针对隐藏目标的图像显示方法与流程

1.本发明涉及图像成像技术领域，具体地涉及一种针对隐藏目标的检测和图像显示方法。


背景技术：

2.在现有技术中，在许多情况下都存在图像显示的需求，例如，目前安检过程中，需要利用检测设备(如x射线检测仪、金属探测器、磁力针等)针对静止的人体或者把所携带的物品进行排查，而针对遮蔽于某些物体后的隐藏目标的检测和显示成像，则存在一定的技术难题，诸如解决隐藏目标的不断变化而造成的干扰的问题，如何解决杂波干扰的问题等。
3.针对隐藏目标的检测，传统的检测方法有基于脉冲偏移的隐藏目标检测和基于反射数据强度的隐藏目标检测等，但是这一类检测方法在隐藏目标不断变化时，容易被隐藏目标的运动所干扰，从而在图像显示时存在成像有遗漏或者成像不准确的问题，难以还原隐藏目标的成像，无法精确的对隐藏目标进行图像显示。
4.另一方面，当隐藏目标较多时，多个隐藏目标一起进行图像显示时，容易产生杂波进行相互干扰，从而导致最后的图像显示不准确，不能精确的显示每一个隐藏目标的图像。
5.基于此，在本领域内，需要研究一种能够准确的对隐藏目标的图像进行精准显示的方法。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种针对隐藏目标的图像显示方法，通过将干扰波去除，获得准确的隐藏目标的图像显示结果。
7.具体地，本发明提供一种针对隐藏目标的图像显示方法，其包括以下步骤：
8.步骤s1、对隐藏目标检测接收到的反射数据进行建模，其具体包括以下子步骤：
9.s11、将反射数据r(t)初步表示为：
[0010][0011]
式中：ai为隐藏目标的反射幅度，该反射幅度作为一个变化的量存在于不同的重复周期中；b为静止的目标产生的反射幅度，视为一个恒定值；n(t)为平稳高斯噪声，td为反射信号的脉冲宽度，t为反射信号前沿抵达接收端的时刻，-c
imodn
δ为目标反射数据中的调制量；ω为发出信号，itf为第i个脉冲重复周期；
[0012]
s12、截取反射数据中的第1到第2n个重复周期并进行分析，n为截取的特定数量的重复周期，分析之后将表达式表示为：
[0013][0014]
s13、将式(2)进行解调，并变化为:
[0015][0016]
s14、对式(3)中的脉冲进行相干积累以及平均处理，得到下式：
[0017][0018]
s15、对式(4)进行进一步分解处理得到：
[0019][0020]
其中：
[0021][0022][0023]
s16、式(7)代表n个重复周期内的反射数据，对式(6)和式(7)进行相减处理得到：
[0024][0025]
s17、假设ni(t)项为白噪声，则对式(8)进行线性组合得到：
[0026][0027]
对式(8)进行白噪声处理简化，得到反射数据如下：
[0028]
r(t)＝aω(t-td) n(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0029]
其中，为待检测反射数据的幅度；
[0030]
步骤s2、获取步骤s1处理后的反射数据，采用自适应最小均方法进行干扰波去除，其具体包括以下子步骤：
[0031]
s21、干扰波去除的表达式为：
[0032]
b(t,n)＝w
t
(n)d(t,n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0033]
其中b(t,n)代表自适应背景相消后的结果，d(t,n)为对消前的信号，w
t
(n)为t次序列变化，式中
[0034]
w(n)＝[ω0(n),ω1(n),
…
,ω
l
(n)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0035]
d(t,n)＝[d(t,n),d(t,n-1),
…
,d(t,n-l)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0036]
w(n)为权系数矢量，d(t,n)为输入数据矢量；
[0037]
s22、将当前时刻的背景信号与前一时刻的背景信号相减得到的差值进行计算，得到误差信号为：
[0038][0039]
s23、将式(11)代入式(14)通过权系数矢量分析，得到干扰波去除后的反射信号为：
[0040]
z(t,n)＝d(t,n)-b(t,n)＝w
*
(n)d(t,n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0041]
其中
[0042]w*
(n)＝[-ω0(n),-ω1(n),
…
,-ω
l
(n)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0043]
式中，ω
l
(n)为输入序列；
[0044]
