微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法和处理装置制造方法
【专利摘要】一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法和处理装置，预处理模块对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化图像数据的幅度值和量化门限值，量化模块利用量化门限值对待量化图像数据的幅度值进行图像灰度量化处理，流水输出量化后的图像数据。本发明根据所求得的量化门限值对图像数据量化处理能够满足微波成像雷达平台对地面目标实时检测和识别的要求，采用均值方差方法求得图像数据的量化门限值，远优于设定固定的量化门限值，能够最大限度的取得较好的量化效果，对量化后的数据进行压缩传输还能够提高雷达平台与地面站的图像数据传输速率。
【专利说明】微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法和处理装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波成像雷达平台领域，尤其涉及一种微波成像雷达图像数据灰度量 化处理方法和处理装置。
【背景技术】
[0002] 以微波为探测手段进行对地成像观测，具备全天候、全天时成像的优势，在许多领 域得到广泛应用。微波成像雷达接收所照射物体反射的微波进行成像，得到的图像只有灰 度信息，亮暗程度与所照射物体反射微波的能力有关，物体反射微波的能力取决于物体的 几何特性和介电特性。微波成像得到的图像数据特征信息丰富，含有幅度、相位和极化等多 种成像信息，微波雷达系统成像的机理和人眼成像不同，图像不符合人眼的视觉习惯，可读 性差，但是图像中含有丰富的纹理信息。
[0003] 由于探测地面物体的散射特性各不相同，目标回波强弱不均使得回波数据动态范 围变大，成像数据多采用单精度浮点数，数据量很可观。为了满足对微波雷达成像处理得 到能够在计算机查看和处理的灰度图像，需要对得到的原始图像数据做8bit灰度量化处 理；原始图像数据动态范围很大，在某些情况下为了满足雷达系统对地面目标进行实时检 测和识别，原始图像数据灰度量化处理就必须在平台上完成，例如星载SAR(合成孔径雷达 Synthetic Aperture Radar)、星载 ISAR(逆合成孔径雷达 Inverse Synthetic Aperture Radar)、机载SAR等平台。另外，微波雷达成像后数据量很大，平台配备的信息传输系统带 宽相对较窄，在满足实时性要求的同时，对原始图像数据量化为8bit灰度图像后再压缩下 传到地面站，也能够减少带宽占用和传输时间。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法和处理装置，优化了量 化效果，提高了量化后图像数据的传输速率，满足雷达平台对目标实时检测和识别的要求。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法， 该灰度量化处理方法包含以下步骤：
[0006] 步骤S1、预处理模块对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化原始图像数据 的幅度值Temp和量化门限值；
[0007] 步骤S2、量化模块利用量化门限值对待量化图像数据的模值Temp进行图像灰度 量化处理，流水输出量化后的图像数据。
[0008] 进一步地，所述的步骤S1包含以下步骤：
[0009] 步骤S1. 1、幅度值计算模块计算原始图像数据中每一个像素点的幅度值Temp，将 幅度值Temp暂存到外部存储单元；
[0010] Temp=^hn2+Re2，其中，Im为原始图像数据中每一个像素点的虚部数据，Re为 原始图像数据中每一个像素点的实部数据；
[0011] 计算得到的幅度值为单精度浮点数；
[0012] 步骤SI. 2、均值和方差计算模块计算原始图像数据幅度值Temp的均值Mean和方 差 Std ;
[0013] Mean=￡(；n = ；^.v,./L，其中，η为原始图像数据中像素点的总个数，Xi是第i 个像素点对应的幅度值，X为原始图像数据求得的幅度值所构成的集合，即X = lx(i)，i = 1，2,…η};
[0014] Std = D⑴=Ε(Χ2)-[Ε⑴]2,其中，Ε(Χ2)需要先对X中每一个幅度值求平方，再 对X整体求均值，[Ε (X) ]2则需要先求X的均值再对Ε (X)求平方；
[0015] 步骤S1. 3、量化门限值计算模块根据置信区间求得量化门限值，将量化门限最大 值Max和量化门限最小值Min输出到量化模块；
