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无源毫米波成像图像空间重构超分辨算法

电波科学学报 2008年第5期23卷 899-904页

作者：郑鑫杨建宇李良超姜正茂电子科技大学电子工程学院四川成都610054

为了增强无源毫米波图像的分辨率,提出了一种图像空间重构(ISRA)频域校正超分辨算法。使用Wiener滤波复原算法恢复图像通带内的频谱分量,运用IS-RA算法实现频谱外推,通过一种频域校正算法,用Wiener滤波器恢复的频谱代替通带内的频谱,保... 详细信息

为了增强无源毫米波图像的分辨率,提出了一种图像空间重构(ISRA)频域校正超分辨算法。使用Wiener滤波复原算法恢复图像通带内的频谱分量,运用IS-RA算法实现频谱外推,通过一种频域校正算法,用Wiener滤波器恢复的频谱代替通带内的频谱,保证图像的低频分量不被破坏。为了验证新算法的有效性,针对合成图像和由91.5 GHz单通道辐射计进行二维机械扫描获取的手枪图像完成了两个实验。实验结果表明:新算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,同时能够有效地减轻恢复图像中的振铃波纹,有利于无源毫米波成像超分辨的实现。

关键词：无源毫米波成像超分辨图像空间重构算法图像恢复频谱外推维纳滤波器

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无源毫米波成像最大似然多重网格超分辨算法

系统工程与电子技术 2008年第3期30卷 393-396页

作者：郑鑫杨建宇李良超姜正茂电子科技大学电子工程学院四川成都610054

针对在无源毫米波成像中,由于天线孔径大小的限制而使获得的图像分辨率低的问题,为增强图像的分辨率,提出了一种针对无源毫米波成像应用的最大似然多重网格超分辨算法。该算法以Lucy-Richardson算法为基础,通过逐步频域内插避免了频谱混... 详细信息

针对在无源毫米波成像中,由于天线孔径大小的限制而使获得的图像分辨率低的问题,为增强图像的分辨率,提出了一种针对无源毫米波成像应用的最大似然多重网格超分辨算法。该算法以Lucy-Richardson算法为基础,通过逐步频域内插避免了频谱混叠,从而实现频谱外推和超分辨。实验结果表明,该算法改善了收敛速度,减少了计算量,有利于无源毫米波成像超分辨的实时实现。

关键词：无源毫米波成像最大似然超分辨图像恢复多重网格

无源毫米波成像投影Landweber多重网格超分辨算法

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仪器仪表学报 2008年第11期29卷 2292-2297页

作者：郑鑫杨建宇李良超电子科技大学电子工程学院成都610054

在无源毫米波成像应用中,由于天线孔径大小的限制而导致获得的图像有可怜的分辨率,因此必须采取有效的后处理措施增强图像的分辨率。本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的投影Landweber多重网格超分辨算法,该算法以投影Landweber算... 详细信息

在无源毫米波成像应用中,由于天线孔径大小的限制而导致获得的图像有可怜的分辨率,因此必须采取有效的后处理措施增强图像的分辨率。本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的投影Landweber多重网格超分辨算法,该算法以投影Landweber算法作为主迭代过程,通过逐步频域内插避免了频谱混叠,从而实现频谱外推和超分辨。实验结果表明,该算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,减少了计算量,有利于无源毫米波成像超分辨的实时实现。

关键词：无源毫米波成像超分辨图像恢复多重网格

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无源毫米波成像弱小运动目标检测算法研究

无源毫米波成像弱小运动目标检测算法研究

作者：王俊莉电子科技大学

学位级别：硕士

无源毫米波成像技术是通过探测被测场景及目标在毫米波段的自然辐射实现成像的。与可见光、红外成像相比,这种成像技术受气候条件影响小,具有全天候工作能力;与微波相比,毫米波的指向性更好,其探测成像可实现更高的分辨率。无源毫米波... 详细信息

