技术领域
[0001] 本
发明涉及毫米波成像领域，尤其涉及一种目标检测方法、装置、稀疏阵列和成像设备。
背景技术
[0002] 毫米波人体成像技术是目前全球安防领域的先进技术，该设备能够在不直接
接触人体的情况下，有效检测出在衣物
覆盖下藏匿于人体各部位的物品，特别是能够检测出非金属物品，并可以从图像上获取隐匿物品的形状、大小和
位置等信息。
[0003] 当前的毫米波成像安检装置在单个合作目标，即配合检查的静止的被检对象的安检成像上已经运用的比较成熟，能够有效阻止个人携带危险物品进入重要场合。但对于非合作目标，即不能配合的接收安检或者处于运动状态的被检对象，毫米波成像安检系统需要配合全
电子稀疏阵列完成毫米波
图像采集，但由于被检目标的非合作特性，被检目标位置的不确定性，稀疏阵列单个
辐射单元有限的覆盖范围将不能覆盖被检对象的某些成像区域，从而降低了成像的
分辨率。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种目标检测方法、装置、稀疏阵列和成像设备，提高了毫米波安检成像系统对非合作目标成像的分辨率。
[0005] 一方面，本发明提供了一种目标检测方法，所述方法包括：
[0006] 获取天线的源稀疏阵列；
[0007] 根据所述源稀疏阵列，确定所述源稀疏阵列中各个阵列单元的坐标；
[0008] 获取子阵列单元，所述子阵列单元的单元级别小于阵列单元；
[0009] 根据所述各个阵列单元的坐标，将所述源稀疏阵列中的每个阵列单元替换为多个子阵列单元，得到由子阵列单元构建的稀疏阵列；
[0010] 对所述子阵列单元的波束范围进行调整，得到目标稀疏阵列；
[0011] 根据所述目标稀疏阵列，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0012] 另一方面提供了一种目标检测装置，所述装置包括：源稀疏阵列获取模
块、阵列单元坐标确定模块、子阵列单元获取模块、初始稀疏阵列获得模块、目标稀疏阵列获得模块和目标检测模块；
[0013] 所述源稀疏阵列获取模块用于获取天线的源稀疏阵列；
[0014] 所述阵列单元坐标确定模块用于根据所述源稀疏阵列，确定所述源稀疏阵列中各个阵列单元的坐标；
[0015] 所述子阵列单元获取模块用于获取子阵列单元，所述子阵列单元的单元级别小于阵列单元；
[0016] 所述初始稀疏阵列获得模块用于根据所述各个阵列单元的坐标，将每个阵列单元替换为多个子阵列单元，得到由子阵列单元构建的初始稀疏阵列；
[0017] 所述目标稀疏阵列获得模块用于对初始稀疏阵列
中子阵列单元的波束范围进行调整，得到目标稀疏阵列；
[0018] 所述目标检测模块用于根据所述目标稀疏阵列，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0019] 另一方面提供了一种稀疏阵列，所述稀疏阵列适用于上述所述的一种目标检测方法；
[0020] 所述稀疏阵列包括发射支路和接收支路，所述发射支路中具有发射子阵列单元，所述接收支路中具有接收子阵列单元。
[0021] 另一方面提供了一种成像设备，所述成像设备包括：天线、发射模块、接收模块、
信号处理模块和显示模块，其中，所述天线包括上述所述的一种稀疏阵列。
[0022] 本发明提供的一种目标检测方法、装置、稀疏阵列和成像设备，所述方法包括通过将源稀疏阵列的阵列单元部分替换或者全部替换为多个子阵列单元，得到目标稀疏阵列，在进行目标检测时调整子阵列单元的波束范围，使得子阵列单元的波束范围能够最大覆盖待检测目标。所述方法将稀疏阵列中的各个阵列单元划分为更小级别的子阵列单元，通过调节每个阵列单元的子阵列单元的波束增加了各个阵列单元波束的覆盖范围，从而提高了毫米波安检成像系统对非合作目标成像的分辨率。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1为本发明实施例提供的一种目标检测方法的应用场景示意图；
[0025] 图2为本发明实施例提供的一种目标检测方法的
流程图；
[0026] 图3为本发明实施例提供的一种目标检测方法中目标稀疏阵列、阵列单元和子阵列单元的结构示意图；
[0027] 图4为本发明实施例提供的一种目标检测方法中进行毫米波成像的方法流程图；
[0028] 图5为本发明实施例提供的一种目标检测方法中通过重构
算法得到子阵列单元波束最大覆盖范围的方法流程图；
[0029] 图6为本发明实施例提供的一种目标检测方法中通过矢量
调制器得到子阵列单元波束最大覆盖范围的方法流程图；
[0030] 图7为本发明实施例提供的一种目标检测方法中执行毫米波成像的方法流程图；
[0031] 图8为本发明实施例提供的一种目标检测装置的结构示意图。
具体实施方式