[0016] 置信区间为[Mean_5*Std, Mean+5*Std]，若计算得到的Mean_5*Std小于零， 则置信区间为[0, Mean+5*std]，根据置信区间得到量化门限值的最小值为Min = max(0，Mean_5*Std)，得到量化门限值的最大值为Max = Mean+5*Std，其中，Mean为均值， Std为方差。
[0017] 进一步地，所述的步骤S2包含以下步骤：
[0018] 步骤S2. 1、数值比较模块依次读取外部存储单元中的幅度值Temp,将原始图像数 据中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较，如果Temp > Max，进行步骤S2. 2,如果 Temp彡Min，进行步骤S2. 3,如果Min彡Temp彡Max，进行步骤S2. 4 ;
[0019] 步骤S2. 2、数值量化模块将当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为11111111，通 过延时模块延时输出给选择输出模块，进行步骤S2. 5 ;
[0020] 步骤S2. 3、数值量化模块将当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为00000000,通 过延时模块延时输出给选择输出模块，进行步骤S2. 5 ;
[0021] 步骤S2. 4、灰度量化模块计算当前像素点的灰度值Y，并将得到的数据进行浮点 转定点处理后输出给选择输出模块，进行步骤S2. 5 ;
[0022] Y = 255 X (Temp-Min) / (Max-Min);
[0023] 其中，Temp是当前像素点的幅度值，Max是量化门限最大值，Min是量化门限最小 值；
[0024] 步骤S2. 5、完成8bit图像灰度量化后，选择输出模块根据数值比较模块的比较结 果，顺序输出8bit灰度图像。
[0025] 进一步地，所述的步骤S2. 1中，将原始图像数据中每一个像素点的幅度值与量化 门限值进行比较的步骤包含以下步骤：
[0026] 步骤S2. 1. 1、分别比较幅度值与量化门限最大值和量化门限最小值的指数位大 小；
[0027] 如果ET"p>EMax，幅度值大于量化门限最大值，即Temp>Max，进行步骤S2. 2 ;
[0028] 如果ETemp〈EMin，幅度值小于量化门限最小值，即Temp〈Min，进行步骤S2. 3 ;
[0029] 如果ETemp〈EMax且ETemp>E Min，幅度值小于量化门限最大值，且大于量化门限最小值， 即 Min < Temp < Max，进行步骤 S2. 4 ;
[0030] 如果ETemp = EMax或ETemp = EMin，指数位相等，需比较尾数位大小，进行步骤S2. 1. 2 ;
[0031] 其中，Ετ"ρ是幅度值的指数位、EMax是量化门限最大值的指数位、E Min是量化门限最 小值的指数位；
[0032] 步骤S2. 1. 2、分别比较幅度值与量化门限最大值和量化门限最小值的尾数位大 小；
[0033] 如果MTemp>MMax，幅度值大于量化门限最大值，即Temp>Max，进行步骤S2. 2 ;
[0034] 如果MTemp〈MMin，幅度值小于量化门限最小值，即Temp〈Min，进行步骤S2. 3 ;
[0035] 如果MMin彡MTemp彡MMax,幅度值在量化门限内，即Min彡Temp彡Max,进行步骤 S2. 4 ；
[0036] 其中，Μτ"ρ是幅度值的尾数位、MMax是量化门限最大值的尾数位、M Min是量化门限最 小值的尾数位。
[0037] 进一步地，在进行步骤S1之前，先从外部存储单元读取原始图像数据，原始图像 数据中每一个像素点的数据为单精度浮点数。
[0038] 本发明还提供一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，该装置包含预处理 模块，电性连接预处理模块的量化模块，以及电性连接预处理模块和量化模块的外部存储 单元；
[0039] 所述的预处理模块对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化图像数据的幅度 值Temp和量化门限值；
[0040] 所述的量化模块利用量化门限值对待量化图像数据的幅度值Temp进行图像灰度 量化处理，流水输出量化后的图像数据；
[0041] 所述的外部存储单元暂存待量化图像数据的幅度值Temp。
[0042] 进一步地，所述的预处理模块包含幅度值计算模块，电性连接幅度值计算模块的 均值和方差计算模块，以及电性连接均值和方差计算模块的量化门限值计算模块；
[0043] 所述的幅度值计算模块计算原始图像数据中每一个像素点的幅度值Temp，将幅度 值Temp暂存到外部存储单元；
