一種單通道毫米波編碼成像裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種單通道毫米波編碼成像裝置，包括：前置聚光鏡匯聚目標場景的輻射毫米波；測量擋板為帶編碼模板，對前置聚光鏡匯聚的毫米波進行編碼調制；出射狹縫確保每一次測量只有一個編碼模板的信號透過；后級聚光鏡將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；輻射計天線接收后級聚光鏡發出的信號；毫米波輻射計將輻射計天線接收的信號轉化為電信號并傳輸至圖像采集、重構與控制板模塊；圖像采集、重構與控制板模塊對電信號進行解碼成像、差值處理重構目標場景圖像；模板運動機構用于移動測量擋板。本發明專利技術利用編碼測量的高選擇性、高信噪比的優點來實現目標場景的重構，實現了在不增加通道數量、不提高系統成本的前提下，毫米波成像的性能優化。

【技術實現步驟摘要】
一種單通道毫米波編碼成像裝置
本專利技術涉及毫米波探測成像
，特別是一種采用單通道毫米波編碼技術來實現目標場景重構的裝置。
技術介紹
毫米波成像系統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，被動毫米波系統不發射電磁波，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、醫學檢查、非法藥品檢測和軍事隱蔽偵查等領域。被動毫米波成像系統可以采用單通道(單個探測器)模式，其優點是系統簡單可靠、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，但是系統復雜，體積大，并且成像質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)，同時高質量的毫米波部件價格昂貴，成本遠高于單通道系統，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，采用少量數據，通過一定的重構算法，恢復出原始信號，但是重構算法比較復雜，實施性差，實現存在一定困難。同時，在可見光到近紅外等波段，空間光調制技術已經比較成熟，如數字微鏡陣列(DMD)等，MarcoF.Duarte等人的文章“Single-PixelImagingviaCompressiveSampling”中設計出了可見光的單相素相機，但是同樣存在圖像重構算法比較復雜、實施性差、實現比較困難的問題。本專利技術著重于單通道編碼成像方式及成像裝置的設計，通過阿達瑪編碼，實現數據獲取與圖像采集，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，在不增加通道數量、不提高系統成本的前提下，提高成像的速度。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術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、高信噪比的優點來實現目標場景的重構，實現了在不增加通道數量、不提高系統成本的前提下，毫米波成像的性能優化。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、圖像采集、重構與控制板模塊，其特征在于，模板運動機構提供動力于測量擋板；前置聚光鏡匯聚目標場景的輻射毫米波；測量擋板為編碼模板，在模板運動機構的控制下運動，并對前置聚光鏡匯聚的毫米波進行編碼調制；出射狹縫模板設有出射狹縫，經測量編碼后的毫米波通過出射狹縫射出；后級聚光鏡將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；輻射計天線接收后級聚光鏡發出的信號；毫米波輻射計將輻射計天線接收的信號轉化為電信號并傳輸至圖像采集、重構與控制板模塊；圖像采集、重構與控制板模塊對電信號進行解碼成像、差值處理重構目標場景圖像。本專利技術采用以下技術手段進一步實現專利技術目的：(1)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系。(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。測量擋板由循環S矩陣設計產生，產生方法如下：構造一個22n-1階循環S矩陣A，n為正整數，折疊碼矩陣大小為(2n-1)×(2n+1)，循環S矩陣為0，1矩陣；將循環S矩陣A的第一行折疊為(2n-1)×(2n+1)的矩陣B，將2n個B矩陣依次橫向排列；從第二個B矩陣開始變化，變化規則為：后一個矩陣是前一個矩陣將第1行移至最后1行，第2行分別向上移動1行得到的；對變換后的2n個矩陣，取第1～(2n-1)行，第1～2n(2n+1)-1列，得到一個(2n-1)×[2n(2n+1)-1]矩陣C；根據矩陣C制作碼板，且矩陣C中的0對應碼板上毫米波不透過部分，1對應碼板上毫米波透過部分；在直線形碼板最后添加一列定位碼元構成(2n-1)行、2n(2n+1)列的形狀；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]。(3)重構目標場景采取以下手段：重構目標場景所需的電信號的獲得遵循如下規則：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；重構算法采用如下規則：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。