CN104764713B - 太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统及方法。系统由控制模块、太赫兹光源、太赫兹镜片组、热像仪、计算机及多个算法模块等组成。采用脉冲或连续太赫兹光束对被检对象进行加热，采用热像仪记录被检对象表面的瞬态温度信号。对不同时刻的热像图进行空间导数变换，检测浅层缺陷；对瞬态温度信号和参考信号进行差分、一阶求导、二阶求导和傅里叶变换等处理，提取最大值时间、峰值时间、分离时间、分离频率、峰值频率等作为特征值；采用特征值进行成像显示，实现缺陷检测；建立特征值与深度的定量关系，对未知缺陷的深度进行定量；利用不同时间范围的温度变化率，实现不同深度范围的层析成像。该发明可应用于无损检测、医学成像等领域。

Description

太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统及方法

技术领域

本发明属于无损检测和医学成像等技术领域，特别是涉及太赫兹热成像检测和层析成像系统及方法。

背景技术

太赫兹波是指位于毫米波和红外线之间的电磁波，频率在0.1T到10T Hz之间，波长在3mm到30μm之间。太赫兹波具有瞬态性、宽带性、相干性、低能性等独特性能。太赫兹波与不同物质的相互作用具有很大的差别：极性材料对太赫兹波的吸收非常强；金属对太赫兹波具有很强的反射性；而非极性和非金属材料对太赫兹波而言几乎是透明的。这就给太赫兹波用于无损检测提供了基本的物理基础。

太赫兹检测技术已经成为现有无损检测技术的重要补充。在美国，太赫兹检测技术已应用于航天飞机外挂燃料箱防热材料、泡沫夹芯雷达天线罩板块等多种材料与结构的检测。当前，太赫兹检测技术面临的主要问题有：1）如何制造低成本、高功率、高效率的太赫兹源；2）如何制造低成本、快速采集的太赫兹阵列探测装置；3）如何对检测数据进行合理的解释与应用。

太赫兹加热就是利用太赫兹波的能量特征，对物体进行加热的过程，具有加热均匀、穿透性好、速度快、热惯性小、无污染、可选择性加热等特点。太赫兹加热具有巨大的应用潜力，德国研究人员利用超级计算机计算发现，利用强烈的太赫兹辐射，可实现在不到万亿分之一秒内瞬间将微量水烧开。

热成像检测技术已成为一种主要的无损检测技术。热成像检测技术采用热源对被检对象进行加热，采用热像仪观测和记录被检对象表面的温度变化信息，以对被检对象表面及内部的缺陷进行检测和评估。热成像检测技术具有非接触、非破坏、无需耦合、检测面积大、速度快等优点，已广泛应用于航空、航天、石油、化工、电力、核能等领域。

太赫兹热成像检测技术集成了太赫兹加热和热成像检测的优点，可以预见，它将在无损检测领域发挥重要的作用。文献[1]提供了一种太赫兹激励的热成像检测技术，采用经斩波器调制的太赫兹光束对被检对象进行周期性加热，采用不同时刻的热像图进行缺陷检测。现有太赫兹热成像检测技术存在以下不足：1）缺陷检测方法依赖原始的热像图，易受噪声干扰；2）缺少有效的缺陷深度定量方法；3）缺少被检对象的层析成像方法。

热成像是一种主要的医学成像技术，通过探测人体体表的热辐射进行疾病的诊断。美国食品药品监督管理局于1983年正式批准热成像技术可应用于临床诊断。随着计算机技术和探测传感器技术的高速发展，出现了热层析成像技术。该技术除了具有常规热成像技术的功能外，还可利用计算机技术结合恰当的数学模型对热像进行分析和解读，获得体内的热源深度、形状、分布、热辐射值，并依据正常和异常细胞代谢热辐射的差别进行分析判断，方便医生对热像图进行判断。

近年来，太赫兹检测技术也被用于医学成像研究。但是，尚未有结合太赫兹加热和热成像检测的优势进行太赫兹热成像的研究。

本发明公开太赫兹瞬态热成像（Terahertz transient thermography, TTT orT3）检测和层析成像系统及方法，其具有操作简单、易定量、抗干扰性强、可层析成像等优点，可广泛应用于复合材料、介质材料等产品的无损检测、生物组织的医学成像以及目标识别等领域。