[0044] 所述的均值和方差计算模块计算原始图像数据幅度值Temp的均值Mean和方差 Std，将均值Mean和方差Std输出到量化门限值计算模块；
[0045] 所述的量化门限值计算模块根据置信区间求得量化门限值，将量化门限最大值和 量化门限最小值输出到量化模块。
[0046] 进一步地，所述的幅度值计算模块包含两个平方计算器，电性连接平方计算器的 加法器，电性连接加法器的开根号计算器；
[0047] 所述的两个平方计算器分别对原始图像数据中每一个像素点的实部数据和虚部 数据做平方运算，将结果输出给加法器；
[0048] 所述的加法器对两个平方计算器的输出数据做加法运算，将结果输出给开根号计 算器；
[0049] 所述的开根号计算器对加法器的输出数据做开根号运算，将结果输出给均值和方 差计算模块。
[0050] 进一步地，所述的量化模块包含数值比较模块、电性连接数值比较模块的灰度量 化模块，以及电性连接灰度量化模块的选择输出模块；
[0051] 所述的数值比较模块依次读取外部存储单元中的幅度值Temp，将原始图像数据 中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较，根据单精度浮点数结构来完成数值的比 较；
[0052] 所述的灰度量化模块根据数值比较模块的比较结果，将当前像素点的幅度值量化 为灰度值Y;
[0053] 所述的选择输出模块根据灰度量化模块的量化结果，通过判断外部的使能信号来 选择输出8bit灰度图像数据。
[0054] 进一步地，所述的灰度量化模块包含减法器、电性连接减法器的除法器，电性连接 除法器的乘法器，以及电性连接乘法器的数据转换模块，还包含电性连接数值比较模块的 数值量化模块，以及电性连接数值量化模块的延时模块；
[0055] 所述的减法器分别完成幅度值Temp与量化门限最小值Min的减法运算，以及量化 门限最大值Max与量化门限最小值Min的减法运算，将结果输出给除法器；
[0056] 所述的除法器对减法器的输出数据做除法运算，将幅度值Temp与量化门限最小 值Min的差除以量化门限最大值Max与量化门限最小值Min的差，将结果输出给乘法器；
[0057] 所述的乘法器对除法器的输出数据做乘法运算，将除法器的输出数据乘以255,将 结果输出给数据转换模块；
[0058] 所述的数据转换模块将乘法器的输出数据进行浮点转定点处理；
[0059] 所述的数值量化模块将Temp>Max情况下的当前像素点的幅度值量化为灰度值Y 为111 111 11，将Temp〈Min情况下的当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为00000000，数值 量化模块将量化结果输出给延时模块；
[0060] 所述的延时模块将数值量化模块的量化结果延时输出，来保证数值量化模块的输 出数据与数据转换模块的输出数据按顺序同步输出。
[0061] 本发明对微波成像雷达的原始回波数据进行成像处理得到原始图像数据，对原始 图像数据进行量化预处理，得到待量化图像数据的幅度值和量化门限值，利用量化门限值 对待量化图像数据的幅度值进行图像灰度量化处理，流水输出量化后的图像数据。根据所 求得的量化门限值对图像数据量化处理能够满足微波成像雷达平台对地面目标实时检测 和识别的要求，采用均值方差方法求得图像的量化门限值，远优于设定固定的量化门限值， 能够最大限度的取得较好的量化效果，对量化后的数据进行压缩传输还能够提高雷达平台 与地面站的图像数据传输速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0062] 图1是本发明提供的微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法的流程图。
[0063] 图2是本发明的量化预处理步骤的流程图。
[0064] 图3是本发明的灰度量化处理步骤的流程图。
[0065] 图4是根据量化门限值进行图像灰度量化处理的示意图。
[0066] 图5是本发明提供的微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置的框图。
【具体实施方式】
[0067] 以下根据图1?图5,具体说明本发明的较佳实施例。
[0068] 如图1所示，本发明提供一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法，该灰度 量化处理方法包含以下步骤：
[0069] 步骤1、从外部存储单元读取原始图像数据，原始图像数据中每一个像素点的数据 为单精度浮点数；
[0070] 步骤2、预处理模块对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化原始图像数据的 幅度值Temp和量化门限值；
