CN109239917B - 一种适用于太赫兹安检的透镜轮廓面获取方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于太赫兹安检成像系统的透镜聚焦装置，及获取该透镜轮廓面的方法和装置，该方法包括：利用斯涅耳模型和等光程模型，根据不同角度的入射光线，获取透镜表面的多个特征点坐标，根据这些特征点坐标拟合出适合不同角度入射光的透镜轮廓面。本发明通过偏离光轴较大角度的入射光线拟合出透镜轮廓面，来实现双焦透镜对于大角度入射光也能起到良好的聚焦效果，进而可以应用到太赫兹安检成像系统中，提高安检成像分辨率。

Description

一种适用于太赫兹安检的透镜轮廓面获取方法和装置
技术领域
本发明涉及太赫兹安检领域，特别是涉及一种安检成像系统中透镜轮廓面的获取方法和装置。
背景技术
目前，由于太赫兹波安检成像系统具有检测高效性，对人体不造成危害等优点，而被广泛应用于安检系统中。
在现有技术方案中，准光成像系统一般采用双曲透镜对天线进行折射，经透镜折射后的光波到达被检测对象表面，经由人或隐匿在人体内的物体反射再次经过透镜，折射到接收天线上，经过接收机处理成像。
但是，当扫描系统发出的扫描天线角度越大时，入射光可能偏离光轴的角度越大，对于双曲透镜来说，入射波束偏离光轴角度越大，聚焦效果越差，成像的分别率越低，这样一来，会大大影响近距离大角度扫描的安检成像效果。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题解决上述问题的一种安检成像系统中透镜轮廓面的获取方法和装置。
根据本发明的第一方面，提供了一种透镜轮廓面获取方法，应用于太赫兹安检成像系统中，包括：
获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度；
根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标；
对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线；
对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线；
根据所述第一面特征曲线获得所述第一面；
根据所述第二面特征曲线获得所述第二面；
根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分。
可选的，所述方法还包括：
获取所述焦点的坐标F1(0，ym)；
获取从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴的最大入射角度θ0；
获取所述透镜的焦距f；
获取所述透镜口径D，材料的折射率n；
根据所述透镜的焦距f，口径D，折射率n，利用公式
Figure BDA0001830880470000021
确定所述透镜的厚度t。
可选的，所述方法还包括：
获取第一面与光轴的交点(x1,0)作为属于第一面上特征曲线的第一个第一特征点；
将所述焦点F1(0，ym)与(x1,0)的连线作为第一入射光线；
根据斯涅耳模型获取所述第一入射光线在所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2,y2)；
根据预设公差按照按等差递减数列依次获取从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴入射角度为θi的入射光线；
根据等光程模型，所述由焦点F1(0，ym)发出的第一入射光线经由(x1,0)到达所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2,y2)的光程等于(x2,y2)经由所述透镜轮廓第一面特征曲线上的特征点到达y轴的光程，可求解出每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述透镜轮廓第一面特征曲线上的第一特征点(x1i,y1i)；
根据斯涅耳模型获取所述每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线在所述透镜轮廓第二面特征曲线上的第二特征点(x2i,y2i)。
可选的，所述方法还包括：
根据所述x1i与透镜厚度t之和获取所述x2i的值；
根据所述ym，x2i的值，利用公式
Figure BDA0001830880470000031
获取所述y2i的值。
可选的，所述方法还包括：
当所述扫描光束为单方向时，
根据所述第一面特征曲线，单方向平移所述第一面特征曲线得到所述第一面；
根据所述第二面特征曲线，单方向平移所述第二面特征曲线得到所述第二面；
或，
当扫描光束为多方向时，
根据所述第一面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第一面特征曲线得到所述第一面；
根据所述第二面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第二面特征曲线得到所述第二面。
根据本发明的第二方面，提供了一种双焦广角聚焦透镜，应用于太赫兹安检成像系统中，用于将偏离光轴预设角度之内的光线进行聚焦。
根据本发明的第三方面，提供了一种透镜轮廓面获取装置，包括：
数据获取模块，用于获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度；
数据处理模块，用于根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标；