参考文献：

[1] 陈大鹏, 邢春飞, 张峥, 张存林. 太赫兹激励的红外热波检测技术[J]. 物理快报, 2012, 61(2): 024202。

发明内容

本发明的目的是针对现有热成像和太赫兹检测技术的不足，提供太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统及方法。系统由控制模块、太赫兹光源、太赫兹镜片组、热像仪、计算机及算法模块等组成。采用太赫兹光束对被检对象进行加热，采用热像仪记录被检对象表面上升和下降的瞬态温度信号，把无缺陷区域的瞬态温度信号作为参考信号。对不同时刻的热像图进行空间导数处理，采用不连续特征进行缺陷检测；提取瞬态温度信号的最大值时间等作为特征值；把瞬态温度信号与参考信号进行差分（减法处理）得到时域差分信号，提取分离时间和峰值时间等作为特征值；求出瞬态温度信号的一阶导数和二阶导数，提取上升阶段和下降阶段的峰值时间等作为特征值；对瞬态温度信号与参考信号进行傅里叶变换得到频域的幅值谱和相位谱，提取特定频率的（差分）幅值和（差分）相位、差分幅值谱和差分相位谱的分离频率和峰值频率等作为特征值；采用特征值进行成像，实现缺陷检测；通过理论分析和试验，建立特征值与深度的定量关系，对未知缺陷的深度进行定量；利用不同时间范围的温度变化率，实现不同深度范围的层析成像。该系统及方法具有操作简单、易于定量、抗干扰性强、可层析成像等优点，可广泛应用于无损检测、医学成像和目标识别等领域。

太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统，主要包括：

1)控制模块，用于设定系统工作参数，控制系统运行。

2)太赫兹光源，用于产生脉冲或连续太赫兹光束，并发射太赫兹光束到太赫兹镜片组。

3)太赫兹镜片组，用于调整太赫兹光束的光路、照射面积、照射位置等参数。

4)被检对象，被检测或成像的对象，其内部可能含有水分、冰粒、裂纹、气泡、脱层等缺陷或肿瘤等病变组织（以下简称缺陷或肿瘤等病变组织为缺陷）。

5)热像仪，用于记录被检对象表面随时间变化的温度信息，并传输到计算机。

6)计算机，用于存储、显示、处理和分析原始数据，并执行以下算法模块。

7)图像处理模块，用于显示不同时刻的热像图，对不同时刻的热像图进行空间导数或梯度变换。

8)参考信号模块，用于设置参考信号。

9)时域处理模块，提取瞬态温度信号的最大值时间等作为特征值；把瞬态温度信号和参考信号进行差分处理，获得时域差分信号，从时域差分信号上提取分离时间和峰值时间等作为特征值。

10)时域导数模块，用于计算瞬态温度信号的一阶导数和二阶导数曲线，并提取上升阶段和下降阶段的峰值时间等作为特征值。

11)频域处理模块，用于把瞬态温度信号和参考信号进行傅里叶变换，获得频域幅值谱和相位谱，从频域（差分）幅值谱和（差分）相位谱上提取特定频率的幅值和相位、分离频率、峰值频率等作为特征值。

12)缺陷检测模块，用于把被检区域所有像素点的特征值进行成像显示，实现缺陷检测。

13)定量关系模块，用于建立特征值和缺陷深度的定量对应关系。

14)缺陷定量模块，用于计算未知缺陷的深度，即被检对象中缺陷离热像仪记录温度一侧的表面的距离。

15)层析成像模块，用于对被检对象不同深度范围的属性进行成像。

16)标准试件，含有不同深度不同属性的人工缺陷的试件。

基于太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，包括如下步骤：

1)采用控制模块设定系统工作参数，控制系统开始运行。

2)太赫兹光源产生频率为0.1T-10T Hz范围内的太赫兹光束，并把太赫兹光束发射到太赫兹镜片组。

3)太赫兹镜片组调整太赫兹光束的光路、照射面积、照射位置等参数，并把太赫兹光束发射到被检对象。

4)太赫兹光束对被检对象进行加热，被检对象的温度随时间逐渐上升；在结束加热后，被检对象表面的温度开始下降；如果被检对象内部存在缺陷，将在温度上升或下降阶段造成异常变化。

