CN109188549A - 太赫兹主动关联成像系统 - Google Patents

太赫兹主动关联成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109188549A
CN109188549A CN201810987418.4A CN201810987418A CN109188549A CN 109188549 A CN109188549 A CN 109188549A CN 201810987418 A CN201810987418 A CN 201810987418A CN 109188549 A CN109188549 A CN 109188549A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terahertz
imaging system
light source
amplitude modulation
rotating electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201810987418.4A
Other languages
English (en)
Inventor
赵成强
严海月
徐文东
李硕丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN201810987418.4A priority Critical patent/CN109188549A/zh
Publication of CN109188549A publication Critical patent/CN109188549A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

一种太赫兹主动关联成像系统，其特点在于该成像系统包括太赫兹编码光源、成像镜头、信号收集器和同步控制器，所述的太赫兹编码光源由太赫兹辐射源、准直镜、两块调幅板和两台旋转电机组成，太赫兹辐射源出射的太赫兹波由准直镜准直之后，先后照射在两块调幅板上，形成编码光源；两块调幅板分别固定在两台电机上，并由电机带动做旋转运动。与传统太赫兹成像系统相比，本发明具备成像速度快、分辨率高的特点。

Description

太赫兹主动关联成像系统
技术领域
本发明涉及太赫兹成像领域，特别是一种太赫兹主动关联成像系统。
背景技术
太赫兹波指频率在0.1Thz-10Thz之间的电磁波，具有穿透非极性、非金属材料，低能性，水吸收性等特点。太赫兹成像技术可用于许多非金属材料内部结构检测、生物医学检测、安检、反恐等领域。目前太赫兹成像存在的主要问题是：面阵成像方法中探测器的有效像素数非常低，其成像效果远没有达到光学成像的水平；而点扫描成像方法需要带动大口径反射镜扫描，也难以实现。
关联成像(包括鬼成像和压缩感知)是一种全新的成像体制。它利用光场的涨落对目标进行编码，而仅采用一个无空间分辨的探测器接收多幅目标反射信号，通过关联算法就可以得到目标的清晰图像。
南京邮电大学的赵生妹的硕士论文《热光源鬼成像及压缩感知应用研究》详细介绍了鬼成像的算法，David L.Donoho的文章“Compressed Sensing”，IEEE Transactionson Information Theory,V52,NO.4,2006.中详细介绍了压缩感知算法的表达和证明。
由于采用随机调幅板旋转方式产生的赝热光源具有随机性，它在探测面上产生的光场涨落是无法预知的。因此在一般的关联成像中都会加入参考臂，其目的是利用面阵探测器实时、同步采集赝热光源的涨落，以保证参考光场与照射到物体表面的光场的一致性。该探测方法要求赝热光源的发射速率不能高于参考臂上的光场采集速度，限制了关联成像的速度。另外，当参考臂上进行实时的光场采集和数据存储时，要求计算机的实时存储量很大，尤其在进行高像素图像的采集时，一般的硬件很难达到实时存储和处理数据的要求。因此采用基于可预置赝热光源的单臂关联成像方式。
