一种太赫兹调频连续波快速成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种太赫兹调频连续波快速成像系统及方法，系统包括：依次设置的太赫兹调频连续波源、准直镜、聚焦镜和二维平移台，以及与太赫兹调频连续波源和聚焦镜二维平移台连接的中央控制器；太赫兹调频连续波源发射的太赫兹波束经过准直镜准直再经聚焦镜聚焦后垂直入射到固定在二维平移台的样品上，从样品反射面反射的信号被太赫兹调频连续波源接收并发送给中央控制器；中央控制器用于控制二维平移台进行匀速的光栅扫描式运动并对采集到的反映了被测样品信息的中频信号进行处理后获得被测样品的太赫兹图像。本发明专利技术通过同时控制平移台的连续移动与探测器信号实时采集，实现实时快速成像，并通过太赫兹准直‑聚焦镜系统实现高质量高分辨率成像。

A terahertz FM CW fast imaging system and method

The invention discloses a terahertz FM continuous wave fast imaging system and method, which comprises a terahertz FM continuous wave source, a collimator, a focusing mirror and a two-dimensional translation platform in turn, a central controller connected with the terahertz FM continuous wave source and a two-dimensional translation platform of the focusing mirror, and a terahertz beam emitted by a terahertz FM continuous wave source collimates through a collimator and passes through it. After focusing, the focusing mirror is incident vertically on the sample fixed on the two-dimensional translation table, and the signal reflected from the sample reflector is received by the terahertz frequency modulation continuous wave source and sent to the central controller. The central controller is used to control the two-dimensional translation table to carry out uniform raster scanning motion and to process the collected IF signal reflecting the information of the measured sample to obtain the Tai of the tested sample. Hertz image. The invention realizes real-time fast imaging by simultaneously controlling the continuous movement of the translation platform and real-time acquisition of detector signals, and realizes high quality and high resolution imaging through terahertz collimation and focusing lens system.

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹调频连续波快速成像系统及方法
本专利技术属于太赫兹成像
，更具体地，涉及一种太赫兹调频连续波快速成像系统及方法。
技术介绍
