阵列扫描全息穿透成像方法及手持全息穿透成像雷达系统

摘要

本申请涉及一种阵列扫描全息穿透成像方法及手持全息穿透成像雷达系统。所述方法包括：通过利用多发多收阵列雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到回波数据，在雷达探头在进行扫描的同时，利用图像记录雷达探头在移动时的位置变换，后续通过对位置图像进行处理得到雷达探头扫描是的位置坐标，再根据位置坐标以及回波数据进行计算最后得到待探测区域表层下目标的成像结果，在该方法中，将多发多收阵列雷达探测得到的回波数据结合利用图像记录其扫描轨迹的方式，相比于直接采用大型阵列的方案，既保证了探测效果，又显著减小了系统规模，降低成本。

权利要求

1.阵列扫描全息穿透成像方法，其特征在于，所述方法包括：

获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头通过手持在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据，其中，所述雷达探头为集成雷达，包括微控制器、多通道射频收发芯片、射频开关、通信元件以及多个天线，其中多个天线集成在一个平面板上形成天线阵列；

获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标，包括：所述介质表面的待探测区域边界上设置有定标码元，所述定标码元包括三个，分别设置于所述待探测区域边界左上角、左下角以及右上角，并获取各定标码元的实际位置坐标，在所述雷达探头背向所述介质表面一侧还设置有定位码元；对各张所述位置图像进行轮廓检测、特征提取后识别出各定标码元以及定位码元中心点的像素坐标；根据每一张位置图像中的各所述定标码元的像素坐标以及实际位置坐标构建坐标变换矩阵；根据所述坐标变换矩阵将各张所述位置图像中定位码元中心点的像素坐标转换为位置坐标，该位置坐标为雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的实际位置坐标；

根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果，其中处理过程包括：根据所述待探测区域以及预设的成像深度构建成像空间；

根据所述成像空间以及雷达探头每次快速扫描时的位置坐标进行计算，得到补偿相位；

根据所述探测数据采用逐点补偿相位累积求和得到所述成像结果。

2.根据权利要求1所述的阵列扫描全息穿透成像方法，其特征在于，所述多发多收阵列天线的雷达探头进行快速扫描时，其中一天线为发射天线，其他天线为接收天线进行，再切换另一天线为发射天线，其他天线为接收天线，依次类推遍历所有天线后记为一次快速扫描。

3.根据权利要求2所述的阵列扫描全息穿透成像方法，其特征在于，所述雷达探头在进行快速扫描时，在介质表面往复移动直至移动轨迹覆盖整个所述待探测区域。

4.手持全息穿透成像雷达系统，其特征在于，所述系统包括：手持雷达探头、视觉定位单元、成像处理单元以及扫描控制单元；

所述扫描控制单元分别向所述手持雷达探头以及视觉定位单元发送探测指令；

所述手持雷达探头为多发多收天线阵列雷达，根据所述探测指令，在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据，并将所述回波数据作为探测数据发送至所述扫描控制单元；

所述视觉定位单元根据所述探测指令，记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化，并将多张位置图像作为定位数据发送至所述扫描控制单元；

所述扫描控制单元将接收到所述探测数据以及定位数据发送至所述成像处理单元；

所述成像处理单元根据权利要求1‑3任一项所述的阵列扫描全息穿透成像方法对所述探测数据以及定位数据进行处理得到所述待探测区域表层下目标的成像结果，并将所述成像结果发送至所述扫描控制单元；

所述扫描控制单元接收并显示所述成像结果。

5.根据权利要求4所述的手持全息穿透成像雷达系统，其特征在于，所述手持雷达探头为集成雷达，包括微控制器、多通道射频收发芯片、射频开关、通信元件以及多个天线，其中多个天线集成在一个平面板上形成天线阵列。