[0071] 步骤3、量化模块利用量化门限值对待量化图像数据的模值Temp进行图像灰度量 化处理，流水输出量化后的图像数据。
[0072] 如图2所示，所述的步骤2包含以下步骤：
[0073] 步骤2. 1、幅度值计算模块计算原始图像数据中每一个像素点的幅度值Temp，将 幅度值Temp暂存到外部存储单元；
[0074] Temp=vW + i?e2，其中，Im为原始图像数据中每一个像素点的虚部数据，Re为 原始图像数据中每一个像素点的实部数据；
[0075] 计算得到的幅度值也为单精度浮点数；
[0076] 步骤2. 2、均值和方差计算模块计算原始图像数据幅度值Temp的均值Mean和方差 Std ；
[0077] Mean=￡(X) = |>y"，其中，n为原始图像数据中像素点的总个数，Xi是第i 个像素点对应的幅度值，X为原始图像数据求得的幅度值所构成的集合，即X = lx(i)，i = 1，2,…η};
[0078] Std = D⑴=Ε(Χ2)-[Ε⑴]2,其中，Ε(Χ2)需要先对X中每一个幅度值求平方，再 对X整体求均值，[Ε (X) ]2则需要先求X的均值再对Ε (X)求平方；
[0079] 步骤2. 3、量化门限值计算模块根据置信区间求得量化门限值，将量化门限最大值 Max和量化门限最小值Min输出到量化模块；
[0080] 一般选取的置信区间为[Mean-5*Std, Mean+5*Std]，若计算得到的Mean_5*Std 小于零，则置信区间为[0，Mean+5*Std]，根据置信区间得到量化门限值的最小值为Min = max(0，Mean_5*Std)，得到量化门限值的最大值为Max = Mean+5*Std，其中，Mean为均值， Std为方差。
[0081] 如图3所示，所述的步骤3包含以下步骤：
[0082] 步骤3. 1、数值比较模块依次读取外部存储单元中的幅度值Temp,将原始图像数 据中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较，如果Temp > Max，进行步骤3. 2,如果 Temp < Min,进行步骤3. 3,如果Min < Temp < Max,进行步骤3. 4 ;
[0083] 步骤3. 2、数值量化模块将当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为11111111，为保 证数据同步输出，需通过延时模块延时输出给选择输出模块，进行步骤3. 5 ;
[0084] 步骤3. 3、数值量化模块将当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为00000000,为保 证数据同步输出，需通过延时模块延时输出给选择输出模块，进行步骤3. 5 ;
[0085] 步骤3. 4、灰度量化模块计算当前像素点的灰度值Y，并将得到的数据进行浮点转 定点处理后输出给选择输出模块，进行步骤3. 5 ;
[0086] Y = 255 X (Temp-Min) / (Max-Min);
[0087] 其中，Temp是当前像素点的幅度值，Max是量化门限最大值，Min是量化门限最小 值；
[0088] 步骤3. 5、完成8bit图像灰度量化后，选择输出模块根据数值比较模块的比较结 果，顺序输出8bit灰度图像。
[0089] 所述的步骤3. 1中，将原始图像数据中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行 比较的步骤包含以下步骤：
[0090] 数值比较模块根据单精度浮点数据结构，根据幅度值与量化门限值的指数位和尾 数位来确定数据的大小，具体步骤如下：
[0091] 步骤3. 1. 1、分别比较幅度值与量化门限最大值和量化门限最小值的指数位大 小；
[0092] 如果ETemp>EMax，幅度值大于量化门限最大值，即Temp>Max，进行步骤3. 2 ;
[0093] 如果ETemp〈EMin，幅度值小于量化门限最小值，即Temp〈Min，进行步骤3. 3 ;
[0094] 如果ETemp〈EMax且ETemp>E Min，幅度值小于量化门限最大值，且大于量化门限最小值， 即 Min < Temp < Max，进行步骤 3. 4 ;
[0095] 如果ETemp = EMax或ETemp = EMin，指数位相等，需比较尾数位大小，进行步骤3. 1. 2 ;
[0096] 其中，Ετ"ρ是幅度值的指数位、EMax是量化门限最大值的指数位、E Min是量化门限最 小值的指数位；
[0097] 步骤3. 1.2、分别比较幅度值与量化门限最大值和量化门限最小值的尾数位大 小；
[0098] 如果MTemp>MMax，幅度值大于量化门限最大值，即Temp>Max，进行步骤3. 2 ;
[0099] 如果MTemp〈MMin，幅度值小于量化门限最小值，即Temp〈Min，进行步骤3. 3 ;
[0100] 如果MMin彡MTemp彡MMax，幅度值在量化门限内，即Min彡Temp彡Max，进行步骤3. 4 ;
[0101] 其中，Μτ"ρ是幅度值的尾数位、MMax是量化门限最大值的尾数位、M Min是量化门限最 小值的尾数位。
[0102] 如图4所示，为根据量化门限值进行图像灰度量化处理的示意图。由于微波雷达 成像得到的原始图像数据灰度动态范围过大，需要设定合适的量化门限值，尽可能获取有 效的图像信息，滤除噪声点。由于原始图像信息大部分集中在低灰度区域，而在高灰度区域 则分布较少，如果直接量化得到的图像就会出现图像全黑色或者对比度不明显，不利于目 标的检测与识别，所以需要采用截取的方法来获得量化门限，如图4中0max、0min分别为原 始图像数据的最大值和最小值，Max、Min分别为量化门限最大值和量化门限最小值，Λχ，y 分别代表原始图像数据的某段幅度值数据和灰度量化处理后的灰度值点；纵轴归一化概率 代表某一像素值在一幅图像中占有的比例，例如像素点值为a的个数为n，图像共有N个像 素点，则a对应的归一化概率为n/N。根据量化门限值将原始图像数据分为256个区间，量 化对应到0?255个256个灰度值，输出8bit灰度图像。
[0103] 如图5所示，本发明还提供一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，包含 预处理模块1，电性连接预处理模块1的量化模块2,以及电性连接预处理模块1和量化模 块2的外部存储单兀3。
[0104] 所述的预处理模块1对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化图像数据的幅 度值Temp和量化门限值。
[0105] 所述的量化模块2利用量化门限值对待量化图像数据的幅度值Temp进行图像灰 度量化处理，流水输出量化后的图像数据。
[0106] 所述的外部存储单元3暂存待量化图像数据的幅度值Temp。
[0107] 所述的预处理模块1包含幅度值计算模块11，电性连接幅度值计算模块11的均值 和方差计算模块12,以及电性连接均值和方差计算模块12的量化门限值计算模块13。
[0108] 所述的幅度值计算模块11计算原始图像数据中每一个像素点的幅度值Temp，将 幅度值Temp暂存到外部存储单元3。
[0109] 所述的均值和方差计算模块12计算原始图像数据幅度值Temp的均值Mean和方 差Std，将均值Mean和方差Std输出到量化门限值计算模块13 ;
[0110] 所述的量化门限值计算模块13根据置信区间求得量化门限值，将量化门限最大 值和量化门限最小值输出到量化模块2。
[0111] 所述的幅度值计算模块11包含两个平方计算器1101，电性连接平方计算器1101 的加法器1102,电性连接加法器1102的开根号计算器1103。
[0112] 所述的两个平方计算器1101分别对原始图像数据中每一个像素点的实部数据和 虚部数据做平方运算，将结果输出给加法器1102。
[0113] 所述的加法器1102对两个平方计算器1101的输出数据做加法运算，将结果输出 给开根号计算器1103。
[0114] 所述的开根号计算器1103对加法器1102的输出数据做开根号运算，将结果输出 给均值和方差计算模块12。
[0115] 所述的均值和方差计算模块12包含第一平方器，电性连接第一平方器的加法器， 电性连接加法器的除法器，电性连接除法器的第二平方器，电性连接除法器和第二平方器 的减法器。
[0116] 所述的第一平方器对原始图像数据求得的幅度值所构成的集合X做平方运算，将 结果输出给加法器。
[0117] 所述的加法器对η个像素点幅度值Xi做加法运算，也对原始图像数据求得的幅度 值所构成的集合X做加法运算，还对第一平方器的输出数据做加法运算，将三组结果输出 给除法器；加法器的个数与浮点加法器IP核内部延时时钟周期个数相等，
[0118] 所述的除法器对加法器输出的三组数据分别作除法运算，将结果输出给第二平方 器和减法器。
[0119] 所述的第二平方器对除法器的输出数据做平方运算，将结果输出给减法器。
[0120] 所述的减法器对除法器和第二平方器的输出数据做减法运算，将结果输出给量化 门限值计算模块13。
[0121] 所述的量化门限值计算模块13包含乘法器，电性连接乘法器的加法器，以及电性 连接乘法器的减法器。
[0122] 所述的乘法器对方差Std做乘法运算，将方差Std乘以5,将结果输出给加法器和 减法器。
[0123] 所述的加法器对均值Mean和乘法器的输出数据做加法运算，将结果输出给量化 模块2。
[0124] 所述的减法器对均值Mean和乘法器的输出数据做减法运算，将结果输出给量化 模块2。