目前的太赫兹成像技术主要分为脉冲式成像和连续波成像。一般而言脉冲式成像的系统成本高(需要飞秒激光器作为泵浦源)，体积大，成像速度慢。而目前已知的太赫兹连续波扫描成像技术所采用的扫描成像方式为平台每移动一个步长进行一次数据采集。这样一来，在成像过程中，平台将反复地经历变速、停顿的过程，造成较长扫描时间，减慢成像速度；且传统的连续波成像技术难以获得较高的信噪比。现有的成像系统的种种不足限制了太赫兹成像技术在工业无损检测、生物医学检查领域的广泛应用。
技术实现思路
现有技术中的太赫兹调频连续波成像技术中所采用的扫描方法是平移台移动一个扫描步长进行一次数据采集，这样平移台在扫描过程中要反复经历加速减速过程，大大地影响了扫描速度；针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种太赫兹调频连续波快速成像系统及方法，旨在解决现有技术中由于平移台在扫描过程中要反复经历加速减速过程导致成像速度慢的问题。本专利技术提供了一种太赫兹调频连续波快速成像系统，包括：依次设置的太赫兹调频连续波源、准直镜、聚焦镜和二维平移台，以及与所述太赫兹调频连续波源和所述聚焦镜二维平移台连接的中央控制器；所述太赫兹调频连续波源发射的太赫兹波束经过所述准直镜准直再经所述聚焦镜聚焦后垂直入射到固定在所述二维平移台的样品上，从所述样品反射面反射的信号被所述太赫兹调频连续波源接收并发送给所述中央控制器；所述中央控制器用于控制所述二维平移台进行匀速的光栅扫描式运动并对采集到的反映了被测样品信息的中频信号进行处理后获得被测样品的太赫兹图像。更进一步地，所述太赫兹调频连续波源包括：集成于一体的发射器、接收器和混频器；所述发射器用于发射太赫兹波束，所述接收器用于接收从所述样品反射面反射的信号，所述混频器用于对所述接收器接收到的信号进行混频处理后输出给所述中央控制器。其中，所述二维平移台上的样品置于所述聚焦镜的焦平面处。更进一步地，中央控制器控制所述二维平移台进行单行连续扫描。更进一步地，准直镜为高分子聚合物透镜，孔径光阑为4英寸，焦距为100mm；所述聚焦镜为高分子聚合物透镜，孔径光阑为3英寸，焦距为50mm。本专利技术还提供了一种基于上述的太赫兹调频连续波快速成像系统的成像方法，包括下述步骤：太赫兹调频连续波源发射的太赫兹波束经过准直、聚焦后垂直入射到样品上；控制所述样品进行匀速的光栅扫描式运动，并实时采集从样品反射的中频信号；对所述中频信号进行处理后获得被测样品的太赫兹图像。更进一步地，控制所述样品进行匀速的光栅扫描式运动具体为：(1)控制电机运行到扫描的初始位置；(2)控制电机沿着扫描的行方向进行匀速运动并实时返回当前位置；(3)控制电机回到行初始位置，并沿扫描纵向前进一个扫描步进后返回至步骤(2)直至扫描结束。更进一步地，对所述中频信号进行处理具体为：通过截取时间轴上一个周期的数据来对所述中频信号进行加窗处理；对加窗后的数据依次进行非线性校正、傅里叶变换以及中值滤波处理后获得被测样品的太赫兹图像。通过本专利技术所构思的以上技术方法，与现有技术相比，本专利技术通过同时控制平移台的连续移动与探测器信号实时采集，实现实时快速成像，并通过太赫兹准直-聚焦镜系统实现高质量高分辨率成像。本专利技术用“连续扫描-电机位置触发数据存储”的扫描方式替换了“移动-采集-移动”式扫描使得扫描速度大大提高；此外，还引入了准直-聚焦镜系统缩小了辐射在样品处的光斑，提高了成像质量。。本太赫兹调频连续波快速成像技术，通过反射成像技术，实现对样品的反射扫描，获得对样品对太赫兹波的反射信息进而获得关于样品内部信息的三维矩阵，可以广泛地应用于工业无损检测以及公共安全领域。附图说明图1为本专利技术实施例提供的太赫兹调频连续波快速成像系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的太赫兹调频连续波快速成像方法中扫描路径示意图。图中：1为太赫兹收发一体化调频连续波源，2为太赫兹准直镜，3为太赫兹聚焦镜，4为二维步进电机平移台，5为中央控制器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方法及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出了一种快速太赫兹调频连续波扫描成像方法，通过对接收到的回波中频信号进行加窗处理，截取其时间轴上的一个周期(这样可以减小对采样数的要求，也即减小了采样时间)；再做傅里叶变换从而获得稳定的太赫兹回波混频信号频域谱；在成像过程中，样品固定在二维步进电机平移平台上，通过控制步进电机平移台连续移动实现样品位置改变，信号波聚焦垂直入射到样品处，通过改变样品位置实现扫描成像。扫描过程中，二维步进电机平移台移动速度稳定，无停顿。