一種單像素毫米波成像裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單像素毫米波成像裝置和方法，入射毫米波輻射由平面鏡反射后依次通過(guò)一塊編碼矩陣模板和一塊列狹縫模板，經(jīng)會(huì)聚反射鏡匯聚后進(jìn)入接收天線；兩塊模板經(jīng)由控制模塊與計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)各部分之間的時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的逐列編碼成像；探測(cè)器接收到的信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行圖像重構(gòu)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有毫米波成像技術(shù)采集較大圖像的難題：采用機(jī)械掃描方式成像時(shí)間緩慢，采用天線陣列則無(wú)法利用單探測(cè)器的較高性能，采用壓縮感知成像則缺少實(shí)用的空間光調(diào)制器。本發(fā)明通過(guò)逐列編碼成像和并行計(jì)算，大大縮短了毫米波圖像的獲取時(shí)間并提高了信噪比，本發(fā)明可應(yīng)用于包括主動(dòng)和被動(dòng)等多種方式的毫米波成像場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】一種單像素毫米波成像裝置和方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單像素毫米波成像裝置技術(shù)，屬于毫米波成像【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]毫米波成像技術(shù)在許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，例如安檢安防、化學(xué)品鑒別、氣象探測(cè)、地球遙感技術(shù)、飛行盲降系統(tǒng)、射電天文學(xué)等。毫米波成像系統(tǒng)可以采用單像素(單探測(cè)器)模式，通過(guò)機(jī)械掃描使接收天線依次對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)上的每一個(gè)成像區(qū)域；也可采用多探測(cè)器或天線陣列模式，可直接對(duì)較大區(qū)域?qū)崿F(xiàn)成像。
[0003]目前的毫米波成像系統(tǒng)存在的不足主要有:
[0004](I)單像素系統(tǒng)多采用機(jī)械掃描成像方式，圖像信噪比低，成像速度較慢，尤其是對(duì)于被動(dòng)式成像，在有些應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)于具有數(shù)千像素的圖像總成像時(shí)間可達(dá)小時(shí)的量級(jí)，只能滿足對(duì)靜止目標(biāo)和極緩慢運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像的要求。
[0005](2)陣列式系統(tǒng)中的單個(gè)探測(cè)陣元多為輻射熱計(jì)，其探測(cè)性能如信噪比等無(wú)法與單探測(cè)器相比，因而陣列式成像系統(tǒng)的圖像分辨率往往不及單探測(cè)器，同時(shí)陣列系統(tǒng)的成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單像素系統(tǒng)。
[0006]近年來(lái),壓縮感知(Compressive Sensing)理論為單像素成像提供了新的解決思路。其核心思想是利用信號(hào)的稀疏特性，采用小于Nyquist采樣極限的采樣數(shù)據(jù)量，通過(guò)一定的重構(gòu)算法，求解欠定線性方程組，恢復(fù)出原始信號(hào)。壓縮感知技術(shù)可以有效地降低圖像的采樣率，縮短采樣時(shí)間，而且由于壓縮感知成像中探測(cè)器收到的信號(hào)是由圖像上多點(diǎn)的信號(hào)累加而成，其信噪比也得到大幅提高。一些應(yīng)用壓縮感知的單像素成像技術(shù)方案已經(jīng)被提出，如已有專利:一種光場(chǎng)采樣及重構(gòu)方法與裝置，公開(公告)號(hào):CN102306291A。
