基于三维SAR成像的RCS近远场变换方法研究

微波3维成像能够准确地从背景噪声中分离出目标的散射信息,适用于外场目标电磁(EM)散射特性的分析和研究,因而从3维合成孔径雷达(SAR)成像的角度研究目标电磁的散射特性是目前的一个新兴的热门课题。该文以此为背景,首先从Stratton-Chu积分方程出发详细推导3维SAR的近场波数域成像过程,解释3维SAR成像的物理意义;然后阐述基于3维SAR成像的雷达散射截面积(RCS)近远场变换原理,介绍3维SAR图像的散射中心提取方法,给出基于3维SAR成像的RCS近远场变换算法;最后通过FEKO软件进行了仿真实验,得到了5个点目标的RCS近远场变换的方位特性曲线和频率特性曲线,并通过与理论情况的对比,验证该算法在RCS近远场变换技术中的有效性。     

合成孔径雷达三维成像——从层析、阵列到微波视觉

合成孔径雷达3维成像技术可以消除目标和地形在2维图像上产生的严重混叠,显著提升目标识别和3维建模能力,已经成为当前SAR发展的重要趋势。合成孔径雷达3维成像技术经过了数十年的发展,已提出多种技术体制。该文系统性回顾了SAR 3维成像技术领域的发展过程,深入分析了现有SAR 3维成像技术的特点;指出了SAR回波及图像中蕴含的未被现有技术利用的3维信息,提出“合成孔径雷达微波视觉3维成像”的新概念和新思路,将SAR成像方法与微波散射机制和图像视觉语义有机融合,形成SAR微波视觉3维成像理论与方法,实现高效能、低成本的SAR 3维成像。该文重点阐述了SAR微波视觉3维成像的概念、目标和关键科学问题,并给出了初步的技术途径,为SAR 3维成像提供了新的技术思路。      

基于感兴趣区域搜寻的机载下视阵列3D SAR波数域快速成像方法

3维波数域成像处理方法对回波信号距离历程不做近似,成像重建精度高。机载下视阵列3D SAR跨航向阵列长度相比跨航向幅宽小很多,需将回波信号尺寸补零到成像场景尺寸以防止FFT时出现卷绕,过高的补零倍数给波数域成像处理带来内存需求和运算量的激增。如果能够仅对ROI(Region Of Interest)而非整个观测场景进行成像处理就能够极大程度降低补零倍数,提高该算法的时效性。该文提出的波数域快速成像方法首先在波传播-航迹向和波传播-跨航向完成两次2维成像处理,结合两次2维成像处理结果确定ROI,最后使用3维波数域算法对ROI进行3维精确重建。实验数据验证了该文算法的有效性。     

基于波数域子孔径的机载三维SAR偏航角运动误差补偿

机载3维SAR可实现3维成像, 但运动误差会影响成像质量, 其中姿态角误差改变阵元间相对位置, 影响复杂, 目前还没有基于测量数据的补偿方法。该文建立了机载3维SAR成像模型, 分析了姿态角误差对成像的影响, 其中偏航角误差的补偿最为复杂。由回波相位可得航迹向和跨航向波数, 根据这两个波数计算的距离误差与目标位置无关, 消除了误差的空变性。提出在航迹向和跨航向2维波数域分块计算距离误差, 在空域补偿的波数域子孔径补偿方法。仿真结果证明该方法可有效补偿偏航角运动误差的影响。      

稀疏微波成像研究进展(科普类)

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论系统性地引入微波成像并有机结合形成的微波成像新理论、新体制和新方法。该文阐述了稀疏微波成像中稀疏表征与变换域映射、稀疏观测约束、以及非模糊重建等关键科学问题;在此基础上介绍了稀疏微波成像的主要研究进展以及原理样机的机载飞行实验,实验结果表明了稀疏微波成像原理和方法的可行性和有效性;另外,该文还讨论了稀疏微波成像在3 维雷达成像、逆合成孔径雷达、探地雷达等领域的应用。      

多方位角多基线星载SAR三维成像方法研究

传统星载合成孔径雷达(Sythetic Aperture Radar, SAR)采用多基线的方式可获取目标区域的3维图像,解决了SAR 2维图像中的叠掩问题,但仍存在因遮挡导致的信息获取不足的问题。为此,该文首次提出了多方位角多基线星载SAR 3维成像方法,其不仅解决了叠掩问题,还通过融合不同方位角下获取的3维点云减少了遮挡区域,提升了星载SAR信息获取能力。文中首先建立多方位角多基线星载SAR空间观测模型,并通过推导论证斜视多基线观测和正侧视多基线观测具有相同的数学信号模型,为直接将正侧视时的3维成像方法应用于斜视时的3维处理提供理论支撑;在此基础上,给出多方位角多基线星载SAR 3维成像方法及处理流程,其包括SAR斜视3维处理和多方位角3维点云融合两个步骤;最后,通过方位角45°下的点阵目标实验验证SAR斜视3维处理方法的有效性,并利用方位角45°和–45°下的直升机目标仿真验证多方位角3维点云融合方法的有效性。      