s3、对干扰波去除后的反射数据利用楔石形进行变换，假设信号源以周期信号进行发射，接收的目标反射数据利用二维阵列格式记录为：其中代表快时间，tm＝mt代表慢时间，
[0045]
则接收的反射信号为：
[0046][0047]
其中，为产生延迟的复包络；指数项为产生延迟的载波相移，符号c为光速；fc为中心频率；m为观测区目标的个数；qi为第i个目标散射点个数，对反射信号进行从快时间域到频域(f)的变换以及相应的运算后能够得出变换后的反射信号为:
[0048][0049]
步骤s4、对检测目标的成像区域进行反射数据分离；
[0050]
步骤s5、对检测目标进行成像前的原始误差修正；
[0051]
步骤s6、对多目标进行检测目标成像。
[0052]
优选地，步骤s5采用加窗迭代的方法，围绕预设的频率逐步缩减频谱的窗宽。
[0053]
优选地，步骤s4具体为将检测目标的成像区域均匀分成多个单元，每次对其中一个单元目标的图像数据进行保留，将其他的图像数据去除，得到检测目标单独存在时的图像数据；重复该步骤对其他的单元进行反射数据分离。
[0054]
优选地，步骤s6中利用时间反转算法对多目标进行检测目标成像。
[0055]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0056]
(1)本发明提供的隐藏目标图像显示方法中，针对现有技术中存在的隐藏目标的不断变化造成的干扰和现有检测方法缺陷等问题，提出了针对隐藏目标的图像显示方法，该方法利用对其接收的反射数据进行建模获取脉冲积累。其次，利用色散补偿和自适应最小均方的背景相消方法进行干扰波去除。然后，对干扰波去除后的反射数据利用变换得到检测目标的距离像，最后通过分离提取、加窗迭代和时间反转等方法得到目标成像，最后得到的目标成像即为隐藏目标的成像结果。
[0057]
(2)本发明在对多个隐藏目标的图像进行成像时，能够去除多个目标的干扰波的干扰，确保得到准确的隐藏目标的图像显示结果。
附图说明
[0058]
图1为本发明针对隐藏目标的图像显示方法的流程图；
[0059]
图2为本发明所采用的检测目标的示意图；
[0060]
图3为本发明实施例的隐藏目标分布图；
[0061]
图4a为本发明实施例中经处理的反射信号图；
[0062]
图4b为本发明实施例中隐藏目标成像的结果。
具体实施方式
[0063]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，本发明提供的针对隐藏目标的图像显示方法，其包括以下步骤：
[0064]
步骤s1、对隐藏目标通过接收到的反射数据进行建模，其具体包括以下子步骤：
[0065]
s11、将反射数据r(t)初步表示为：
[0066][0067]
式中：ai为隐藏目标的反射幅度，该反射幅度作为一个变化的量存在于不同的重复周期中；b为静止的目标产生的反射幅度，视为一个恒定值；n(t)为平稳高斯噪声，td为反射信号的脉冲宽度，t为反射信号前沿抵达接收端的时刻，-c
imodn
δ为目标反射数据中的调制量；ω为发出信号，itf为第i个脉冲重复周期；
[0068]
s12、截取反射数据中的第1到第2n个重复周期并进行分析，其中，n为截取的特定数量的重复周期，第2n个重复周期代表多个重复周期中选取数量为2n个的重复周期，分析之后将表达式表示为：
[0069][0070]
s13、将式(2)进行解调，并变化为:
[0071][0072]
s14、对式(3)中的脉冲进行相干积累以及平均处理，得到下式：
[0073][0074]
s15、对式(4)进行进一步分解处理得到：
[0075][0076]
其中：
[0077][0078][0079]
s16、式(7)代表n个重复周期内的反射数据，对式(6)和式(7)进行相减处理得到：
[0080]
[0081]
s17、假设ni(t)项为白噪声，则对式(8)进行线性组合得到：
[0082][0083]
对式(8)进行白噪声处理简化，得到反射数据如下：
[0084]
r(t)＝aω(t-td) n(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0085]
其中，为待检测反射数据的幅度；
[0086]
步骤s2、获取步骤s1处理后的反射数据，采用自适应最小均方法进行干扰波去除，其具体包括以下子步骤：
[0087]
s21、干扰波去除的表达式为：
[0088]
b(t,n)＝w
t
(n)d(t,n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0089]
其中b(t,n)代表自适应背景相消后的结果，d(t,n)为对消前的信号，w
t
(n)为t次序列变化，式中
[0090]
w(n)＝[ω0(n),ω1(n),
…
,ω
l
