基于重建的無源毫米波多幀超分辨算法研究.pdf

1、無源毫米波成像是一項(xiàng)通過被動(dòng)接收場景和物體自身輻射的毫米波能量,并利用不同景物間輻射的毫米波能量的強(qiáng)度差異實(shí)現(xiàn)成像的技術(shù)。無源毫米波成像相對于紅外成像和可見光成像具有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢并具有重要和廣泛的應(yīng)用前景。無源毫米波成像系統(tǒng)能在各種氣候條件下全天時(shí)進(jìn)行探測成像，改善了探測時(shí)對氣候、天時(shí)條件的依賴性。由于系統(tǒng)工作時(shí)本身不輻射電磁波，突破了許多的應(yīng)用限制。該技術(shù)的優(yōu)勢使其在場景監(jiān)控、安全檢查、軍事偵察等廣泛的軍、民用領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是其

2、體制上的特點(diǎn)也使其具有一些技術(shù)上的缺點(diǎn)，例如，由于成像系統(tǒng)的天線效應(yīng)以及其硬件實(shí)現(xiàn)上的條件限制，導(dǎo)致無源毫米波成像系統(tǒng)獲取圖像的分辨率較低，難以完全滿足以上應(yīng)用的需求。
　　多幀超分辨處理方法可在不改變系統(tǒng)硬件條件的前提下，利用信號(hào)處理的方法，有效地提高毫米波圖像的分辨率。其中對成像過程進(jìn)行逆向求解的超分辨算法被稱為基于重建的超分辨算法，它目前是超分辨算法的主流之一。本論文依托國家預(yù)研項(xiàng)目，對無源毫米波成像中的多幀超分辨算法進(jìn)行了

3、研究。論文主要的工作以及研究結(jié)論和成果包括：
　　1．通過分析無源毫米波成像系統(tǒng)的工作原理和成像過程，研究了圖像降質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。在分析單幀超分辨算法模型的基礎(chǔ)下，通過引入亞像素單元技術(shù)，給出了圖像的多幀超分辨算法模型。
　　2．針對無源毫米波成像多幀圖像之間的亞像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)問題進(jìn)行了研究。首先分析了數(shù)字圖像的運(yùn)動(dòng)模型，提出了關(guān)于“不良幀剔除”的概念和思路方法；研究了基于塊匹配與基于光流的亞像素估計(jì)方法；最后對基于光流的亞像素

4、運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法能達(dá)到亞像素級(jí)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，能夠滿足后續(xù)多幀超分辨算法的需求。
　　3．研究了基于凸集投影(POCS)的超分辨算法。采用基于邊緣導(dǎo)向的插值放大方法構(gòu)建高分辨率圖像的初始估計(jì)以盡量減小初始估計(jì)帶來的誤差；然后，分析了高斯模型的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)的特點(diǎn)，引入了雙邊濾波器對高斯模型的PSF進(jìn)行修正替代，建立了圖像的空間域與像素域的聯(lián)系；并對模板化點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的不足加以修正，重建得到高分辨率的毫米波圖像

5、。該算法能有效地提高圖像分辨率，與雙線性插值放大及傳統(tǒng)的基于凸集投影的超分辨算法相對比分析，重建效果改善明顯。
　　4．通過對基于正則化的多幀超分辨算法的分析，提出了一種基于改進(jìn)正則化的方法對無源毫米波多幀圖像進(jìn)行了重建。首先，該方法使用基于偏微分(PDE)的插值法對圖像放大；然后利用改進(jìn)的 Laplacian算子來表征圖像的先驗(yàn)信息；同時(shí)選擇了自適應(yīng)的正則化因子，最后重建得到高分辨率毫米波圖像。該算法能獲得較好的重建結(jié)果，能外推