基于微波全息三维成像的无损检测技术研究

Non-destructive testing (NDT) technique based on microwave holographic 3-D imaging is a kind of new imaging non-destructive testing and measuring technique. It uses microwave as detection method and obtains the 3D image of the object under test. Combining the pattern recognition and computer vision technique, the feature area classification and segmentation can be implemented which can be used for NDT. Compared with traditional testing technique, microwave possesses the advantage of high resolution, penetrability, high efficiency. This technique has no influence on the observed targets as it can use low power non-ionizing radiation. With the consideration of spherical wave, range attenuation, antenna pattern and motion error on the basis of the existing and the new proposed imaging mechanism, the research key points of this project is: 1)build the near/far filed microwave holographic 3-D imaging NDT analytical model, 2)propose the microwave holographic 3-D imaging NDT imaging reconstructed methods, 3)develop the 3D image feature classification, segmentation, information extraction and corresponding microwave 3D NDT methods, 4)perform microwave holographic 3-D imaging NDT experiments and result analysis. Develop the microwave holographic 3-D imaging NDT technologies with analytical and experiment research, all these will be very helpful for subsequent design and development to provide theory and method of the actual product support.

基于微波全息三维成像的无损检测技术是一种新型成像无损检测和测量技术，以微波作为探测手段，实现对被测件的三维成像，结合模式识别和计算机视觉等技术实现对被测件的特征区域分类和分割提取等，进而实现对被测件的微波三维无损检测。与传统检测方法相比，以微波作为探测手段，具有分辨率高、可穿透、高效率等特点，且采用低功率非电离辐射，对被测物体无任何影响。本项目针对已有和新提出的三维微波成像机制，考虑球面波、距离损耗、天线方向图和运动误差等多种因素的影响，(1)建立近/远场环境下的微波全息三维成像无损检测模型；(2)研究微波全息三维成像无损检测成像方法；(3)研究基于微波全息三维图像的目标特征分类、分割和自动提取，发展相应的微波三维无损检测处理方法；(4)开展微波全息三维无损检测成像试验与分析。通过理论分析和试验研究，发展微波全息三维成像无损检测技术，为后续实际产品的设计与研发提供理论与方法支撑。

微波全息三维成像和特征提取是无损检测技术的关键因素。项目重点研究了全息三维成像中目标物体的高度重建和信号特征的提取算法。为了重建目标物体的高度，首先从圆形SAR的观测数据中构成造一系列的2-D SAR图像，然后使用1-D参数估计的方法来估计目标物体的高度。通过预估方位-距离2-D成像区域中每个像素的反射率特征，所得到的每个像素的有效方位角就可以用于聚焦每个通道中的地面2-D图像；然后利用网格偏差稀疏贝叶斯推断方法进行高度重建，实现物体的三维成像。在数据的特征提取方面，为了在增强尺度分辨率的同时提高单一类型特征的鲁棒性，提出了一种基于小波域的尺度能量密度特征和时域上的统计特征的联合特征提取方案。实验结果表明，项目提出的算法所重建的目标物体的误差仅是其他方法重建误差的50%。本研究不仅为微波全息三维成像无损检测技术的后续研究奠定了坚实的理论基础，而且也为后续实际产品的设计与研制提供理论方法和试验方法。