J H shapiro的文章“Computational ghost imaging”Lasers and Electro-Optics,2009 and 2009 Conference on Quantum electronics and Laser ScienceConference.CLEO/QELS 2009.Conference on.IEEE,2009:1-2.从理论上证明了单臂关联成像的可行性，并提出了相应实验方案，Bromberg Y的文章“Ghost imaging with asingle detector”Physical Review A,2008,79(5):1744-1747.中详细介绍了根据此方案的单臂关联成像实验。
关联成像相比于传统的成像方式的优点：1.采用一个点接收探测器就可以实现二维成像，因此成像分辨率不受面阵探测器像素数的限制；2.采用关联算法或压缩感知算法并结合目标的稀疏特性，可在采样脉冲数远低于成像像素数的条件下获得高质量的图像；3.由于接收到的反射光被全部耦合到一个单点探测器上，因此接收器信号的具有很高的信噪比，对照明光源功率的要求也大大降低。因此，引入关联成像技术可以解决目前太赫兹成像存在的阵列探测器不成熟和扫描速度慢这两个关键的问题。
将关联成像技术应用于THz领域已经有部分科研人员在这方面进行了少量研究，但几乎所有的研究人员都是采用THz空间调制器对目标的像进行采样的被动关联方式。这种实现方式虽然也能达到单像素探测器成像的目的，但成像分辨率难以提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种太赫兹主动关联成像系统，与传统太赫兹成像系统相比，该系统具有高速、高分辨太赫兹成像的特点，且采用单点探测器，避免了对于阵列探测器的依赖。
本发明的技术解决方案如下：
一种太赫兹主动关联成像系统，其特点在于该成像系统包括：太赫兹编码光源、成像镜头、信号收集器和同步控制器；
所述的太赫兹编码光源由太赫兹辐射源、准直镜、两块调幅板和两台旋转电机组成，太赫兹辐射源出射的太赫兹波由准直镜准直之后，先后照射在两块调幅板上，形成编码光源；两块调幅板分别固定在两台电机上，并由电机带动做旋转运动；
所述的成像镜头将太赫兹编码光源出射面成像在目标处；
所述的信号收集器由聚焦镜头、太赫兹单点探测器和数据采集电路组成，采集由目标反射或透射的太赫兹波，所述的单点探测器位于所述的聚焦镜头的焦点处；所述的数据采集电路由模数转换电路和数据存储器组成，模数转换电路与太赫兹单点探测器相连，并将其输出信号转换成数字信号存储在数据存储器中；
所述的同步控制器同时与所述的太赫兹辐射源、旋转电机和数据采集电路相连，所述的旋转电机达到预定角度时，触发太赫兹辐射源和数据采集电路，完成一次采样。
所述的调幅板由对太赫兹波透明的材料制作，其表面分布有设计的花纹，该花纹由对太赫兹不透明的材料制成。
所述的旋转电机上安装有角度编码器，可实现旋转电机精确定位。
所述的成像镜头将太赫兹编码光源出射面成像在目标处。
所述的成像镜头。是透射式结构或反射式结构。
所述的聚焦镜头是透射式结构或反射式结构。
获取采样矩阵方法：根据两块调幅板的花纹及预设的旋转角度，计算出太赫兹编码光源在每一个预设位置的光场分布，得到一个M×m×n的三维矩阵，以该三维矩阵作为采样矩阵A。(其中M＝O(K·log(m×n))，M为预设位置总个数，m×n为一个预设位置测量数据的分辨率，K为对应的目标的稀疏度)。
成像步骤：
1.旋转电机回归零点；
2.当旋转电机运动至预设的角度时，同步控制器触发太赫兹辐射源和数据采集电路。太赫兹辐射源发出的太赫兹波经准直镜准直后，先后通过两块调幅板，形成编码光源，成像镜头将太赫兹编码光源出射面成像在目标处，目标反射或透射的太赫兹波经聚焦镜头会聚到太赫兹单点探测器上。数据采集电路存储单点探测器接收到太赫兹波而产生的信号，完成一次采样。
3.重复第2步M次，连续采样M次。
4.将数据采集电路获取的M次采样数据按时间顺序转换为一个列向量y(M×1)，对采样矩阵A和列向量y进行关联运算，得到目标图像。
压缩感知理论公式为x＝AΨTy，其中，y∈RM×1是待重建的原始信号，Φ∈RN×M是测量矩阵，ΨT为信号y的稀疏表达基。
