太赫兹人体隐藏目标复合散斑机理及增强成像研究

Terahertz imaging has been evolved as a promising technique for person-borne concealed object detection during the past decade. Despite the theoretical potential of terahertz in providing a safe, through-barrier imaging technique, it still suffers from some practical challenges. The relatively weak echo of concealed object tend to be masked by the combined layered media attenuations, fluctuations and distortions due to scattering from rough surfaces, and other effects. All effects combine to make it very difficult for terahertz imaging to be developed as a practical technique for this application(person-borne concealed object detection). Our view is that the image enhancement method based on compound speckle features may be a valuable technique for distinquishing concealed object. This project will carry on theoretical and experimental studies on electromagnetic scattering model and terahertz echo model of person-borne concealed object, as well as on the relationship between the model parameter and the statistical parameter of compound speckle feature. The extraction of the geometry shape and physical characteristics from the compound speckle feature will also be explored. Moreover, the enhancement of terahertz coherent imaging for person-borne concealed object detection based on compound speckle feature will be investigated. Finally the enhancement method will be experimentally verified and validated with the terahertz coherent imaging system.

近10年来理论研究及实验表明太赫兹具有对人体隐藏目标成像的潜能。但是，同皮肤/衣服等背景物体相比，隐藏目标的散射相对微弱，在分层介质遮挡、粗糙表面散射的共同作用下，回波信号中的隐藏目标信息被污染甚至被掩盖，导致在安防等实际应用中隐藏目标太赫兹成像及检测的困难。如何利用太赫兹独特的性能来解决隐藏目标成像的实际问题，是公共安全、反走私等人体检测的研究热点。本项目拟构建人体隐藏目标太赫兹电磁散射模型及回波信号模型，掌握在不同频率、不同视角下模型参数与散斑统计特征参数之间的关系，提取复合散斑中蕴含的目标几何形状/物理特性等信息；以多视角大带宽人体隐藏目标太赫兹相干成像为研究对象，利用复合散斑特征中的有用信息，开展太赫兹人体隐藏目标图像增强研究。研究成果将应用在项目组自研的成像平台上，以期获得隐藏目标清晰的人体成像结果。

太赫兹波对衣物具有良好的穿透性，对人体无致电离辐射，是适合于人体安检成像的理想工作频率之一。针对隐藏目标检测的太赫兹雷达成像系统适用于人流密集的公共场所中潜在威胁的快速检测，在公共安全领域有重大的应用价值。但太赫兹人体安检雷达成像结果中的人体和衣物杂波以及散斑效应极大地影响了对隐藏违禁品的检测和识别性能。对人体隐藏目标成像结果缺乏深入理解成为了制约太赫兹人体安检雷达成像系统从实验室走向实用的重要障碍之一。本项目开展的主要工作和结论如下：.（1）开展太赫兹雷达成像模拟研究。构建了适用于复杂阵列构型的近场成像模拟框架。提出了一种基于近场物理光学法的近场MIMO成像模拟方法，分析了阵列的照射特性对成像结果的影响，并利用基于0.14THz近场MIMO成像实验，验证了成像模拟方法的有效性。利用基于快速多极子的SIMO近场成像模拟方法，对粗糙介质面遮挡下的目标进行成像模拟，分析了粗糙介质面的介电特性和粗糙纹理对成像结果的影响。.（2）开展太赫兹全息散斑模型研究。提出了一种适用于等效散射中心个数很小条件下的部分发育散斑模型。该模型建立了在镜面反射条件下散斑对比度与高斯粗糙面均方根高度、相关长度以及毫米波全息成像分辨率之间的定量关系，并利用基于近场物理光学的成像模拟方法验证了该模型的有效性。.（3）开展太赫兹全息雷达成像中的散斑抑制方法研究。提出了一种利用角度多样性的太赫兹阵列雷达成像散斑抑制方法。该方法基于角度旋转对散斑强度图样的去相关特性，快速获取多张相关视角下的单视成像结果，通过图像旋转校正和多视处理，抑制散斑，并利用基于0.34THz的MIMO阵列雷达成像系统进行了验证。该方法在不恶化成像分辨率的条件下，降低了散斑对比度，有效地抑制了太赫兹阵列雷达中的散斑噪声。