一种改进的快速分解后向投影 SAR 成像算法

与传统后向投影(Back-Projection, BP)算法相比,快速分解 BP(Fast Factorized BP, FFBP)算法可以大幅度提高 SAR 成像的处理效率,具有较强的工程价值.该文在现有 FFBP 算法的基础上,提出了改进 FFBP 算法,进一步简化处理流程并提高运算效率.改进 FFBP 算法的主要特点:(1)成像平面选取在- sinr q坐标系,代替现有 FFBP 算法的-r q坐标系,从而直接避免了对投影视角的反正弦计算;(2)采用2维多项式拟合的方法对投影斜距和视角进行计算,代替现有 FFBP 算法的逐点计算或1维多项式拟合,从而大大减小了运算量.最后,利用 X波段的 SAR 回波仿真数据对该文提出的改进 FFBP 算法进行验证.     

一种基于快速分解后向投影的条带SAR成像新方法

快速分解后向投影(Fast Factorized Back-Projection, FFBP)最初用于超宽带SAR成像,并在聚束SAR信号处理领域取得了巨大的成功。然而,由于积分孔径和角域升采样的限制,FFBP算法难以直接用于条带SAR处理。为了提高FFBP算法在条带SAR处理的实用性,该文从积分孔径和角域波数带宽的角度出发,提出一种适用于条带SAR处理的重叠图像法。该方法极大地保留FFBP算法的运算效率,有效地避免因角域升采样带来数据量大的问题。最后,通过斜视条带SAR仿真实验验证了该方法的有效性。     

双站前视低频超宽带SAR的快速因式分解后向投影算法成像处理

双站前视低频超宽带(UWB)SAR兼具双站前视的复杂成像构型和低频UWB的强距离方位耦合两个特点,因此极大地增加了实现高精度成像处理的难度。针对这个问题,该文提出一种基于快速因式分解后向投影(FFBP)算法的双站前视低频UWB SAR成像处理方法。首先,基于双站前视低频UWB SAR的成像几何构型和信号模型,给出了双站前视低频UWB SAR 原始BP算法成像的原理和流程。其次,在上述基础上,推导了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理的精确相位误差形式,并分析了相位误差对成像处理的影响,据此建立了双站前视低频UWB SAR FFBP成像处理中的子孔径和子区域划分原则。接下来,给出了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理流程,并对比分析了BP算法和FFBP算法的成像效率。最后,利用仿真实验证明了文中所作理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于几何校正的聚束SAR快速分级后投影算法

快速分级后投影(Fast Factorized Back Projection, FFBP)算法大幅减少了原始后投影算法的插值次数,提升运算效率。然而图像合成过程中仍然需要大量的图像域2维插值操作,庞大的计算量限制了其在实际中的应用。该文提出一种基于几何校正的聚束SAR快速分级后投影算法。该算法利用几何校正的方法实现子图像配准,即在满足聚焦性能的前提下,通过距离维平移和角度维旋转完成子图像在不同坐标系下的投影和子图像合成。该算法避免了逐点插值运算,进一步降低了FFBP算法的计算量。仿真结果表明,该算法能高精度聚焦成像,并且其运算效率相对于基于图像域2维插值的FFBP算法显著提高。     

雷达目标三维成像算法研究

逆合成孔径雷达三维成像技术可有效揭示雷达目标散射源的空间分布;相比于传统的距离向和方位向二维成像,三维成像又增加了俯仰向的分辨能力,可以识别雷达目标高度方向的散射源分布情况。从雷达目标回波信号分析出发,探讨了三维成像的基本公式及算法。距离向分辨采用传统的FFT(快速傅里叶变换)实现,方位向和俯仰向分辨运用卷积反投影算法实现。讨论了两种实现方位向和俯仰向成像的投影插值算法,即二维投影插值法和直接投影法,与传统的二维投影插值算法比较,直接投影法具有计算速度快和计算精度高的优点。     

直角坐标多级后投影聚束SAR成像算法

在局部极坐标系下,快速多级后向投影算法(FFBPA)可以以较低的采样率对子孔径成像,但在不同局部极坐标系之间需大量的2维图像域插值实现图像融合。相比极坐标系,图像融合在直角坐标系下更容易实现。但在直角坐标系下进行子孔径成像的奈奎斯特采样率较高,这将影响直角坐标系下的成像效率。该文针对此问题提出一种谱压缩技术,通过对距离时域和距离频域两次补偿,大幅压缩了直角坐标系下子孔径成像的方位谱宽度。该文算法具有堪比原始后向投影算法(BPA)的成像质量和优于FFBPA的计算效率,且能够应用于非线性轨道SAR。最后通过星载0.1 m仿真实验和机载0.2 m实测实验验证了算法的有效性。     

探地雷达近场三维距离偏移成像算法

在距离偏移算法基础上提出了近场条件下的探地雷达三维成像方法,同时对后向投影钟法进行了讨论。理论分析表明:近场三维距离偏移算法与后向投影算法相比,能在较大程度上减少运算量。利用试验数据对两种算法分别做了成像研究,验证了近场三维距离偏移箅法的正确性及其实时处理能力。     