[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0034] 请参见图1，其显示了本发明实施例提供的一种目标检测方法的应用场景示意图，所述应用场景包括检测对象110和成像设备120，所述成像设备上的天线具有由子阵列单元构建的目标稀疏阵列。通过调整子阵列单元的波束范围，使得成像设备120能够获得波束的最大覆盖范围，以使得成像设备120进行毫米波成像时，能够最大程度地覆盖所述检测对象110。
[0035] 在本发明实施例中，所述成像设备120可以为安检成像设备，对待安检的目标进行毫米波成像，检查是否存在违禁物品。所述检测对象110可以包括静态的静态待检测对象和动态的动态待检测对象。
[0036] 请参见图2，其显示了一种目标检测方法，所述方法包括：
[0037] S210.获取天线的源稀疏阵列；
[0038] 具体地，源稀疏阵列可以是常规的构型规定的稀疏阵列，例如矩形阵、十字阵或者随机阵等。源稀疏阵列中的阵列单元可以为同等数量的发射单元和接收单元，其中，发射单元和接收单元均为单个的阵列单元，单个的阵列单元其波束的覆盖范围是一定的。
[0039] S220.根据所述源稀疏阵列，确定所述源稀疏阵列中各个阵列单元的坐标；
[0040] 具体地，在本发明实施例中，可以获取源稀疏阵列中的各个阵列单元的单元坐标，可以理解的是，单元坐标为阵列单元在源稀疏阵列中的位置，当源稀疏阵列的阵型确定时，各个阵列单元在该阵列中的位置也是确定的，例如，矩形阵中，发射单元和接收单元分别位于稀疏阵列中的长宽边上。
[0041] S230.获取子阵列单元，所述子阵列单元的单元级别小于阵列单元；
[0042] 具体地，子阵列单元可以为最小级别的单元，目标稀疏阵列、阵列单元和子阵列单元为目标稀疏阵列从大到小的三个连续级别，例如图3所示的三级结构。可替换地，子阵列单元也可以不为最小级别的单元，子单阵列元可以包括至少一个级别的子阵单元，此时子阵单元为最小级别的单元或者子阵单元也可以为非最小级别的单元，这种情况下目标稀疏阵列为四级结构或者更多级别的结构。
[0043] S240.根据所述各个阵列单元的坐标，将所述源稀疏阵列中的每个阵列单元替换为多个子阵列单元，得到由子阵列单元构建的稀疏阵列；
[0044] 进一步地，所述方法还包括：
[0045] 根据所述各个阵列单元的坐标，将所述源稀疏阵列中的阵列单元部分替换为多个子阵列单元，得到由子阵列单元和阵列单元构建的目标稀疏阵列。
[0046] 具体地，可以采用若干子阵列单元代替源稀疏阵列中的部分或者所有阵列单元，例如，可以用四个子阵列单元代替源稀疏阵列中的阵列单元，具体通过多少子阵列单元进行替换，以及需要替换多少阵列单元，可以根据实际需求确定。当对源稀疏阵列中的部分阵列单元进行替换时，上述部分阵列单元可以是收发相对应的阵列单元，即当源稀疏阵列中的发射阵列单元用多个子阵列单元替换后，若所述发射阵列单元存在对应的接收阵列单元，那么与所述发射阵列单元相对应的接收阵列单元也需要用相同数量的子阵列单元代替。同时，在源稀疏阵列中，不具备对应关系的收发阵列单元间的子阵列单元个数可以不一致。
[0047] 通过多个子阵列单元替换阵列单元，可以对替代阵列单元的多个子阵列单元中每一个的波束范围进行调整，使得系数阵列更加灵活地调整的最大波束范围。
[0048] S250.根据所述目标稀疏阵列，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0049] 进一步地，请参见图4，所述根据所述目标稀疏阵列，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息包括：
[0050] S410.根据所述目标稀疏阵列的阵列信息，确定所述动态的待检测对象；
[0051] S420.对子阵列单元的波束进行调整，得到子阵列单元的波束对所述动态的待检测对象的波束最大覆盖范围；
[0052] S430.基于所述波束最大覆盖范围，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0053] 具体地，根据目标稀疏阵列的阵列信息确定动态的待检测对象的位置信息。阵列信息可以包括视频图像或者回波距离信息，动态的待检测对象可以为当前毫米波成像安检系统中的被检对象。
[0054] 在进行毫米波成像时，由于待检测对象可能存在动态的情况，例如不配合进行安检的人员，将阵列单元替换为级别更小的子阵列单元后，多个子阵列单元比单一的阵列单元具有更加灵活的波束调整范围，可以对替代阵列单元的多个子阵列单元中每一个的波束范围进行调整，得到子阵列单元的波束对所述动态的待检测对象的波束最大覆盖范围，使得能够较为准确地测量到动态目标。
