外成像装置的噪声等效探测温差和最小可分辨温差等特性,阐述与物体表面缺陷的探测极限的关系。     

基于压缩感知的非视域物体激光三维成像系统

以提升非视域物体激光三维成像的图像质量为目的,设计基于压缩感知的非视域物体激光三维成像系统.系统整体结构主要包括激光发射模块、探测器模块、AD转换器、数据采集卡以及计算机等.激光发射模块中激光发射器发射激光脉冲,该脉冲通过准直透镜的整形处理后能够抑制光束扩散的影响.激光反射透射至非视域目标物体上形成光束散射;探测器模块...     

单像素几何矩探测运动物体定位技术（特邀）

针对快速实时定位运动物体的需求,提出了一种使用几何矩探测的单像素快速定位运动物体的方法。该方法的核心是通过探测运动物体的质心实现快速定位运动物体。根据几何矩性质构造3个几何矩照明光,并照射运动物体,利用单像素探测器收集运动物体与调制光相互作用后的反射或透射光的强度值。根据单像素成像理论,探测强度值与物体的零阶和一阶几何矩值相对应。标识物体位置的质心参数可由物体的零阶和一阶几何矩值获取。结合数字微镜调制器(DMD)和时间抖动的方法产生几何矩照明光,利用所提方法在不成像的前提下分别实现了帧频约为500 fps和1 000 fps运动物体定位。所提方法获取质心的误差在1.63个像素以内,均方误差为0.118 3个像素。文中所提方法为使用单像素探测器实现快速追踪运动物体提供了一种新思路。     

波长可调谐凝视型高光谱成像技术研究

目前高光谱成像技术已经在遥感、探测等各个领域得到了广泛应用,但是在医学、材料学和微电子学等新兴学科领域,被动式成像方式自身却存在一些局限性和不适用性。探讨了一种波长可调谐的凝视型高光谱成像系统。使用波长可调谐的单色光实现了对被拍摄物体的快速光谱测量,并利用光栅作为分光元件,使该系统的兼容性和拓展性得到了极大提高。该研究对于类似成像系统的设计具有一定的参考和借鉴意义。     

非视域三维成像激光雷达的研究进展

综述了非视域三维成像激光雷达技术的研究现状及进展。首先介绍了非视域成像技术的产生背景和基本概念,从多种实现技术中选出最接近激光雷达构型的基于激光脉冲飞行时间测量的非视域成像技术作为文中的综述重点。然后分别从成像系统和成像算法两个方面对国内外的研究进展进行了分析总结,可以看出,未来采用SPAD面阵进行无扫描阵列式非视域成像已成为必然的趋势,而能够适配SPAD面阵的非共焦重构算法也将成为研究重点。这种激光成像雷达新体制未来在军事侦察、安防反恐、无人驾驶、灾难救援等领域将有着极其广泛的应用前景。     

Ranking of TOA Measurements Based on the Estimate of the NLOS Propagation Contribution in a Wireless Location System

The presence of non-line-of-sight (NLOS) propagation is a key issue that limits the accuracy of wireless location systems. The lack of direct sight causes the measurements obtained by location systems to be so unpredictable that they can produce high inaccuracies in the estimation of the mobile station location. In this paper we propose a novel technique to improve location reliability and accuracy in cases where NLOS propagation is present. For that, in registers of time of arrival (TOA) measurements taken from each base station (BS) in view, we detect the presence of NLOS propagation and estimate the ratio of the measurements coming from NLOS propagation. With this estimate we can assess how much is NLOS propagation affecting the measurements taken from each BS and then we can identify the best measurements and BSs to achieve the highest accuracies in location.     

