一種單通道毫米波編碼成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及毫米波探測成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用單通道毫米波編碼技術(shù)來實現(xiàn)目標場景重構(gòu)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]毫米波成像系統(tǒng)具有全天候工作能力。毫米波成像分為主動成像與被動成像，被動毫米波系統(tǒng)不發(fā)射電磁波，對被成像的物體或場景沒有電磁污染、傷害或干擾，同時隱蔽性好，從而被廣泛應用于人體安檢、醫(yī)學檢查、非法藥品檢測和軍事隱蔽偵查等領(lǐng)域。
[0003]被動毫米波成像系統(tǒng)可以采用單通道(單個探測器)模式，其優(yōu)點是系統(tǒng)簡單可靠、成本低，但是成像時間長、分辨率低；也可以采用多探測器或天線陣列模式，這種模式成像速度快，但是系統(tǒng)復雜，體積大，并且成像質(zhì)量受制于毫米波器件的工藝及水平(陣列式器件存在不均勻性)，同時高質(zhì)量的毫米波部件價格昂貴，成本遠高于單通道系統(tǒng)，應用場合受到限制。武帥等人的專利“一種單相素毫米波成像裝置和方法”(公布號:CN103809176A)采用壓縮感知的方法，利用信號的稀疏性，采用少量數(shù)據(jù)，通過一定的重構(gòu)算法，恢復出原始信號，但是重構(gòu)算法比較復雜，實施性差，實現(xiàn)存在一定困難。同時，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(DMD)等，MarcoF.Duarte 等人的文章 “Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling” 中設(shè)計出了可見光的單相素相機，但是同樣存在圖像重構(gòu)算法比較復雜、實施性差、實現(xiàn)比較困難的問題。本發(fā)明著重于單通道編碼成像方式及成像裝置的設(shè)計，通過阿達瑪編碼，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取與圖像采集，利用快速阿達瑪變換以及基于快速阿達瑪變換與π變換的快速解碼算法進行圖像的重構(gòu)，在不增加通道數(shù)量、不提高系統(tǒng)成本的前提下，提高成像的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種單通道毫米波編碼成像裝置，利用編碼測量的高選擇性、高信噪比的優(yōu)點來實現(xiàn)目標場景的重構(gòu)，實現(xiàn)了在不增加通道數(shù)量、不提高系統(tǒng)成本的前提下，毫米波成像的性能優(yōu)化。
[0005]一種單通道毫米波編碼成像裝置，包括前置聚光鏡、測量擋板、出射狹縫模板、后級聚光鏡、輻射計天線、毫米波輻射計、模板運動機構(gòu)、圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊，其特征在于，
[0006]模板運動機構(gòu)提供動力于測量擋板；
[0007]前置聚光鏡匯聚目標場景的輻射毫米波；
[0008]測量擋板為編碼模板，在模板運動機構(gòu)的控制下運動，并對前置聚光鏡匯聚的毫米波進行編碼調(diào)制；
[0009]出射狹縫模板設(shè)有出射狹縫，經(jīng)測量編碼后的毫米波通過出射狹縫射出；
[0010]后級聚光鏡將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；
[0011]輻射計天線接收后級聚光鏡發(fā)出的信號；
[0012]毫米波輻射計將輻射計天線接收的信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊；
[0013]圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊對電信號進行解碼成像、差值處理重構(gòu)目標場景圖像。
[0014]本發(fā)明采用以下技術(shù)手段進一步實現(xiàn)發(fā)明目的:
[0015](I)測量擋板放置于前置聚光鏡的像平面上；測量擋板到后級聚光鏡中心的距離和后級聚光鏡中心到輻射計天線的距離符合后級聚光鏡的物像關(guān)系。
[0016](2)測量擋板是由相同的折疊碼板排列而成圓形碼板，出射狹縫與折疊碼板緊密靠近，出射狹縫的形狀與碼板形狀對應，確保每一次測量只有一個編碼模板的信號透過。
[0017]測量擋板由循環(huán)S矩陣設(shè)計產(chǎn)生，產(chǎn)生方法如下:
[0018]構(gòu)造一個22n-l階循環(huán)S矩陣Α，η為正整數(shù)，折疊碼矩陣大小為(2η_1) X (2η+1)，循環(huán)S矩陣為0，I矩陣；
[0019]將循環(huán)S矩陣A的第一行折疊為(2η-1) X (2η+1)的矩陣B，將2"個B矩陣依次橫向排列；
[0020]從第二個B矩陣開始變化，變化規(guī)則為:后一個矩陣是前一個矩陣將第I行移至最后I行，第2行分別向上移動I行得到的；
[0021]對變換后的2外矩陣，取第I?(2η_1)行，第I?2η(2η+1)_1列，得到一個(2η-1) X [2η(2η+1)-1]矩陣 C ；