6.根据权利要求4所述的手持全息穿透成像雷达系统，其特征在于，所述视觉定位单元包括摄像装置、三个定标码元以及一个定位码元；

所述摄像装置的摄像镜头正对所述待探测区域，并使其摄像范围包括全部的待探测区域；

三个所述定标码元分别设置于所述待探测区域边界左上角、左下角以及右上角；

所述定位码元设置于所述雷达探头背向所述介质表面一侧。

7.根据权利要求6所述的手持全息穿透成像雷达系统，其特征在于，所述定标码元以及定位码元采用光学标记图案，包括环形编码标识、十字形编码标识、二维码标识。

8.根据权利要求4所述的手持全息穿透成像雷达系统，其特征在于，所述扫描控制单元为上位机。

说明书

阵列扫描全息穿透成像方法及手持全息穿透成像雷达系统

技术领域

[0001] 本申请涉及微波无损探测技术领域，特别是涉及一种阵列扫描全息穿透成像方法及手持全息穿透成像雷达系统。

背景技术

[0002] 微波频段的电磁波能够穿透非金属介质在其内部传播，如墙壁、木板、皮革、塑料等，而介质内的电磁特性不连续处（如埋藏的物品、内部的缺陷等）会引起电磁散射。全息穿透成像雷达技术正是利用这种特性，通过在二维平面网格上扫描，每个网格点发射相干电磁波、接收回波，通过对回波幅度和相位的二维空间相干合成，得到介质表层下电磁散射特性的高分辨率全息图像，进而直观反映介质内部结构或是埋藏目标的情况。在不破坏介质表面的情况下，实现了对其内部的无损探测，在安防检查、材料检测、建筑探伤等领域具有很大应用价值。

[0003] 全息穿透成像雷达探头需在二维平面网格上进行扫描，以完成空间相干合成，因此需要机械或机电装置准确控制雷达探头的位置。文献《Holographic Subsurface Radar of RASCAN Type: Development and Applications》（S. I. Ivashov等，发表于IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing期刊，2011年第4卷第4期，第763‑778页）报道了一种采用定位轮和标尺结合扫描的全息穿透成像雷达系统，采用手持操作，一个方向由定位轮滚动等距触发实现均匀网格扫描，另一方向沿尺子直线运动控制扫描间隔，这种装置相对简单，但操作烦琐、探测速度慢，受操作人员手抖动等影响大。文献《High Resolution Imaging with a Holographic Radar Mounted on a Robotic Scanner》（L. Capineri等，发表于2013年Progress In Electromagnetics Research Symposium Proceedings会议，第1583页）报道了一种用四轮小车装载雷达探头的系统模式，其在一个方向上由直线滑台驱动探头移动，另一方向依靠小车前进，按停‑走‑停的模式运作，实现了自动化，但速度仍然很慢，且车轮滑移、启停抖动等因素影响扫描成像结果，频繁启停也大大限制了扫描速度。

[0004] 通过使用阵列天线，用电扫代替机械扫描，可以达到实时或准实时全息穿透成像的效果，文献《Walk Through Screening with MultistaticmmW Technology》（Frank Gumbmann等，发表于2016年SPIE Security + Defence, Proceedings Volume 9993, Millimetre Wave and Terahertz Sensors and Technology IX，第999306页）报道了一种基于全息穿透成像技术的机场人员安检系统，实现了实时扫描微波全息成像。不过大这类系统的尺寸和重量都很大，系统复杂、成本很高，主要用于大型场所的固定检查。

[0005] 在数据处理上，目前全息穿透成像算法基于二维傅里叶变换，要求采样点均匀分布在二维平面网格上，因此雷达扫描轨迹要求控制在均匀的网格线上。对于非均匀空间扫描，如稀疏的天线阵列，须通过均匀网格插值处理，限制了系统的灵活性。

[0006] 以上问题限制了全息穿透成像系统的可用性、适用性和易用性，需要在雷达体制、扫描模式、算法处理等多个方面，创新开发新技术，为无损检测需求提供新型可用装备。

发明内容

[0007] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决上述问题的阵列扫描全息穿透成像方法及手持全息穿透成像雷达系统。

[0008] 一种阵列扫描全息穿透成像方法，所述方法包括：

[0009] 获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0010] 获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0011] 对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0012] 根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0013] 在其中一实施例中，所述多发多收阵列天线的雷达探头进行快速扫描时，其中一天线为发射天线，其他天线为接收天线，再切换另一天线为发射天线，其他天线为接收天线，依次类推遍历所有天线后记为一次快速扫描。

[0014] 在其中一实施例中，所述手持雷达探头在进行快速扫描时，在介质表面往复移动直至移动轨迹覆盖整个所述待探测区域。

[0015] 在其中一实施例中，所述对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标包括：

[0016] 所述介质表面的待探测区域边界上设置有定标码元，所述定标码元包括三个，分别设置于所述待探测区域边界左上角、左下角以及右上角，并获取各定标码元的实际位置坐标，在所述雷达探头背向所述介质表面一侧还设置有定位码元；