[0007]現(xiàn)有的壓縮感知成像方案多采用對(duì)圖像進(jìn)行空間編碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，每一編碼單元的大小不小于波長(zhǎng)的一半，成像過(guò)程一般需要大量的編碼序列，而實(shí)現(xiàn)快速且可自動(dòng)變換的空間編碼往往需要響應(yīng)速度較快的空間光調(diào)制器。在可見光到近紅外等波段，空間光調(diào)制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，如數(shù)字微鏡陣列、液晶空間光閥等，這使得壓縮感知技術(shù)在這些波段比較易于實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在提出的壓縮感知成像系統(tǒng)也基本都工作在可見光到紅外波段。然而在毫米波等波長(zhǎng)更長(zhǎng)的區(qū)域，現(xiàn)在還缺少速度快、調(diào)制深度高、技術(shù)成熟的空間光調(diào)制器。若不采用空間光調(diào)制器，另一種空間編碼的實(shí)現(xiàn)方式是制作表面具有編碼結(jié)構(gòu)的機(jī)械模板。這種機(jī)械模板可以通過(guò)二維平移臺(tái)來(lái)進(jìn)行更換，但這種方法變換模板速度很慢，不能充分體現(xiàn)壓縮感知提升成像速度的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于大圖像來(lái)說(shuō)，所需模板尺寸也十分巨大，因而機(jī)械模板無(wú)法應(yīng)用到具有大量像素值的大圖像成像上。這些因素都導(dǎo)致壓縮感知原理還無(wú)法與暈米波技術(shù)很好地結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為有效提高毫米波成像的速度和信噪比，提升系統(tǒng)的大圖像處理能力，本發(fā)明提出一種單像素毫米波成像裝置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了壓縮感知原理與毫米波成像技術(shù)的融合。[0009]本發(fā)明的思想在于:將大圖像上的每一列作為一幅獨(dú)立的圖像處理，采用壓縮感知算法對(duì)每一列進(jìn)行一維信號(hào)重構(gòu)，使得整個(gè)系統(tǒng)僅需使用一列成像所需的編碼矩陣模板數(shù)目，大大減小了所需模板的尺寸，同時(shí)使用并行計(jì)算技術(shù)，在對(duì)新一列進(jìn)行采樣時(shí)即可對(duì)前一列進(jìn)行圖像重構(gòu)計(jì)算，并可同時(shí)計(jì)算多列信號(hào)。
[0010]本發(fā)明的一種單像素毫米波成像裝置技術(shù)是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0011]一種單像素毫米波成像裝置技術(shù)，包括平面鏡(I)、編碼矩陣模板(2)、列狹縫模板(3)、會(huì)聚反射鏡(4)、接收天線(5)、數(shù)據(jù)采集卡(6)、中心控制CPU (7)、并行計(jì)算CPU
(8)、顯示屏(9)和控制模塊(10);帶有被成像物體信息的毫米波輻射經(jīng)過(guò)前端光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入成像裝置后，經(jīng)過(guò)平面鏡(I)反射后依次穿過(guò)編碼矩陣模板(2)、列狹縫模板(3)，經(jīng)會(huì)聚反射鏡(4 )匯聚后進(jìn)入接收天線(5 );接收天線(5 )的輸出端數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(6 )連接中心控制CPU (7);中心控制CPU (7)連接各并行計(jì)算CPU (8)。
[0012]優(yōu)化的，編碼矩陣模板(2)和列狹縫模板(3)緊密靠近放置于前端毫米波光學(xué)系統(tǒng)的像平面上；編碼矩陣模板(2)與列狹縫模板(3)到會(huì)聚反射鏡(4)中心的距離和接收天線(5)到會(huì)聚反射鏡(4)中心的距離符合會(huì)聚反射鏡(4)的物像關(guān)系。
[0013]優(yōu)化的，編碼矩陣模板(2)和列狹縫模板(3)通過(guò)控制模塊(9)連接中心控制CPU
(6)的控制信號(hào)輸出端口。
[0014]所述的控制模塊(10)包括控制信號(hào)處理模塊(11)、編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)、編碼矩陣模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)、編碼矩陣模板主動(dòng)軸(14)、編碼矩陣模板從動(dòng)軸(15)、狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)、狹縫模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(17)、狹縫模板主動(dòng)軸(18)和狹縫模板從動(dòng)軸(19);控制信號(hào)處理模塊(11)的輸入端連接中心控制CPU (7)輸出端，輸出端連接編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)和狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)通過(guò)編碼矩陣模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)驅(qū)動(dòng)編碼矩陣模板主動(dòng)軸(14)和其上的編碼矩陣模板(2)，狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16 )通過(guò)狹縫模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(17 )驅(qū)動(dòng)狹縫模板主動(dòng)軸(18 )和其上的列狹縫模板
