CN103901048A - 一种微波成像的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波成像的装置，包括产生微波的微波发生器、将微波发生器发射出的微波形成微波束的微波约束装置、用于支承样品且被微波束透射的样品平台、将微波能量转化成可测量信号的微波接收器和根据可测量信号完成建模算法且生成图像的数据处理装置；所述微波发生器、微波约束装置、样品平台和微波接收装置顺序连接，所述微波接收器与微波约束装置连接。同时，本发明还提供了微波成像的装置。本发明的生成的图像分辨率高、清晰准确，避免伪影的发生，而且能量消耗少，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及微波成像技术领域，具体涉及一种微波成像的装置及方法。
背景技术
微波成像是指以微波作为信息载体的一种成像手段，其原理是用微波照射被测物体，然后通过物体外部散射场的测量值来重构物体的形状或（复）介电常数分布。微波成像具有安全无损、穿透深度高、成本低、理论上可对温度成像等特点，越来越受到人们的关注。然而，现有的微波成像具有以下技术缺陷：1、微波衍射效应明显，导致成像的灵敏度较低；2、成像分辨差，造成伪影严重；3、所需要设备成本高，且成像时间较长。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，成像分辨率高及成本低的微波成像的装置。同时，本发明还提供了一种微波成像的方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本微波成像的装置，包括产生微波的微波发生器、将微波发生器发射出的微波形成微波束的微波约束装置、用于支承样品且被微波束透射的样品平台、将微波能量转化成可测量信号的微波接收器和根据可测量信号完成建模算法且生成图像的数据处理装置；所述微波发生器、微波约束装置、样品平台和微波接收装置顺序连接，所述微波接收器与微波约束装置连接。
优选的，所述数据处理装置包括放大器、数字降噪器、累加器、图像处理软件、储存器和显示器；所述放大器、数字降噪器、累加器和图像处理软件依次连接，且所述放大器与微波接收器连接，所述储存器和显示器均与图像处理软件连接。
优选的，所述图像处理软件为MATLAB。MATLAB为数学建模中的常用软件，其基于matlab语言编写。上述只为本发明的一个优选方案，所述图像处理软件也可使用C语言或C++语言为基础的图像处理软件。
优选的，所述样品平台包括支承台和扫描电机，所述支承台通过扫描电机安装于微波约束装置上；所述支承台由不吸收微波且可被微波透射的材料制成。
优选的，所述支承台由聚乙烯塑料制成。
优选的，所述微波约束装置主要由可覆盖微波发生器的铁板构成，且此铁板的中部设有小于待测样口尺寸的透射孔；所述透射孔正对于微波发生器的发射端口，同时所述透射孔与支承台相对设置。
优选的，所述微波约束装置包括微波透镜和由铁制成的且两端连通的筒体；所述筒体的一端与微波发生器的发射端口密封连接，所述筒体的另一端与微波透镜密封连接，所述微波透镜与支承台相对设置。
优选的，所述微波接收器主要由多个接收天线构成，且多个所述接收天线以样品平台为球心呈半球状分布，多个所述接收天线均与数据处理装置连接。
优选的，所述微波接收天线的数量为64个。微波接收天线的数量可根据实际情况而定，一般需要微波微波接收天线的数量要大于2个，即3个或3个以上。
所述的微波成像的方法，包括以下步骤：
（1）、开启微波发生器，微波发生器发出的微波通过微波约束装置后形成直径小于样品尺寸的微波束，此微波束向置于样品平台的样品和支承台进行照射；
（2）、启动扫描电机，扫描电机通过支承台带动样品进行移动，从而令微波束对样品和支承台进行多点照射；
（3）、在微波束对样品和支承台进行照射时，微波接收器将接收穿样品和支承台的微波，此时微波接收器将接收到的微波以数据的形式传输给数据采集处理装置；
（4）、数据采集处理装置对自微波接收器传输过来的数据进行放大、去噪、逻辑运算和图像重建处理，并将重建后的图像储存和显示。
