專利名稱：被動式輻射成像設(shè)備和相應方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描場景的被動式輻射成像設(shè)備和對應的方法。此外，本發(fā) 明還涉及用于實現(xiàn)所述方法的計算機程序。
背景技術(shù)：
毫米波是波長范圍從Imm到IOmm的無線電波，該波長范圍對應于30GHz到300GHz 的頻率范圍。這些波被應用于車載雷達設(shè)備以用于測量移動車輛之間的距離來防止碰撞并 被應用于高速無線通信以用于實現(xiàn)每秒幾吉比特數(shù)量級的傳輸數(shù)據(jù)率。此外，改進的生成 和探測技術(shù)以及在毫米波頻率范圍中操作的設(shè)備的集成和小型化的最新改進已經(jīng)引起了 開發(fā)該電磁輻射的特性的興趣。另外，其能夠穿透包括塑料、墻壁、衣服、煙霧的非金屬材料 的能力提供了研究毫米波成像應用的動力。此外，可實現(xiàn)的幾毫米的空間分辨率在像隱藏 武器或爆炸物探測這樣的安全應用中也非常令人關(guān)注。毫米波可以以主動方式或被動方式使用。被動式輻射成像系統(tǒng)通過使用輻射 儀捕獲由目標放射的電磁輻射來創(chuàng)建圖像。這樣的被動式輻射成像系統(tǒng)例如可以從US 2007/0221847中得知。另一方面，主動式輻射成像系統(tǒng)向目標輻射毫米波并通過探測折射 的或反射的波來創(chuàng)建圖像。毫米波不產(chǎn)生電離效應，這使得該技術(shù)成為在隱藏武器或爆炸 物探測這樣的安全應用中采用的有吸引力的候選(基于紅外或可見光輻射的現(xiàn)有技術(shù)不 能探測隱藏武器，并且基于X射線的系統(tǒng)由于其電離效應不能用在人身上)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于掃描場景的被動式輻射成像設(shè)備，其相比于相 同溫度分辨率的已知被動式輻射成像設(shè)備，減少了成像時間減少和/或增大了溫度分辨 率。本發(fā)明的另一個目的是提供對應的方法以及用于在計算機上實現(xiàn)該方法的對應計算機 程序。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于掃描場景的被動式輻射成像設(shè)備，所述 設(shè)備包括-輻射儀，所述輻射儀用于探測從所述場景的斑點(spot)在預定頻譜范圍中放射 的輻射以及用于從所述探測到的輻射生成輻射信號，-斑點移動裝置，所述斑點移動裝置用于實現(xiàn)從其探測所述輻射的所述斑點到不 同位置的移動，-控制裝置，所述控制裝置用于控制所述斑點移動裝置以實現(xiàn)所述斑點在隨機時 間間隔之后從一個位置到另一位置的移動，-處理裝置，所述處理裝置用于處理從在所述不同位置處的所述斑點探測到的輻 射信號，以及用于通過應用壓縮傳感(compressive sensing)來重構(gòu)所述場景的圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供對應的被動式輻射成像方法以及一種包括程序裝置 的計算機程序，當所述計算機程序在計算機上被執(zhí)行時，使得計算機執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的所述被動式輻射成像方法的處理和重構(gòu)的步驟。在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解，要求保護的方法和要 求保護的計算機程序與要求保護的設(shè)備以及從屬權(quán)利要求中所限定的設(shè)備具有相似和/ 或相同優(yōu)選實施例。被動式輻射成像設(shè)備通過在場景上掃描，來映射整個場景(常常也稱為“視 場”(FOV))上的亮度溫度分布。因此，圖像的溫度分辨率(ΔΤ)用輻射儀的天線的帶寬(B)、 成像設(shè)備的噪聲溫度(Tsys)和積分時間(τ )根據(jù)以下等式確定
權(quán)利要求
1.一種用于掃描場景04)的被動式輻射成像設(shè)備(10)，所述設(shè)備包括輻射儀(12)，用于探測從所述場景04)的斑點02)在預定頻譜范圍中放射的輻射，并 用于從探測到的輻射生成輻射信號，斑點移動裝置(14)，用于實現(xiàn)從其探測所述輻射的所述斑點0 到不同位置的移動，控制裝置(16)，用于控制所述斑點移動裝置(14)以實現(xiàn)所述斑點02)在隨機時間間 隔后從一個位置到另一位置的移動，以及處理裝置(18)，用于處理從在所述不同位置處的所述斑點0 探測到的輻射信號，并 用于通過應用壓縮傳感來重構(gòu)所述場景04)的圖像(30)。
2.如權(quán)利要求1所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述處理裝置(18)適用于通過對 所述輻射信號應用11范數(shù)極小化算法來重構(gòu)所述圖像。