(n)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0091]
d(t,n)＝[d(t,n),d(t,n-1),
…
,d(t,n-l)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0092]
w(n)为权系数矢量，d(t,n)为输入数据矢量；
[0093]
s22、将当前时刻的背景信号与前一时刻的背景信号相减得到的差值进行计算，得到误差信号为：
[0094][0095]
s23、将式(11)代入式(14)通过权系数矢量分析，得到干扰波去除后的反射信号为：
[0096]
z(t,n)＝d(t,n)-b(t,n)＝w
*
(n)d(t,n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0097]
其中
[0098]w*
(n)＝[-ω0(n),-ω1(n),
…
,-ω
l
(n)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0099]
式中，ω
l
(n)为输入序列；
[0100]
s3、对干扰波去除后的反射数据利用楔石形楔石形变换，假设信号源以周期信号进行发射，接收的目标反射数据利用二维阵列格式记录为：其中代表快时间，tm＝mt代表慢时间，
[0101]
则接收的反射信号为：
[0102][0103]
其中，为产生延迟的复包络；指数项为产生延迟的载波相移，符号c为光速；fc为中心频率；m为观测区目标的个数；qi为第i个目标散射点个数，对反射信号进行从快时间域到频域(f)的变换以及相应的运算后能够得出变换后的反
射信号为:
[0104][0105]
通过分析比较能够得出，变换在去除多普勒频率和频率f中存在的耦合采用的是线性坐标变换法，在消除耦合后距离走动可以得到校正。利用变换，可以得到检测目标的距离像。
[0106]
步骤s4、对检测目标的成像区域进行反射数据分离；
[0107]
步骤s5、对检测目标进行成像前的原始误差修正；
[0108]
步骤s6、对多目标进行检测目标图像成像显示。
[0109]
如图2所示，在隐藏目标与检测仪器之间存在有障碍物，因此会导致对隐藏目标的图像显示存在较大的误差，尤其是隐藏目标在运动时或者隐藏目标存在多个时，干扰波较多并且图像显示的误差较大。通过本发明的方法能够对隐藏目标进行建模，并去除干扰波的干扰，得到准确度较高的隐藏目标的图像，能够准确的探查到隐藏目标的位置以及数量，从而对监测隐藏目标提供帮助。
[0110]
在一个优选实施方式中，步骤s4、将检测目标的成像区域进行分割成多个单元，每次对一个单元目标的图像数据进行保留，并将图像干扰的部分的数据置为零，得到检测目标单独存在时的图像数据；即类似于用带通滤波器的方法滤除检测目标的图像数据，再将滤出的图像数据进行反变换，进而返回到数据域中。重复该步骤对其他的单元即对所有单元进行反射数据分离。
[0111]
而且，步骤s5中对检测目标进行成像前的原始误差修正，采用加窗迭代的方法，围绕预设的频率逐步缩减频谱的窗宽。步骤s6中利用时间反转算法进行检测目标成像。
[0112]
由于运动的目标速度不固定，可能存在一定的加速度。因此目标的频谱会有一定的展宽。在对隐藏目标进行成像前要进行一定的误差补偿，可以采用加窗迭代的方法，围绕预设的频率逐步缩减频谱的窗宽，从而对误差进行一定的补偿。最后利用时间反转成像算法达到对多目标成像的目的。
[0113]
下面针对一个具体实施例进行说明：
[0114]
根据上述步骤，在同一成像区域取4个隐藏目标，将背景和目标的介电常数分别设置为4和18，以1ghz的高斯脉冲信号从源中发射出来，重复周期设为t＝0.25ms，采样频率设为fs＝50mhz，发射的脉冲为64个，信噪比设为-25db，目标分布图如图3所示，按照上述方法进行最终的计算。
[0115]
首先，对隐藏目标根据接收到的反射数据进行建模；其次，通过一系列操作进行干扰波去除；接着，对干扰波去除后的反射数据利用楔石形进行变换，对反射信号进行从快时间域(t)到频域(f)的变换，利用相应的运算后能够得出变换后的反射信号；继而对检测目标的成像区域进行反射数据的分离，以及对检测目标进行成像前的原始误差的修正；最后对多目标进行检测目标的图像成像。
[0116]
通过上述步骤获得的目标反射信号如图4a所示，最后通过变换、加窗迭代的方法以及时间反转法依次得到成像后的结果如图4b所示，因此能够得到隐藏目标的清晰的图像成像结果。从而，验证了本发明的针对隐藏目标的图像显示方法能够对隐藏物体进行精准成像，解决现有技术中去除隐藏目标的干扰项而更大程度显示出检测目标真实情况的图
像。
[0117]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。