單通道毫米波輻射編碼成像基本理論與方法研究

《單通道毫米波輻射編碼成像基本理論與方法研究》是依託南京理工大學，由肖澤龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：單通道毫米波輻射編碼成像基本理論與方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：肖澤龍
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

本項目針對傳統毫米波輻射成像方法中遇到的掃描速度慢、多通道間通道均衡與定標難、系統構成複雜、價格昂貴等問題，結合壓縮感知理論，開展單通道毫米波輻射編碼成像基本方法和理論研究。研究目標毫米波輻射稀疏表征、單通道毫米波輻射編碼成像壓縮採樣約束以及單通道毫米波輻射編碼成像非模糊重構算法等科學問題，建立單通道毫米波輻射編碼成像壓縮感知分析模型；結合人體違禁物品探測套用，確定壓縮採樣測量矩陣的約束條件，研究含噪、近似線性系統測量矩陣構造方法，構建單通道毫米波輻射輻射編碼成像壓縮採樣基本理論、數據反演分析模型和穩健快速的非模糊重構算法；同時改進原有試驗平台，開展實驗方法研究，完成對新體制、新方法的原理性驗證，建立系統性能分析評估模型。本項目的研究對於單通道毫米波輻射編碼成像實現具有重要理論意義和學術價值，也為毫米波輻射成像在小型化、低成本、高可靠等套用提供理論支持。

結題摘要

本項目針對現有毫米波輻射成像方法中遇到的成像速度慢、多通道間通道均衡與定標難、系統結構複雜與成本較高等問題，結合壓縮感知理論，開展單通道毫米波編碼成像理論及方法研究，旨在為毫米波成像技術的小型化、低成本探索一種新的方法。項目圍繞目標毫米波輻射稀疏表征、單通道毫米波輻射壓縮採樣編碼約束以及單通道編碼成像非模糊重構方法等內容展開了深入研究。 在分析常用的幾種信號稀疏表示方法的基礎上，採用離散餘弦變換(DCT)方法對採用已研製的毫米波單通道平面掃描成像系統獲取的典型物品（槍枝、匕首、光碟、剪刀、人體等）毫米波圖像稀疏表示仿真分析，結果驗證了絕大部分成像場景都滿足單通道編碼成像的稀疏性要求。 在原有研製的毫米波成像系統基礎上，設計了單通道毫米波編碼成像系統，對系統光路參數進行了計算和最佳化，建立了單通道毫米波編碼成像數學分析模型。通過對現有多種典型測量矩陣進行性能仿真分析，對基於Hadamard矩陣、循環S矩陣和LDPC碼校驗矩陣的編碼理論進行了深入研究，結合單通道編碼成像實際套用特點，提出了採用部分循環S矩陣和LDPC碼校驗矩陣實現編碼測量，並提出採用圓形旋轉碼盤實現編碼模板的製作。 在對現有三大類典型重構算法仿真分析基礎上，結合編碼方法採用快速哈達瑪解碼重構算法實現圖像的重構，並提出一種改進的子空間追蹤（SP）算法---- Improved-SP (I-SP)算法。針對實際實現的編碼模板單元數目受限使得獲取的圖像解析度不夠，重點研究稀疏表示下毫米波圖像的超解析度重構，對比聯合K-SVD字典的稀疏表示方法和結構類聚表示方法的重構性能，採用結構類聚的表示方法進行圖像超解析度重構，並採用TV正則最佳化對算法進行了最佳化。 本項目充分研究了單通道毫米波輻射編碼成像的基本理論與方法，並能夠理論與實際相結合，通過MATLAB仿真驗證其正確性，同時完成了成像系統關鍵硬體模組的設計和製作。項目共發表12篇論文，其中3篇發表於SCI檢索期刊上；申請國家發明專利10項，其中授權3項。在研究內容和成果形式上圓滿完成了計畫書的要求。