一种适合低空机载平台SAR成像运动补偿方法

低空机载平台的运动存在剧烈的扰动和不确定性,使得通过其进行SAR成像的难度增大,本文提出了将快速后向投影(FFBP)算法和RTK系统高精度定位信息结合进行运动补偿,从而可以快速地获得高质量的SAR图像的方法。由于定义测绘区和成像过程中的子图像划分采用不同的坐标系,使得成像时需要对感兴趣区域进行锁定,本文提出成像区域锁定算法,能够进一步提高计算效率。最后将RTK系统的空间位置信息引入FFBP算法时本文分析了两种思路,一种是将航迹拟合为直线,将各个子图像的原点补偿至一条直线上,另一种思路是将子图像的原点补偿至一条曲线上,后者具有更高的补偿精度和适应性,但是同样也带来更高的复杂度,影响计算效率。通过两组实测数据的比较,本文认为在机载平台航线能够拟合为一条直线的情况下,应该采用近似补偿的方法以获得较高的计算效率。      

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。     

基于BP和CS相结合的圆周SAR三维成像算法

与传统的直线SAR相比,圆周SAR(CSAR)具有对场景进行三维成像的能力,但对于一般的目标,其有效孔径只是一定角度的圆弧而非完整圆周孔径,使得圆周SAR只能获得航迹向和斜距向的高分辨率,影响了其三维成像能力,所以现在通常采用沿着不同高度角进行多次观测的多航过圆周SAR模式来实现三维成像。针对多航过圆周SAR由于多航过稀疏并且非均匀采样而严重影响成像质量的问题,提出一种将BP算法和压缩传感算法(CS)结合的三维成像算法。该算法先利用BP算法实现每一次航过数据的二维成像,再利用压缩传感算法进行高度向聚焦,来改善高度向的聚焦质量,最后将实测数据成像结果和传统的三维BP算法的结果进行比较,证明该算法可以有效地抑制旁瓣,得到超分辨的三维成像结果。     

基于椭圆极坐标的一站固定式双基地低频UWB SAR FFBP成像处理

一站固定式双基地低频UWB SAR具有方位移变的距离徙动和较长的合成孔径,这导致其距离方位耦合变得非常复杂,从而限制了频域算法的应用.为此,本文提出一种基于椭圆极坐标的一站固定式双基地低频UWB SAR FFBP算法.基于一站固定式双基地SAR的成像几何,分别推导了直角坐标与椭圆极坐标下后向投影算法的解析表达式,并讨论了双基地FFBP算法中采用椭圆极坐标的优势.然后分别从频带和斜距误差角度推导了子图像的采样间隔.最后讨论了该算法的实现过程和计算量.仿真结果证明了所提方法的有效性.     

锥束CT系统的3D Shepp-Logan体模仿真及其投影数据重建

为了验证锥束CT成像算法的性能,提出了使用Fortran语言编写的3D Shepp-Logan体模作为算法性能验证的参考模型,并详细介绍了3DShepp-Logan体模的参数设置及编程方法。然后,直接加入到正投影程序中得到投影数据。最后,利用得到的投影数据进行了三维医学图像重建的仿真实验。经过实验验证,表明了使用Fortran语言编写的3DSheppLogan体模来验证算法性能是准确可行的。     

基于秩1约束的三维重建方法

假设相机为正投影模型,提出了一种基于秩1约束的三维重建方法,该方法并不是直接求解空间结构点和投影矩阵,而是求解空间结构点的深度及投影矩阵。本文利用空间结构点可以由第1幅图像点及深度构成的特性,构造了一个秩为1的矩阵,利用该矩阵求取空间结构点的深度,最后完成三维重建。模拟实验和真实实验数据结果表明,该重建方法具有较高的重建精度。      

Curved Projection Integral Imaging Using an Additional Large‐Aperture Convex Lens for Viewing Angle Improvement

In this paper, we propose a curved projection integral imaging system to improve the horizontal and vertical viewing angles. The proposed system can be easily implemented by additional use of a large‐aperture convex lens in conventional projection integral imaging. To obtain the simultaneous display of 3D images through real and virtual image fields, we propose a computer‐generated pickup method based on ray optics and elemental images, which are synthesized for the proposed system. To show the feasibility of the proposed system, preliminary experiments are carried out. Experimental results indicate that our system improves the viewing angle and displays 3D images simultaneously in real and virtual image fields.     

基于子孔径相位误差拼接的相位梯度自聚焦算法

随着雷达技术的发展,合成孔径雷达的成像精度也得到了大幅提升,与之相匹配的,也需要能更精确地进行运动补偿的算法.由于惯导精度无法满足需求,如果仅使用惯导数据对运动误差进行补偿,补偿的结果中含有残余的距离单元徙动,这会损失图像的精度.本文首先分析了残余的距离单元徙动对快速分解后向投影成像算法和相位梯度自聚焦算法的影响,再将...     

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.     

3D真的来了吗?——三维结构光传感器漫谈

三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来,计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的"第四次影像革命"。《红外与激光工程》本期策划组织的"光学三维成像与传感"专题,共包含高水平稿件20篇,其中综述论文15篇,研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态,主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向:结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术(全息显示、集成光场显示等)、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域(如三维鬼成像)等。而此文作为本期专栏的引子,概括性地综述了典型的三维传感技术,并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用;讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向,以求抛砖引玉。     

投影数据预处理三维CT重构算法研究

大面积非晶硅平板探测器在工业透射射线成像领域得到越来越多的应用.基于FPD的圆轨道FDK型三维计算机层析成像技术(3D-CT)检测速度快,但成像质量不及2D-CT.为发挥3D-CT速度优势,抑制噪声,同时提高图像重建的质量,以由平板探测器得到的二维投影数据为研究对象,提出了一种对投影数据进行小波分解,分别对高频和低频进行两次滤波的投影预处理方法,然后将分别重建的图像叠加,最终得到高质量的重建图像.算法的仿真实验结果表明,重建图像质量得到明显改善,系统噪声得到抑制.