一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法技术方案

本申请公开了一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法，其系统通过采用单像素的散斑图对经待测目标物反射的太赫兹波束进行调制，并获得每张单像素的散斑图对应的太赫兹波束的光场强度值，就可以很快地获取到成像数据，大大提高数据采集效率，缩短成像时间，采用单像素成像对环境与硬件要求均低。同时，结合太赫兹波的强穿透力及检测能力，使得系统成像分辨率与检测效率均大大提高，可以对多种物体表面或内部进行高质量成像与检测，实用性广。

【技术实现步骤摘要】
一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法
本申请涉及太赫兹检测
，尤其涉及单像素太赫兹检测系统及其采用这个系统的图像获取方法。
技术介绍
在电磁波频谱上，太赫兹波的频率在0.1-10THz范围内，波长在3μj到1000μj之间，是一种介于微波与红外线之间的电磁波。太赫兹波辐射对人体的伤害是X射线的几千分之一，对人体几乎不造成伤害，因此可用于安检领域。目前，高铁站、机场等公共场所的安检通常需要两步：被检人员先通过金属安检门(目前大多数安检门是基于X射线)，随后其全身被工作人员用手持式金属探测器进行二次扫描检测。与常规安检方式不同，太赫兹波的穿透能力很强，它不仅能探测到金属，人体携带的非金属、胶体、粉末、陶瓷、液体等危险物品也能同时被识别，而且太赫兹安检只需要一次检测即可完成安检任务，因此这种安检方式是一种非常高效的安检方式，在实际生活中具有巨大的应用价值。在利用太赫兹波技术进行安检时，对被检人员进行高质量的成像是安检过程中至关重要的一步。目前常用的太赫兹成像技术主要有两种：逐点扫描和焦平面阵列成像，但是这两种成像方式应用起来图像数据获取效率导致成像时间长，同时，成像分辨率较低，而且对硬件要求高。
技术实现思路
本申请提供了一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法，用于解决现有的成像技术中图像数据获取效率、成像时间长、成像分辨率低以及对硬件要求高的技术问题。有鉴于此，本申请第一方面提供了一种单像素太赫兹检测系统，包括：激光源、空间光调制器、投影透镜、太赫兹波源、太赫兹波成像透镜、光控太赫兹波调制器、太赫兹波会聚透镜与太赫兹波强度探测器；所述激光源用于产生激光光束后向所述空间光调制器射入；所述空间光调制器用于按照预先存储的单像素的散斑图序列依次加载其中的散斑图，同时，通过限制其相对于所述激光源之间的相对位置从而使得射入所述空间光调制器的所述激光光束完全覆盖所述散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制并输出调制后的激光光束；所述投影透镜用于接收经所述空间光调制器输出的所述激光光束，并将所述激光光束投射至所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；所述太赫兹波源用于产生太赫兹波束后向待测目标物照射；所述太赫兹波成像透镜用于对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并通过限制其相对于所述光控太赫兹波调制器的相对位置，从而使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；所述光控太赫兹波调制器用于对所述太赫兹波束进行调制后，向所述太赫兹波会聚透镜输出经调制后的太赫兹波束；所述太赫兹波会聚透镜用于对所述太赫兹波束进行会聚；所述太赫兹波强度探测器用于获取经所述太赫兹波会聚透镜会聚后的太赫兹波束的光场强度值。优选地，所述激光源与所述空间光调制器之间设有激光扩束镜，用于对所述激光源产生的激光光束进行扩束。优选地，所述激光扩束镜与所述空间光调制器之间设有孔径大小可调的光阑，用于限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。优选地，还包括定时器，所述定时器用于设定所述空间光调制器与所述太赫兹波强度探测器的工作周期，以使得当所述空间光调制器每加载一次所述散斑图时，所述太赫兹波强度探测器获取对应的太赫兹波束的光场强度值。优选地，所述太赫兹波源与所述待测目标物之间设有太赫兹波扩束器，用于对所述太赫兹波源产生的太赫兹波束进行扩束。本申请还提供了一种单像素太赫兹检测图像获取方法，基于上述的单像素太赫兹检测系统，包括以下步骤：步骤S1：通过空间光调制器按照预先存储的散斑图序列依次加载其中的散斑图；步骤S2：通过激光源向所述空间光调制器发射激光光束并使所述激光光束完全覆盖所述空间光调制器预先加载的散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制；步骤S3：通过所述空间光调制器调制所述激光光束后，向投影透镜输出激光光束，并通过所述投影透镜向光控太赫兹波调制器投射所述激光光束，并在所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；步骤S4：通过太赫兹波源发出太赫兹波束经过太赫兹波扩束器扩束后向待测目标物照射；步骤S5：通过太赫兹波成像透镜对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；步骤S6：通过所述光控太赫兹波调制器将调制后的太赫兹波束向太赫兹波会聚透镜输出；步骤S7：通过所述太赫兹波会聚透镜将所述太赫兹波束进行会聚处理后，通过太赫兹波强度探测器获取每张所述散斑图对应的经所述太赫兹波会聚透镜会聚处理的太赫兹波束的光场强度值；步骤S8：根据预先存储的散斑图序列与太赫兹波强度探测器获取的太赫兹波束的光场强度值，基于压缩感知算法获取待测目标物图像。优选地，所述步骤S2还包括通过激光扩束镜对所述激光源发射的所述激光光束进行扩束后，通过光阑限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。优选地，所述步骤S1之前还包括：通过所述计算机生成j张n×n像素的所述散斑图，每张所述散斑图记为Sj(u,v)，其中，j＝1、2、3···j，可得散斑图序列表示为：Sj(u,v)＝[S1(u,v),S2(u,v),...,Sj(u,v)]，其中，(u,v)为像素坐标，并将所述散斑图序列全部加载至所述空间光调制器中。优选地，所述步骤S7中获取的太赫兹波束的光场强度值记为Aj，经过j次测量后的光场强度值序列为：A＝[A1,A2,...,Aj]。优选地，所述步骤S8具体包括：S801：基于压缩感知算法模型，在散斑图序列Sj(u,v)和太赫兹波束的光场强度值Aj间建立压缩感知算法模型为：其中，Ψ∈Rj×j为正交变换矩阵，ΨH是Ψ的共轭转置，x是待重构的一维原始信号，λ＞0，λ为噪声控制系数，f为稀疏系数，H表示矩阵的共轭转置；另外，上式中的y＝Φx＝ΦΨHf，y为x在测量矩阵Φ下j次测量值，y表示为，y＝AT＝[A1.A2,...,Aj]T，其中，x＝ΨHf是所述待测目标物在一维空间中的表示，AT表示A的转置，T表示矩阵转置；Φ为测量矩阵，表示为，Φ＝[B1,B2,...,Bj,...,B20000]T，其中，Bj为一个列向量，可表示为，Bj＝reshape(Sj(u,v))，其中，reshape()函数表示将一个散斑图矩阵Sj(u,v)转化成一维列向量；S802:根据公式计算最小化稀疏系数f，通过迭代计算，求解出f的逼近值再通过变换获得一维原始信号x；S803：所述步骤S802中的一维原始信号x为所述待测目标物的一维空间信号，将其变换为二维空间，则所述待测目标物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单像素太赫兹检测系统，其特征在于，包括：激光源、空间光调制器、投影透镜、太赫兹波源、太赫兹波成像透镜、光控太赫兹波调制器、太赫兹波会聚透镜与太赫兹波强度探测器；/n所述激光源用于产生激光光束后向所述空间光调制器射入；/n所述空间光调制器用于按照预先存储的单像素的散斑图序列依次加载其中的散斑图，同时，通过限制其相对于所述激光源之间的相对位置从而使得射入所述空间光调制器的所述激光光束完全覆盖所述散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制并输出调制后的激光光束；/n所述投影透镜用于接收经所述空间光调制器输出的所述激光光束，并将所述激光光束投射至所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；/n所述太赫兹波源用于产生太赫兹波束后向待测目标物照射；/n所述太赫兹波成像透镜用于对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并通过限制其相对于所述光控太赫兹波调制器的相对位置，从而使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；/n所述光控太赫兹波调制器用于对所述太赫兹波束进行调制后，向所述太赫兹波会聚透镜输出经调制后的太赫兹波束；/n所述太赫兹波会聚透镜用于对所述太赫兹波束进行会聚；/n所述太赫兹波强度探测器用于获取经所述太赫兹波会聚透镜会聚后的太赫兹波束的光场强度值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种单像素太赫兹检测系统，其特征在于，包括：激光源、空间光调制器、投影透镜、太赫兹波源、太赫兹波成像透镜、光控太赫兹波调制器、太赫兹波会聚透镜与太赫兹波强度探测器；
所述激光源用于产生激光光束后向所述空间光调制器射入；
所述空间光调制器用于按照预先存储的单像素的散斑图序列依次加载其中的散斑图，同时，通过限制其相对于所述激光源之间的相对位置从而使得射入所述空间光调制器的所述激光光束完全覆盖所述散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制并输出调制后的激光光束；
所述投影透镜用于接收经所述空间光调制器输出的所述激光光束，并将所述激光光束投射至所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
所述太赫兹波源用于产生太赫兹波束后向待测目标物照射；
所述太赫兹波成像透镜用于对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并通过限制其相对于所述光控太赫兹波调制器的相对位置，从而使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；
所述光控太赫兹波调制器用于对所述太赫兹波束进行调制后，向所述太赫兹波会聚透镜输出经调制后的太赫兹波束；
所述太赫兹波会聚透镜用于对所述太赫兹波束进行会聚；
所述太赫兹波强度探测器用于获取经所述太赫兹波会聚透镜会聚后的太赫兹波束的光场强度值。


