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毫米波安检成像中压缩感知算法的应用研究

毫米波安检成像中压缩感知算法的应用研究

作者：汪天真重庆邮电大学

学位级别：硕士

当代社会安全问题频发,一些传统安检手段短板日渐突出,毫米波因为其穿透性和非电离性被广泛应用于人体违禁物品检测成像方面,成为继光学成像、微波成像以及红外成像等探测成像领域的又一重要手段。然而满足安检识别需求的图像分辨率是... 详细信息

当代社会安全问题频发,一些传统安检手段短板日渐突出,毫米波因为其穿透性和非电离性被广泛应用于人体违禁物品检测成像方面,成为继光学成像、微波成像以及红外成像等探测成像领域的又一重要手段。然而满足安检识别需求的图像分辨率是以巨大数据量为代价的。一幅全方位的人体毫米波安检图像需要上亿的数据,这无疑是给数据的采集、运输及硬件成本带来巨大负担,且按照奈氏准则采集来的数据大部分冗余,真正对成像有用的信息只有一小部分,这样又造成数据资源浪费。兴起的压缩感知理论为解决数据稀疏采集成像问题提供了有力支撑,该理论可以实现从较小的数据量中精确恢复出目标信号。本文即是以压缩感知理论应用于毫米波安检成像中实现稀疏采样、保证高质量恢复图像为目的进行的研究。主要内容如下:1.本文介绍了毫米波的特点及成像时频率选择依据、毫米波安检成像系统和图像重构基本知识。研究了与毫米波安检图像信号特征相关的信号稀疏性、测量矩阵及优化算法等压缩感知理论。2.研究了将压缩感知应用于二维和三维毫米波成像中的方法并实现。其中,二维成像方面包括单频点平面扫描和宽频带线阵扫描两种情况下的稀疏成像方法及实现。从二维到三维的应用,主要提出建立波数域相位函数观测矩阵以及傅里叶操作算子的方法构造线性测量模型,避免大型矩阵求逆的复杂性;稀疏先验信息方面利用三维全变差方法,加入频率维梯度域先验信息,提高重构质量。3.针对全变差正则化对图像恢复过程中的“平滑效应”导致边缘模糊不清的问题,采用加权的方式对梯度平滑程度进行自适应约束,提高图像边缘清晰度。另外,在此基础上利用自身迭代重构出的图像作为参考图像获取部分先验指导后续图像重构,再次增强图像质量。两种方法联合建立的正则化约束模型将图像重构质量明显提高。

关键词：毫米波成像人体安检压缩感知加权全变差稀疏先验

基于嵌入式神经网络处理器的太赫兹无源成像图像分割算法研究

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基于嵌入式神经网络处理器的太赫兹无源成像图像分割算法研究

作者：陈佳燕西安电子科技大学

学位级别：硕士

基于太赫兹无源成像技术的人体无接触式安检设备因其无损伤高穿透特性,具有重要的应用前景和研究价值。但是太赫兹无源成像技术在安检设备领域存在成像分辨率低和噪声干扰大等问题,为遮蔽物检测带来一定困难,需要使用图像分割算法进行... 详细信息