[0055] 进一步地，请参见图5，所述对子阵列单元的波束进行调整，得到子阵列单元的波束对所述动态的待检测对象的波束最大覆盖范围包括：
[0056] S510.基于预设的重构算法，对所述子阵列单元进行幅度重构和
相位重构；
[0057] S520.根据幅度重构的结果和相位重构的结果，对所述子阵列单元的波束范围进行调整，得到子阵列单元的波束对所述动态的待检测对象的波束最大覆盖范围。
[0058] 具体地，可以采用预设的重构算法对目标稀疏阵列中各个子阵列单元进行幅度和相位重构，其中，预设的重构算法可以用于重构目标稀疏阵列中子阵列单元的振幅和相位，进而基于幅度和相位重构的结果对目标稀疏阵列中的波束进行波束控制，以使子阵列单元的波束最大限度的覆盖待检测对象的位置信息。
[0059] 所述重构算法可以为
压缩感知稀疏重构算法，包括匹配追踪类贪婪
迭代算法和凸
优化算法，所述匹配追踪类贪婪迭代算法可以直接得到信号稀疏性的表达.以贪婪迭代的方法选择列，使得在每次迭代的过程中所选择的列与当前冗余向量最大程度的相关，利用
原子向量的线性运算去逐渐去逼近信号向量，经过不停地迭代，最后达到给定的稀疏度。所述凸优化算法将非凸问题转化为凸问题求解找到信号的逼近，包括基追踪重构算法和基追踪去噪重构算法。基追踪重构算法提出使用l1范数替代l0范数来解决最优化问题。基追踪去噪重构算法与所述基追踪重构算法基本使用相同的模型，但是在模型中考虑到了噪声的存在。
[0060] 当待检测对象的动态时，例如不配合进行安检的人员，或者正在处于动态状态待安检人员时，通过调整子阵列单元的波束可以使得波束范围最大覆盖待检测对象，在进行毫米波成像时，也就可以相对清楚地捕捉到动态的待检测对象。
[0061] 进一步地，请参见图6，所述对子阵列单元的波束进行调整，得到子阵列单元的波束对所述动态的待检测对象的波束最大覆盖范围包括：
[0062] S610.基于预设的
矢量调制器，对所述子阵单元进行幅相调制；
[0063] S620.根据所述幅相调制的结果，对所述子阵列单元的波束范围进行调整，得到子阵列单元的波束对所述动态的待检测对象的波束最大覆盖范围。
[0064] 具体地，可以基于毫米波单片矢量调制器对目标稀疏阵列中的子阵列单元进行幅相调制，从而可以实现单个子阵列单元波束的可控可调，满足针对不同需求设置不同的波束覆盖范围，以使子阵列单元的波束最大限度地覆盖待检测对象的位置信息。
[0065] 所述毫米波单片矢量调制器采用
正交矢量调制技术，基本结构包括正交功分器、幅度调制器和同相合路器，将
输入信号通过正交功分器正交等分为I、Q两路信号，然后通过幅度调制器分别对两路信号进行调幅，最后警告同相合路器合成得到
输出信号，根据矢量
叠加的原理，对子阵列单元的波束进行幅相调制。
[0066] 当待检测对象的动态时，例如不配合进行安检的人员，或者正在处于动态状态待安检人员时，通过调整子阵列单元的波束可以使得波束范围最大覆盖待检测对象，在进行毫米波成像时，也就可以相对清楚地捕捉到动态的待检测对象。
[0067] 进一步地，请参见图7，所述基于所述波束最大覆盖范围，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息包括：
[0068] S710.基于所述波束最大覆盖范围，在当前频点控制所述目标稀疏阵列中的发射子阵列单元依次发射波束信号；
[0069] S720.在当前频点控制所述目标稀疏阵列中的接收子阵列单元接收回波信号；
[0070] S730.对所述回波信号进行
信号处理，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0071] 具体地，基于
开关网络控制目标稀疏阵列中发射支路上所有的发射子阵列单元依次切换，目标稀疏阵列中接收支路上所有的接收子阵列单元可以同时接收发射子单元发射的信号，即回波信号。对所述接收子阵列单元接收到的回波信号进行信号处理，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0072] 进一步地，所述方法还包括：
[0073] 当所述目标稀疏阵列中的自阵列单元完成当前频点波束的发射和接收后，根据预设的
锁相
本振组，切换到下一频点进行波束的发射和接收。
[0074] 具体地，在进行毫米波成像时可以进行跳频，当目标稀疏阵列中的所有子阵列单元完成当前频点的波束收发后，采用锁相本振组跳频至下一频点。锁相本振组可以包括两个或者多个锁相本振源，当一个工作频点的所有收发子阵列单元都切换完毕，两个或者多个锁相本振源锁相本振源跳频到第二频点重复进行上述波束收发的流程一直到最后一个频点。