无源毫米波成像技术是通过探测被测场景及目标在毫米波段的自然辐射实现成像的。与可见光、红外成像相比,这种成像技术受气候条件影响小,具有全天候工作能力;与微波相比,毫米波的指向性更好,其探测成像可实现更高的分辨率。无源毫米波成像技术在战场侦察、反恐探测、安检等军事、民事应用领域具有重要的实用价值。然而目前无源毫米波探测成像的许多关键技术还有待研究和完善,特别是针对无源毫米波成像弱小运动目标检测技术的研究仍处于起步阶段。本论文依托具体的科研项目,针对无源毫米波成像弱小运动目标检测技术开展了如下工作:1)分析了理想弱小目标背景噪声模型和实际场景无源毫米波成像噪声统计模型,在此基础上,研究推导了检测算法所依据的弱小目标背景噪声模型。2)分析研究了四种典型的低信噪比图像背景抑制预处理方法:高通滤波方法、中值滤波方法、自适应滤波方法及数学形态学滤波方法。并采用无源毫米波图像对四种预处理方法进行仿真,通过仿真结果分析比较了四种方法的优缺点。3)研究了一种基于动态规划的无源毫米波成像弱小运动目标检测方法。由动态规划的一般理论分析总结了其在弱小目标检测方面应用的原理、检测步骤及算法流程,研究改进了算法最终检测门限的实时求取,并通过仿真实验验证了这种算法的正确性。4)在研究了基于多级假设检验的先跟踪后检测算法基础上,结合多级假设检验法和动态规划法各自长处,得出了一种适用于无源毫米波成像弱小运动目标检测的基于多级假设检验的动态规划弱小目标检测改进算法,并通过仿真实验验证了改进算法的有效性。仿真结果证明,改进后的算法较之原算法在提高检测正确性的基础上,有效的提高了计算速度,降低了存储量。

关键词：无源毫米波成像弱小运动目标检测先跟踪后检测动态规划多级假设检验

无源毫米波成像系统设计及图像超分辨率复原算法研究

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无源毫米波成像系统设计及图像超分辨率复原算法研究

作者：肖浩华武汉科技大学

学位级别：硕士

毫米波是频谱介于微波与红外光之间的电磁波。毫米波在云雾、烟尘中的传输性能突出,对金属的探测敏锐。毫米波的上述独特性能使其在军事、民用等领域中得到广泛应用。无源毫米波成像系统具有分辨率高、隐身与反隐身性好、结构轻巧等优点... 详细信息

毫米波是频谱介于微波与红外光之间的电磁波。毫米波在云雾、烟尘中的传输性能突出,对金属的探测敏锐。毫米波的上述独特性能使其在军事、民用等领域中得到广泛应用。无源毫米波成像系统具有分辨率高、隐身与反隐身性好、结构轻巧等优点,属于成像探测研究领域的前沿课题,近年来正成为世界各国的研究热点。无源毫米波成像系统正向着多通道、集成化的方向发展。但受制于电子工艺以及成本的限制,仍然存在成像分辨率不高的缺点。图像的超分辨率复原技术针对前述问题,在不改变成像系统硬件的前提下,恢复出光学衍射极限分辨率所决定的截止频率外的信息,获取优于成像系统固有分辨率的图像。本文首先介绍了无源毫米波成像系统和超分辨率复原的发展历史和现状。然后在分析毫米波辐射成像原理的基础上,设计并实现了一套基于3mm无源毫米波辐射计和TMS320F2812型DSP的单通道馈源扫描式无源毫米波成像系统。针对获取图像存在的分辨率不足的问题,提出了基于熵约束和凸集投影的超分辨率复原算法、基于尺度不变特征变换和神经网络的超分辨率复原算法。基于熵约束和凸集投影的超分辨率复原算法在经典凸集投影算法的约束集上增加了熵约束。通过设置熵差阈值,实现了复原过程中对图像的整体性约束;通过设置与熵差相关联的息差步长,实现了对复原速度和精度的自适应调整。毫米波图像与光学图像实验表明,改进算法显著改善了复原图像的清晰度,提高了复原速度。基于尺度不变特征变换和神经网络的超分辨率复原算法针对的是运动图像,尤其是存在复杂运动的视频图像。算法引入近年来计算机视觉领域兴起的局部不变特征提取算法——尺度不变特征变换,将其应用于非刚体运动的运动补偿中;引入BP神经网络,在凸集投影修正前对降质模型作预判断。平移图像及非刚体运动图像实验表明,算法对存在复杂运动的图像序列有较好的复原效果。所提两种改进的超分辨率复原算法综合利用了传统算法的优点,可应用于毫米波图像和可见光图像的超分辨率复原。