关联成像中重建图像的二阶关联公式为其中，λ为波长；d0为赝热光源经分束器后分别在两束光路上传播的距离；xt和xr分别为在物臂的探测面上与在参考臂的探测面上不同的二维空间坐标；ΔG(2,2)(xr,xt)是参考臂与物臂上光场涨落的二阶关联运算；I0是探测面上的光强；t(xr)为目标物体的透过率函数。
本发明和现有技术相比，具有以下几个优点：
1、成像速度快，通过系统原理可以看出成像速度由控制随机调幅板的电控旋转台转速决定，因此可通过优化电机转速来提高成像速度。
2、成像分辨率高，利用单点探测器实现目标成像，其分辨率不受探测器分辨率的限制，解决了现有阵列探测器像素数比较低的问题。
本发明的目的和优点由下面在附图中所示的本发明的优选实施例示意图可以更加清楚地阐明。
附图说明
图1是本发明太赫兹主动关联成像系统的实施例1的光路结构示意图；
图2是本发明调幅板花纹分布的一个实施例示意图；
图3是本发明太赫兹主动关联成像系统的实施例2的光路结构示意图；
图4是本发明太赫兹编码光源另一个实施例示意图；
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，但不应限制本发明的保护范围。
图1是本发明太赫兹主动关联成像系统的实施例1的光路结构示意图，如图1所示，本发明太赫兹主动关联成像系统，包括：太赫兹编码光源1、成像镜头2、信号收集器3和同步控制器4；
所述的太赫兹编码光源1由太赫兹辐射源101、准直镜102、两块调幅板103和两台旋转电机104组成，太赫兹辐射源101出射的太赫兹波由准直镜102准直之后，先后照射在两块调幅板103上，形成编码光源；两块调幅板103分别固定在两台电机104上，并由电机104带动做旋转运动；
所述的成像镜头2将太赫兹编码光源出射面成像在目标处；
所述的信号收集器3由聚焦镜头301、太赫兹单点探测器302和数据采集电路303组成，采集由目标反射或透射的太赫兹波，单点探测器302位于聚焦镜头301的焦点处；所述的数据采集电路303由模数转换电路和数据存储器组成，模数转换电路与太赫兹单点探测器302相连，并将其输出信号转换成数字信号存储在数据存储器中；
所述的同步控制器4同时与所述的太赫兹辐射源101、旋转电机104和数据采集电路303相连，旋转电机104达到预定角度时，触发太赫兹辐射源101和数据采集电路303，完成一次采样。
所述的调幅板103由对太赫兹波透明的材料制作，其表面有随机分布的花纹，该花纹由对太赫兹不透明的材料制成；
所述的旋转电机104上安装有角度编码器，可实现旋转电机精确定位；
所述的成像镜头2可以是透射式结构，也可以是反射式结构；
所述的聚焦镜头301可以是透射式结构，也可以是反射式结构；
成像步骤：
1.旋转电机104回归零点；
2.当旋转电机104运动至预设的角度后，同步控制器4触发太赫兹辐射源101和数据采集电路303，太赫兹辐射源101发出的太赫兹波经准直镜102准直后，先后通过两块调幅板103，形成编码光源，成像镜头2将太赫兹编码光源出射面成像在目标处，经目标透射的太赫兹波经聚焦镜头301会聚到太赫兹单点探测器302上。数据采集电路303存储单点探测器302接收到太赫兹波而产生的信号，完成一次采样；
3.重复第2步M次，连续采样M次。
4.将数据采集电路303获取的M次采样数据按时间顺序转换为一个列向量y(M×1)，对采样矩阵A和列向量y进行关联运算，得到目标图像。
图2是本发明调幅板的一个实施例示意图，如图2所示，其表面花纹大小、形状、位置随机分布，花纹尺寸平均约为6mm，花纹形状包括但不限于矩形，花纹覆盖整个调幅板103，花纹总覆盖面约为整个调幅板103面积的50％。
图3是本发明太赫兹主动关联成像系统实施例2的光路结构示意图，与实施例1相比，本实施例的信号收集器3与太赫兹辐射源101位于目标的同一侧，信号收集器3采集的是目标的反射的太赫兹波信号。
图4是本发明太赫兹编码光源另一个实施例示意图，如图4所示，两块调幅板103彼此相对，两台电机104分别位于调幅板103外侧。太赫兹辐射源101发出的太赫兹波经准直镜102准直后，先后通过两块调幅板103，形成编码光源。
本发明不限于上述实施方式。
经实验表明，本发明具有成像速度快、成像分辨率高等特点。