5)热像仪记录被检对象表面随时间变化的温度信息，并把温度信息传输给计算机。

6)计算机存储温度信息，并运行以下模块。

7)图像处理模块显示不同时刻的热像图，通过热区和暗区判断是否存在缺陷；对不同时刻的热像图进行空间导数变换或梯度变换，通过不连续特征对浅层缺陷进行检测。

8)参考信号模块把无缺陷区域的温度信号作为参考信号。

9)时域处理模块提取瞬态温度信号的最大值、最大值时间等作为特征值；对瞬态温度信号和参考信号进行减法处理，获得时域差分信号，从时域差分信号中提取分离时间、峰值时间等作为特征值。

10)时域导数模块计算瞬态温度信号的一阶导数和二阶导数，从一阶导数和二阶导数上提取上升阶段和下降阶段的峰值时间（最大值时间或最小值时间）作为特征值。

11)频域处理模块把瞬态温度信号和参考信号进行傅里叶变换，获得频域的幅值谱和相位谱，提取特定频率的幅值和相位作为特征值，提取幅值谱和相位谱的峰值频率作为特征值；通过差分处理获得差分幅值谱和差分相位谱，提取特定频率的差分幅值和差分相位作为特征值，提取峰值频率、分离频率等作为特征值。

12)缺陷检测模块对所有像素点的瞬态温度信号重复步骤8)-11)，获得所有像素点的特征值，把特征值进行成像显示，判断是否存在缺陷。

13)定量关系模块建立特征值和缺陷深度的定量对应关系；通过试验确定缺陷深度与特征值的函数关系，制作含有不同深度缺陷的标准试件，对标准试件进行试验，对不同深度人工缺陷的瞬态温度信号重复步骤8)-11)，获得不同深度人工缺陷的特征值；根据试验结果建立特征值和缺陷深度的定量对应关系。

14)缺陷定量模块通过步骤13）获得的定量对应关系把缺陷区域的特征值转化为缺陷深度。

15)层析成像模块实现被检对象特定深度范围属性分布的成像，即层析成像；根据热传导理论，得到深度和时间的对应关系，把待成像的深度范围转化为时间范围；计算所有像素点的瞬态温度信号在该时间范围内的温度变化率；采用该时间范围的温度变化率进行成像，即实现了该深度范围的层析成像。

附图说明

图1示出了太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统的示意图。

图2示出了太赫兹镜片组的示意图。

图3示出了参考信号和缺陷区域的瞬态温度信号。

图4示出了参考信号、缺陷区域的瞬态温度信号和二者相减得到的时域差分信号。

图5示出了瞬态温度信号的一阶导数的绝对值曲线。

图6示出了瞬态温度信号的一阶导数和二阶导数的绝对值曲线。

图7示出了频域的相位谱、参考相位谱和差分相位谱。

图8示出了本发明配置在穿透检测模式下的示意图。

附图标记说明：1-控制模块；2-太赫兹光源；3-太赫兹镜片组；4-被检对象；5-热像仪；6-计算机；7-图像处理模块；8-参考信号模块；9-时域处理模块；10-时域导数模块；11-频域处理模块；12-缺陷检测模块；13-定量关系模块；14-缺陷定量模块；15-层析成像模块；16-标准试件；17-缺陷；18-人工缺陷；19-参考信号；20-瞬态温度信号；21-一阶导数的绝对值曲线；22-二阶导数的绝对值曲线；23-时域差分信号；24-最大值；25-最大值时间；26-上升阶段的峰值时间；27-下降阶段的峰值时间；28-分离时间；29-峰值；30-峰值时间；31-透镜；32-抛物面反射镜；33-可旋转的平面反射镜；34-相位谱；35-参考相位谱；36-差分相位谱；37-峰值频率；38-分离频率。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。

图1是太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统示意图，主要包含：控制模块1、太赫兹光源2、太赫兹镜片组3、被检对象4、热像仪5、计算机6、图像处理模块7、参考信号模块8、时域处理模块9、时域导数模块10、频域处理模块11、缺陷检测模块12、定量关系模块13、缺陷定量模块14、层析成像模块15、标准试件16等。