3.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述斑點移動裝置(14)包 括機械斑點移動裝置(Ha)，所述機械斑點移動裝置(14a)用于實現(xiàn)所述輻射儀(12a)相對 于所述場景04)的相對運動以實現(xiàn)所述斑點0 的移動，具體地，所述機械斑點移動裝置 (14a)用于機械地移動輻射儀(12a)以實現(xiàn)所述斑點02)的移動。
4.如權(quán)利要求1或2所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述斑點移動裝置(14)包括 電子斑點移動裝置(14b)，所述電子斑點移動裝置(14b)用于電子地移動所述輻射儀(12b) 的靈敏度分布以實現(xiàn)所述斑點0 的移動，具體地，所述電子斑點移動裝置(14b)是電子 波束定位裝置或電子波束成形裝置。
5.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述斑點移動裝置(14)適 用于實現(xiàn)所述斑點0 在所述場景04)上的連續(xù)移動，其中所述連續(xù)移動的速度是隨機 變化的。
6.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述斑點移動裝置(14)適 用于實現(xiàn)所述斑點02)的移動以使得所述場景04)被完全掃描，具體地，所述斑點02) 在所述場景04)上沿著連續(xù)軌線被順序地移動。
7.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述場景04)的輻射信號 在已知域中具有稀疏表示，具體地，所述已知域是總變差域、傅里葉域、小波域和曲波域。
8.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述控制裝置(16)適用于 從預定時間間隔或從可選時間間隔表中選擇所述斑點0 在一個位置處停留的隨機時間 間隔。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述控制裝置(16) 適用于通過使用預定函數(shù)或分布來確定所述斑點0 在一個位置處停留的時間間隔，具 體地，所述分布是均勻伯努利或高斯分布。
10.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述控制裝置(16)適用 于選擇平均時間間隔，使得在所述場景04)具有較高信息分布的位置處的平均時間間隔 比在所述場景04)的信息分布較低的位置處的平均時間間隔大。
11.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述輻射儀(12a，12b)包 括用于探測從表示單個像素的斑點0 放射的輻射的單個輻射儀單元。
12.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述輻射儀(12c) 包括用于探測從表示像素行或像素陣列的斑點0 放射的輻射的輻射儀單元行或輻射儀單元陣列。
13.如之前任一權(quán)利要求所述的被動式輻射成像設(shè)備，其中，所述輻射儀適用于探測在 毫米波長范圍內(nèi)放射的輻射，具體地，在從0. Imm到IOOmm的波長范圍內(nèi)，優(yōu)選地從Imm到 IOmm的波長范圍內(nèi)放射的輻射。
14.一種用于掃描場景的被動式輻射成像方法，所述方法包括以下步驟探測從所述場景04)的斑點在預定頻譜范圍中放射的輻射，以及從所述探測到的輻 射生成輻射信號，將從其探測所述輻射的所述斑點0 移動到不同位置，控制所述斑點0 的移動以使得所述斑點0 在隨機時間間隔之后從一個位置移動 到另一位置，以及處理從在所述不同位置處的所述斑點0 探測到的輻射信號，以及通過應用壓縮傳 感來重構(gòu)所述場景04)的圖像(30)。
15.一種包括程序代碼裝置的計算機程序，當所述計算機程序在計算機上被執(zhí)行時，用 于在如權(quán)利要求1中所述的被動式輻射成像設(shè)備中執(zhí)行如權(quán)利要求14所述的方法的處理 和重構(gòu)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于掃描場景的被動式輻射成像設(shè)備(10)和相應方法。提出的設(shè)備包括輻射儀(12)，用于探測從所述場景(24)的斑點(22)在預定頻譜范圍中放射的輻射并從所述探測到的輻射生成輻射信號；斑點移動裝置(14)，用于實現(xiàn)從其探測輻射的斑點(22)到不同位置的移動；控制裝置(16)，用于控制所述斑點移動裝置(14)以實現(xiàn)所述斑點(22)在隨機時間間隔之后從一個位置到另一位置的移動；以及處理裝置(18)，用于處理從在所述不同位置處的所述斑點(22)探測到的輻射信號，以及用于通過應用壓縮傳感來重構(gòu)所述場景(24)的圖像(30)。利用該設(shè)備，可以獲得重構(gòu)圖像的溫度分辨率的增高。
文檔編號G01J5/10GK102103018SQ201010610110
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者卓那·諾格瑞亞-尼恩 申請人:索尼公司