(3);編碼矩陣模板(2)首尾相連環(huán)繞成矩形，纏繞在編碼矩陣模板主動(dòng)軸14和編碼矩陣模板從動(dòng)軸(15)上；列狹縫模板(3)首尾相連環(huán)繞成矩形，纏繞在狹縫模板主動(dòng)軸(18)和狹縫模板從動(dòng)軸(19)上。
[0015]平面鏡I放置于編碼矩陣模板(2)和列狹縫模板(3)所圍成的矩形中央。
[0016]編碼矩陣模板(2)的每一列均由第一列通過(guò)循環(huán)平移產(chǎn)生,每一方格大小對(duì)應(yīng)一個(gè)像素大?。涣歇M縫模板(3)的狹縫寬度對(duì)應(yīng)一個(gè)像素大小。
[0017]中心控制CPU (7)根據(jù)所采集到數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)段，識(shí)別每一段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的編碼矩陣模板(2)花紋和對(duì)應(yīng)的列編號(hào)，將數(shù)據(jù)分配到各并行計(jì)算CPU (8)進(jìn)行并行圖像重構(gòu)。
[0018]一種利用上述的單像素毫米波成像裝置進(jìn)行成像步驟如下:
[0019]步驟1:初始化系統(tǒng)，使得列狹縫模板對(duì)準(zhǔn)圖像上的第一列；
[0020]步驟2:由中心控制CPU發(fā)出信號(hào)，控制編碼矩陣模板轉(zhuǎn)動(dòng)；所述編碼矩陣模板對(duì)應(yīng)于一個(gè)編碼矩陣矩陣，其產(chǎn)生方法為:使用某種數(shù)學(xué)算法產(chǎn)生長(zhǎng)度為N、元素僅為O、I且
O、I等概率出現(xiàn)的偽隨機(jī)數(shù)序列，其中N為圖像在垂直方向上的大小(以像素值為單位)，此序列作為矩陣的第一列，而后每一列均由前一列向上循環(huán)平移一個(gè)單位獲得，得到NXN的矩陣，根據(jù)壓縮比M (M通常為N的1/3到1/2)，從N列中均勻地選出M列按順序構(gòu)成編碼矩陣矩陣ΦΝΧΜ ;編碼矩陣模板上將O元素的相應(yīng)位置設(shè)置為不透光，I元素的相應(yīng)位置設(shè)為透光；為方便纏繞于傳動(dòng)軸上，編碼矩陣模板對(duì)應(yīng)于若干個(gè)編碼矩陣矩陣依次排列；同樣地，列狹縫模板也由若干條等距的狹縫構(gòu)成，其總長(zhǎng)度與編碼矩陣模板大致相等；
[0021]步驟3:對(duì)于圖像上的每一列，重復(fù)下述步驟3?6 ;
[0022]步驟4:當(dāng)中心控制CPU判定對(duì)應(yīng)于圖像此列的信號(hào)采集完畢后，中心控制CPU將此列的信號(hào)送至下一個(gè)空閑的并行計(jì)算CPU進(jìn)行處理，并記錄下此段信號(hào)所對(duì)應(yīng)圖像的列編號(hào)，而后中心控制CPU發(fā)出信號(hào)控制列狹縫模板轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)狹縫寬度，對(duì)準(zhǔn)圖像上的下一列；
[0023]步驟5:并行計(jì)算CPU根據(jù)中心控制CPU的指令，對(duì)所得到的信號(hào)進(jìn)行壓縮感知的圖像重構(gòu)，其重構(gòu)方法是:根據(jù)時(shí)間取出分別對(duì)應(yīng)于編碼矩陣模板每一列的信號(hào)，形成一個(gè)長(zhǎng)度為M的列向量y,通過(guò)求解最優(yōu)化問(wèn)題min Il x Il I, y=C>Tx,得到一個(gè)長(zhǎng)度為N的列向量X，其中Il Il I表示向量的1-1范數(shù)，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置；并行計(jì)算CPU將所得到的列向量X返回中心控制CPU ；
[0024]步驟6:中心控制CPU將從并行計(jì)算CPU返回的列向量x填充到圖像所對(duì)應(yīng)的列上，并在顯示屏上刷新所對(duì)應(yīng)列的圖像。