[0022]根據(jù)矩陣C制作碼板，且矩陣C中的O對應碼板上毫米波不透過部分，I對應碼板上毫米波透過部分；
[0023]在直線形碼板最后添加一列定位碼元構(gòu)成(2η_1)行、2η(2η+1)列的形狀；
[0024]將添加了定位碼元的直線形碼板首尾相接得到圓形的測量擋板[2]。
[0025](3)重構(gòu)目標場景采取以下手段:
[0026]重構(gòu)目標場景所需的電信號的獲得遵循如下規(guī)則:改變測量擋的位置，讓目標場景輻射透過不同位置測量擋板，每次改變測量擋板的位置，毫米波輻射計[6]接收一次信號；重構(gòu)算法采用如下規(guī)則:快速阿達瑪變換以及基于快速阿達瑪變換與π變換的快速解碼算法。
[0027]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:將阿達瑪編碼測量理論應用于單通道毫米波成像，單次測量得到一個值，多次測量得到多個值，并且利用快速阿達瑪變換進行圖像重構(gòu)，在不增加通道數(shù)量的前提下，大大提高了圖像重構(gòu)的質(zhì)量，減少了成像所需要的時間；在提高性能的同時，卻不會大幅提高裝置成本，很好的解決了現(xiàn)階段被動毫米波成像遇到的問題。
[0028]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步描述。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明單通道毫米波編碼成像裝置的原理框圖；
[0030]圖2為本發(fā)明中圓形測量擋板和出射狹縫模板組合示意圖；
[0031]圖3為米用循環(huán)S矩陣構(gòu)造編碼矩陣模板遠尚不意圖；
[0032]圖4為以15階循環(huán)S矩陣為例子構(gòu)成的直線形碼板示意圖；
[0033]圖5為以15階循環(huán)S矩陣為例子構(gòu)成的直線形碼板加上定位碼元的示意圖；
[0034]圖6為以15階循環(huán)S矩陣為例子構(gòu)成的圓形碼板示意圖。
【具體實施方式】
[0035]結(jié)合圖1，一種單通道毫米波編碼成像裝置，包括前置聚光鏡1、測量擋板2、出射狹縫3、后級聚光鏡4、輻射計天線5、毫米波輻射計6、模板運動機構(gòu)7、圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊8:
[0036]目標場景通過輻射毫米波，將輻射能量通過前置聚光鏡I匯聚照射到測量擋板2上;
[0037]測量擋板2為編碼模板，對前置聚光鏡I匯聚的毫米波進行編碼調(diào)制；
[0038]出射狹縫3確保每一次測量只有一個編碼模板的信號透過；
[0039]后級聚光鏡4將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；
[0040]輻射計天線5接收后級聚光鏡4發(fā)出的信號；
[0041]毫米波輻射計6將輻射計天線5接收的信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸至圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊8 ；
[0042]圖像采集、重構(gòu)與控制板模塊8對電信號進行解碼成像、差值處理重構(gòu)目標場景圖像；
[0043]模板運動機構(gòu)7用于移動測量擋板2。
[0044]所述測量擋板2放置于前置聚光鏡I的像平面上；測量擋板2到后級聚光鏡4中心的距離和后級聚光鏡4中心到輻射計天線5的距離符合后級聚光鏡4的物像關(guān)系。
[0045]所述測量擋板2由若干相同的折疊碼板排列而成，形狀可以有所差別，出射狹縫模板3與折疊碼板緊密靠近且不影響測量擋板2轉(zhuǎn)動。狹縫模板3不動，出射狹縫3-1的形狀與碼板形狀對應，確保每一次測量只有一個編碼模板的信號透過。
[0046]測量擋板2由循環(huán)S矩陣設(shè)計產(chǎn)生，產(chǎn)生方法如下:
[0047]構(gòu)造一個22n_l階循環(huán)S矩陣Α，η為正整數(shù)，折疊碼矩陣大小為(2η_1) X (2η+1)，循環(huán)S矩陣為0，I矩陣；
[0048]將循環(huán)S矩陣A的第一行折疊為(2η_1) X (2η+1)的矩陣B，將2"個B矩陣依次橫向排列；
[0049]從第二個B矩陣開始變化，變化規(guī)則為:后一個矩陣是前一個矩陣將第I行移至最后I行，第2行分別向上移動I行得到的；
[0050]對變換后的2η個矩陣，取第I?(2 η_1)行，第I?2η (2η+1)-1列，得到一個(2η-1) X [2η(2η+1)-1]矩陣 C ；
[0051]根據(jù)矩陣C制作碼板，且矩陣C中的O對應碼板上毫米波不透過部分(如圖2、3、4、5、6中的黑色碼元)，I對應碼板上毫米波透過部分(如圖2、3、4、5、6中的白色碼元)，如圖4所示；
[0052]在直線形碼板最后添加一列定位碼元構(gòu)成(2η_1)行、2η(2η+1)列的形狀；
[0053]將添加了定位碼元的直線形碼板首尾相接得到圓形的測量擋板。
[0054]編碼矩陣模板2對毫米波進行編碼調(diào)制，出射狹縫模板3設(shè)有出射狹縫3-1，經(jīng)過編碼調(diào)制后的毫米波通過出射狹縫3-1射出，出射狹縫3-1尺寸滿足每次測量僅有2η+1列碼兀編碼過的暈米波從出射狹縫3-1中射出。