基于太赫兹无源成像技术的人体无接触式安检设备因其无损伤高穿透特性,具有重要的应用前景和研究价值。但是太赫兹无源成像技术在安检设备领域存在成像分辨率低和噪声干扰大等问题,为遮蔽物检测带来一定困难,需要使用图像分割算法进行遮蔽物辅助判断。本文设计了基于复合类型神经网络的太赫兹无源成像图像分割算法,提高了太赫兹无源图像分割的准确率和计算效率,能在嵌入式神经网络处理器上实时进行边缘计算。本文的主要工作包括:1、在太赫兹无源图像上实现基于区域的分割算法,包括基于OTSU法和基于种子区域生长法的图像分割算法。在OTSU法自适应阈值选取前后分别对太赫兹图像进行时域滤波和形态学处理;通过选取不同种子生长点和设置不同区域生长规则评估基于种子区域生长法的分割效果。最后分析传统区域分割算法存在的缺点,包括无法适应噪声干扰、遮蔽物误检率高和分割轮廓细节丢失。2、针对传统区域分割算法的不足,设计了基于卷积神经网络的实例分割模型实现太赫兹无源成像图像分割算法。首先自建太赫兹无源成像图像数据集,采集了6872张包含不同人群、不同衣着、不同遮蔽物的太赫兹无源图像并进行像素级分割标注。然后设计了基于卷积神经网络的太赫兹无源图像分割算法模型,模型包含特征提取主干网络、多层特征金字塔融合模块、掩码原型模块和掩码系数模块四个部分。针对模型的特征提取主干网络使用通道混淆进行轻量化设计;针对边缘计算需求从多层特征金字塔融合模块开始进行结构化剪枝;掩码原型模块通过与掩码系数模块配合得到最终的目标分割掩码、目标分类和目标定位。最后对所设计算法进行消融实验和对比实验验证了所设计算法各个模块的合理性,算法的mask m AP50达到95.26%,在嵌入式神经网络处理器上可达到16.4 FPS的边缘计算速度。3、针对卷积神经网络图像分割算法存在的边缘模糊和遮蔽物识别效果有限问题,提出了基于复合类型神经网络的太赫兹无源成像图像分割算法。数据集采用多光谱空间融合感知输入,在加强输入数据有效特征密度的同时减少了模型计算量。设计了ECSA-FPN模块,针对特征提取主干网络在特征提取过程中的通道上下文数据与目标不匹配问题,使用通道注意力机制对关注通道进行加权集中;针对太赫兹图像分割目标的空间区域分布关系,使用空间注意力机制对人体和遮蔽物的空间位置进行特征加强。基于嵌入式神经网络处理器边缘计算的量化特点,设计了权重解耦模块,在不增加边缘计算参数量和计算量的情况下充分释放模型的权重拟合能力。针对遮蔽物分割效果不佳问题,在损失函数中加入距离图惩罚交叉熵以增加遮蔽物的反向传播惩罚系数,提升遮蔽物的分割能力。最终改进后的模型针对遮蔽物的mask AP75提升了25.73%,整体mask m AP50达到97.67%,在嵌入式神经网络处理器上的边缘计算速度达到10.42 FPS的实时运行速度。

关键词：太赫兹成像图像分割神经网络嵌入式处理器人体安检

基于Focal-EIOU函数的被动式太赫兹图像违禁物品识别

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太赫兹科学与电子信息学报 2022年第8期20卷 810-816页

作者：周敏中国铁路设计集团有限公司电化电信院天津300308

针对被动式太赫兹安检系统因环境影响导致图像质量波动,从而影响识别算法,导致准确率大幅降低的问题,提出了基于Focal-EIOU损失函数的改进YOLOv4算法,并用被动式太赫兹人体安检图像对刀、枪违禁物品进行模型训练获得模型。建立不同环境... 详细信息

针对被动式太赫兹安检系统因环境影响导致图像质量波动,从而影响识别算法,导致准确率大幅降低的问题,提出了基于Focal-EIOU损失函数的改进YOLOv4算法,并用被动式太赫兹人体安检图像对刀、枪违禁物品进行模型训练获得模型。建立不同环境、不同位置角度携带刀枪嫌疑物人员的太赫兹图像数据库,采用图像增广的方法构建丰富数据集;将YOLOv4的CIOU loss改进为Focal-EIOU loss,提高算法对太赫兹图像识别的鲁棒性,进而经过训练获得较优的模型。在本文的测试集中,使用改进后的算法训练的模型平均检测精确度(mAP)达到96.4%,检测速度在28 ms左右,交并比(IOU)平均值为0.95,在同等条件下高于常规算法,改善了检测识别的效果。实验结果表明,本文方法能够有效提高被动式太赫兹人体安检系统的嫌疑物识别准确率,有利于该项技术在人体安检领域的推广应用。

关键词：太赫兹成像人体安检目标识别损失函数

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美国2016-2017年安全检查新进展

中国公共安全(学术版) 2018年第4期 130-134页

作者：曹琴琴赵洋公安部第一研究所

美国安检一直是全球最高规格的安检,其采用的一些安检技术和设备,很大程度上会成为安检领域发展的风向标。分析美国未来安检技术的发展动向,可协助安检设备生产者、安检技术研发者和安检设备使用者准确定位。本文借助网络平台,收集和整... 详细信息

美国安检一直是全球最高规格的安检,其采用的一些安检技术和设备,很大程度上会成为安检领域发展的风向标。分析美国未来安检技术的发展动向,可协助安检设备生产者、安检技术研发者和安检设备使用者准确定位。本文借助网络平台,收集和整理了2016-2017年美国在安全检查领域的新进展,主要从新举措、新项目、新技术、新产品等方面进行了分析,同时阐述了这些技术和产品的市场应用情况,以及未来发展方向。

关键词： X射线 CT安检设备人体安检行李安检

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浅析智能分类金属探测门的应用前景

中国安全防范技术与应用 2024年第1期 59-64页

作者：李东莹曹硕吴万龙沈宗俊同方威视技术股份有限公司

智能分类金属探测门是基于金属探测技术而生的,通过对被检物的涡流波形信息进行数据处理和对比分析,实现对物品的识别和分类。本文主要从人体安检技术分类、安检实际需求、安检实施方案三个方面进行对比,分析智能分类金属探测门在全球... 详细信息