基于分布式雷达的宽带脉冲三维测距机制及方法研究

针对脉冲雷达相位测距技术在相位解模糊和测量机理方面存在的局限性,该文提出一种基于分布式雷达的3维测距机制,建立分布式雷达3维测距信号模型。利用天线空间布局引起的序列相位差代替常规由序列脉冲累积引起的相位差,结合微波3维成像处理的基本原理,通过相干积累实现空中观测目标的3维测量和轨迹测量,并利用观测区域的目标空间稀疏分布特性,给出一种基于 CLEAN 的宽带脉冲雷达高精度3维测距方法。仿真验证和分析结果表明,该文设计的分布式雷达3维测距机制和方法不仅较好地避免了高动态远距离测量环境中的相位解模糊问题,而且还能快速获取观测目标的序列3维图像和位置信息,有效避免了传统单站脉冲相位测量体制只能实现1维测距的能力,为雷达测距应用提供一种新的方法与技术支撑。     

基于体等效原理的二维介质柱微波成像研究

探讨二维介质椎柱微波成像的计算机模拟。其基本思想是从体等效原理出发，得到积分方程并由此积分方程出发，利用矩量法，得到矩阵方程形式的反演方程。为了消除方程的病态，文中采用了基于最小二乘原理的正则化方法。     

RCS成像测量系统的设计、集成与实现

该文以RCS成像原理为基础,设计集成了一套微波暗室内的RCS成像测量系统,该系统结构简单、功能完善,具备复杂目标的一维成像、二维RCS成像以及精确RCS计算能力。最后,在x波段下利用该系统进行了二维RCS成像实验。实验结果表明,该成像测量系统能够高精度、高质量地实现设计使用功能。     

基于STOLT插值聚焦的二维近场微波成像

在弱散射近似回波模型的基础上提出了一个二维近场微波成像算法,用理想金属球的散射回波构造成像系统的点扩散函数,在谱域中剔除测量系统的作用,经Stolt插值聚焦实现波前矫正,用FFT实现目标重构.并对成像算法进行了计算仿真和实验验证,获得了Ku波段金属圆柱和导弹模型的二维近场微波像.     

真三维活动视频数据的优化研究

提出了一种基于点阵的真三维视频显示技术,该系统利用LED为单元节点组成三维空间阵列,用于显示真三维活动影像。由于数据量巨大,为了加快处理速度,利用CUDA编程模型对计算过程进行优化,把处理过程中可以并行计算的部分交由GPU执行。先把要处理的视频数据传到内存中,由CPU进行一些预处理,然后传到显存,由GPU对视频运动过程等进行处理,处理完后再传到内存,由CPU进行一些后续处理,最终把处理后的数据传出加以显示或存储。通过比较仅由CPU处理与用GPU优化后的计算时间,发现优化后计算速度比优化前快了几十到几百倍,而且数据量越大,优化效果越好,核心多的GPU所得到的加速比大,最后在实验部分给出了用OpenGL仿真的结果。     

激光三维彩色人体扫描的数据重建技术

以激光三维扫描仪获得的人体数据的三维彩色数字化过程为例,讨论了删除噪声点、多传感器数据对齐、多传感器数据统一的数据预处理及人体数据重建、网格模型简化、网格平滑和网格细化的三维模型重建算法及特点,给出了人体数据处理实例,最终获得了三维人体模型.并采用直接处理彩色传感器获取的二维彩色图像实现三维彩色数据颜色边界提取方案,得到三维彩色数字化模型.     