基于太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法的具体实施步骤如下：

1)采用控制模块1设定系统工作参数，触发系统开始运行。

2)太赫兹光源2产生频率为0.1T-10THz范围内的太赫兹光束，并把太赫兹光束发射到太赫兹镜片组3。

3)太赫兹镜片组3调整太赫兹光束的光路和照射面积等参数，并把太赫兹光发射到被检对象。太赫兹镜片组3由透镜、反射镜、滤光镜等组成。图2示出了两种典型的太赫兹镜片组3的示意图。图2(A)中，透镜31用于调整太赫兹光束的照射面积，由于太赫兹光束的照射面积不能全部覆盖被检对象4或标准试件16，在检测中需要相对移动被检对象4或标准试件16以实现大面积检测。图2(B)中，抛物面反射镜32用于调整太赫兹光束的照射面积，可旋转的平面反射镜33用于调整太赫兹光束的照射位置，以实现大面积检测。

4)太赫兹光束对被检对象4进行加热，被检对象4表面的温度随时间逐渐上升；在结束加热后，被检对象4表面的温度开始下降；如果被检对象4内部存在缺陷17，将在温度上升或下降阶段造成异常变化；太赫兹光束与被检对象4发生相互作用，并加热被检对象，加热功率密度可近似表示为：

上式中，a为吸收系数，P为太赫兹光束的功率，z为深度，r为太赫兹光束的半径。加热产生的热传导可表示为：

式中，ρ为密度，C为热容量，k为热传导系数。在加热阶段，表面的温度是上升的，结束加热后，表面的温度开始下降。缺陷（例如水分）会产生多余的热量，导致表面的温度出现异常；或者，缺陷（如分层）会影响热量的传导过程，也会导致表面温度出现异常。

5)热像仪5记录被检对象4表面随时间变化的温度信息，并把温度信息传输给计算机6，该温度信息可以反映缺陷造成的温度异常。

6)计算机6存储温度信息，并运行以下模块。

7)图像处理模块7显示不同时刻的热像图，可初步判断是否存在内部的缺陷17；对不同时刻的热像图进行空间导数变换，通过不连续特征，对浅层缺陷进行检测。

8)参考信号模块8设定无缺陷区域的瞬态温度信号为参考信号19，图3示出了参考信号19和缺陷区域的瞬态温度信号20，可见，二者是明显不同的。

9)时域处理模块9提取瞬态温度信号20的最大值24、最大值时间25等作为特征值，图3示出了某瞬态温度信号20的最大值24、最大值时间25等特征值；对瞬态温度信号20和参考信号19进行减法处理，获得时域差分信号23。图4示出了参考信号19、缺陷区域的瞬态温度信号20及二者相减得到的时域差分信号23。图4中，时域差分信号23是大于零的，实际的时域差分信号23也有可能小于零。从时域差分信号23上提取分离时间28、峰值29、峰值时间30等作为特征值；分离时间28是瞬态温度信号20与参考信号19分离的时间，也是瞬态差分信号23与时间轴分离的时间。

10)时域导数模块10计算瞬态温度信号20的一阶导数和二阶导数，并提取上升阶段和下降阶段的峰值时间（最大值时间或最小值时间）作为特征值。一阶导数的计算方法为：

图5示出了某个瞬态温度信号20的一阶导数的绝对值曲线21，提取一阶导数在上升阶段的峰值时间26（通常为最大值时间）和下降阶段的峰值时间27（通常为最小值时间）作为特征值。如果一阶导数上没有峰值，如图6（A）所示的一阶导数的绝对值曲线21没有峰值的出现，则计算瞬态温度信号20的二阶导数，计算方法为：

如图6（B）所示，缺陷区域瞬态温度信号20的二阶导数的绝对值曲线22在上升阶段和下降阶段各出现一个波峰，提取二阶导数在上升阶段的峰值时间26（通常为最大值时间）和下降阶段的峰值时间27（通常为最大值时间）作为特征值。