[0025]本發(fā)明提出的一種單像素毫米波成像裝置技術(shù)，將壓縮感知原理與毫米波成像技術(shù)結(jié)合，可以解決現(xiàn)有毫米波成像技術(shù)在大圖像處理能力上的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō):一是實(shí)現(xiàn)了壓縮感知原理與毫米波成像的結(jié)合，降低了接收天線所需采集的數(shù)據(jù)量并提高了信噪比，使得成像時(shí)間大幅度縮短，在部分場(chǎng)合，可以提高10倍以上的成像速度，同時(shí)單探測(cè)器系統(tǒng)的成本相比于陣列天線系統(tǒng)也大幅度降低；二是針對(duì)毫米波波段的特性設(shè)計(jì)了獨(dú)特的編碼模板，運(yùn)用了雙模板逐列編碼加上機(jī)械旋轉(zhuǎn)的模式，同時(shí)將模板的尺寸和模板更換的速度控制在了可實(shí)用的范圍；三是將壓縮感知與并行計(jì)算結(jié)合，通過(guò)逐列編碼的模式，改變了系統(tǒng)必須等待所有數(shù)據(jù)采集完畢后才可進(jìn)行圖像重構(gòu)的工作方式，使得圖像重構(gòu)和信號(hào)采集可以同步進(jìn)行，提升了成像的效率和對(duì)計(jì)算機(jī)資源利用的效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明單像素毫米波成像裝置原理圖。
[0027]圖2是控制模塊的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0029]本發(fā)明實(shí)施例由尺寸為3IOmmX 220mm的平面鏡1、尺寸為300mmX 220mm的編碼矩陣模板2、尺寸為300mmX 220mm狹縫寬度為2mm的列狹縫模板3、直徑為600mmX 600mm的
會(huì)聚反射鏡4、單點(diǎn)接收天線5、數(shù)據(jù)采集卡6、中心控制CPU7、并行計(jì)算CPU8、顯示屏9、控制模塊10等組成。帶有待測(cè)目標(biāo)信息的毫米波輻射經(jīng)由前端光學(xué)系統(tǒng)入射到本發(fā)明成像裝置中，經(jīng)平面鏡I反射后穿過(guò)編碼矩陣模板2和列狹縫模板3，經(jīng)由會(huì)聚反射鏡4匯聚入單點(diǎn)接收天線5，其中平面鏡I放置于編碼矩陣模板2和列狹縫模板3所圍成的矩形中央，如圖2所示。數(shù)據(jù)采集卡6采集接收天線5的輸出信號(hào)，并將其送入中心控制CPU7，中心控制CPU7將信號(hào)分配至各并行計(jì)算CPU8進(jìn)行并行圖像重構(gòu)。圖像重構(gòu)的結(jié)果顯示在顯示屏9上。中心控制CPU7通過(guò)控制模塊10控制編碼矩陣模板2和列狹縫模板3的轉(zhuǎn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分之間的時(shí)間同步。
[0030]本實(shí)施例中的控制模塊10的結(jié)構(gòu)描述如下。中心控制CPU7的控制信號(hào)輸出通過(guò)控制信號(hào)處理模塊11分別轉(zhuǎn)換為編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)12和狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的驅(qū)動(dòng)電平，兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)由各自傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13、17分別帶動(dòng)編碼矩陣模板主動(dòng)軸14和狹縫模板主動(dòng)軸18旋轉(zhuǎn)?？傞L(zhǎng)度和寬度分別為1520mm和220mm的編碼矩陣模板2成條帶狀首尾相接纏繞于編碼矩陣模板主動(dòng)軸14和三個(gè)編碼矩陣模板從動(dòng)軸15上，圍成一矩形。總長(zhǎng)度和寬度分別為1200mm和220mm的列狹縫模板3成條帶狀首尾相接纏繞于狹縫模板主動(dòng)軸18和三個(gè)狹縫模板從動(dòng)軸19上，圍成一矩形，置于編碼矩陣模板2所圍成矩形的內(nèi)部。平面鏡I置于列狹縫模板3所圍成矩形的內(nèi)部。
[0031]根據(jù)本實(shí)施例的單像素毫米波成像裝置技術(shù)的成像方法是:
[0032]中心控制CPU7發(fā)出控制信號(hào)控制編碼矩陣模板2連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，列狹縫模板3對(duì)準(zhǔn)圖像上的某一列，數(shù)據(jù)采集卡6持續(xù)采集單點(diǎn)接收天線5的輸出信號(hào)，并送入中心控制CPU7。當(dāng)中心控制CPU7判定此列(設(shè)為第i列)所需的壓縮感知信號(hào)已采集完畢后，將此列信號(hào)送入下一個(gè)空閑的并行計(jì)算CPU8中進(jìn)行圖像重構(gòu)，同時(shí)發(fā)出控制指令操縱列狹縫模板3轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)狹縫寬度，即對(duì)準(zhǔn)圖像上的下一列。