关键词：无源毫米波成像超分辨率凸集投影熵约束尺度不变特征变换

无源毫米波成像系统数据采集与条带抑制方法研究

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无源毫米波成像系统数据采集与条带抑制方法研究

作者：李朝阳电子科技大学

学位级别：硕士

无源毫米波成像系统根据目标场景与物体辐射毫米波亮温能量的差异实现成像,因其具备无辐射,可穿透衣物、云雾硝烟等遮挡,且系统隐蔽性强、难以被侦察等特点,在安全检查、军事侦察等领域得到了广泛地应用;为了满足应用场合需求提高系统... 详细信息

无源毫米波成像系统根据目标场景与物体辐射毫米波亮温能量的差异实现成像,因其具备无辐射,可穿透衣物、云雾硝烟等遮挡,且系统隐蔽性强、难以被侦察等特点,在安全检查、军事侦察等领域得到了广泛地应用;为了满足应用场合需求提高系统成像实时性,无源毫米波系统多采用多通道体系结构。其中,数据采集单元为多通道成像系统的关键硬件部件,负责完成前端通道输出模拟亮温信号的数据采集功能,以便于成像算法处理;然而,受制作工艺所限,多通道系统通道间非一致性、波束间非均匀性等原因,导致图像呈现条带噪声,严重影响了成像质量。本文以多通道无源毫米波项目为依托,研究设计了基于FPGA的多通道数据采集单元,并对毫米波图像条带抑制方法展开了研究,主要工作为:1.分析毫米波成像理论与多通道成像体系结构,对数据采集主要技术指标进行论证,并研究最小均方误差理论,为硬件设计及算法研究提供理论支撑。2.分析论证数据采集单元功能结构与实现方案,完成主要器件选型与接口方案设计,采用“AD+FPGA”的硬件结构完成多通道数据采集单元的硬件设计与研制,并完成相关硬件电路的调试工作。3.在Quartus软件平台上,运用Verilog语言完成相关时序逻辑电路的设计。实现了本单元数据采集、数据存储、传输控制的功能,并在软件平台上完成对硬件电路的测试。4.针对多通道成像系统条带噪声的问题。研究了基于两点定标进行通道均衡的方法;分析毫米波系统数学模型及条带噪声特点,根据成像系统点扩展函数的低通特性,运用改进矩匹配法,进行条带抑制处理,较传统矩匹配法,该方法不仅具备良好的条带抑制能力,也可有效消除去噪后图像中呈现的“块状效应”。5.研究了基于最小均方误差(LMS)进行条带抑制处理的方法。根据多通道成像系统成像模型,在传统LMS算法基础上,利用图像行间相关性及邻域相关性信息,并将其应用到条带抑制处理中。经过仿真验证,该方法具备更好的条带抑制能力,且保留了图像的细节信息。通过实验仿真及实测,验证了本文所研究设计的数据采集单元与条带抑制方法,达到了预期的要求,为无源毫米波系统研究奠定了技术与理论依据。

关键词：无源毫米波成像数据采集条带抑制最小均方误差

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无源毫米波成像移动隐匿目标检测技术研究

无源毫米波成像移动隐匿目标检测技术研究

作者：李德宽电子科技大学

学位级别：硕士

无源毫米波成像系统通过接收物体辐射的毫米波波段能量,并利用各类物体间辐射强度差异来实现成像。其成像无辐射、方式隐蔽、非接触、分辨适度,不会危害被检人员健康及触及个人隐私,适应人体安检的综合应用。因此,利用无源毫米波探测成... 详细信息