本发明的工作原理：微波发生器发射出的微波被微波约束装置形成小样品的微波束，此微波束透过样品平台后，微波束中的微波被样品进行反射、散射或吸收，而经过反射、散射或吸收后剩下的微波能量被微波接收器接收，并将这些微波能量转化成可被测量的信号（如声、光和电等），此可被测量的信号被数据处理装置接收后，依次经过放大、去噪、逻辑运算和图像重建，并将重建的图像进行储存和显示，从而完成微波成像。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
1、本发明将微波形成微波束，令微波束中的微波被样品进行反射、散射或吸收，这避免超过衍射极限，提高了成像的灵敏度，保证了成像的质量。
2、本发明中的微波形成微波束后经过反射、散射或吸收后剩下的微波能量被微波接收器接收，且将接收后的微波能量转化成可测量的信号，进而使透射微波的总能量幅值可测，再将可测量的信号进行放大、去噪和逻辑运算等操作，从而生成的分辨率高、清晰准确的图像，避免伪影的发生。
3、本发明的微波成像的装置构造简单、体积小、重量轻，工作稳定，成像时间短，连续运行时间长，使用方便，造价低，能源消耗量小。
附图说明
图1是实施例1的微波成像的装置的结构示意图。图中只画出部分接收天线。
图2是实施例1的工作流程图。
图3是实施例2的微波成像的装置的结构示意图。图中只画出部分接收天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示的微波成像的装置，包括产生微波的微波发生器1、将微波发生器发射出的微波形成微波束的微波约束装置2、用于支承样品4且被微波束透射的样品平台3、将微波能量转化成可测量信号的微波接收器5和根据可测量信号完成建模算法且生成图像的数据处理装置6；所述微波发生器1、微波约束装置2、样品平台3和微波接收装置5顺序连接，所述微波接收器5与微波约束装置6连接。
本实施例中，微波发处理器1发射出的是主频为450MHz的脉冲微波，脉冲重复频率为10Hz。而微波约束装置2主要由长度为2m、宽度为2m和厚度为4mm的铁板21构成，此铁板21的中部设有直径为1cm的透射孔22。此铁板21可完全覆盖微波发生器1，且此铁板21的中部设有小于待测样口尺寸的透射孔22；所述透射孔22正对于微波发生器1的发射端口，同时所述透射孔22与支承台相对设置。则当微波自透射孔22射出时，将形成直径1cm的微波束，此微波束类似于光自一小孔射过形成的光束。此微波束透射过支承台后，照射于样品4中。本实施例中，所述微波发生器1、微波约束装置2、样品平台3和微波接收装置5自下而上依次分布设置，样品4放置于样品平台3中的支承台上。
优选的，所述数据处理装置6包括放大器、数字降噪器、累加器、图像处理软件、储存器和显示器；所述放大器、数字降噪器、累加器和图像处理软件依次连接，且所述放大器与微波接收器连接，所述储存器和显示器均与图像处理软件连接。本实施例中放大器采用64路放大器，放大分辨率为40dB；储存器使用硬盘。64路放大器将64个接收天线输送来的信号进行放大；64路信号经过数字降噪器去噪后，被累加器进行逻辑运算，再通过图像处理软件MATLAB进行运算建模，从而生成图像，并利用显示器将显示出来，且同时利用硬盘储存。
所述图像处理软件为MATLAB。
优选的，所述样品平台3包括支承台和扫描电机，所述支承台通过扫描电机安装于微波约束装置上；所述支承台由不吸收微波且可被微波透射的材料制成。所述支承台由聚乙烯塑料制成。此支承台的长度为10cm、宽度为10cm、厚度为2mm。而扫描电机为二维步进电机，电机的最小刻度为0.1mm，最大行程为10cm。
优选的，所述微波接收器5主要由64个接收天线51构成，且64个所述接收天线51以样品平台为球心呈半球状分布，64个所述接收天线51均与数据处理装置连接。
所述的微波成像的方法，包括以下步骤：
（1）、开启微波发生器，微波发生器发出的微波通过微波约束装置后形成直径小于样品4尺寸的微波束，此微波束向置于样品平台的样品4和支承台进行照射；