[0075] 在一个具体的实施例中，将源稀疏阵列的阵列单元部分替换或者全部替换为多个子阵列单元，得到目标稀疏阵列。在进行安检时，使用具有目标稀疏阵列的安检成像设备，通过重构算法或者矢量调制器，对各个子阵列单元的波束范围进行调整，得到能够覆盖待检测目标的最大波束范围，对待检测目标进行毫米波成像，得到待检测目标的图像信息。待检测目标可以为静态目标或者动态目标，由于波束范围可调整，对动态目标也可以调整到适当的波束范围进行毫米波成像，获得
质量较好的图像信息。
[0076] 本发明实施例提出了一种目标检测方法，所述方法通过将源稀疏阵列的阵列单元部分替换或者全部替换为多个子阵列单元，得到目标稀疏阵列，在进行目标检测时调整子阵列单元的波束范围，使得子阵列单元的波束范围能够最大覆盖待检测目标。所述方法将稀疏阵列中的各个阵列单元划分为更小级别的子阵列单元，通过调节每个阵列单元的子阵列单元的波束增加了各个阵列单元波束的覆盖范围，从而提高了毫米波安检成像系统对非合作目标成像的分辨率。
[0077] 本发明实施例还提供了一种目标检测装置，请参见图8，所述装置包括：源稀疏阵列获取模块810、阵列单元坐标确定模块820、子阵列单元获取模块830、初始稀疏阵列获得模块840、目标稀疏阵列获得模块850和目标检测模块860；
[0078] 所述源稀疏阵列获取模块810用于获取天线的源稀疏阵列；
[0079] 所述阵列单元坐标确定模块820用于根据所述源稀疏阵列，确定所述源稀疏阵列中各个阵列单元的坐标；
[0080] 所述子阵列单元获取模块830用于获取子阵列单元，所述子阵列单元的单元级别小于阵列单元；
[0081] 所述初始稀疏阵列获得模块840用于根据所述各个阵列单元的坐标，将每个阵列单元替换为多个子阵列单元，得到由子阵列单元构建的初始稀疏阵列；
[0082] 所述目标稀疏阵列获得模块850用于对初始稀疏阵列中子阵列单元的波束范围进行调整，得到目标稀疏阵列；
[0083] 所述目标检测模块860用于根据所述目标稀疏阵列，对动态的待检测对象进行毫米波成像，得到所述动态的待检测对象的图像信息。
[0084] 上述实施例中提供的装置可执行本发明任意实施例所提供方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果。未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的一种目标检测方法。
[0085] 本实施例还提供了一种稀疏阵列，所述稀疏阵列适用于上述所述一种目标检测方法；
[0086] 所述稀疏阵列包括发射支路和接收支路，所述发射支路中具有发射子阵列单元，所述接收支路中具有接收子阵列单元。
[0087] 本实施例还提供了一种成像设备，所述成像设备包括：天线、发射模块、接收模块、信号处理模块和显示模块，其中，所述天线包括上述所述的一种稀疏阵列。
[0088] 本
说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤和顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或中断产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
[0089] 本实施例中所示出的结构，仅仅是与本
申请方案相关的部分结构，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比示出的更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件的布置。应当理解到，本实施例中所揭露的方法、装置等，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些
接口，装置或单元模块的间接耦合或通信连接。
[0090] 基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以
软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，
服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动
硬盘、只读
存储器(ROM，Read-Only Memory)、
随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0091] 本领域技术人员还可以进一步意识到，结合本说明书所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子
硬件、计算机软件或者二者的结合实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0092] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