第一曲线拟合模块，用于对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线；
第二曲线拟合模块，用于对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线；
曲面获取模块，用于根据所述第一面特征曲线获得所述第一面，根据所述第二面特征曲线获得所述第二面；
曲面轮廓确定模块，用于根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分。
本发明实施例中，以扫描角度最大的波束中的多条偏离光轴不同角度的光线为入射光线，通过预置条件和斯涅耳模型及等光程模型，计算多条入射光线在透镜第一面和透镜第二面上的多个特征点，将这些特征点拟合出所述第一面和第二面的特征曲线，进而得到透镜面。通过这种手段得到的透镜面，由于以太赫兹安检成像系统中角度范围最大的扫描波束进行计算拟合，得到能够将扫描角度最大的光束聚焦出良好光斑的透镜曲面。因此，使用本发明的技术方案，能够得到一种适用于太赫兹安检成像系统的广角曲面透镜，对于非平行光轴的波束也能实现良好的聚焦性，在安检成像中能够提高成像的分辨率，降低天线扫描损耗，并提高安检成像效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文可选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出可选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例一的一种透镜轮廓表面获取的方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例得到的入射光束为单方向时的广角聚焦透镜模型；
图3是本发明实施例得到的入射光束为多方向时的广角聚焦透镜模型；
图4是本发明实施例中的拟合得到的双焦广角透镜成像效果；
图5是本发明实施例二的一种对于透镜轮廓表面特征点的获取方法的具体步骤流程图；
图6是本发明实施例二的一种获取透镜轮廓面特征曲线上特征点的几何示意图；
图7是本发明装置实施例三的一种透镜轮廓表面获取装置的结构框图；
图8是本发明装置实施例三的一种对于透镜轮廓表面特征点的获取装置的具体结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【方法实施例一】
参照图1，示出了本发明的一种应用于太赫兹安检成像系统的透镜轮廓曲面获取方法步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤101：获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度。
本发明实施例中的透镜安置于太赫兹安检仪中，应用于太赫兹安检成像系统。
太赫兹安检仪工作在THz波段(位于红外与微波之间)，能够根据人体与金属、陶瓷、塑料炸药、粉末炸药及衣物、绝缘材料等物体的辐射、反射及透射能力的差异，利用高灵敏度太赫兹波探测系统获取目标的辐射特性；然后经过图像恢复重构与处理生成用户可见的图像，进而判断被安检用户是否携带违规物品。
太赫兹安检成像系统中，太赫兹安检仪的安检扫描发窗口发出检测天线，天线经由透镜折射到达被检测对象表面，通常情况下被检测的对象为人体和隐匿在人体内的物体，检测对象对天线进行反射，反射后的光线再次经过透镜折射，折射回到接收天线上，经过接收机处理成像，透镜的轮廓和材料对折射光线的方向起着决定性的作用。
本发明实施例中给出了一种通过拟合方式获取优化的透镜表面轮廓的方法，为了使相对于光轴偏离一定角度的入射光也能聚焦处良好的成像效果，选取从焦点发出的光束中偏离光轴角度最大的一束光，并选取多条光线在透镜面上的折射点进行拟合计算。
获取光束偏离光轴的最大角度，根据具体应用场景中对计算精确度的要求按照等差数列依次在最大角度基础上获得递减的角度数值组成的等差递减数列，确定偏离角度为该递减数列中数值的光线作为后续拟合计算中的光线。
本发明实施例中，透镜的焦距，厚度均为已知预设量，由本领域的技术人员根据实际的应用场景进行设定，本发明实施例不作具体限定。
步骤102：根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标。
本发明实施例中，为了拟合出所述的透镜轮廓面，首先获取轮廓面的一个特征曲线上的若干特征点，根据特征点拟合出特征曲线，再将曲线进行几何变换得到透镜轮廓面。
根据选定的每一条入射光线，利用等光程模型计算入射光线在透镜轮廓第一面上的第一特征点，再利用斯涅耳模型计算出这条光线在透镜轮廓第二面上的第二特征点。
步骤103：对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线。
本发明实施例中，对得到的第一面特征曲线上的所有第一特征点，利用matlab(Matrix Laboratory，矩阵实验室)中的拟合函数进行函数拟合，得到第一面特征曲线的函数方程。
本发明实施例中，可以通过偶数阶的多项式或者最小二乘法进行函数拟合，具体采用哪种拟合方式，本发明实施例中不作具体限制。
步骤104：对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线。
本发明实施例中，对得到的第二面特征曲线上的所有第二特征点，利用matlab(Matrix Laboratory，矩阵实验室)中的拟合函数进行函数拟合，得到第二面特征曲线的函数方程。
本发明实施例中，可以通过偶数阶的多项式或者最小二乘法进行函数拟合，具体采用哪种拟合方式，本发明实施例中不作具体限制。
步骤105：根据所述第一面特征曲线获得所述第一面。
