[實用新型]基于三維Radon變換的太赫茲層析成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022921657.5
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN213875421U
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李昌勇;牛麗婷;劉智城;何穎君;李天樂;朱偉玲
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東石油化工學(xué)院
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581
• 代理公司: 深圳市華盈知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44543
• 代理人: 王松柏

本實用新型公開了一種基于三維Radon變換的太赫茲層析成像系統(tǒng)，成像系統(tǒng)包括沿太赫茲波束光路傳輸方向設(shè)置的太赫茲發(fā)射源、樣品臺、波束轉(zhuǎn)換單元、太赫茲探測陣列、支撐架、升降架，樣品臺通過垂直軸旋轉(zhuǎn)步進電機設(shè)置在支撐架上；波束轉(zhuǎn)換單元包括第一衍射光學(xué)元件和第二衍射光學(xué)元件；升降架上設(shè)有升降步進電機，升降步進電機的輸出軸上連接有水平軸旋轉(zhuǎn)步進電機，水平旋轉(zhuǎn)步進電機的輸出軸連接有U形架。本實用新型的基于三維Radon變換的太赫茲層析成像系統(tǒng)具有成像穩(wěn)定性好、成像時間短、成像分辨率高和成像景深大的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及太赫茲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于三維Radon變換的太赫茲層析成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太赫茲(Terahertz, THz)波在電磁波譜中介于微波和紅外波之間，兼具了微波和紅外波的特點。太赫茲波能穿透絕大多數(shù)介電材料（如：紙張、木材、針織物等）和非極性液體。電磁波譜中的X射線、紅外波和微波均被廣泛應(yīng)用于各種成像系統(tǒng)中，針對同種材料，太赫茲波的穿透能力優(yōu)于紅外波；當成像原理相同時，太赫茲成像的分辨率高于微波。太赫茲波具有極低的光子能量，不會引起有害的電離反應(yīng)，相比于X射線成像系統(tǒng)具有安全性。因此太赫茲成像可以作為現(xiàn)有成像技術(shù)的補充，應(yīng)用于無損檢測、安全檢查和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。2002年，張希成院士首先結(jié)合X射線CT技術(shù)和太赫茲成像技術(shù)提出了太赫茲計算機層析成像（Computer Tomography, CT）系統(tǒng)。現(xiàn)有的太赫茲波CT均采用了會聚的線形波束對樣品進行光柵掃描，采集數(shù)據(jù)的具體方式如下：太赫茲發(fā)射源出射的太赫茲波束首先經(jīng)過凸透鏡或離軸拋物面鏡被會聚成入射到樣品上的一個面，通過樣品的透射波束再次經(jīng)過凸透鏡或離軸拋物面鏡被會聚到探測器中。樣品被固定在包含兩個直線步進電機和一個旋轉(zhuǎn)步進電機的位移平臺上，要想獲得樣品的3D圖像，需要樣品在與波束傳播方向垂直的平面內(nèi)進行二維平移和樣品與波束之間的相對旋轉(zhuǎn)。

2019年，中國實用新型專利申請CN110057786A設(shè)計了一種基于太赫茲波的成像系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)可以實現(xiàn)二維太赫茲透射成像、基于二維Radon變換和基于三維Radon變換的三維層析成像。這種集成化設(shè)計有效降低了成像系統(tǒng)的制作成本，減少了成像系統(tǒng)的占用空間。

以上涉及的太赫茲波CT成像系統(tǒng)采用光柵掃描方式進行數(shù)據(jù)采集。具體實施方式又可以分為等距離間隔和等時間間隔兩類。如果按等距離間隔進行數(shù)據(jù)采集，則需要樣品和波束每一次相對平移都停止下來采集一次數(shù)據(jù)，耗時非常久。因此常用的實施方式為等時間間隔進行數(shù)據(jù)采集，即便如此，耗時依然是限制太赫茲CT推廣的一個關(guān)鍵因素（比如獲取一個橫截面的投影數(shù)據(jù)耗時45 min）。此外，步進電機的加速和減速會導(dǎo)致采集的投影數(shù)據(jù)與理想投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯位。樣品與波束的相對平移會導(dǎo)致成像系統(tǒng)不穩(wěn)定。采用振鏡替換直線步進電機可以有效地減少數(shù)據(jù)采集時間，但振鏡振動依然存在加速和減速過程，得到的投影數(shù)據(jù)與理想投影數(shù)據(jù)間依然存在錯位。現(xiàn)有的成像系統(tǒng)器件繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，搭建系統(tǒng)所需成本較高。

2020年，中國實用新型專利申請CN111208095A提出扇形束太赫茲CT，不僅能有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除重建圖像與真實物體之間的錯位，而且能顯著地減少成像時間。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種基于三維Radon變換的太赫茲層析成像系統(tǒng)，具有成像穩(wěn)定性好、成像時間短、成像分辨率高和成像景深大的特點。

本實用新型可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：