[0017] 对各张所述位置图像进行轮廓检测、特征提取后识别出各定标码元以及定位码元中心点的像素坐标；

[0018] 根据每一张位置图像中的各所述定标码元的像素坐标以及实际位置坐标构建坐标变换矩阵；

[0019] 根据所述坐标变换矩阵将各张所述位置图像中定位码元中心点的像素坐标转换为位置坐标，该位置坐标为雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的实际位置坐标。

[0020] 在其中一实施例中，所述根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果包括：

[0021] 根据所述待探测区域以及预设的成像深度构建成像空间；

[0022] 根据所述成像空间以及雷达探头每次快速扫描时的位置坐标进行计算，得到补偿相位；

[0023] 根据所述探测数据采用逐点补偿相位累积求和得到所述成像结果。

[0024] 一种手持全息穿透成像雷达系统，所述系统包括：手持雷达探头、视觉定位单元、成像处理单元以及扫描控制单元；

[0025] 所述扫描控制单元分别向所述手持雷达探头以及视觉定位单元发送探测指令；

[0026] 所述手持雷达探头为多发多收天线阵列雷达，根据所述探测指令，在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据，并将所述回波数据作为探测数据发送至所述扫描控制单元；

[0027] 所述视觉定位单元根据所述探测指令，记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化，并将多张位置图像作为定位数据发送至所述扫描控制单元；

[0028] 所述扫描控制单元将接收到所述探测数据以及定位数据发送至所述成像处理单元；

[0029] 所述成像处理单元根据上述的阵列扫描全息穿透成像方法对所述探测数据以及定位数据进行处理得到所述待探测区域表层下目标的成像结果，并将所述成像结果发送至所述扫描控制单元；

[0030] 所述扫描控制单元接收并显示所述成像结果。

[0031] 在其中一实施例中，所述手持雷达探头为集成雷达，包括微控制器、多通道射频收发芯片、射频开关、通信元件以及多个天线，其中多个天线集成在一个平面板上形成天线阵列。

[0032] 在其中一实施例中，所述视觉定位单元包括摄像装置、三个定标码元以及一个定位码元；

[0033] 所述摄像装置的摄像镜头正对所述待探测区域，并使其摄像范围包括全部的待探测区域；

[0034] 三个所述定标码元分别设置于所述待探测区域边界左上角、左下角以及右上角；

[0035] 所述定位码元设置于所述雷达探头背向所述介质表面一侧。

[0036] 在其中一实施例中，所述定标码元以及定位码元采用光学标记图案，包括环形编码标识、十字形编码标识、二维码标识。

[0037] 在其中一实施例中，所述扫描控制单元为上位机。

[0038] 一种全息穿透成像装置，所述装置包括：

[0039] 探测数据获取模块，用于获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0040] 定位数据获取模块，用于获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0041] 位置坐标得到模块，用于对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0042] 成像结果得到模块，用于根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0043] 一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

[0044] 获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0045] 获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0046] 对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0047] 根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0048] 一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

[0049] 获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0050] 获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0051] 对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0052] 根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0053] 上述阵列扫描全息穿透成像方法及手持全息穿透成像雷达系统，通过利用多发多收阵列雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到回波数据，在雷达探头在进行扫描的同时，利用图像记录雷达探头在移动时的位置变换，后续通过对位置图像进行处理得到雷达探头扫描时的位置坐标，再根据位置坐标以及回波数据进行计算最后得到待探测区域表层下目标的成像结果，在该方法中，将多发多收阵列雷达探测得到的回波数据结合利用图像记录其扫描轨迹的方式，相比于直接采用大型阵列的方案，既保证了探测效果，又显著减小了系统规模，降低成本。

附图说明

[0054] 图1为一个实施例中阵列扫描全息穿透成像方法的流程示意图；

[0055] 图2为一个实施例中手持全息穿透成像雷达系统的结构框图；

[0056] 图3为一个实施例中多发多收雷达探头的天线阵列布局示意图；

[0057] 图4为实验中进行扫描的场景示意简图，其中还显示有介质内预置目标形状、尺寸及大小；

[0058] 图5为实验中由定位数据计算得到雷达探头移动轨迹示意图；

[0059] 图6为实验中由阵列扫描全息穿透成像方法得到的成像结果示意图；

[0060] 图7为一个实施例中全息穿透成像装置的结构框图；

[0061] 图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

[0062] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0063] 如图1所示，提供了一种阵列扫描全息穿透成像方法，包括以下步骤：

