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专利名称：被动式辐射成像设备和相应方法
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Imm到IOmm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(ΔΤ)用辐射仪的天线的带宽(B)、 成像设备的噪声温度(Tsys)和积分时间(τ )根据以下等式确定
权利要求
1.一种用于扫描场景04)的被动式辐射成像设备(10)，所述设备包括辐射仪(12)，用于探测从所述场景04)的斑点02)在预定频谱范围中放射的辐射，并 用于从探测到的辐射生成辐射信号，斑点移动装置(14)，用于实现从其探测所述辐射的所述斑点0 到不同位置的移动，控制装置(16)，用于控制所述斑点移动装置(14)以实现所述斑点02)在随机时间间 隔后从一个位置到另一位置的移动，以及处理装置(18)，用于处理从在所述不同位置处的所述斑点0 探测到的辐射信号，并 用于通过应用压缩传感来重构所述场景04)的图像(30)。
2.如权利要求1所述的被动式辐射成像设备，其中，所述处理装置(18)适用于通过对 所述辐射信号应用11范数极小化算法来重构所述图像。
3.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述斑点移动装置(14)包 括机械斑点移动装置(Ha)，所述机械斑点移动装置(14a)用于实现所述辐射仪(12a)相对 于所述场景04)的相对运动以实现所述斑点0 的移动，具体地，所述机械斑点移动装置 (14a)用于机械地移动辐射仪(12a)以实现所述斑点02)的移动。
4.如权利要求1或2所述的被动式辐射成像设备，其中，所述斑点移动装置(14)包括 电子斑点移动装置(14b)，所述电子斑点移动装置(14b)用于电子地移动所述辐射仪(12b) 的灵敏度分布以实现所述斑点0 的移动，具体地，所述电子斑点移动装置(14b)是电子 波束定位装置或电子波束成形装置。
5.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述斑点移动装置(14)适 用于实现所述斑点0 在所述场景04)上的连续移动，其中所述连续移动的速度是随机 变化的。
6.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述斑点移动装置(14)适 用于实现所述斑点02)的移动以使得所述场景04)被完全扫描，具体地，所述斑点02) 在所述场景04)上沿着连续轨线被顺序地移动。
7.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述场景04)的辐射信号 在已知域中具有稀疏表示，具体地，所述已知域是总变差域、傅里叶域、小波域和曲波域。
8.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述控制装置(16)适用于 从预定时间间隔或从可选时间间隔表中选择所述斑点0 在一个位置处停留的随机时间 间隔。
9.如权利要求1至7中任一项所述的被动式辐射成像设备，其中，所述控制装置(16) 适用于通过使用预定函数或分布来确定所述斑点0 在一个位置处停留的时间间隔，具 体地，所述分布是均勻伯努利或高斯分布。
10.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述控制装置(16)适用 于选择平均时间间隔，使得在所述场景04)具有较高信息分布的位置处的平均时间间隔 比在所述场景04)的信息分布较低的位置处的平均时间间隔大。
11.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述辐射仪(12a，12b)包 括用于探测从表示单个像素的斑点0 放射的辐射的单个辐射仪单元。
12.如权利要求1至10中任一项所述的被动式辐射成像设备，其中，所述辐射仪(12c) 包括用于探测从表示像素行或像素阵列的斑点0 放射的辐射的辐射仪单元行或辐射仪单元阵列。
13.如之前任一权利要求所述的被动式辐射成像设备，其中，所述辐射仪适用于探测在 毫米波长范围内放射的辐射，具体地，在从0. Imm到IOOmm的波长范围内，优选地从Imm到 IOmm的波长范围内放射的辐射。
14.一种用于扫描场景的被动式辐射成像方法，所述方法包括以下步骤探测从所述场景04)的斑点在预定频谱范围中放射的辐射，以及从所述探测到的辐 射生成辐射信号，将从其探测所述辐射的所述斑点0 移动到不同位置，控制所述斑点0 的移动以使得所述斑点0 在随机时间间隔之后从一个位置移动 到另一位置，以及处理从在所述不同位置处的所述斑点0 探测到的辐射信号，以及通过应用压缩传 感来重构所述场景04)的图像(30)。
15.一种包括程序代码装置的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上被执行时，用 于在如权利要求1中所述的被动式辐射成像设备中执行如权利要求14所述的方法的处理 和重构的步骤。
全文摘要
本发明涉及用于扫描场景的被动式辐射成像设备(10)和相应方法。提出的设备包括辐射仪(12)，用于探测从所述场景(24)的斑点(22)在预定频谱范围中放射的辐射并从所述探测到的辐射生成辐射信号；斑点移动装置(14)，用于实现从其探测辐射的斑点(22)到不同位置的移动；控制装置(16)，用于控制所述斑点移动装置(14)以实现所述斑点(22)在随机时间间隔之后从一个位置到另一位置的移动；以及处理装置(18)，用于处理从在所述不同位置处的所述斑点(22)探测到的辐射信号，以及用于通过应用压缩传感来重构所述场景(24)的图像(30)。利用该设备，可以获得重构图像的温度分辨率的增高。
文档编号G01J5/10GK102103018SQ201010610110
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者卓那·诺格瑞亚-尼恩 申请人:索尼公司