间接雷达全息设备及相应的方法技术

本发明专利技术涉及间接雷达全息设备及相应的方法。该设备扫描场景并生成代表场景的高密度信号图案。为减少信号获取时间和/或提高分辨率，设备包括：照射装置，根据照射信号用辐射照射场景；参考信号生成装置，从照射信号生成参考信号；辐射检测装置，检测来自场景的位点的在预定光谱范围中发射的辐射，并生成每个位点的辐射信号；控制装置，控制照射装置和/或辐射检测装置来检测分布于场景上的少于高密度信号图案的强度信号的数目的位点处的辐射；信号组合装置，把所生成的辐射信号与参考信号进行组合，获得强度信号的低密度信号图案；处理装置，处理低密度信号图案的强度信号，对低密度信号图案应用压缩感知来生成高密度信号图案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于对场景进行扫描的间接雷达全息设备和相应的方法。本专利技术还涉及用于实施所述方法的计算机程序和计算机可读的非瞬态介质。
技术介绍
微波成像是对于各种应用而言当前非常关注的领域。在安全领域，使用微波和毫米波成像系统具有提供非离子化技术的潜力，该技术能够以快速且廉价的方式对于隐蔽物体生成高质量图像。最近的系统使用应用了矢量网络分析器的幅度和相位测量来生成目标物体的图像。在医学领域，微波以非离子化的安全方式穿透到皮肤下方显著深度的能力，再加上健康组织与恶性组织之间很大的材料特性差异，也已经激发了许多研究兴趣。间接雷达全息是从一些强度测量结果来构造2D或3D图像的方法。该原理与直接全息相比的优点是只需要用于进行功率测量的简单二极管检测器来对天线的输出进行测量，而不需要矢量分析器(来测量幅度和相位)。在间接全息中，在预定尺寸的区域上对天线的强度图案进行测量。在预定密度的网格上采集强度图案的样本。增大该网格(强度测量结果)的密度提高了图像的分辨率和精度。但是，增大测量结果的密度具有造成延迟以及使获取处理的复杂度增大这样一些缺点。在单个接收天线的情形下，天线不得不移动到更多位置，这还需要更大的硬件精度。在天线阵列的情形下，实现更好的分辨率需要更多数目的天线元件并采集更多样本(测量结果)。一种微波间接全息测量方法公开于WO 02/23205A1中，以及D. Smith、Μ. Leach、 Μ. Elsdon 禾口 S. J.Foti 在 2005 年 7 月 IEEE Antennas andPropagation Society International Symposium 白勺 “Imaging Dielectric Objecsfrom Scalar Intensity Patterns by means of Indirect Holography”中。提供微波频率的第一电信号。第一信号的第一部分被定向到第一天线。相位和幅度的预定改变被施加到该第一信号的第二部分以生成第二电信号，第二电信号与第一信号的第一部分是相干的。通过第二天线在多个位置处检测微波辐射以生成各个位置处的第三电信号。第二和第三电信号被组合以生成第四电信号。结果，能够生成采样天线处观测到的辐射图案的全息图，避免了对网络分析器的需要。这降低了执行该方法的设备成本，还使该设备能够在更宽的频率范围上工作或者甚至在多个频率处同时工作，从而拓宽了该方法的应用范围。但是，仍然需要这样的技术该技术使间接全息中的获取处理加速，并且同时提供了高分辨率强度测量结果。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于对场景进行扫描的间接雷达全息设备，该设备与已知的设备相比，减少了获取时间和/或提高了分辨率。本专利技术的另一个目的是提供相应的方法以及用于在计算机上实施所述方法的相应的计算机程序，以及计算机可读的非瞬态介质。根据本专利技术的一个方面，提供了一种间接雷达全息设备，用于对场景进行扫描并生成代表所述场景的高密度信号图案，所述设备包括-照射装置，用于根据照射信号用辐射来照射场景；-参考信号生成装置，用于从照射信号生成参考信号；-辐射检测装置，用于对来自场景的位点的在预定光谱范围中发射的辐射进行检测，并从所检测的辐射生成每个位点的辐射信号；-控制装置，用于对照射装置和/或所述辐射检测装置进行控制，使得在分布于所述场景上的若干数目个位点处的辐射被检测，其中，所述数目小于所述高密度信号图案的强度信号的数目；-信号组合装置，用于把从检测的若干数目个位点处的辐射所生成的辐射信号与所述参考信号进行组合，以获得强度信号的低密度信号图案；以及-处理装置，用于对低密度信号图案的强度信号进行处理，并通过对所述低密度信号图案应用压缩感知(compressive sensing)来生成高密度信号图案。根据本专利技术的其他方面，提供了相应的间接雷达全息方法以及包括程序装置的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，该程序装置使计算机执行根据本专利技术的所述间接雷达全息方法的控制、组合和处理步骤。