[0125] 所述的量化模块2包含数值比较模块21、电性连接数值比较模块21的灰度量化模 块22,以及电性连接灰度量化模块22的选择输出模块23。
[0126] 所述的数值比较模块21依次读取外部存储单元3中的幅度值Temp，将原始图像数 据中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较，根据单精度浮点数结构来完成数值的 比较，该数值比较模块采用比较器实现。
[0127] 所述的灰度量化模块22根据数值比较模块21的比较结果，将当前像素点的幅度 值量化为灰度值Y。
[0128] 所述的选择输出模块23根据灰度量化模块22的量化结果，通过判断外部的使能 信号来选择输出8bit灰度图像数据。
[0129] 所述的灰度量化模块22包含减法器2201、电性连接减法器2201的除法器2202， 电性连接除法器2202的乘法器2203,以及电性连接乘法器2203的数据转换模块2204,还 包含电性连接数值比较模块21的数值量化模块2206,以及电性连接数值量化模块2206的 延时模块2205。
[0130] 所述的减法器2201分别完成幅度值Temp与量化门限最小值Min的减法运算，以 及量化门限最大值Max与量化门限最小值Min的减法运算，将结果输出给除法器2202。
[0131] 所述的除法器2202对减法器的输出数据做除法运算，将幅度值Temp与量化门限 最小值Min的差除以量化门限最大值Max与量化门限最小值Min的差，将结果输出给乘法 器 2203。
[0132] 所述的乘法器2203对除法器2202的输出数据做乘法运算，将除法器2202的输出 数据乘以255,将结果输出给数据转换模块2204。
[0133] 所述的数据转换模块2204将乘法器2203的输出数据进行浮点转定点处理。
[0134] 所述的数值量化模块2206将Temp>MaX情况下的当前像素点的幅度值量化为灰度 值Y为111 111 11，将Temp〈Min情况下的当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为00000000， 数值量化模块2206将量化结果输出给延时模块2205。
[0135] 所述的延时模块2205将数值量化模块2206的量化结果延时输出，来保证数值量 化模块2206的输出数据与数据转换模块2204的输出数据按顺序同步输出；所述的延时模 块2205采用多级寄存器实现。
[0136] 所述的外部存储单元3可采用DDR (Double Data Rate双倍速率同步动态随机存 储器）。
[0137] 本实施例中，采用FPGA(现场可编程门阵列Field Programmable Gata Array)来 实现预处理模块和量化模块的功能，调用浮点IP核（Intellectual Property core)来完 成平方运算、开方运算、加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算等。
[0138] 本发明对微波成像雷达的原始回波数据进行成像处理得到原始图像数据，对原始 图像数据进行量化预处理，得到待量化图像数据的幅度值和量化门限值，利用量化门限值 对待量化图像数据的幅度值进行图像灰度量化处理，流水输出量化后的图像数据。根据所 求得的量化门限值对图像数据量化处理能够满足微波成像雷达平台对地面目标实时检测 和识别的要求，采用均值方差方法求得图像的量化门限值，远优于设定固定的量化门限值， 能够最大限度的取得较好的量化效果，对量化后的数据进行压缩传输还能够提高雷达平台 与地面站的图像数据传输速率。
[0139] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1. 一种微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法，其特征在于，该灰度量化处理方法 包含以下步骤： 步骤S1、预处理模块对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化原始图像数据的幅 度值Temp和量化门限值； 步骤S2、量化模块利用量化门限值对待量化图像数据的模值Temp进行图像灰度量化 处理，流水输出量化后的图像数据。
2. 如权利要求1所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法，其特征在于，所述 的步骤S1包含以下步骤： 步骤S1. 1、幅度值计算模块计算原始图像数据中每一个像素点的幅度值Temp，将幅度 值Temp暂存到外部存储单元；
，其中，Im为原始图像数据中每一个像素点的虚部数据，Re为原始 图像数据中每一个像素点的实部数据； 计算得到的幅度值为单精度浮点数； 步骤S1. 2、均值和方差计算模块计算原始图像数据幅度值Temp的均值Mean和方差 Std ；