2.根据权利要求1所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，所述激光源与所述空间光调制器之间设有激光扩束镜，用于对所述激光源产生的激光光束进行扩束。


3.根据权利要求2所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，所述激光扩束镜与所述空间光调制器之间设有孔径大小可调的光阑，用于限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。


4.根据权利要求1所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，还包括定时器，所述定时器用于设定所述空间光调制器与所述太赫兹波强度探测器的工作周期，以使得当所述空间光调制器每加载一次所述散斑图时，所述太赫兹波强度探测器获取对应的太赫兹波束的光场强度值。


5.根据权利要求1所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，所述太赫兹波源与所述待测目标物之间设有太赫兹波扩束器，用于对所述太赫兹波源产生的太赫兹波束进行扩束。


6.一种单像素太赫兹检测图像获取方法，基于权利要求1-5中任一项所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过空间光调制器按照预先存储的散斑图序列依次加载其中的散斑图；
步骤S2：通过激光源向所述空间光调制器发射激光光束并使所述激光光束完全覆盖所述空间光调制器预先加载的散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制；
步骤S3：通过所述空间光调制器调制所述激光光束后，向投影透镜输出激光光束，并通过所述投影透镜向光控太赫兹波调制器投射所述激光光束，并在所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
步骤S4：通过太赫兹波源发出太赫兹波束经过太赫兹波扩束器扩束后向待测目标物照射；
步骤S5：通过太赫兹波成像透镜对经所述太赫兹波束照射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴衡，杨鹏，陈梅云，罗劭娟，徐利民，程良伦，王涛，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44