近距离阵列成像方法、装置、设备、存储介质及程序产品与流程

本发明涉及光学成像、微波成像、超声成像、雷达探测、声呐以及基于声、光、电、磁等媒介的安防检测、目标探测、成像识别、无线通信，具体涉及一种近距离阵列成像方法、装置、设备、存储介质及程序产品及其在上述各领域中的应用。

背景技术：

1、在近距离目标成像检测中，数字波束合成技术(digital beam forming，dbf)和微波全息成像技术是两种主要技术。采用dbf进行空域成像，需要合成的波束数量越多，所需的硬件计算资源便越多，此外，dbf成像技术是基于远距离探测的一种技术，对近距离、超近距离目标成像效果较差。微波全息成像技术虽然能够实现近距离目标成像，但算法极其复杂，运算量大，成像速度慢，且成本较高。

2、若能够充分利用有限的硬件资源，实现更多的波束数量，使波束数量不再受到硬件计算资源的严重制约，因而需要开发一种更高效的成像算法，能够利用有限的硬件计算资源，采用高效并行算法，实现超高数量的波束合成和快速成像。

技术实现思路

1、为了解决近距离阵列快速成像难题，本发明提供一种近距离阵列成像方法、装置、设备、存储介质及程序产品。具体方案如下：

2、本技术的第一方面提供了一种近距离阵列成像方法，应用于装置、电子设备和存储介质，所述方法包括：

3、获取阵列通道信号；

4、对阵列通道信号进行fft变换处理，得到第一处理后的阵列信号；

5、对所述第一处理后的阵列信号进行幅度、相位复加权处理，得到第二处理后的阵列信号；

6、对所述第二处理后的阵列信号进行快速成像处理，得到快速成像结果；

7、对所述快速成像结果进行坐标变换处理，得到像场分布结果；

8、对所述像场分布结果进行目标检测和识别处理，并根据处理的结果，提取目标坐标信息；

9、将所述像场分布结果及所述目标坐标信息传输给显示设备。

10、可选的，获取阵列通道信号的步骤，包括：

11、对阵列通道接收的一次回波信号进行放大、变频、滤波、匹配滤波和ad变换处理，得到所述阵列通道信号；所述阵列通道信号包括i/q双通道信息的数字复信号；所述一次回波信号为响应探测信号得到。

12、具体地，对阵列通道接收的回波信号进行放大、正交双通道下变频、滤波和匹配滤波，对匹配滤波后的回波信号进行ad变换，进而获得包含i/q双通道信息的时域数字复信号。

13、可选的，所述对阵列通道信号进行fft变换处理的步骤，包括：

14、当探测信号的类型为线性调频信号或频率步进信号时，对所述阵列通道信号进行fft变换，获得沿距离方向分布的二次回波信号；根据所述二次回波信号，得到目标的距离信息，并通过调节信号延时使所述二次回波信号在距离上对齐。

15、具体地，当探测信号类型为线性调频信号或频率步进信号时，对通道信号进行fft变换后串行输出，以获得沿距离方向分布的目标回波信号，从而可获得目标的距离信息，并可以通过调节信号延时使通道信号在距离上对齐。

16、可选的，如果探测信号为单点频信号，则不需要对通道回波信号进行fft变换。

17、可选的，所述第一处理后的阵列信号进行幅度、相位复加权处理的步骤，包括：

18、采用不同分布的幅度加权系数，基于幅值加权算法对所述第一处理后的阵列信号进行幅度加权处理，得到幅度加权处理后的阵列信号；所述幅值加权算法包括以下任意一种算法：均匀分布算法、余弦加权算法、汉明窗算法、taylor分布算法、切比雪夫分布算法或混合加权算法；

19、采用自聚焦相位加权算法，对所述幅度加权处理后的阵列信号进行相位加权处理，第一相位加权处理后的阵列信号，以实现阵列信号的自聚焦成像；

20、采用扫描相位加权算法，对所述第一相位加权处理后的阵列信号进行相位加权处理，以改变成像中心视角方向。

21、优选的，根据下式对第一处理后的阵列信号进行复加权处理：

22、

23、式中，s1为fft变换后输出的阵列信号，s2为复加权后的信号，a为阵列单元幅度加权系数，φf为自聚焦相位加权系数，φs为扫描相位加权系数，j为虚数单位，e为欧拉常数。

24、其中，采用不同分布的幅度加权系数a，可改善成像底噪，可根据需要选择均匀分布、余弦加权、汉明窗、taylor分布、切比雪夫分布及混合加权方法。

25、其中，采用自聚焦相位加权方法，可实现自动聚焦成像，自聚焦相位加权系数φf可根据下式确定：

26、

27、其中，为波数，π为圆周率，λ为波长，(x,y)为阵列单元坐标，r为目标斜距，ηx、ηy分别为x方向、y方向的扫描属性参数，根据成像系统的特性选择不同的值，如果某一成像扫描方向的阵列单元同时接收目标信号，则选择对应的ηx或ηy的值为1；如果某一成像扫描方向的阵列单元依次发射和接收目标信号，则选择对应的ηx或ηy的值为2。

28、其中，采用不同的扫描相位加权系数φs，可改变成像系统的中心视角方向，扫描相位加权系数φs可根据下式确定：

29、φs＝mηxkδxsinθx0+nηykδysinθy0；

30、其中，m、n分别为阵列单元x方向与y方向的序号，δx、δy分别为x方向、y方向的阵列单元间距，θx0、θy0分别为中心视角方向对应的方位角和俯仰角，符号sin表示正弦函数。