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點：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，在不增加通道數量的前提下，大大提高了圖像重構的質量，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，很好的解決了現階段被動毫米波成像遇到的問題。下面結合說明書附圖對本專利技術做進一步描述。附圖說明圖1為本專利技術單通道毫米波編碼成像裝置的原理框圖；圖2為本專利技術中圓形測量擋板和出射狹縫模板組合示意圖；圖3為采用循環S矩陣構造編碼矩陣模板遠離示意圖；圖4為以15階循環S矩陣為例子構成的直線形碼板示意圖；圖5為以15階循環S矩陣為例子構成的直線形碼板加上定位碼元的示意圖；圖6為以15階循環S矩陣為例子構成的圓形碼板示意圖。具體實施方式結合圖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7、圖像采集、重構與控制板模塊8：目標場景通過輻射毫米波，將輻射能量通過前置聚光鏡1匯聚照射到測量擋板2上；測量擋板2為編碼模板，對前置聚光鏡1匯聚的毫米波進行編碼調制；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；后級聚光鏡4將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；輻射計天線5接收后級聚光鏡4發出的信號；毫米波輻射計6將輻射計天線5接收的信號轉化為電信號并傳輸至圖像采集、重構與控制板模塊8；圖像采集、重構與控制板模塊8對電信號進行解碼成像、差值處理重構目標場景圖像；模板運動機構7用于移動測量擋板2。所述測量擋板2放置于前置聚光鏡1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的物像關系。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。測量擋板2由循環S矩陣設計產生，產生方法如下：構造一個22n-1階循環S矩陣A，n為正整數，折疊碼矩陣大小為(2n-1)×(2n+1)，循環S矩陣為0，1矩陣；將循環S矩陣A的第一行折疊為(2n-1)×(2n+1)的矩陣B，將2n個B矩陣依次橫向排列；從第二個B矩陣開始變化，變化規則為：后一個矩陣是前一個矩陣將第1行移至最后1行，第2行分別向上移動1行得到的；對變換后的2n個矩陣，取第1～(2n-1)行，第1～2n(2n+1)-1列，得到一個(2n-1)×[2n(2n+1)-1]矩陣C；根據矩陣C制作碼板，且矩陣C中的0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)，1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；在直線形碼板最后添加一列定位碼元構成(2n-1)行、2n(2n本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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]、出射狹縫模板[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[7]、圖像采集、重構與控制板模塊[8]，其特征在于，模板運動機構[7]提供動力于測量擋板[2]；前置聚光鏡[1]匯聚目標場景的輻射毫米波；測量擋板[2]為編碼模板，在模板運動機構[7]的控制下運動，并對前置聚光鏡[1]匯聚的毫米波進行編碼調制；出射狹縫模板[3]設有出射狹縫[3?1]，經測量編碼后的毫米波通過出射狹縫[3?1]射出；后級聚光鏡[4]將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；輻射計天線[5]接收后級聚光鏡[4]發出的信號；毫米波輻射計[6]將輻射計天線[5]接收的信號轉化為電信號并傳輸至圖像采集、重構與控制板模塊[8]；圖像采集、重構與控制板模塊[8]對電信號進行解碼成像、差值處理重構目標場景圖像。

【技術特征摘要】
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)、出射狹縫模板(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(7)、圖像采集、重構與控制板模塊(8)，其特征在于，模板運動機構(7)提供動力于測量擋板(2)；前置聚光鏡(1)匯聚目標場景的輻射毫米波；測量擋板(2)為編碼模板，在模板運動機構(7)的控制下運動，并對前置聚光鏡(1)匯聚的毫米波進行編碼調制；出射狹縫模板(3)設有出射狹縫(3-1)，經測量編碼后的毫米波通過出射狹縫(3-1)射出；后級聚光鏡(4)將出射狹縫射出的編碼信號匯聚；輻射計天線(5)接收后級聚光鏡(4)發出的信號；毫米波輻射計(6)將輻射計天線(5)接收的信號轉化為電信號并傳輸至圖像采集、重構與控制板模塊(8)；圖像采集、重構與控制板模塊(8)對電信號進行解碼成像、差值處理重構目標場景圖像；測量擋板(2)為圓形編碼模板，由循環S矩陣設計產生，產生方法如下：構造一個22n-1階循環S矩陣A，n為正整數，折疊碼矩陣大小為(2n-1)×(2n+1)，循環S矩陣為0，1矩陣，將循環S矩陣A的第一行折疊為(2n-1)×(2n+1)的矩陣B，將2n個B矩陣依次橫向排列，從第二個B矩陣開始變化，變化規則為：后一個矩陣是前一個矩陣將第1行移至最后1行，第2行分別向上移動1行...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖澤龍，樊曹揚，許建中，王棟棟，吳禮，逯暄，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32