[發(fā)明專利]一種單象素太赫茲相機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910219487.1
• 申請日: 2009-12-14
• 公開（公告）號: CN101738380A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王民鋼;梁志毅;閆杰;楊堯;馬駿;符文星
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單象素太赫茲相機(jī)，屬于太赫茲成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的太赫茲成像技術(shù)有：(1)使用光電導(dǎo)偶極子的T射線常規(guī)成像技術(shù)；(2)使用CCD攝像機(jī)的電光T射線成像技術(shù)；(3)使用單周期脈沖T射線通過時間反演進(jìn)行物體重構(gòu)的成像技術(shù)；(4)利用基爾霍夫移動的T射線反射成像技術(shù)；(5)動態(tài)孔徑和暗場T射線成像技術(shù)；(6)T射線計算機(jī)層析成像技術(shù)；(7)T射線衍射層析成像技術(shù)；(8)T射線顯微鏡成像技術(shù)，利用近場技術(shù)等手段，分辨率可以達(dá)到微米；(9)50m-200m的T射線成像技術(shù)。

已申請的相關(guān)專利有：

(1)一種連續(xù)波太赫茲實時成像裝置，公開(公告)號：CN201141981

(2)一種連續(xù)波太赫茲實時成像裝置及其方法，公開(公告)號：CN101251492

(3)一種太赫茲波探測器、探測系統(tǒng)及探測方法，公開(公告)號：CN101377462

現(xiàn)有的THz成像方法，歸納起來有三個不足：

(1)目前所產(chǎn)生的脈沖THz波的平均功率只有納瓦到微瓦數(shù)量級，對于單點探測可以達(dá)到105或更高的信噪比，但是實時二維成像的信噪比卻很低。成像要獲得更高的信噪比，需要有功率更高的輻射源。

(2)目前THz二維成像方法主要是采用掃描(光源掃描或目標(biāo)物體移動掃描)或陣列探測器成像。

(3)整套THz時域光譜系統(tǒng)及成像系統(tǒng)的設(shè)備價格過于昂貴，不利于推廣?，F(xiàn)在連續(xù)THz成像系統(tǒng)大約需要5-15萬美元，脈沖THz成像系統(tǒng)需要20-100萬美元。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種單象素太赫茲相機(jī)，

本發(fā)明的思想在于：基于近年來興起的Compressive?Sensing(簡稱CS)理論，采用單點太赫茲探測器實現(xiàn)二維太赫茲成像的新技術(shù)。CS理論基于信號的稀疏特性，通過隨機(jī)采樣模板將高維信號壓縮投影到低維空間，再將一系列低維信號恢復(fù)出原信號。單點THz探測器成像系統(tǒng)是由THz光學(xué)投影系統(tǒng)和THz探測成像系統(tǒng)共同組成的一個復(fù)合型光機(jī)系統(tǒng)。

技術(shù)方案

一種單象素太赫茲相機(jī)，其特征在于包括太赫茲發(fā)射器1、擴(kuò)束鏡2、樣品臺3、隨機(jī)模板4、會聚鏡5、太赫茲接收器6、A/D轉(zhuǎn)換器7、計算機(jī)主機(jī)9、顯示屏8和自動換模機(jī)構(gòu)10；在太赫茲發(fā)射器1與太赫茲接收器6之間構(gòu)成一直線光路，光路中自太赫茲發(fā)射器1開始依次設(shè)有擴(kuò)束鏡2、樣品臺3、隨機(jī)模板4和會聚鏡5；太赫茲接收器6的輸出端聯(lián)接A/D轉(zhuǎn)換器7，A/D轉(zhuǎn)換器7的輸出端口連接計算機(jī)主機(jī)9。

隨機(jī)模板4連接自動換模機(jī)構(gòu)10，自動換模機(jī)構(gòu)10聯(lián)接計算機(jī)主機(jī)9的信號輸出端口。

所述的自動換模機(jī)構(gòu)10包括控制機(jī)構(gòu)11、電機(jī)12、傳動機(jī)構(gòu)13、主動軸16、隨機(jī)模板撥插裝置15和從動軸18；控制機(jī)構(gòu)11的輸入端與計算機(jī)聯(lián)接，控制機(jī)構(gòu)11的輸出端聯(lián)接電機(jī)12，電機(jī)12通過傳動機(jī)構(gòu)13控制主動軸16，主動軸16上固定隨機(jī)模板撥插裝置15，并通過隨機(jī)模板撥插裝置15與隨機(jī)模板4相連接；隨機(jī)模板4首尾相連形成環(huán)狀，纏繞在主動軸16、從動軸18上。

在主動軸16上設(shè)有擠壓隨機(jī)模板4的主動軸壓板輪14，在從動軸18上設(shè)有擠壓隨機(jī)模板4的從動軸壓板輪17。

一種利用上述的單象素太赫茲相機(jī)得到圖像的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：太赫茲發(fā)射器發(fā)出的電磁波脈沖經(jīng)過擴(kuò)束鏡和被測物體后，產(chǎn)生一個從場景中外來光場的N像素采樣樣本；

步驟2：采用隨機(jī)模板Φ_m對像素采樣樣本進(jìn)行調(diào)制編碼，產(chǎn)生一個從原始整幅圖像獲取的隨機(jī)變換電磁脈沖信號；所述的隨機(jī)模板Φ_m為產(chǎn)生該像素采樣樣本隨機(jī)模板對應(yīng)的矩陣，利用數(shù)學(xué)工具matlab?7.0中的rand()函數(shù)，生成一個m×m的矩陣，然后將大于等于0.5的元素用1代替，小于0.5的元素用0代替，即可得到上述的只含0和1元素(用來表示透光和不透光的單元)的隨機(jī)矩陣。

步驟3：太赫茲接收器將隨機(jī)變換的電磁脈沖信號轉(zhuǎn)化為電壓信號y(m)＝Φ_m(n)x(n)，其中：x(n)表示從場景中外來光場的N像素采樣樣本，Φ_m(n)為隨機(jī)模板對應(yīng)的只含0、1元素的矩陣。

步驟4：將步驟3的電壓信號轉(zhuǎn)換后得到對應(yīng)本次隨機(jī)模板的數(shù)字電壓信號；

步驟5：更換隨機(jī)模板后重復(fù)步驟1～4，共更換隨機(jī)模板450次以上，得到由450次以上的y(m)形成的測量向量y；