频域稀疏毫米波人体安检成像处理和快速成像稀疏阵列设计

人体安检成像技术是近年来安检领域的一个研究热点，机场、海关和政府等重要场所都需通过人体安检成像技术排查潜在危险。其中主动式毫米波成像系统因其受环境因素影响小、图像信噪比高、回波衰减率较小、对人体无害等优点而被广泛应用。2003年开始，美国L3通信公司研究人员基于柱面扫描成像体制，开发了ProVision人体安检三维成像系统。2011 年开始，德国埃尔兰根-纽伦堡大学和Rohde & Schwarz公司研究人员基于数字波束形成和稀疏平面阵列技术，设计了QPS100平板式安检系统。2013年，美国西北太平洋国家实验室展示了一种鞋底扫描系统，旅客通过时无需脱鞋即可进行安检，大幅提高安检效率。由此可见，未来的人体安检技术是全方位、高效率和低成本的，研究如何提高毫米波人体安检系统效率、降低硬件规模，对今后安检领域发展具有重要意义。

图1 主动式毫米波成像系统及成像结果

针对以上研究背景，中国科学院电子学研究所李道京研究员团队首先基于柱面扫描成像模型，提出一种基于巴克码的稀疏采样方式和基于干涉处理和频域压缩感知（CS）的频域稀疏毫米波人体安检三维成像方法，以降低安检系统扫描时间，实际数据处理结果验证了方法的有效性。其次基于平面阵列式安检成像系统，设计一种基于巴克码和收发分置模式的稀疏平面阵列，大幅降低硬件成本。

该工作已发表在《雷达学报》2018年第3期“毫米波雷达技术”专题“频域稀疏毫米波人体安检成像处理和快速成像稀疏阵列设计”（田鹤，李道京，祁春超）。

图2 毫米波人体安检柱面扫描三维成像模型

该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（图2），采用巴克码随机稀疏采样方式减少成像扫描时间；提出一种基于干涉处理和频域压缩感知的三维成像算法，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三维重建（图3），稀疏采样前后的图像相关系数优于0.9。

图3 基于干涉处理和频域CS三维成像算法的图像重建结果

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%（图4）。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，在大人流量场所安全检测中具有重要应用价值和市场前景。

图4 毫米波快速成像二维稀疏阵列布局示意图 

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