智能分类金属探测门是基于金属探测技术而生的,通过对被检物的涡流波形信息进行数据处理和对比分析,实现对物品的识别和分类。本文主要从人体安检技术分类、安检实际需求、安检实施方案三个方面进行对比,分析智能分类金属探测门在全球安全威胁日益复杂和多样化趋势下的市场潜力。

关键词：金属探测门智能分类人体安检特征识别

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企业视窗

中国安防 2020年第5期 54-55页

海康机器人机器视觉新品发布4月20日,G20-智能制造峰会成员企业海康机器人机器视觉线上新品发布会以"视觉,看见无限可能"为主题,全球首发了CS系列标准工业相机、全新65-151MP高分辨相机、4K工业线阵相机、VC3000视觉控制器、ID5000和ID3... 详细信息

海康机器人机器视觉新品发布4月20日,G20-智能制造峰会成员企业海康机器人机器视觉线上新品发布会以"视觉,看见无限可能"为主题,全球首发了CS系列标准工业相机、全新65-151MP高分辨相机、4K工业线阵相机、VC3000视觉控制器、ID5000和ID3000Pro智能读码器等重磅新品。其中,CS系列二代工业相机全新升级,进行了嵌入式架构、电源效率、结构四面安装等多方面的优化,功能相同的条件下,整体功耗比同类产品低20%左右。

关键词：工业相机人工智能应用人体安检线阵相机机器视觉毫米波

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毫米波人体检测和背散射人体检测的比较

中国安防 2023年第8期 41-44页

作者：林勇王建国张晨昱北京紫方启研科技公司

一、概述近些年来,公共场所安全越来越受到人们的重视。对于人员流动大的场所,比如机场、火车站等,很有必要配备安检设备以保障安全。对于人体安检来说,金属探测仪有其局限性,并且工作效率并不高。目前最有潜力的人体安检技术是背散射... 详细信息

一、概述近些年来,公共场所安全越来越受到人们的重视。对于人员流动大的场所,比如机场、火车站等,很有必要配备安检设备以保障安全。对于人体安检来说,金属探测仪有其局限性,并且工作效率并不高。目前最有潜力的人体安检技术是背散射技术和毫米波技术,这也正是世界各国正在大力发展和推广的技术。背散射人体安检是一种对人体进行表面成像,以图像的方式来进行检查的非接触式人体安检技术。

关键词：毫米波技术人体检测背散射人体安检安检设备金属探测仪表面成像工作效率

应用于毫米波人体成像的数据采集与预处理模块设计

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电子世界 2020年第23期 198-199页

作者：姜济群崔海涛公安部第一研究所

随着科学技术的发展,毫米波成像系统的应用越来越广泛,尤其在人体安检领域,毫米波成像已经成为了必不可少的技术手段。在毫米波成像系统中,数据采集与预处理模块负责图像原始数据的采集与预处理工作,并将预处理后的数据发送至计算机进... 详细信息

随着科学技术的发展,毫米波成像系统的应用越来越广泛,尤其在人体安检领域,毫米波成像已经成为了必不可少的技术手段。在毫米波成像系统中,数据采集与预处理模块负责图像原始数据的采集与预处理工作,并将预处理后的数据发送至计算机进行成像运算。本文阐述了一种数据采集与预处理模块的设计方法,介绍了该模块的硬件平台及数据预处理实现方式,通过实际工程试验结果,验证了该模块设计方法的有效性和可行性。

关键词：模块设计方法预处理工作数据预处理毫米波成像数据发送人体安检硬件平台数据的采集

透视万物的力量——解析毫米波技术在高安保级别领域的融合应用

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中国安防 2022年第4期 30-35页

作者：张建新黄平平孙莹欧必翼太赫兹科技(北京)有限公司

随着各国对公共安全管理方面的重视程度不断提升,人体安检成像技术成为近年来安检领域的研究热点,并已经开始在机场、海关、大型活动等重要场所应用于排查违禁品,此外在包括工矿、电子厂等高安保级别企业中为切实保障企业安全生产、保... 详细信息

随着各国对公共安全管理方面的重视程度不断提升,人体安检成像技术成为近年来安检领域的研究热点,并已经开始在机场、海关、大型活动等重要场所应用于排查违禁品,此外在包括工矿、电子厂等高安保级别企业中为切实保障企业安全生产、保护关键生产要素等因素,同样存在对物品进行精准、定向查验的迫切需求。毫米波技术由于受干扰因素小、信噪比高等优点,成为目前最具潜力的成像安检技术之一。

关键词：公共安全管理毫米波技术融合应用违禁品安保人体安检大型活动成像技术