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种计算机可读的非瞬态介质，其上储存有指令，这些指令在计算机上执行时使计算机执行根据本专利技术的间接雷达全息方法的所述控制、组合和处理步骤。本专利技术的优选实施例定义于从属权利要求中。应当理解，所要求保护的方法、所要求保护的计算机程序和所要求保护的非瞬态介质具有与所要求保护的设备以及这些从属权利要求中定义的那些相似和/或相同的优选实施例。为了加速间接雷达全息中的获取处理，根据本专利技术，应用了压缩感知的想法。经压缩的感知或压缩感知(CS)是从一些随机测量结果(“辐射信号”)来重构信号的技术，所述随机测量结果将原始信号直接精简成经压缩的表示形式。所获取的测量结果被精简成使它们的数目非常少，这使得进一步的压缩并非必须。CS与传统的数据获取方案不同，因为它不遵循“先采样-后压缩”的框架。但是，为了从(减少了数目的)测量结果来对(例如)图像进行重构，需要首先从所述(减少了数目的)测量结果重构原始信号。此外，根据本专利技术，还提供了这样的设备和方法它们从经压缩的强度测量结果来构造复数场(像直接雷达全息中一般测量的一样)，以减少直接雷达全息中通常带来的成本，同时使直接雷达全息设备的获取处理加速。为了将压缩感知集成在间接成像的获取处理中，仅在场景上多个(优选为均等地)分布的位点处对稀疏(sparse)强度测量结果(即辐射)进行检测，造成了低密度信号图案，而不是像以往那样在场景上的全部位点处(这可以理解为整个场景或感兴趣的预定区域)那样造成高密度信号图案。所采样的位点根据本专利技术被获取以加速间接全息中的获取处理。此外，尤其是在对场景的最终图像进行重构的情形下，如根据本专利技术的实施例所提出的那样，从这些稀疏测量结果导出高密度信号图案。用于进行信号采样或进行成像的传统途径遵循香农(aiarmon)定理，该定理确立了采样速率必须是信号中存在的最大频率的至少两倍(也称为乃奎斯特(Nyquist)速率)。 这种原理已经被应用于消费音频或图像电子器件、医学成像设备、数字通信等中所用的几乎所有的信号获取协议。当信号受到频带限制时，像过去在数字通信领域中的情形那样，将模拟信号转换到数字域需要使用以乃奎斯特速率或更高的速率进行采样的模拟-数字转换器(ADC)，这无形中使得这些系统依赖于ADC的能力。对于其他信号(例如图像)，所需的采样速率不是由香农定理约束，而是由所需的时间或空间分辨率约束。但是，这些系统通常使用抗混叠低通滤波器(antialiasing low-pass filter)来对采样之前的信号进行频带限制，因此乃奎斯特速率在其中仍然扮演着重要角色。压缩感知范例(例如 E. Candes、J. Romberg 禾口 T. Tao 的"Robustuncertainty principles :Exact signal reconstruction from highly incompletefrequency information", IEEE Transactions on Information Theory, vol.52, pp.489-509,2006 或者 D. Donoho 白勺"Comp本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种间接雷达全息设备（２０），用于对场景（５０）进行扫描并生成代表所述场景（５０）的高密度信号图案，所述设备包括：照射装置（２００、２１４），用于根据照射信号（２０７）用辐射照射所述场景（５０）；参考信号生成装置（２０１），用于从所述照射信号（２０７）生成参考信号（２０８）；辐射检测装置（２０２、２１３），用于检测来自所述场景（５０）的位点（５１）在预定光谱范围中发射的辐射，并从所检测的辐射生成每个位点（５１）的辐射信号；控制装置（２０５），用于对所述照射装置（２００）和／或所述辐射检测装置（２０２）进行控制，使得在分布于所述场景（５０）上的若干数目个位点（５１）处的辐射被检测，其中，所述数目小于所述高密度信号图案的强度信号的数目；信号组合装置（２０３），用于把从在所述若干数目个位点处检测的辐射所生成的所述辐射信号与所述参考信号（２０８）进行组合，以获得强度信号的低密度信号图案（２０４）；以及处理装置（２１１），用于对所述低密度信号图案（２０４）的强度信号（２０４）进行处理，并通过对所述低密度信号图案（２０４）应用压缩感知来生成所述高密度信号图案（２１２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马克·萨克斯，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP