[科普中国]-微波图像

简介

微波图像是利用微波辐射的反射波来进行成像。微波辐射反映地物的温度特征，分辨率较低。解译时除要应用一般图像解译的一些要素外，还要了解有关地物(来自天空和大气的)的反射率和地物的发射率和散射率。此外了解微波辐射的极化、时间、波谱的变化也有助于地物的解译。1

由于水体是微波辐射十分理想的反射体，在微波图像上表现为浅色调，广泛应用于探测海上冰层、洋流和陆地上的水体、冰雪、土壤含水性、城市环境研究、绘制土地利用图等。2

发展简史微波图像的发展总是宇微波图像传输系统的发展紧密相连。

第一代远程微波图像传输系统，诞生于90年代初期的模拟调频FM体制，这类产品的工作频率在L波段。这是最早的模拟微波图像传输系统。 随着技术的发展 后来进一步出现了工作于KU波段的图像传输系统。

第二代微波图像传输系统，可以实现点对点和点对多点的数字化无线图像传输网络。 结合数字化 、 网络化和智能化的综合管理软件含有遥控PT存储浏览监看网络化传输等功能且基于S结构的分布式平台构成了一整套的无线智能化数字图像监控传输系统而且可以轻易地 与有线数字系统集成在一个平台、进一步构建一个有线 无线相统一的综合性监控系统

第三代微波图像传输系统，从理论上解决了多径反射和高速移动情况下的多普勒频移造成的符号串扰使得设备具备了高速移动下的非视距传输功能，使得监控中心在监控固定点图像的同时可以实现对于移动指挥车或者巡逻车的流动监控。3

特点1. 在一定程度上彻底解决了电磁波多径效应对于数字信道造成的误码，从而保证了传输信道的带宽，确保传输高质量图像所需要的数据通道带宽。

2. 采用特殊技术处理，消除了物体运动过程中的多普勒效应，使设备实现了动中通的实际效果。

3. 采用 MPEG-2 的编解码方式，使得图像本身具备连续和清晰的特点，在图像质量上有了质的飞越。

4. 数字化的调制信道，使得接收灵敏度大大提高，对于实际应用来说，传输距离得以大幅度延长，使得技术完全可以进入实际应用。

5.数字化的编码，有利于加密的实现，这一点对于军警应用尤其重要。

6. 投资少，相对于卫星图像传输系统投资成本要低很多。
7. 使用灵活方便，不需提前2小时进行信道申请。34

应用微波CT该技术的微波成像原理是:将成像区域内的每一个分辨单元视为一个辐射点,首先得到某辐射点在各角度下的辐射功率,将这些功率相加即可得到该辐射点的总辐射强度。求出该目标成像区域内所有辐射点的辐射功率强度,对这些功率归一化后逐个描点,即可得到成像区域的灰度图。

从发射出来的微波作用到生物体，将有(1)直射穿过生物组织的波，又称为透射波；(2)经生物体衍射和反射从斜偏方向入射来的波；(3)投射到生物体内部的微波激励生物组织，发出属于微波范围的电磁波。以上三种方式的电磁波都将在接收天线上反映出来， 并被信号检测装置检测出来，用以构成不同形式的微波CT。基于(1)工作原理的微波CT[8]称为透射型CT，基于(2)工作原理的微波CT称为衍射型CT，以上两种又统称为主动型CT。基于(3)工作原理的CT称为被动型CT。

微波CT的硬件系统所发射出的微波作用到生物体之后，使生物体的电学参数如介电常数和电导率发生了变化，数据采集部件把这些表示电学参数变化的电信号进行捕捉、放大、数字化后存入计算机，此后的工作就是计算机采用一定的算法，建立相应的数学模型对这些数据进行分析、处理，进而进行图像重建，显示生物体内的图像。建立怎样的数学模型，采取什么样的算法才能更好地重建图像，是从事微波CT 研究的一个焦点问题。

微波CT与X射线CT、核磁共振CT、超声CT相比有着以下的优点: (1)由于微波的吸收主要取决于组织的电导率，为此，同X线CT相比，微波CT对软组织中的肌肉、脂肪之类电导率明显不同的组织更具识别能力; (2)由于癌组织与正常组织的微波衰减常数之差远远大于X射线吸收系数之差，微波CT与X射线CT相比更容易分辨出癌组织; (3)与超声CT相比，因为超声波在空气多的组织中衰减很大，一般不能获得肺内部图像，而微波在空气中的衰减很小，容易获得肺内部图像; (4)微波成像其技术源于通讯技术，采用低功率探测辐射，属于非电离辐射，不像X射线那样具有较强的损伤性，属于无损成像，具有较高的安全性; (5)与核磁共振相比，除具有无损成像的安全性之外，它的造价低廉，容易推广

SAR技术该技术的核心在于微波图像的获得。其成像的一般原理是利用宽带信号技术来获得目标散射中心在距离上的高分辨率,然后利用运动目标的多普勒信息,获得散射中心在横向距离上的高分辨率。两者相结合就可以获得对目标的二维或三维分辨率,从而使目标的多维高分辨率成像得以实现。

微波图像的获得主要是通过空间微波成像雷达。空间微波成像雷达有真实孔径成像雷达与合成孔径成像雷达之分,二者均为侧视雷达。真实孔径的空间分辨率较低(约为1km～2km 量级) ,但是比较简单和经济,对于一些大规模自然现象的观测(例如冰山定位,海冰分布和海面风场测量,热带气旋和水下地震引起的海啸探测等)也是有效的。合成孔径成像雷达则有高得多的空间分辨率(可达数米以下) ,是一种全天候、全天时的高分辨率微波遥感成像雷达。SAR是运动的雷达对固定的目标和地表成像，ISAR通常是指地面雷达对空中运动的目标成像。

注意事项微波图像应用设备在使用中有一些注意事项需要遵守。

1.产品选型首先要考虑国家的相关法律法规。对于无线设备尤其是固定点监控使用的无线微波设备必须具备国家无委会颁发的《无线电发射设备型号核准证》。

2.工程应用过程中，一定要注意室外防雨和防雷。

3.电源铺设过程中，一定要注意弱电和强电分开走线，确保系统的稳定性。

4.天线的安装和架设，一定要牢固可靠，至少具有防6级风的能力。