11)频域处理模块11把瞬态温度信号20和参考信号19进行傅里叶变换，获得频域的幅值谱和相位谱，提取特定频率的幅值和相位。实现步骤为：第一步，对瞬态温度信号20进行快速傅里叶变换，得到频域的幅值谱和相位谱，图7示出了相位谱34，提取特定频率的幅值和相位作为特征值，提取幅值谱和相位谱的峰值频率等作为特征值；第二步，对参考信号19进行快速傅里叶变换，得到频域的参考幅值谱和参考相位谱，图7示出了参考相位谱35；第三步，对频域的幅值谱和参考幅值谱进行减法运算，得到频域的差分幅值谱，提取特定频率的差分幅值、差分幅值谱的峰值频率37、分离频率38作为特征值；第四步，对频域的相位谱和参考相位谱进行减法运算，得到频域的差分相位谱，图7示出了差分相位谱36，提取差分相位谱36在特定频率的差分相位、峰值频率37、分离频率38等作为特征值。

12)缺陷检测模块12对被检区域内所有像素点的瞬态温度信号20重复步骤8)-11)，获得所有像素点的特征值（如瞬态温度信号20的最大值时间25、一阶或二阶导数的峰值时间26和27、时域差分信号23的分离时间28和峰值时间30、差分相位谱36的峰值频率37和分离频率38），把特征值进行成像显示，判断是否存在缺陷17。

13)定量关系模块13建立特征值和缺陷深度的定量对应关系。根据热传导理论，热扩散长度可表示为：

上式中，α为热扩散系数，t为扩散时间。由此可知，缺陷深度与特征值的开平方成正比。通过仿真或试验确定缺陷深度与特征值之间的定量关系。按照被检对象4的材料制作标准试件16，标准试件16中含有数个不同深度、不同属性的人工缺陷18。对标准试件16进行试验，获得不同深度人工缺陷18的瞬态温度信号20，重复步骤8)-11)，获得不同深度的人工缺陷18的特征值。建立特征值和缺陷深度的定量对应关系：

上式中，z为缺陷深度，ts为特征值，f是缺陷深度与特征值之间的函数关系。

14)缺陷定量模块14通过步骤13)获得的定量对应关系，把缺陷区域的特征值转化为缺陷深度。

15)层析成像模块15实现被检对象4特定深度范围的成像，即层析成像。根据热传导公式，可以得到深度和时间的对应关系：

把待成像的深度z ₁-z ₂转化为时间t ₁-t ₂。计算所有像素点的瞬态温度信号20在该时间范围（t ₁-t ₂）内的温度变化率：

采用该时间范围的温度变化率进行成像，即实现了深度范围（z ₁-z ₂）的层析成像。

在上面的实施例中，系统配置为反射检测方式，即太赫兹镜片组3和热像仪5置于被检对象4的同侧。系统也可以配置为穿透检测方式，即太赫兹镜片组3和热像仪5置于被检对象4的两侧。在穿透检测方式下，求出的缺陷深度z为缺陷17离热像仪5一侧的被检对象4表面的距离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，凡属于本发明权利要求下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.太赫兹瞬态热成像检测和层析成像系统，其特征在于，系统主要包括控制模块(1)、太赫兹光源(2)、太赫兹镜片组(3)、被检对象(4)、热像仪(5)、计算机(6)、图像处理模块(7)、参考信号模块(8)、时域处理模块(9)、时域导数模块(10)、频域处理模块(11)、缺陷检测模块(12)、定量关系模块(13)、缺陷定量模块(14)、层析成像模块(15)、标准试件(16)；采用太赫兹光束对被检对象(4)进行加热，采用热像仪(5)记录被检对象(4)表面上升和下降的瞬态温度信号(20)，把无缺陷区域的瞬态温度信号(20)作为参考信号(19)；对不同时刻的热像图进行空间导数处理，采用不连续特征进行缺陷检测；提取瞬态温度信号(20)的最大值时间(25)作为特征值；把瞬态温度信号(20)与参考信号(19)进行差分减法处理得到时域差分信号(23)，提取分离时间(28)和峰值时间(30)作为特征值；求出瞬态温度信号(20)的一阶导数和二阶导数，提取上升阶段的峰值时间(26)和下降阶段的峰值时间(27)作为特征值；对瞬态温度信号(20)与参考信号(19)进行傅里叶变换得到频域的幅值谱和相位谱(34)，提取特定频率的差分幅值和差分相位、差分幅值谱和差分相位谱的峰值频率(37)和分离频率(38)作为特征值；采用特征值进行成像，实现缺陷检测；通过理论分析和试验，建立特征值与缺陷深度的定量关系，对未知缺陷的深度进行定量；利用不同时间范围的温度变化率，实现被检对象(4)不同深度范围的层析成像；