其中，η为原始图像数据中像素点的总个数，Xi是第i个 像素点对应的幅度值，X为原始图像数据求得的幅度值所构成的集合，即X= lx(i)，i = 1，2,…η}; Std = D(X)=E(X2)-[E(X)]2，其中，E(X2)需要先对X中每一个幅度值求平方，再对X 整体求均值，[Ε (X) ]2则需要先求X的均值再对Ε (X)求平方； 步骤S1. 3、量化门限值计算模块根据置信区间求得量化门限值，将量化门限最大值 Max和量化门限最小值Min输出到量化模块； 置信区间为[Mean-5*Std，Mean+5*Std]，若计算得到的Mean-5*Std小于零， 则置信区间为[〇, Mean+5*Std]，根据置信区间得到量化门限值的最小值为Min = max(0，Mean_5*Std)，得到量化门限值的最大值为Max = Mean+5*Std，其中，Mean为均值， Std为方差。
3. 如权利要求2所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法，其特征在于，所述 的步骤S2包含以下步骤： 步骤S2. 1、数值比较模块依次读取外部存储单元中的幅度值Temp，将原始图像数据 中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较，如果Temp > Max，进行步骤S2. 2,如果 Temp彡Min，进行步骤S2. 3,如果Min彡Temp彡Max，进行步骤S2. 4 ; 步骤S2. 2、数值量化模块将当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为11111111，通过延 时模块延时输出给选择输出模块，进行步骤S2. 5 ; 步骤S2. 3、数值量化模块将当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为00000000,通过延 时模块延时输出给选择输出模块，进行步骤S2. 5 ; 步骤S2. 4、灰度量化模块计算当前像素点的灰度值Y，并将得到的数据进行浮点转定 点处理后输出给选择输出模块，进行步骤S2. 5 ; Y = 255X (Temp-Min)/(Max-Min)； 其中，Temp是当前像素点的幅度值，Max是量化门限最大值，Min是量化门限最小值； 步骤S2. 5、完成8bit图像灰度量化后，选择输出模块根据数值比较模块的比较结果， 顺序输出8bit灰度图像。
4. 如权利要求3所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法，其特征在于，所述 的步骤S2. 1中，将原始图像数据中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较的步骤 包含以下步骤： 步骤S2. 1. 1、分别比较幅度值与量化门限最大值和量化门限最小值的指数位大小； 如果ETemp>EMax，幅度值大于量化门限最大值，即Temp>Max，进行步骤S2. 2 ; 如果ETMP〈EMin，幅度值小于量化门限最小值，即Temp〈Min，进行步骤S2. 3 ; 如果ETemp〈EMax且ETemp>EMin，幅度值小于量化门限最大值，且大于量化门限最小值，即 Min < Temp < Max，进行步骤 S2. 4 ; 如果ETmp = EMax或ETmp = EMin，指数位相等，需比较尾数位大小，进行步骤S2. 1. 2 ; 其中，Ετ"ρ是幅度值的指数位、EMax是量化门限最大值的指数位、E Min是量化门限最小值 的指数位； 步骤S2. 1. 2、分别比较幅度值与量化门限最大值和量化门限最小值的尾数位大小； 如果MTemp>MMax，幅度值大于量化门限最大值，即Temp>Max，进行步骤S2. 2 ; 如果MTemp〈MMin，幅度值小于量化门限最小值，即Temp〈Min，进行步骤S2. 3 ; 如果MMin彡MTemp彡MMax，幅度值在量化门限内，即Min彡Temp彡Max，进行步骤S2. 4 ; 其中，Μτ"ρ是幅度值的尾数位、MMax是量化门限最大值的尾数位、M Min是量化门限最小值 的尾数位。
5. 如权利要求1-4中任意一个所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理方法，其特 征在于，在进行步骤S1之前，先从外部存储单元读取原始图像数据，原始图像数据中每一 个像素点的数据为单精度浮点数。