无源毫米波成像系统通过接收物体辐射的毫米波波段能量,并利用各类物体间辐射强度差异来实现成像。其成像无辐射、方式隐蔽、非接触、分辨适度,不会危害被检人员健康及触及个人隐私,适应人体安检的综合应用。因此,利用无源毫米波探测成像技术来实现随身隐匿违禁物的透视成像探检,是近年来国际上的研究热点和发展的主流方向。移动目标检测技术是利用隐匿目标的亮温、尺度、形状、运动等特征与背景的差异,在毫米波图像序列中对目标进行检测、分割和定位隐匿目标。近年在反恐领域,利用无源毫米波探测成像技术对隐匿违禁品(如枪支、凶器和塑料爆炸物等)的检测已经在营区、机场、银行、场馆等重要场所应用,移动目标检测技术成为其实现的关键。本文依托具体科研项目,对无源毫米波成像移动隐匿目标检测技术做了以下研究:(1)研究无源毫米波探测成像理论,分析隐匿物品辐射特性;研究毫米波成像移动目标检测理论与方法。(2)分析了毫米波成像的特点,研究了毫米波图像的去噪、背景抑制及图像分割技术。引入小波变换,对传统的最大类间方差分割(OSTU)算法进行了改进,通过仿真,验证了该算法可有效地抑制复杂背景对图像分割的干扰。(3)针对复杂场景在分割时造成较多虚警目标的问题,提出了基于感兴趣区域(ROI)提取的跟踪前检测(Detect Before Track,DBT)算法。该算法能够有效地缩小目标的搜索范围,提高目标检测率。(4)研究了粒子滤波(Particle Filter,PF)理论,通过仿真,验证了其在目标轨迹跟踪方面的有效性。(5)针对近场毫米波成像中移动隐匿点、面目标检测的问题,研究了基于粒子滤波的先跟踪后检测算法(Track Before Detect,TBD)。根据点目标与面目标的不同特点,采用不同特征向量构造了系统观测模型。针对面目标检测中,传统粒子滤波固定窗口跟踪不稳健性的缺点,研究了窗口尺寸自适应调整的方法,提高了算法的有效性。

关键词：无源毫米波成像移动目标检测跟踪前检测算法粒子滤波先跟踪后检测算法

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无源毫米波成像超分辨算法研究

无源毫米波成像超分辨算法研究

作者：金鑫电子科技大学

学位级别：硕士

无源毫米波成像的原理是利用场景和不同目标自身的毫米波段辐射能量分布差异实现成像。由于无源毫米波成像具有穿透烟云雨雾、战场硝烟,全天时、全天候工作的能力;可穿透包裹层探测非金属目标,具有良好的反伪装能力;体制上为无源探测系... 详细信息

