[发明专利]被动式辐射成像设备和相应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于扫描场景的被动式辐射成像设备和对应的方法。此外，本发明还涉及用于实现所述方法的计算机程序。

背景技术

毫米波是波长范围从1mm到10mm的无线电波，该波长范围对应于30GHz到300GHz的频率范围。这些波被应用于车载雷达设备以用于测量移动车辆之间的距离来防止碰撞并被应用于高速无线通信以用于实现每秒几吉比特数量级的传输数据率。此外，改进的生成和探测技术以及在毫米波频率范围中操作的设备的集成和小型化的最新改进已经引起了开发该电磁辐射的特性的兴趣。另外，其能够穿透包括塑料、墙壁、衣服、烟雾的非金属材料的能力提供了研究毫米波成像应用的动力。此外，可实现的几毫米的空间分辨率在像隐藏武器或爆炸物探测这样的安全应用中也非常令人关注。

毫米波可以以主动方式或被动方式使用。被动式辐射成像系统通过使用辐射仪捕获由目标放射的电磁辐射来创建图像。这样的被动式辐射成像系统例如可以从US 2007/0221847中得知。另一方面，主动式辐射成像系统向目标辐射毫米波并通过探测折射的或反射的波来创建图像。毫米波不产生电离效应，这使得该技术成为在隐藏武器或爆炸物探测这样的安全应用中采用的有吸引力的候选(基于红外或可见光辐射的现有技术不能探测隐藏武器，并且基于X射线的系统由于其电离效应不能用在人身上)。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于扫描场景的被动式辐射成像设备，其相比于相同温度分辨率的已知被动式辐射成像设备，减少了成像时间减少和/或增大了温度分辨率。本发明的另一个目的是提供对应的方法以及用于在计算机上实现该方法的对应计算机程序。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于扫描场景的被动式辐射成像设备，所述设备包括：

-辐射仪，所述辐射仪用于探测从所述场景的斑点(spot)在预定频谱范围中放射的辐射以及用于从所述探测到的辐射生成辐射信号，

-斑点移动装置，所述斑点移动装置用于实现从其探测所述辐射的所述斑点到不同位置的移动，

-控制装置，所述控制装置用于控制所述斑点移动装置以实现所述斑点在随机时间间隔之后从一个位置到另一位置的移动，

-处理装置，所述处理装置用于处理从在所述不同位置处的所述斑点探测到的辐射信号，以及用于通过应用压缩传感(compressive sensing)来重构所述场景的图像。

根据本发明的另一方面，提供对应的被动式辐射成像方法以及一种包括程序装置的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上被执行时，使得计算机执行根据本发明的所述被动式辐射成像方法的处理和重构的步骤。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法和要求保护的计算机程序与要求保护的设备以及从属权利要求中所限定的设备具有相似和/或相同优选实施例。

被动式辐射成像设备通过在场景上扫描，来映射整个场景(常常也称为“视场”(FOV))上的亮度温度分布。因此，图像的温度分辨率(ΔT)用辐射仪的天线的带宽(B)、成像设备的噪声温度(T_SYS)和积分时间(τ)根据以下等式确定：

从该公式可以导出，要增大成像设备的温度分辨率，需要或者减小成像设备的噪声温度或者增大带宽和/或积分时间。辐射仪测量在斑点(即，辐射波束)定位于的每个位置(或像素)处由正被成像的场景辐射的能量。辐射仪在实际位置处测量的时间越长，该位置处的温度分辨率越好。另一方面，这增大了扫描时间，这是不希望的特征。因此，根据本发明的元素，提议通过应用已知的压缩传感方法来在减少获取时间的同时获得高的温度分辨率。

用于对信号进行采样或成像的传统方法遵循Shannon定理，Shannon定理确立采样速率必需至少是信号中存在的最大频率的两倍(也称奈奎斯特速率)。该基本原理已经被应用在消费音频或图像电子产品、医疗成像设备、数字通信等中所使用的几乎所有信号获取协议中。当信号是带限的时，如在数字通信领域中常常是这样，要将模拟信号转换到数字域需要使用模数转换器(ADC)，以奈奎斯特速率以上的速率进行采样，这隐含地让这样的系统依赖于ADC的性能。对于像图像这样的其他信号，所需要的采样速率不是用Shannon定理而是用所希望的时间或空间分辨率来指示的。然而，这样的系统通常使用抗混叠低通滤波器来在采样前对信号进行带限，然后奈奎斯特速率在这里同样起重要作用。