并行計(jì)算CPU8根據(jù)時(shí)間序列將由中心控制CPU7送來(lái)的太赫茲信號(hào)數(shù)據(jù)分為若干段，每一段對(duì)應(yīng)于編碼矩陣模板2上的某一特定列對(duì)準(zhǔn)狹縫時(shí)的信號(hào)，這些段信號(hào)即為重構(gòu)此列圖像時(shí)所需的壓縮感知信號(hào)I。重構(gòu)的方法是求解最優(yōu)化問(wèn)題min Il Xi Il 1,Υ?=Φτχ?0并行計(jì)算CPU8計(jì)算完畢后，將重構(gòu)出的此列圖像數(shù)據(jù)Xi送還至中心控制CPU7，中心控制CPU7在顯示屏9上刷新此列。隨著編碼矩陣模板2的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示屏9上的圖像將持續(xù)逐列刷新。
[0033]以上所述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一種具體實(shí)現(xiàn)方法，并不能理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。本領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員在本發(fā)明的思想框架下，作出一些改進(jìn)和變動(dòng)，應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種單像素毫米波成像裝置，其特征在于:包括平面鏡(I)、編碼矩陣模板(2)、列狹縫模板(3)、會(huì)聚反射鏡(4)、接收天線(5)、數(shù)據(jù)采集卡(6)、中心控制CPU (7)、并行計(jì)算CPU (8)、顯示屏(9)和控制模塊(10);帶有被成像物體信息的毫米波輻射經(jīng)過(guò)前端光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入成像裝置后，經(jīng)過(guò)平面鏡(I)反射后依次穿過(guò)編碼矩陣模板(2)、列狹縫模板(3)，經(jīng)會(huì)聚反射鏡(4)匯聚后進(jìn)入接收天線(5);接收天線(5)的輸出端數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(6)連接中心控制CPU (7);中心控制CPU (7)連接各并行計(jì)算CPU (8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單像素毫米波成像裝置，其特征在于:編碼矩陣模板(2)和列狹縫模板(3)緊密靠近放置于前端毫米波光學(xué)系統(tǒng)的像平面上；編碼矩陣模板(2)與列狹縫模板(3)到會(huì)聚反射鏡(4)中心的距離和接收天線(5)到會(huì)聚反射鏡(4)中心的距離符合會(huì)聚反射鏡(4)的物像關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單像素毫米波成像裝置，其特征在于:編碼矩陣模板(2)和列狹縫模板(3)通過(guò)控制模塊(10)連接中心控制CPU (7)的控制信號(hào)輸出端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單像素毫米波成像裝置，其特征在于:所述的控制模塊(10)包括控制信號(hào)處理模塊(11)、編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)、編碼矩陣模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)、編碼矩陣模板主動(dòng)軸(14)、編碼矩陣模板從動(dòng)軸(15)、狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)、狹縫模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(17)、狹縫模板主動(dòng)軸(18)和狹縫模板從動(dòng)軸(19);控制信號(hào)處理模塊(11)的輸入端連接中心控制CPU (7 )輸出端，輸出端連接編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12 )和狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，編碼矩陣模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(12)通過(guò)編碼矩陣模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)驅(qū)動(dòng)編碼矩陣模板主動(dòng)軸(14)和其上的編碼矩陣模板(2)，狹縫模板驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)通過(guò)狹縫模板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(17)驅(qū)動(dòng)狹縫模板主動(dòng)軸(18)和其上的列狹縫模板(3);編碼矩陣模板(2)首尾相連環(huán)繞成矩形，纏繞在編碼矩陣模板主動(dòng)軸(14)和編碼矩陣模板從動(dòng)軸(15)上；列狹縫模板(3)首尾相連環(huán)繞成矩形，纏繞在狹縫模板主動(dòng)軸(18)和狹縫模板從動(dòng)軸(19)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單像素毫米波成像裝置，其特征在于，平面鏡(I)放置于編碼矩陣模板(2 )和列狹縫模板(3 )所圍成的矩形中央。