[0064] 步骤S100，获取探测数据，探测数据为多发多收阵列雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0065] 步骤S110，获取定位数据，定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0066] 步骤S120，对定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0067] 步骤S130，根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到待探测区域表层下目标的成像结果。

[0068] 在步骤S100中，雷达探头在介质表面的待探测区域内进行反复移动，直至其移动路线覆盖整个带探测区域，且该雷达探头采用多发多收阵列。且该雷达探头为多发多收阵列雷达包括多个天线，在进行扫描时，首先由天线阵列中的一个天线作为发射天线，其他天线作为接收天线，然后再切换另外一个天线作为发射天线，而其他天线作为接收天线，依次类推，当遍历完所有天线后则完成一次快速扫描。在雷达探头完成整个待探测区域的扫描的过程中，将会进行多次快速扫描。

[0069] 在本实施例中，在进行快速扫描时，雷达探头在介质表面往复移动直至移动轨迹覆盖整个待探测区域。

[0070] 具体的，在雷达探头进行扫描后，每个收发通道对应接收到的回波数据也就是探测数据为 ，上标n指示快速扫描的次数， 、 分别表示在一次快速扫描内第m个收发组合的发射、接收天线位置。

[0071] 在步骤S110中，在雷达探头在待探测区域移动扫描时，还由一摄像装置录取其整个过程，并由多张图像记录雷达探头在待探测区域内移动轨迹。也就是说每一张图像分别记录雷达探头在待探测区域内不同的位置上。且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化。

[0072] 步骤S120中，在介质表面的待探测区域边界上设置有定标码元，定标码元包括三个，分别设置于待探测区域边界左上角、左下角以及右上角，并获取各定标码元的实际位置坐标，在雷达探头背向介质表面一侧还设置有定位码元。

[0073] 进一步的，根据位置图像的摄像空间到物理空间之间的转换构建坐标变换关系，根据该关系可得到每一次快速扫描雷达探头的实际位置，具体步骤包括，对各张位置图像进行轮廓检测、特征提取后识别出各定标码元以及定位码元中心点的像素坐标；根据每一张位置图像中的各所述定标码元的像素坐标以及实际位置坐标构建坐标变换矩阵，根据坐标变换矩阵将各张位置图像中定位码元中心点的像素坐标转换为位置坐标，该位置坐标为雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的实际位置坐标。

[0074] 具体的，通过对各张位置图像进行识别可得到三个定标码元中心的像素坐标，其中0、1、2分别表示设置于待探测区域边界左上角、左下角以及右上角的定标码元，下标pix表示图像中的像素坐标。已知定标码元的实际位置为，上标T表示矩阵转置运算，则有如下关系：

[0075] （1）

[0076] 其中， （2）

[0077] 由三个定标码元的像素坐标与实际位置坐标求解 和 ，进一步可以得到坐标变换矩阵 ：

[0078] （3）

[0079] 而第n次快速扫描时的定位码元的像素坐标 ，按下式变换得到物理坐标：

[0080] （4）

[0081] 在公式（4）中，记第n次快拍时的雷达位置为 。

[0082] 在本实施例中，雷达探头扫描的过程是连续的，无需以停‑走‑停的模式，相对于现有技术中的逐点测量大大提高了探测效率。

[0083] 在本实施例中，定标码元以及定位码元采用光学标记图案，包括环形编码标识、十字形编码标识、二维码标识。

[0084] 在本实施例中，采用二维码标识作为定标码元以及定位码元，则可以通过二维码检测技术从图像中检测到定标码元以及定位码元的中心像素坐标。

[0085] 在其中一实施例中，定标码元以及定位码元采用二维码标识，则可以通过二维码检测技术从图像中检测得到定标码元以及定位码元的中心像素坐标。

[0086] 在步骤S130中，采用逐点相位补偿相干叠加成像处理的算法，利用步骤S120中得到每一次快速扫描雷达实际位置坐标以及探测数据进行目标成像，包括：根据待探测区域以及预设的成像深度构建成像空间，根据成像空间以及雷达探头每次快速扫描时的位置坐标进行计算，得到补偿相位，最后根据探测数据采用逐点补偿相位累积求和得到所述成像结果。