6. -种微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，其特征在于，该装置包含预处理模 块（1)，电性连接预处理模块（1)的量化模块（2)，以及电性连接预处理模块（1)和量化模 块⑵的外部存储单元（3); 所述的预处理模块（1)对原始图像数据进行量化预处理，得到待量化图像数据的幅度 值Temp和量化门限值； 所述的量化模块（2)利用量化门限值对待量化图像数据的幅度值Temp进行图像灰度 量化处理，流水输出量化后的图像数据； 所述的外部存储单元（3)暂存待量化图像数据的幅度值Temp。
7. 如权利要求6所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，其特征在于，所述 的预处理模块（1)包含幅度值计算模块（11)，电性连接幅度值计算模块（11)的均值和方差 计算模块（12)，以及电性连接均值和方差计算模块（12)的量化门限值计算模块（13); 所述的幅度值计算模块（11)计算原始图像数据中每一个像素点的幅度值Temp，将幅 度值Temp暂存到外部存储单元（3); 所述的均值和方差计算模块（12)计算原始图像数据幅度值Temp的均值Mean和方差 Std，将均值Mean和方差Std输出到量化门限值计算模块（13); 所述的量化门限值计算模块（13)根据置信区间求得量化门限值，将量化门限最大值 和量化门限最小值输出到量化模块（2)。
8. 如权利要求7所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，其特征在于，所述 的幅度值计算模块（11)包含两个平方计算器（1101)，电性连接平方计算器（1101)的加法 器（1102)，电性连接加法器（1102)的开根号计算器（1103); 所述的两个平方计算器（1101)分别对原始图像数据中每一个像素点的实部数据和虚 部数据做平方运算，将结果输出给加法器（1102); 所述的加法器（1102)对两个平方计算器（1101)的输出数据做加法运算，将结果输出 给开根号计算器（1103); 所述的开根号计算器（1103)对加法器（1102)的输出数据做开根号运算，将结果输出 给均值和方差计算模块（12)。
9. 如权利要求6所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，其特征在于，所 述的量化模块（2)包含数值比较模块（21)、电性连接数值比较模块（21)的灰度量化模块 (22)，以及电性连接灰度量化模块（22)的选择输出模块（23); 所述的数值比较模块（21)依次读取外部存储单元（3)中的幅度值Temp，将原始图像数 据中每一个像素点的幅度值与量化门限值进行比较，根据单精度浮点数结构来完成数值的 比较； 所述的灰度量化模块（22)根据数值比较模块（21)的比较结果，将当前像素点的幅度 值量化为灰度值Y ; 所述的选择输出模块（23)根据灰度量化模块（22)的量化结果，通过判断外部的使能 信号来选择输出8bit灰度图像数据。
10. 如权利要求9所述的微波成像雷达图像数据灰度量化处理装置，其特征在于，所 述的灰度量化模块（22)包含减法器（2201)、电性连接减法器（2201)的除法器（2202)， 电性连接除法器（2202)的乘法器（2203)，以及电性连接乘法器（2203)的数据转换模块 (2204)，还包含电性连接数值比较模块（21)的数值量化模块（2206)，以及电性连接数值量 化模块（2206)的延时模块（2205); 所述的减法器（2201)分别完成幅度值Temp与量化门限最小值Min的减法运算，以及 量化门限最大值Max与量化门限最小值Min的减法运算，将结果输出给除法器（2202); 所述的除法器（2202)对减法器的输出数据做除法运算，将幅度值Temp与量化门限最 小值Min的差除以量化门限最大值Max与量化门限最小值Min的差，将结果输出给乘法器 (2203)； 所述的乘法器（2203)对除法器（2202)的输出数据做乘法运算，将除法器（2202)的输 出数据乘以255,将结果输出给数据转换模块（2204); 所述的数据转换模块（2204)将乘法器（2203)的输出数据进行浮点转定点处理； 所述的数值量化模块（2206)将Temp>MaX情况下的当前像素点的幅度值量化为灰度值 Y为111 111 11，将Temp〈Min情况下的当前像素点的幅度值量化为灰度值Y为00000000，数 值量化模块（2206)将量化结果输出给延时模块（2205); 所述的延时模块（2205)将数值量化模块（2206)的量化结果延时输出，来保证数值量 化模块（2206)的输出数据与数据转换模块（2204)的输出数据按顺序同步输出。
【文档编号】G06F19/00GK104111455SQ201410363944
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】唐坤, 陆满君, 游伟, 罗睿梅 申请人:上海无线电设备研究所