Claims (5)

1.一种太赫兹主动关联成像系统，其特征在于该成像系统包括：太赫兹编码光源(1)、成像镜头(2)、信号收集器(3)和同步控制器(4)；
所述的太赫兹编码光源(1)由太赫兹辐射源(101)、准直镜(102)、两块调幅板(103)和两台旋转电机(104)组成，太赫兹辐射源(101)出射的太赫兹波由准直镜(102)准直之后，先后照射在两块调幅板(103)上，形成编码光源；两块调幅板(103)分别固定在两台电机(104)上，并由电机(104)带动做旋转运动；
所述的成像镜头(2)将太赫兹编码光源出射面成像在目标处；
所述的信号收集器(3)由聚焦镜头(301)、太赫兹单点探测器(302)和数据采集电路(303)组成，采集由目标反射或透射的太赫兹波，所述的单点探测器(302)位于所述的聚焦镜头(301)的焦点处；所述的数据采集电路(303)由模数转换电路和数据存储器组成，模数转换电路与太赫兹单点探测器(302)相连，并将其输出信号转换成数字信号存储在数据存储器中；
所述的同步控制器(4)同时与所述的太赫兹辐射源(101)、旋转电机(104)和数据采集电路(303)相连，所述的旋转电机(104)达到预定角度时，触发太赫兹辐射源(101)和数据采集电路(303)，完成一次采样。
2.根据权利要求1所述的太赫兹主动关联成像系统，其特征在于所述的调幅板(103)由对太赫兹波透明的材料制作，其表面有随机分布的花纹，该花纹由对太赫兹不透明的材料制成。
3.根据权利要求1所述的太赫兹主动关联成像系统，其特征在于所述的旋转电机(104)上安装有角度编码器，可实现旋转电机精确定位。
4.根据权利要求1所述的太赫兹主动关联成像系统，其特征在于所述的成像镜头(2)是透射式结构或反射式结构。
5.根据权利要求1至4任一项所述的太赫兹主动关联成像系统，其特征在于所述的聚焦镜头(301)是透射式结构或反射式结构。
CN201810987418.4A 2018-08-28 2018-08-28 太赫兹主动关联成像系统 Withdrawn CN109188549A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810987418.4A CN109188549A (zh) 2018-08-28 2018-08-28 太赫兹主动关联成像系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810987418.4A CN109188549A (zh) 2018-08-28 2018-08-28 太赫兹主动关联成像系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109188549A true CN109188549A (zh) 2019-01-11

Family

ID=64916506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810987418.4A Withdrawn CN109188549A (zh) 2018-08-28 2018-08-28 太赫兹主动关联成像系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109188549A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110221310A (zh) * 2019-06-11 2019-09-10 北京航空航天大学 一种针对运动目标的快速关联成像系统及方法
CN114690236A (zh) * 2022-06-01 2022-07-01 成都理工大学 针对束流强度分布的快速鬼成像方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106932357A (zh) * 2017-03-09 2017-07-07 南开大学 一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106932357A (zh) * 2017-03-09 2017-07-07 南开大学 一种超衍射分辨极限太赫兹光谱成像系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闫昱琪 等: ""太赫兹主动关联成像技术研究"", 《中国激光》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110221310A (zh) * 2019-06-11 2019-09-10 北京航空航天大学 一种针对运动目标的快速关联成像系统及方法
CN114690236A (zh) * 2022-06-01 2022-07-01 成都理工大学 针对束流强度分布的快速鬼成像方法
CN114690236B (zh) * 2022-06-01 2022-08-02 成都理工大学 针对束流强度分布的快速鬼成像方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kirmani et al. Exploiting sparsity in time-of-flight range acquisition using a single time-resolved sensor
Rioux Laser range finder based on synchronized scanners
CN107462544B (zh) 一种多功能太赫兹波成像系统及成像方法
CN103471715B (zh) 一种共光路组合式光场光谱成像方法及装置
US20080012850A1 (en) Three-Dimensional Imaging System Using Optical Pulses, Non-Linear Optical Mixers And Holographic Calibration
US20110068268A1 (en) Terahertz imaging methods and apparatus using compressed sensing
Moore et al. Development of a new underwater bathymetric laser imaging system: L-bath
CN103271721B (zh) 基于光谱编码与正交分光的并行oct探测方法及系统
Rioux et al. Compact three-dimensional camera for robotic applications
CN106772432A (zh) 基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描方法及装置
CN210036591U (zh) 一种基于频域oct技术的三维彩色动态成像装置
CN106918843B (zh) 一种基于被动式太赫兹成像的视频速度扫描系统
CA3027437C (en) Three-dimensional imaging method and system
CN109901191B (zh) 旋转扫描式激光雷达成像装置
CN109188549A (zh) 太赫兹主动关联成像系统
Edgar et al. Real-time computational photon-counting LiDAR
Wagner et al. Information theoretical optimization for optical range sensors
Teng et al. Time-encoded single-pixel 3D imaging
CN209102016U (zh) 一种远距离结构光三维测量装置
CN114279564B (zh) 一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪及其成像光谱重建方法
CN114264370A (zh) 一种压缩感知计算层析成像光谱仪系统和成像方法
CN106556570A (zh) 用于对表面的三维红外成像的装置和方法
CN102265175B (zh) 使用电磁高频辐射对物体成像的方法和设备
CN203280368U (zh) 基于光谱编码与正交分光的并行oct探测系统
An et al. Compressive sensing-based three-dimensional laser imaging with dual illumination

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190111

WW01 Invention patent application withdrawn after publication