[0087] 具体的，构建成像空间时，将待成像区域也就待探测区域划分网格，网格间距为， 和 分别代表x方向和y方向的成像范围， ， 。设所需成像的深度层预设距离为 ，成像空间内任意点坐标记为
。

[0088] 这样，对于某一成像点 ，计算该成像点至每个通道发射天线和接收天线的距离和 ：

[0089] （5）

[0090] 在公式（5）中， 表示成像点 到第n次快速扫描内的第m组收发组合的发射天线的距离， 表示成像点 到第n次快速扫描内的第m组收发组合的接收
天线的距离。

[0091] 已知介质的空间波数 ，其中 是电磁波的频率， 是电磁波在介质中的传播速度，计算补偿相位采用下式：

[0092] （6）

[0093] 接着，用逐点补偿相位累积求和：

[0094] （7）

[0095] 在公式（7）中，每个收发通道对应的测量数据为 ，上标n指示快速扫描的次数， 、 分别表示在一次快拍内第m个收发组合的发射、接收天线位置。

[0096] 最后，在成像完成后，进行显示，就可以得到最终介质内部的成像结果，以达到检测的目的。

[0097] 如图2所示，本申请还提供了一种与上述方法相匹配的手持全息穿透成像雷达系统，该系统包括：手持雷达探头1、视觉定位单元、成像处理单元2以及扫描控制单元3；

[0098] 首先由扫描控制单元3分别向所述手持雷达探头1以及视觉定位单元发送探测指令；

[0099] 手持雷达探头1根据探测指令，在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据，并将回波数据作为探测数据发送至扫描控制单元3；

[0100] 在手持雷达探头1进行扫描的同时，视觉定位单元根据探测指令，记录雷达探头在待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化，并将多张位置图像作为定位数据发送至扫描控制单元3；

[0101] 扫描控制单元3将接收到探测数据以及定位数据发送至成像处理单元2；

[0102] 成像处理单元2根据上述的阵列扫描全息穿透成像方法对探测数据以及定位数据进行处理得到待探测区域表层下目标的成像结果，该过程上文中已经介绍，这里将不在赘述，并将成像结果发送至所述扫描控制单元3；

[0103] 最后，扫描控制单元3接收并显示成像结果。

[0104] 在本实施例中，手持雷达探头1为多发多收阵列集成雷达，包括微控制器、多通道射频收发芯片、射频开关、通信元件以及多个天线，其中多个天线集成在一个平面板上形成天线阵列。且每个天线都可由微控制器通过射频开关切换至发射或接收模式。当一个天线工作于发射模式时，其余天线则处于接收状态，通过分时切换收发，实现多发多收探测。

[0105] 在本实施例中，多发多收手持雷达探头1的天线阵列布局如图3所示，包含18个收发天线，工作于C波段。天线间距2cm，阵列范围6cm*8cm。以阵列的中心为原点，各天线在阵列内的局部坐标记为 ，式中上标 ，表示天线的编号，上标T表示矩阵转置运算。

[0106] 在雷达探头收到扫描控制模块的扫描指令后，微控制器首先将1号天线做发射、其余天线接收，形成1发17收的收发组合。然后切换2号天线为发射、其余天线接收，依次类推，遍历所有天线。去除重复的收发组合，共得到153个收发通道数据，记为一次快拍，通过通信接口传输至扫描控制模块。每个收发通道对应的测量数据为 ，上标n指示快拍的次数， 、 分别表示在一次快拍内第m个收发组合的发射、接收天线位置。

[0107] 在本实施例中，视觉定位单元包括摄像装置41、三个定标码元42以及一个定位码元43。其中，摄像装置41的摄像镜头正对待探测区域，并使其摄像范围包括全部的待探测区域。三个定标码元42分别设置于待探测区域边界左上角、左下角以及右上角。而定位码元43设置于手持雷达探头1背向介质表面一侧，这样定位码元43随手持雷达探头1一起运动，通过计算定位码元43的位置坐标以最终确定手持雷达探头1的位置坐标。