频域处理模块(11)的实现步骤为：第一步，对瞬态温度信号(20)进行快速傅里叶变换，得到频域的幅值谱和相位谱(34)，提取特定频率的幅值和相位作为特征值，提取幅值谱和相位谱的峰值频率作为特征值；第二步，对参考信号(19)进行快速傅里叶变换，得到频域的参考幅值谱和参考相位谱(35)；第三步，对频域的幅值谱和参考幅值谱进行减法运算，得到频域的差分幅值谱，提取特定频率的差分幅值、差分幅值谱的峰值频率(37)、分离频率(38)作为特征值；第四步，对频域的相位谱和参考相位谱进行减法运算，得到频域的差分相位谱(36)，提取差分相位谱(36)在特定频率的差分相位、峰值频率(37)、分离频率(38)作为特征值；

太赫兹光束对被检对象(4)进行加热，加热功率密度可近似表示为：

上式中，a为吸收系数，P为太赫兹光束的功率，z为深度，r为太赫兹光束的半径；加热产生的热传导可表示为：

式中，ρ为密度，C为热容量，k为热传导系数；在加热阶段，被检对象(4)表面的温度随时间逐渐上升；在结束加热后，被检对象(4)表面的温度开始下降；如果被检对象(4)内部存在缺陷(17)，缺陷会产生多余的热量或者影响热量的传导过程，导致表面的温度在上升或下降阶段出现异常变化。

2.应用权利要求1所述系统的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于包括如下步骤：

1)采用控制模块(1)设定系统工作参数，控制系统开始运行；

2)太赫兹光源(2)产生频率为0.1T-10T Hz范围内的太赫兹光束，并把太赫兹光束发射到太赫兹镜片组(3)；

3)太赫兹镜片组(3)调整太赫兹光束的光路、照射面积、照射位置参数，并把太赫兹光束发射到被检对象(4)；

4)太赫兹光束对被检对象(4)进行加热，被检对象(4)的温度随时间逐渐上升；在结束加热后，被检对象表面的温度开始下降；如果被检对象(4)内部存在缺陷(17)，将在温度上升或下降阶段造成异常变化；

5)热像仪(5)记录被检对象(4)表面随时间变化的温度信息，并把温度信息传输给计算机(6)；

6)计算机(6)存储温度信息，并运行以下模块；

7)图像处理模块(7)显示不同时刻的热像图，通过热区和暗区判断是否存在缺陷(17)；对不同时刻的热像图进行空间导数变换或梯度变换，通过不连续特征对浅层缺陷进行检测；

8)参考信号模块(8)把无缺陷区域的瞬态温度信号(20)作为参考信号(19)；

9)时域处理模块(9)提取瞬态温度信号(20)的最大值(24)、最大值时间(25)作为特征值；对瞬态温度信号(20)和参考信号(19)进行减法处理，获得时域差分信号(23)，从时域差分信号中提取分离时间(28)、峰值时间(30)作为特征值；

10)时域导数模块(10)计算瞬态温度信号(20)的一阶导数和二阶导数，从一阶导数和二阶导数曲线上提取上升阶段的峰值时间(26)和下降阶段的峰值时间(27)作为特征值；

11)频域处理模块(11)把瞬态温度信号(20)和参考信号(19)进行傅里叶变换，获得频域的幅值谱和相位谱(34)，提取特定频率的幅值和相位作为特征值，提取幅值谱和相位谱的峰值频率作为特征值；通过差分处理获得差分幅值谱和差分相位谱，提取特定频率的差分幅值和差分相位作为特征值，提取峰值频率(37)、分离频率(38)作为特征值；

12)缺陷检测模块(12)对所有像素点的瞬态温度信号(20)重复步骤8)-11)，获得所有像素点的特征值，把特征值进行成像显示，判断是否存在缺陷(17)；

13)定量关系模块(13)建立特征值和缺陷深度的定量对应关系；通过试验确定缺陷深度与特征值的函数关系，制作含有不同深度缺陷的标准试件(16)，对标准试件进行试验，对不同深度的人工缺陷(18)的瞬态温度信号(20)重复步骤8)-11)，获得不同深度人工缺陷(18)的特征值；根据试验结果建立特征值和缺陷深度的定量对应关系；