（2）、启动扫描电机，扫描电机通过支承台带动样品4进行移动，从而令微波束对样品4和支承台进行多点照射；
（3）、在微波束对样品4和支承台进行照射时，微波接收器将接收穿样品4和支承台的微波，此时微波接收器将接收到的微波以数据的形式传输给数据采集处理装置；
（4）、数据采集处理装置对自微波接收器传输过来的数据进行放大、去噪、逻辑运算和图像重建处理，并将重建后的图像储存和显示。
实施例2
本微波成像的装置除以下技术特征外同实施例1：优选的，如图3所示，所述微波约束装置2包括微波透镜24和由铁制成的且两端连通的筒体23；所述筒体23的一端与微波发生器1的发射端口密封连接，所述筒体23的另一端与微波透镜24密封连接，所述微波透镜24与支承台相对设置。采用此设计时，筒体23可令微波只向微波透镜24射出，通过微波透镜24的微波将形成微波束，从而提高成像的分辨率和清晰度，保证成像的质量。筒体23自下而上，内腔逐渐减小，筒体的下端与微波发生器1的发射端口密封连接，所述筒体23的上端与微波透镜24密封连接，从而令自微波透镜射出的微波可形成微波束，提高了图像的分辨率，保证了成像的质量。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微波成像的装置，其特征在于：包括产生微波的微波发生器、将微波发生器发射出的微波形成微波束的微波约束装置、用于支承样品且被微波束透射的样品平台、将微波能量转化成可测量信号的微波接收器和根据可测量信号完成建模算法且生成图像的数据处理装置；所述微波发生器、微波约束装置、样品平台和微波接收装置顺序连接，所述微波接收器与微波约束装置连接。
2.根据权利要求1所述的微波成像的装置，其特征在于：所述数据处理装置包括放大器、数字降噪器、累加器、图像处理软件、储存器和显示器；所述放大器、数字降噪器、累加器和图像处理软件依次连接，且所述放大器与微波接收器连接，所述储存器和显示器均与图像处理软件连接。
3.根据权利要求2所述的微波成像的装置，其特征在于：所述图像处理软件为MATLAB。
4.根据权利要求2所述的微波成像的装置，其特征在于：所述样品平台包括支承台和扫描电机，所述支承台通过扫描电机安装于微波约束装置上；所述支承台由不吸收微波且可被微波透射的材料制成。
5.根据权利要求4所述的微波成像的装置，其特征在于：所述支承台由聚乙烯塑料制成。
6.根据权利要求4所述的微波成像的装置，其特征在于：所述微波约束装置主要由可覆盖微波发生器的铁板构成，且此铁板的中部设有小于待测样口尺寸的透射孔；所述透射孔正对于微波发生器的发射端口，同时所述透射孔与支承台相对设置。
7.根据权利要求4所述的微波成像的装置，其特征在于：所述微波约束装置包括微波透镜和由铁制成的且两端连通的筒体；所述筒体的一端与微波发生器的发射端口密封连接，所述筒体的另一端与微波透镜密封连接，所述微波透镜与支承台相对设置。
8.根据权利要求2所述的微波成像的装置，其特征在于：所述微波接收器主要由多个接收天线构成，且多个所述接收天线以样品平台为球心呈半球状分布，多个所述接收天线均与数据处理装置连接。
9.根据权利要求8所述的微波成像的装置，其特征在于：所述微波接收天线的数量为64个。
10.根据权利要求4至9中任意一项所述的微波成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、开启微波发生器，微波发生器发出的微波通过微波约束装置后形成直径小于样品尺寸的微波束，此微波束向置于样品平台的样品和支承台进行照射；
（2）、启动扫描电机，扫描电机通过支承台带动样品进行移动，从而令微波束对样品和支承台进行多点照射；
（3）、在微波束对样品和支承台进行照射时，微波接收器将接收穿样品和支承台的微波，此时微波接收器将接收到的微波以数据的形式传输给数据采集处理装置；
（4）、数据采集处理装置对自微波接收器传输过来的数据进行放大、去噪、逻辑运算和图像重建处理，并将重建后的图像储存和显示。
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