31、若不改变默认的中心视角方向，可直接取φs＝0。

32、可选的，所述对所述第二处理后的阵列信号进行快速成像处理的步骤，包括：

33、采用高效并行成像算法对所述第二处理后的阵列信号进行快速运算以获得谱域像；所述高效并行成像算法包括一维fft、二维fft、ifft、非均匀fft或稀疏fft。

34、优选的，根据下式对第二处理后的阵列信号进行快速运算：

35、

36、其中：符号表示高效并行算法函数，包含一维或二维fft、ifft、非均匀fft、稀疏fft，s3为复加权后的阵列信号，p(ωx,ωy)为谱域像，ωx、ωy分别为x方向、y方向的谱域坐标。对于二维阵列，采用二维快速算法进行处理，对于一维阵列，则采用一维快速算法进行处理。

37、上述计算结果对应的ωx、ωy取值范围为：ωx∈[0,2π]、ωy∈[0,2π]，进行fftshift运算后将ωx、ωx取值范围变换为：ωx∈[-π,π]、ωy∈[-π,π]：

38、p(ωx,ωy)＝fftshift[p(ωx,ωy)]。

39、可选的，所述对所述快速成像结果进行坐标变换处理，得到像场分布结果的步骤，包括：

40、对所述谱域像进行坐标变换，将像场谱域坐标转换为角度坐标，得到所述像场分布结果。

41、优选的，对于ifft类的高效并行成像算法，采用下式将像场谱域坐标转换为角度坐标：

42、

43、对于fft类的高效并行成像算法，采用下式将像场谱域坐标转换为角度坐标：

44、

45、式中，θx、θy分别为方位角坐标和俯仰角坐标，符号sin-1表示反正弦函数。

46、对于一维阵列，则仅对一维线阵方向的坐标进行转换即可。

47、可选的，所述对所述像场分布结果进行目标检测和识别处理的步骤，包括：

48、采用单元平均法对所述像场分布结果进行目标检测，对超过检测门限的待测目标，通过提取对应所述待测目标的像点所在的角度坐标获得对应所述待测目标的方位角坐标和俯仰角坐标；

49、采用智能识别算法对所述待测目标进行识别处理，并根据识别处理的结果，在所述待测目标满足匹配条件时，发出警报信号。

50、可选的，所述将所述像场分布结果及所述目标坐标信息传输给显示设备的步骤之后，包括：

51、向人机交互接口传输人机交互请求，所述人机交互请求用于供用户通过所述人机交互接口操作所述像场分布结果和/或所述目标坐标信息。

52、可选的，可采用智能识别算法对快速成像结果进行人体隐私信息屏蔽处理，以屏蔽掉快速成像结果中的人体隐私信息。

53、本技术的第二方面提供了一种近距离阵列成像装置，包括收发阵列模块、信号处理模块和显示模块：

54、所述收发阵列模块用于处理得到阵列所有通道的sar阵列信号，并将所述sar阵列信号传输给信号处理模块；所述显示模块用于接收所述信号处理模块传输的对像场分布结果和目标坐标信息，并对所述像场分布结果和所述目标坐标信息进行显示；

55、信号处理模块，用于执行上述任意一项所述的近距离阵列成像方法的步骤。

56、本技术的第三方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括人机交互接口、总线、存储介质、处理器、可编程逻辑器件、存储在所述存储介质上并可在所述处理器和可编程逻辑器件上运行的计算机程序，所述人机交互接口用于供用户通过所述人机交互接口操作所述像场分布结果和/或所述目标坐标信息；所述总线用于连接处理器、可编程逻辑器件和存储介质；所述存储介质用于存储计算机程序、固件和指令；所述处理器、可编程逻辑器件用于执行存储在存储介质上的计算机程序、固件和指令；所述计算机程序、固件和指令由所述处理器、可编程逻辑器件加载并执行以实现本技术第一方面中的近距离阵列成像方法。

57、本技术的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序、固件和指令，所述计算机程序、固件和指令被处理器、可编程逻辑器件执行时，实现本技术第一方面中的近距离阵列成像方法。

58、本技术的第五方面提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序、固件和指令，所述计算机程序、固件和指令被处理器或可编程逻辑器件执行时，实现本技术第一方面中的近距离阵列成像方法。

59、另外，本发明方法具有良好的应用前景，可广泛应用于以声、光、电、磁等为媒介的目标探测及无线通信技术领域，当探测媒介为电磁波时，本技术适用于安防检测、微波成像、雷达探测、无线通信、合成孔径雷达、逆合成孔径雷达；当探测媒介为声波、超声波时，本技术适用于声呐、超声成像、合成孔径声呐；当探测媒介为光时，本技术适用于光学成像、合成孔径光学成像。

60、上述的近距离阵列成像方法的各实施例中，通过获取阵列通道信号；对阵列通道信号进行fft变换处理，得到第一处理后的阵列信号；对所述第一处理后的阵列信号进行幅度、相位复加权处理，得到第二处理后的阵列信号；对所述第二处理后的阵列信号进行快速成像处理，得到快速成像结果；对所述快速成像结果进行坐标变换处理，得到像场分布结果；对所述像场分布结果进行目标检测和识别处理，并根据处理的结果，提取目标坐标信息；将所述像场分布结果及所述目标坐标信息传输给显示设备，实现高效的近距离阵列成像。本技术通过设置上述执行步骤，能够充分利用有限的硬件资源，实现更多的波束数量，使波束数量不再受到硬件计算资源的严重制约，实现超高数量的波束合成和快速成像，进而提高了近距离阵列成像的效率。