李道京1,,,
祁春超3,,
①.中国科学院电子学研究所微波成像技术重点实验室 ? ?北京 ? ?100190
②.中国科学院大学 ? ?北京 ? ?100190
③.华讯方舟科技有限公司 ? ?深圳 ? ?518000
基金项目:国家自然科学基金（61271422）
详细信息
作者简介:田鹤：田 ? 鹤(1991–)，女，河北邢台人，中国科学院电子学研究所信号与信息处理专业博士研究生，研究方向为稀疏阵列天线雷达三维成像技术。E-mail: tianhe0407@126.com
李道京(1964–)，男，1986年和1991年在南京理工大学分别获通信与电子系统专业工学学士和硕士学位，2003年在西北工业大学电路与系统专业获工学博士学位，现为中国科学院电子学研究所研究员，博士生导师，研究方向为雷达系统和雷达信号处理。E-mail: lidj@mail.ie.ac.cn
祁春超(1977–)，男，高级工程师，深圳市高层次人才，2010年博士毕业于华中科技大学光学工程专业，博士毕业后在中国科学院光电研究院从事高重频、窄线宽、高功率、193 nm ArF光刻系统研制工作，2011年在深圳大学光学工程博士后流动站从事博士后研究工作，2013年–2015年在南方科技大学从事太赫兹领域的科研与教学工作，2015年至今在华讯方舟科技有限公司担任太赫兹首席科学家，主要从事毫米波人体安检仪的研制工作。E-mail: qichunchao@huaxunchina.cn
通讯作者:李道京 ?lidj@mail.ie.ac.cn
祁春超 ?qichunchao@huaxunchina.cn
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出版历程
收稿日期:2017-09-08
修回日期:2017-11-17
Millimeter-wave Human Security Imaging Based on Frequency-domain Sparsity and Rapid Imaging Sparse Array Architecture
Tian He1,2,,Li Daojing1,,,
Qi Chunchao3,,
①. Science and Technology on Microwave Imaging Laboratory, Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
②. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
③. China Communication Technology Co., Ltd., Shenzhen 518000, China
Funds:The National Natural Science Foundation of China (61271422)
摘要
摘要:该文研究工作包括频域稀疏毫米波人体安检成像数据处理和用于快速安检成像的稀疏阵列设计两部分。首先基于柱面扫描成像模型，采用巴克码随机稀疏采样方式减少成像所需数据量；提出一种基于干涉处理和频域压缩感知的3维成像算法，利用干涉处理使人体复图像在频域具备稀疏性，建立频域压缩感知测量模型并重建图像频谱，进而实现稀疏采样下人体安检图像3维重建。实际数据处理结果表明，该方法在数据采集量减少约50%条件下，可获得接近满采样对应的图像分辨率和成像效果，稀疏采样前后的图像相关系数优于0.9。其次基于频域稀疏成像方法、巴克码稀疏采样方式和收发分置工作模式，设计了用于快速安检成像的稀疏阵列布局，在保证人体成像质量前提下，稀疏率高达94.6%。该方法用于实际安检成像系统中可大幅增加安检通过速率、减少辐射单元数量和系统复杂度，在大人流量、高安检要求场所安全检测中具有重要应用价值和市场前景。
关键词:毫米波成像/
3维成像/
稀疏采样/
稀疏阵列/
干涉处理/
人体安检
Abstract:This paper examines the processing of millimeter-wave imaging data based on sparse sampling and sparse array design for the rapid imaging of human security data. First, based on the cylindrical scanning imaging model, the Barker code-based randomly sparse sampling method is employed to reduce the scanning time. Then, a three-dimensional imaging algorithm based on interferometry and compressed sensing in the frequency domain is proposed, with sparse representation of the image in the frequency domain after interferometry and Compressed Sensing measurement model, to recover the image frequency spectrum, thereby implementing human security image reconstruction via sparse sampling. Real data processing results indicated that the proposed method could obtain image resolution and performance similar to those of complete samples and that the image correlation coefficients before and after sparse sampling were better than 0.9, with 50% time/data reduction. Furthermore, based on the Barker codes and multistatic work mode, a sparse array architecture for rapid imaging was designed with a sparse rate of 94.6% and the guarantee of imaging quality. The proposed method was found to considerably increase the passage rate and reduce the amount of radiation unit and system complexity, marking its application significance and market prospect in security clearance.
Key words:Millimeter wave imaging/
3D imaging/
Sparse sampling/
Sparse array/
Interferometry/
Human security
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