毫米波安检成像雷达设计

针对实际应用的安检技术的局限性,本文介绍一种基于FMCW的体制的安检成像雷达设计。雷达采用合成孔径成像算法对待检人员身上的隐匿目标进行探测,使用二维、三维仿真目标和Radarsat—I雷达数据对雷达系统和成像算法进行检验,计算结果证明了系统设计和成像方法的有效性。     

Non-line of Sight Error Mitigation in Ultra-wideband Ranging Systems Using Biased Kalman Filtering

In this paper, a non-line of sight (NLOS) error mitigation method based on biased Kalman filtering for ultra-wideband (UWB) ranging is proposed. The NLOS effect on the measures of signal arrival time is considered one of the major error sources in range estimation and time-based wireless location systems. An improved biased Kalman filtering system, incorporated with sliding-window data smoothing and hypothesis test, is used for NLOS identification and error mitigation. Based on the results of hypothesis test, the estimated ranges are either calculated by smoothing the measured range when line of sight (LOS) status is detected, or obtained by conducting error mitigation on the NLOS corrupted measured range when NLOS status is detected. The effectiveness of the proposed scheme in mitigating errors during the LOS-to-NLOS and NLOS-to-LOS transitions is discussed. Improved NLOS identification and mitigation during the NLOS/LOS variations of channel status are attained by an adaptive variance-adjusting scheme in the biased filter. Simulation results show that the UWB channel status and the transition between NLOS and LOS can be identified promptly by the proposed scheme. The estimated time-based location metrics can be used for achieving higher accuracy in location estimation and target tracking.     

一种面向非视距环境的涅尔区全息多点聚焦方法

菲涅尔区多点聚焦已成为一种应用广泛的电磁能量聚合方法。然而,多点聚焦的能量传输效率受无线环境特别是非视距(Non-Line of Sight,NLOS)环境的影响较大。针对该问题,首先研究了可编程超表面的功能模型,在此基础上,提出一种基于可编程超表面的菲涅尔区全息多点聚焦方法;然后,针对该方法中的超表面结构单元、可编程超表面及其聚焦和准直特性进行了仿真分析。仿真结果表明,在相同的NLOS环境下,不采用可编程超表面的方法传输效率不高于5%;而所提方法允许针对不同无线设备以最适宜的方式进行电磁传播规律的编程定制,最高具有近60%的传播效率。因此,所提方法能够有效突破NLOS环境的限制,大大提高菲涅尔区多点聚焦的传输效率,有望应用在医疗超声、光学成像、无线能量传输、新一代移动通信等多个领域。     

近场毫米波三维成像与异物检测方法

主动式毫米波阵列3维成像系统是人体安检成像系统的研究热点,该文对主动式毫米波阵列3维系统工作模式、信号模型和成像算法进行了介绍,并将深度学习中的卷积神经网络(CNN)热图检测方法和边框回归检测技术应用于人体安检成像异物检测。研究表明,基于热图的检测方法和基于YOLO的检测方法均可实现异物检测。基于热图的检测方法网络结构简单、易训练,但由于需要遍历整幅待检测图像,运算时间长,且生成的检测框尺寸固定,无法适应异物尺寸变化。基于YOLO的检测算法网络结构复杂、训练耗时长,但该方法在检测速度与检测框精度上优势明显,更利于机场安检等对实时性要求较高的检测应用。      

密集多径环境下UWB测距的NLOS误差减小方法

为减小密集多径环境下超宽带(UWB)测距结果中因为障碍物引起的非视距(NLOS)误差,提出了一种有效的NLOS误差减小方法.此方法考虑了NLOS误差的产生原理及特点,以信号传播的路径损耗模型为基础,通过对接收信号中不同时间到达单径的能量比较,实现了对NLOS误差的粗略估计,进而以此估计值对测距结果进行校正.在方法的具体实现上,给出了一种计算量较小、复杂度较低的单径检测算法.对实测数据的处理验证了方法的正确性,结果表明本文提出的NLOS误差减小方法使UWB测距精度有了较大提升.     

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。     

NLOS环境下移动台位置与速率估计

NLOS (Non-line of Sight)误差是定位中的主要误差来源,直接影响了定位的精度 。在MIMO（Multiple Input Multiple Output）系统中,基于NLOS信道模型的定位方法成为 解决NLOS定位误差问题的利器。基于此提出一种新颖的几何方法,仅采用两条NLOS路径就可 计算MS(Mobile Station)的位置,并且只需要利用单个基站便可完成MS的定位,克服了基站 数目过少无法准确定位MS的缺陷。在此基础上,还给出了最小二乘与最大似然算法利用多条 NLOS路径来改善定位精度的方法,并利用它对NLOS环境下运动的MS进行定位跟踪。理论分析 和仿真结 果都证明该定位方法在NLOS环境中对MS定位的有效性与精确度。