[0108] 在本实施例中，定标码元42以及定位码元43采用光学标记图案，包括环形编码标识、十字形编码标识、二维码标识。

[0109] 在其中一实施例中，定标码元42以及定位码元43采用二维码标识，则可以通过二维码检测技术从图像中检测得到定标码元42以及定位码元43的中心像素坐标。

[0110] 在本实施例中，扫描控制单元3为上位机。其中成像处理单元2可以是上位机中的调用程序，也可以是其他计算机设备，同时还可以以存储介质为载体。

[0111] 在利用手持全息穿透成像雷达系统对待探测区域进行探测时：

[0112] 首先将定标码元布置在待探测区域边界的左上角，右上角以及左下角，如图4所示，并且在图4中还显示出了本板内部预布置的目标形状，再将定位码元布置于手持雷达探头上，将摄像机设置在正对待探测区域的位置，并使其摄像范围包含整个待探测区域，接着启动扫描控制单元的初始化功能。

[0113] 接着将手持雷达探头放在被测介质表面，通过扫描控制程序启动扫描进程，手持着雷达探头在待探测区域表面以类似于“擦黑板”的动作模式移动，直到完成扫描区域的覆盖，扫描过程中，可通过扫描控制单元以及视觉定位单元对当前扫描过程进行监测。

[0114] 最后，在手持雷达探头完成整个探测区域的扫描后，将探测得到的回波数据发送至扫描控制单元，同时视觉定位单元也将记录有雷达探头移动过程的定位数据发送至扫描控制单元，通过扫描控制单元调用成像处理单元，对接收到的回波数据和定位数据根据上述的阵列扫描全息穿透成像方法进行处理，得到目标的最终的全景数据。

[0115] 在本实施例中，还给出了根据上述阵列扫描全息穿透成像方法以及手持全息穿透成像雷达系统对木板内部的预设目标进行成像实验。如图5所示，为由定位数据进行处理后得到的雷达探头在用坐标轴显示的全局位置上进行扫描过程中的移动轨迹。如图6所示，为根据上述阵列扫描全息穿透成像方法对定位数据以及探测数据进行处理后得到的融合成像结果，跟图4相比，可证明根据本文中提出的阵列扫描全息穿透成像方法以及手持全息穿透成像雷达系统可以清晰探测到位于介质内部目标的尺寸、位置、形状等，并均与预设目标相符，说明了本方法及系统的有效性。

[0116] 上述阵列扫描全息穿透成像方法以及手持全息穿透成像雷达系统中，多发多收雷达体制可大幅提高探测扫描速度，且视觉定位方案，省去了复杂机电扫描装置，大幅缩减了系统的体积重量，而阵列扫描全息穿透成像方法，消除了穿透成像雷达扫描对规则扫描轨迹的限制，实现了手持自由移动、快速扫描。所述多发多收阵列雷达结合空间扫描的系统方案，相比于直接采用大型阵列的方案，既保证了探测效果，又显著减小了系统规模，降低成本。本方法可应用于墙体穿透成像、藏匿物品探测、非金属材料无损检测等。

[0117] 应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

[0118] 在一个实施例中，如图7所示，提供了一种全息穿透成像装置，包括：探测数据获取模块200、定位数据获取模块210、位置坐标得到模块220和成像结果得到模块230，其中：

[0119] 探测数据获取模块200，用于获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0120] 定位数据获取模块210，用于获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0121] 位置坐标得到模块220，用于对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0122] 成像结果得到模块230，用于根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0123] 关于全息穿透成像装置的具体限定可以参见上文中对于阵列扫描全息穿透成像方法的限定，在此不再赘述。上述全息穿透成像装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

[0124] 在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种阵列扫描全息穿透成像方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

[0125] 本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

[0126] 在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

[0127] 获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0128] 获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0129] 对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0130] 根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0131] 在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

[0132] 获取探测数据，所述探测数据为具有多发多收阵列天线的雷达探头在介质表面的待探测区域内移动的同时进行连续多次快速扫描得到的回波数据；

[0133] 获取定位数据，所述定位数据为记录雷达探头在所述待探测区域内进行多次快速扫描时位置变化的多张位置图像，且每张位置图像分别对应一次快速扫描时雷达探头的位置变化；

[0134] 对所述定位数据进行处理得到雷达探头在进行每次快速扫描时待探测区域内的位置坐标；

[0135] 根据雷达探头每次快速扫描时的位置坐标以及对应的探测数据进行处理，得到所述待探测区域表层下目标的成像结果。

[0136] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

[0137] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0138] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。