无源毫米波成像的原理是利用场景和不同目标自身的毫米波段辐射能量分布差异实现成像。由于无源毫米波成像具有穿透烟云雨雾、战场硝烟,全天时、全天候工作的能力;可穿透包裹层探测非金属目标,具有良好的反伪装能力;体制上为无源探测系统,不易被发现。以上优点,使其在场面监视、飞机盲着陆、战场监视、军事侦察、反恐斗争等领域中具有重大应用价值。但是,由于天线孔径尺寸的限制和衍射受限的影响,导致系统获取的图像分辨率较低。因此,需要对无源毫米波图像进行超分辨处理,以提高获取图像的分辨率,保证后续的图像观测和分析工作的顺利进行。本论文在国家自然科学基金项目的支持下,对无源毫米波成像的关键技术之一,即超分辨算法进行研究,主要内容包括:1.分析了无源毫米波成像超分辨与图像复原、图像分辨率增强、序列图像超分辨的异同,归纳出了实现无源毫米波成像超分辨的条件和思路,其对超分辨算法的设计具有指导性的意义。2.针对以往算法的先验建模的不准确性以及参数选取的困难等问题,以小波域的最大后验估计为基础,通过加入非线性投影并实现参数的自适应更新,研究了投影小波域MAP超分辨算法,实验结果获得了良好的超分辨效果。3.利用图像在过完备基表示下的稀疏性,研究了基于稀疏先验的超分辨算法,实验结果获得了良好的超分辨效果,尤其在小信噪比下具有比其它算法更优的半收敛性。4.对最大似然频谱校正算法存在的问题进行了分析;并通过构造新的光传递函数及新的频谱校正公式,研究了修正的最大似然频谱校正算法,实验结果获得了更好的超分辨效果。5.分析了多帧处理在无源毫米波成像超分辨中的必要性;并利用同一场景的具有亚像素平移的多帧序列图像,研究了多帧无源毫米波成像超分辨算法,解决了无源毫米波成像中的频谱混叠问题,实验结果获得了良好的超分辨效果。综上所述,本文所作的研究结果和研究的算法,不仅能够实现无源毫米波成像超分辨,而且对后续相关算法的研究设计和改进具有指导意义。

关键词：无源毫米波成像超分辨小波域稀疏性多帧

无源毫米波成像系统显控终端设计与超分辨算法研究

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无源毫米波成像系统显控终端设计与超分辨算法研究

作者：付彦龙电子科技大学

学位级别：硕士

无源毫米波成像系统接收场景中多物体自身在毫米波段的电磁辐射,并根据物体间辐射能量差异进行成像。与传统的可见光成像、红外探测成像相比,它能够穿透衣物和包裹进行隐匿物体的探测;与有源毫米波探测成像、X射线成像相比,它不对外辐... 详细信息

无源毫米波成像系统接收场景中多物体自身在毫米波段的电磁辐射,并根据物体间辐射能量差异进行成像。与传统的可见光成像、红外探测成像相比,它能够穿透衣物和包裹进行隐匿物体的探测;与有源毫米波探测成像、X射线成像相比,它不对外辐射电磁波,对人体无害。以上优良的技术特性使得无源毫米波成像技术在人体安检、反恐监控等领域受到高度重视。受成像系统天线尺寸孔径限制,系统获取的图像高频信息丢失,图像存在模糊现象,视觉效果较差,并且不利于后续的目标检测与识别。超分辨技术通过对低分辨率图像进行算法处理得到高分辨率图像,提高成像质量。显示和控制单元(显控终端)是无源毫米波成像系统的重要组成部分。显控终端的具体实现方式有多种,既可以使用个人笔记本电脑,也可以使用嵌入式系统。两种平台各有其优点:笔记本电脑具有较大的存储容量,处理器速度快、软件开发效率高,使用方便灵活;嵌入式系统的体积较小、功耗低、成本低,在系统集成和成本控制上有一定优势。本文依托具体的科研项目开展研究,研究了卷积神经网络在图像处理上优势,研究并实现了一种基于卷积神经网络的单帧超分辨算法。完成了基于笔记本电脑和基于嵌入式系统两种平台下的无源毫米波成像系统显控终端界面设计和应用程序开发。论文的主要研究内容总结如下:(1)研究了基于卷积神经网络的图像超分辨算法,并对毫米波图像进行实验验证,实验结果说明该算法有效的提高了毫米波图像的分辨率。(2)结合成像系统的总体技术指标和性能要求,对显控终端进行功能需求分析与传输接口设计,确定软硬件平台。(3)完成了显控终端界面设计以及进行应用程序模块化设计,实现了各模块的程序设计与开发,包括串口通信模块、网络通信模块、图像的实时接收与显示。完成了多平台下的显控终端图形化界面设计及相应软件的开发与测试。(4)完成了显示控制单元与成像系统其他单元之间的联合调试以及系统的功能验证。实验结果论证了显控终端的技术指标与功能以及系统功能达到了设计要求。

关键词：无源毫米波成像超分辨卷积神经网络显控终端