所用的太赫兹调频连续波源将发射器与接收器集成为一体，根据平移台相应位置记录相应的探测波与回波的混频输出信号，得出样品的太赫兹反射式扫描成像结果。本专利技术提供的太赫兹调频连续波快速成像系统包括：太赫兹调频连续波源、太赫兹准直镜、太赫兹聚焦镜二维平移台以及中央控制器；其中，太赫兹调频连续波源将发射器、接收器和混频器集成于一体，实现小型化。从太赫兹调频连续波源发射出来的太赫兹波束经过太赫兹准直镜准直后再经太赫兹聚焦镜聚焦，垂直入射到固定在二维平移台上样品。从反射面反射的信号，被接收器接收并送入混频器。中央控制器的作用是控制二维步进电机平移台进行匀速的光栅扫描式运动并对采集到的反映了被测样品信息的中频信号进行加窗、非线性校正、傅里叶变换以及中值滤波处理从而被测样品的太赫兹图像。为获得高的信噪比和高的分辨率，二维步进电机平移台上的样品须置于太赫兹聚焦镜的焦平面处。本专利技术提出了一种快速太赫兹调频连续波成像的方法，方法通过太赫兹聚焦准直镜系统将信号波聚焦垂直入射到样品处，通过改变样品位置实现扫描成像，因此需要将样品固定于二维步进电机平移台上，通过控制平移台连续移动使得样品位置改变。扫描过程中平移台运动保持匀速，当位置达到触发数据存储的条件时记录相应位置处的探测波与回波的混频输出信号。对混频信号进行相关的数据处理便可以得出样品的太赫兹反射扫描成像结果。本专利技术的技术方法实现如下所述：本太赫兹调频连续波成像系统包括太赫兹收发一体化调频连续波源1、太赫兹准直镜2、太赫兹聚焦镜3、二维步进电机平移台4以及中央控制器5；通过Labview软件编程控制平移台的连续移动和探测器信号实时采集，实现快速成像。对中频信号进行处理时采用了时间轴截断的方法，从而获得更高质量的太赫兹成像结果。下面通过附图和一个具体实例，进一步详细说明本专利技术。本专利技术实现方式中太赫兹收发一体化调频连续波源的扫频范围为120GHz～140GHz，其输出功率为1mW。由于从喇叭口天线发出来的太赫兹波束的发散角比较大，直接用于成像的话分辨率非常低。因此我们需要对之进行准直-聚焦，以获得较好的聚焦太赫兹波束。准直镜选择高分子聚合物(HDPE)透镜，孔径光阑为4英寸，焦距为100mm；聚焦镜选择高分子聚合物(HDPE)透镜，孔径光阑为3英寸，焦距为50mm。摆放二维步进电机平移台是的样品处于聚焦镜像方焦平面处，扫描方式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹调频连续波快速成像系统，其特征在于，包括：依次设置的太赫兹调频连续波源、准直镜、聚焦镜和二维平移台，以及与所述太赫兹调频连续波源和所述聚焦镜二维平移台连接的中央控制器；所述太赫兹调频连续波源发射的太赫兹波束经过所述准直镜准直再经所述聚焦镜聚焦后垂直入射到固定在所述二维平移台的样品上，从所述样品反射面反射的信号被所述太赫兹调频连续波源接收并发送给所述中央控制器；所述中央控制器用于控制所述二维平移台进行匀速的光栅扫描式运动并对采集到的反映了被测样品信息的中频信号进行处理后获得被测样品的太赫兹图像。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹调频连续波快速成像系统，其特征在于，包括：依次设置的太赫兹调频连续波源、准直镜、聚焦镜和二维平移台，以及与所述太赫兹调频连续波源和所述聚焦镜二维平移台连接的中央控制器；所述太赫兹调频连续波源发射的太赫兹波束经过所述准直镜准直再经所述聚焦镜聚焦后垂直入射到固定在所述二维平移台的样品上，从所述样品反射面反射的信号被所述太赫兹调频连续波源接收并发送给所述中央控制器；所述中央控制器用于控制所述二维平移台进行匀速的光栅扫描式运动并对采集到的反映了被测样品信息的中频信号进行处理后获得被测样品的太赫兹图像。2.如权利要求1所述的太赫兹调频连续波快速成像系统，其特征在于，所述太赫兹调频连续波源包括：集成于一体的发射器、接收器和混频器；所述发射器用于发射太赫兹波束，所述接收器用于接收从所述样品反射面反射的信号，所述混频器用于对所述接收器接收到的信号进行混频处理后输出给所述中央控制器。3.如权利要求1或2所述的太赫兹调频连续波快速成像系统，其特征在于，所述二维平移台上的样品置于所述聚焦镜的焦平面处。4.如权利要求1-3任一项所述的太赫兹调频连续波快速成像系统，其特征在于，所述中央控制器控制所述二维平...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振刚，游承武，王可嘉，刘劲松，崔崚岳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42