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單像素毫米波成像裝置，其特征在于:編碼矩陣模板(2)的每一列均由第一列通過(guò)循環(huán)平移產(chǎn)生，每一方格大小對(duì)應(yīng)一個(gè)像素大??；列狹縫模板(3)的狹縫寬度對(duì)應(yīng)一個(gè)像素大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單像素毫米波成像裝置，其特征在于:中心控制CPU(7)根據(jù)所采集到數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)段，判斷每一段數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的編碼矩陣模板(2)花紋和對(duì)應(yīng)的列編號(hào)，將數(shù)據(jù)分配到各并行計(jì)算CPU (8)進(jìn)行并行圖像重構(gòu)。
8.一種利用權(quán)利要求1~7所述的任一種單像素毫米波成像裝置進(jìn)行成像的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:初始化系統(tǒng)使得列狹縫模板對(duì)準(zhǔn)圖像上的第一列； 步驟2:由中心控制CPU發(fā)出信號(hào)，控制編碼矩陣模板轉(zhuǎn)動(dòng)；所述編碼矩陣模板對(duì)應(yīng)于一個(gè)編碼矩陣，其產(chǎn)生方法為:使用某種數(shù)學(xué)算法產(chǎn)生長(zhǎng)度為N、元素僅為O、I且O、I等概率出現(xiàn)的偽隨機(jī)數(shù)序列，其中N為圖像在狹縫長(zhǎng)度方向上的大小(以像素值為單位)，此序列作為矩陣的第一列，而后每一列均由前一列向上循環(huán)平移一個(gè)單位獲得，得到NXN的矩陣，根據(jù)壓縮比M，M通常為N的1/3到1/2，從N列中均勻地選出M列按順序構(gòu)成編碼矩陣矩陣ΦΝΧΜ ;編碼矩陣模板上將O元素的相應(yīng)位置設(shè)置為不透光，I元素的相應(yīng)位置設(shè)為透光；編碼矩陣模板對(duì)應(yīng)于若干個(gè)編碼矩陣矩陣依次排列；同樣地，列狹縫模板也由若干條等距的狹縫構(gòu)成，其總長(zhǎng)度與編碼矩陣模板相等； 步驟3:對(duì)于圖像上的每一列，重復(fù)下述步驟3~6 ; 步驟4:當(dāng)中心控制CPU判定對(duì)應(yīng)于圖像此列的信號(hào)采集完畢后，中心控制CPU將此列的信號(hào)送至下一個(gè)空閑的并行計(jì)算CPU進(jìn)行處理，并記錄下此段信號(hào)所對(duì)應(yīng)圖像的列編號(hào)，而后中心控制CPU發(fā)出信號(hào)控制列狹縫模板轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)狹縫寬度，對(duì)準(zhǔn)圖像上的下一列；步驟5:并行計(jì)算CPU根據(jù)中心控制CPU的指令，對(duì)所得到的信號(hào)進(jìn)行壓縮感知的圖像重構(gòu)，其重構(gòu)方法是:根據(jù)時(shí)間取出分別對(duì)應(yīng)于編碼矩陣模板每一列的信號(hào)，形成一個(gè)長(zhǎng)度為M的列向量y,通過(guò)求解最優(yōu)化問(wèn)題min Il X Il I, y=i>Tx,得到一個(gè)長(zhǎng)度為N的列向量x,其中Il Il I表示向量的1-1范數(shù)，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置；并行計(jì)算CPU將所得到的列向量X返回中心控制CPU ； 步驟6:中心控制CPU將從并行計(jì)算CPU返回的列向量X填充到圖像所對(duì)應(yīng)的列上，并在顯示屏上刷新所對(duì)應(yīng)列的圖像。
【文檔編號(hào)】G01S13/89GK103809176SQ201410092842
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】武帥, 涂昊, 馮輝 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所