14)缺陷定量模块(14)通过步骤13)获得的定量对应关系把缺陷区域的特征值转化为缺陷深度；

15)层析成像模块(15)实现被检对象(4)特定深度范围属性分布的成像，即层析成像；根据热传导理论，得到深度和时间的对应关系，把待成像的深度范围转化为时间范围；计算所有像素点的瞬态温度信号在该时间范围内的温度变化率；采用该时间范围的温度变化率进行成像，即实现了该深度范围的层析成像。

3.根据权利要求2所述的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于：太赫兹镜片组(3)调整太赫兹光束的光路、照射面积、照射位置参数，并把太赫兹光束发射到被检对象(4)；太赫兹镜片组(3)包括透镜、反射镜、滤光镜；透镜(31)用于调整太赫兹光束的照射面积，由于太赫兹光束的照射面积不能全部覆盖被检对象(4)或标准试件(16)，需要移动被检对象(4)或标准试件(16)和照射面积的相对位置，以实现大面积检测；抛物面反射镜(32)用于调整太赫兹光束的照射面积，可旋转的平面反射镜(33)用于调整太赫兹光束的照射位置，以实现大面积检测。

4.根据权利要求2所述的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于，参考信号模块(8)设置无缺陷区域的瞬态温度信号(20)为参考信号(19)；时域处理模块(9)提取瞬态温度信号(20)的最大值(24)、最大值时间(25)作为特征值；时域处理模块(9)对瞬态温度信号(20)和参考信号(19)进行减法处理，获得时域差分信号(23)；从时域差分信号(23)上提取分离时间(28)、峰值(29)、峰值时间(30)作为特征值。

5.根据权利要求2所述的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于，时域导数模块(10)计算瞬态温度信号(20)的一阶导数，计算方法为：

提取一阶导数在上升阶段的峰值时间(26)和下降阶段的峰值时间(27)作为特征值；计算瞬态温度信号(20)的二阶导数，计算方法为：

提取二阶导数在上升阶段的峰值时间(26)和下降阶段的峰值时间(27)作为特征值。

6.根据权利要求2所述的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于，频域处理模块(11)的实现步骤为：第一步，对瞬态温度信号(20)进行快速傅里叶变换，得到频域的幅值谱和相位谱(34)，提取特定频率的幅值和相位作为特征值，提取幅值谱和相位谱的峰值频率作为特征值；第二步，对参考信号(19)进行快速傅里叶变换，得到频域的参考幅值谱和参考相位谱(35)；第三步，对频域的幅值谱和参考幅值谱进行减法运算，得到频域的差分幅值谱，提取特定频率的差分幅值、差分幅值谱的峰值频率(37)、分离频率(38)作为特征值；第四步，对频域的相位谱和参考相位谱进行减法运算，得到频域的差分相位谱(36)，提取差分相位谱(36)在特定频率的差分相位、峰值频率(37)、分离频率(38)作为特征值。

7.根据权利要求2所述的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于，定量关系模块(13)建立特征值和缺陷深度的定量对应关系；通过仿真或试验确定缺陷深度与特征值之间的定量关系；按照被检对象(4)的材料制作标准试件(16)，标准试件(16)中含有数个不同深度、不同属性的人工缺陷(18)；对标准试件(16)进行试验，获得不同深度人工缺陷(18)的瞬态温度信号(20)，重复步骤8)-11)，获得不同深度的人工缺陷(18)的特征值，建立特征值和缺陷深度的定量对应关系：

z＝f(ts)

上式中，z为缺陷深度，ts为特征值，f是缺陷深度与特征值之间的函数关系；缺陷定量模块(14)通过步骤13)获得的定量对应关系，把缺陷区域的特征值转化为缺陷深度。

8.根据权利要求2所述的太赫兹瞬态热成像检测和层析成像方法，其特征在于，层析成像模块(15)实现被检对象(4)特定深度范围的成像，即层析成像；根据热传导公式，可以得到深度和时间的对应关系：

其中，α为热扩散系数，t为扩散时间，z为缺陷深度；把待成像的深度范围z1-z2转化为时间范围t1-t2；计算所有像素点的瞬态温度信号(20)在该时间范围t1-t2内的温度变化率：

采用该时间范围的温度变化率进行成像，即实现了深度范围z1-z2的层析成像。