探地雷达近场三维距离偏移成像算法

在距离偏移算法基础上提出了近场条件下的探地雷达三维成像方法,同时对后向投影钟法进行了讨论。理论分析表明:近场三维距离偏移算法与后向投影算法相比,能在较大程度上减少运算量。利用试验数据对两种算法分别做了成像研究,验证了近场三维距离偏移箅法的正确性及其实时处理能力。     

3-D Epanechnikov Mixture Regression in integral imaging compression

Integral imaging is a kind of 3D display with no glasses, which represents the future developments. Elementary image array (EIA) is an essential component of integral imaging. Our coding framework includes pre-processing, modeling, and reconstruction. We acquire the sub-EIA from the original EIA and get the offsets between adjacent elementary images (EIs) through pre-processing. As for modeling, we get the optimal combination of 3-D Epanechnikov Mixture Regression (3-D EMR) or 3-D Gaussian Mixture Regression (3-D GMR) by Elementary Image Adaptive Model Selection (EI-AMLS) algorithm to achieve the best modeling of sub-EIA. Finally, the linear-based reconstruction is completed according to the correlation between adjacent EIs. Our decoded images realize a clearer outline reconstruction and more superior coding efficiency than HEVC and JPEG2000 below about 0.05bpp. Furthermore, the proposed method can achieve the same visual effect as HEVC with only 15% to 80% time consumed.     

3-D radar imaging using range migration techniques

An imaging system with three-dimensional (3-D) capability can be implemented by using a stepped frequency radar which synthesizes a two-dimensional (2-D) planar aperture. A 3-D image can be formed by coherently integrating the backscatter data over the measured frequency band and the two spatial coordinates of the 2-D synthetic aperture. This paper presents a near-field 3-D synthetic aperture radar (SAR) imaging algorithm. This algorithm is an extension of the 2-D range migration algorithm (RMA). The presented formulation is justified by using the method of the stationary phase (MSP). Implementation aspects including the sampling criteria, resolutions, and computational complexity are assessed. The high computational efficiency and accurate image reconstruction of the algorithm are demonstrated both with numerical simulations and measurements using an outdoor linear SAR system     

Three-dimensional near-field MIMO array imaging using range migration techniques

This paper presents a 3-D near-field imaging algorithm that is formulated for 2-D wideband multiple-input-multiple-output (MIMO) imaging array topology. The proposed MIMO range migration technique performs the image reconstruction procedure in the frequency-wavenumber domain. The algorithm is able to completely compensate the curvature of the wavefront in the near-field through a specifically defined interpolation process and provides extremely high computational efficiency by the application of the fast Fourier transform. The implementation aspects of the algorithm and the sampling criteria of a MIMO aperture are discussed. The image reconstruction performance and computational efficiency of the algorithm are demonstrated both with numerical simulations and measurements using 2-D MIMO arrays. Real-time 3-D near-field imaging can be achieved with a real-aperture array by applying the proposed MIMO range migration techniques.     

一种用于人脸识别的三维人脸模型重建方法

针对以往三维人脸模型重建算法实用性差、算法复杂度高、需要通用人脸模型和对噪声敏感等缺陷，提出了一种计算量小、无需通用人脸模型的三维人脸模型的重建算法。该算法在人工辅助确定特征点的基础上，利用能量函数最小的约束关系实现深度图的初步融合，然后运用改进ICP算法获得隐式的三维人脸模型。通过对获得模型的变换和投影，可产生不同姿态的二维人脸图像。实验结果表明，融合平均误差仅为1．32毫米，效果逼真。和其它算法相比，它还具有存储资源消耗少、算法稳定性高等优点。     

3D human posture segmentation by spectral clustering with surface normal constraint

In this paper, we propose a new algorithm for partitioning human posture represented by 3D point clouds sampled from the surface of human body. The algorithm is formed as a constrained extension of the recently developed segmentation method, spectral clustering (SC). Two folds of merits are offered by the algorithm: (1) as a nonlinear method, it is able to deal with the situation that data (point cloud) are sampled from a manifold (the surface of human body) rather than the embedded entire 3D space; (2) by using constraints, it facilitates the integration of multiple similarities for human posture partitioning, and it also helps to reduce the limitations of spectral clustering. We show that the constrained spectral clustering (CSC) still can be solved by generalized eigen-decomposition. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed algorithm.     

三维直方图重建和降维的Otsu阈值分割算法

针对三维Otsu阈值分割算法中因区域误分而产生的抗噪性差这一问题,提出了一种三维直方图重建和降维的Otsu阈值分割算法.该方法首先在详细分析三维直方图中噪声点分布的基础上,通过重建三维直方图,减弱了噪声干扰;然后将三维直方图区域划分由八分法改为二分法,使得阈值搜索的空间维度从三维降低到一维,减少了处理时间和存储空间.本...     

基于体积特征的空间目标识别算法

提出了基于体积特征的空间目标识别算法，首先通过高分辨力单脉冲雷达对空间目标进行三维成像，然后提取空间目标的三维像体积特征，由于卫星的体积通常比碎片大，根据空间目标的三维像体积可以实现对卫星和碎片的识别。计算机仿真实验表明，该算法取得了比较好的识别效果。