本发明实施例中，针对入射光线方向的不同，将得到的透镜轮廓面特征曲线进行几何变换，得到透镜轮廓面。
具体的，当入射光束为水平或竖直的单方向入射光时，将得到的第一面的特征曲线进行平移变换，得到所述透镜的第一面。当入射光线既包括水平也包括竖直方向为多方向入射光时，以光心为对称点对特征曲线进行旋转得到透镜的第一面。
步骤106：根据所述第二面特征曲线获得所述第二面。
当入射光束为水平或竖直的单方向入射光时，将得到的第二面的特征曲线进行平移变换，得到所述透镜的第二面。当入射光线既包括水平也包括竖直方向为多方向入射光时，以光心为对称点对特征曲线进行旋转得到透镜的第二面。
在具体的应用场景中，选用何种方式对透镜特征曲线进行变换得到透镜轮廓面，本发明实施例不做限制。
步骤107：根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分。
所述第一面和第二面的交线，是将得到的特征曲线变换成曲面之后的交线，确定第一面和第二面的交线之后，即得到了透镜轮廓。
优选的，参照图2，示出了本发明实施例的一种双焦广角柱聚焦透镜，是入射光束为只有某一方向为宽角度的入射光时得到的广角透镜。
包括透镜第一面，其轮廓是由太赫兹安检系统中角度最大的入射光束在透镜第一面的特征点拟合得到的，其中所述入射光束中的不同角度入射光线在透镜第一面的特征点均由斯涅耳模型和等光程模型计算得到，将第一面的所有特征点拟合得到第一面的特征曲线，当入射光束为只有某一方向为宽角度的入射光时，将第一面的特征曲线进行几何平移得到透镜第一面。
包括透镜第二面，其轮廓是由太赫兹安检系统中角度最大的入射光束在透镜第二面的特征点拟合得到的，其中所述入射光束中的不同角度入射光线在透镜第二面的特征点均由斯涅耳模型和等光程模型计算得到，将第二面的所有特征点拟合得到第二面的特征曲线，当入射光束为只有某一方向为宽角度的入射光时，将第二面的特征曲线进行几何平移得到透镜第二面。
可选的，参照图3，示出了水平方向和竖直方向均为宽角度入射光的双焦广角透镜。
本发明实施例中所述的宽角度入射光束为偏离主光轴21°-25°之间的入射光束。
本发明实施例中，由于根据扫描角度最大的入射波束中多条不同角度的光线进行透镜的轮廓面拟合，使得拟合出的透镜轮廓面能够对该入射波束聚焦良好，通过这种手段得到的透镜对于太赫兹安检成像系统中偏离光轴一定角度的光线都能得到良好的聚焦效果。参照图4中的光束聚焦，为通过拟合得到的双焦广角聚焦透镜对不同方向入射光的聚焦效果，通过本发明实施例中的方法拟合得到的双焦广角聚焦透镜，对于偏离主光轴角度大于20°的入射光束，也能在光屏上聚焦成一点光斑。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
【方法实施例二】
参照图5，示出了本发明对于透镜轮廓表面特征点的获取方法的具体步骤流程图：
步骤201：所述获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度。
本发明实施例中，以光轴为横坐标，以透镜两焦点的中心为原点建立坐标轴(所求透镜的焦点为预设已知量)，由于本发明实施例中拟合的透镜具有对称性，因此我们只需要拟合出光轴以上部分的轮廓面曲线，再根据对称性即可得到整条轮廓面的特征曲线。
本实施例中，如图6所示，以焦点F1(0，ym)发出的光束与透镜表面的多个交点作为特征点进行拟合，经由焦点F1(0，ym)发出的光束中偏离光轴角度最大的光线即为最大入射光线，这个最大的偏离角就是我们要求的预设成像最大角度，记作θ0。
本发明实施例中，透镜的焦距f为预设已知条件，且为了尽量减小透镜折射对毫米波、太赫兹波等天线的能量损耗，一般选取高密度聚乙烯、聚四氟乙烯等作为透镜的材料。
根据本发明实施例中选取的透镜材料可以确定透镜的折射率n，再根据预设已知量透镜的口径D，利用公式
Figure BDA0001830880470000091
即可求得透镜的厚度t。
在本发明实施例中，透镜厚度t由已知预设量，透镜口径D，透镜焦距f，透镜折射率n计算得到，相当于本发明实施例中的透镜厚度t也是预设已知量。
可以理解，在实际执行过程中，可以通过具体的应用要求对这些预设量进行设置，本发明实施例对此不作具体限定。
步骤202：所述根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面的多个第一特征点坐标，以及属于第二面的多个第二特征点坐标。
可选地，步骤202可以包括：
步骤A1：获取第一面与光轴的交点(x1,0)作为属于第一面上特征曲线的第一个第一特征点。
本发明实施例中，由技术人员预先设定x1的取值范围[f-c,f+c]，f为透镜的预设焦距，具体应用中，可以根据实际情况设置不同的焦距参数f，c为预设常数值。
利用二分法选取[f-c,f+c]中点f的的值作为第一个x1的值，将此时的第一个x1作为透镜第一面与光轴的交点坐标，继续执行步骤A2-步骤A6，以及步骤203，得到所述第一面的特征曲线，对第一面的特征曲线进行验证。
优选的，对第一面的特征曲线进行验证，包括：直接观察拟合出的曲线，如果拟合出的曲线偏向于光源一方，则说明取值偏大，将x1的取值范围缩小为[f-c，f]，继续将新区间内的中点的值作为第二个x1继续执行步骤A2-步骤A6，以及步骤203，得到所述第一面的特征曲线，继续对第一面的特征曲线进行验证；
如果拟合出的曲线偏向于被检测对象一方，则说明取值偏小，将x1的取值范围缩小为[f,f+c]，继续将新区间内的中点的值作为第二个x1继续执行步骤A2-步骤A6，以及步骤203，得到所述第一面的特征曲线，继续对第一面的特征曲线进行验证；
利用二分法原理不断重复选取x1的值，拟合曲线计算和判断得到的第一面特征曲线，直到计算出的曲线既不偏向于光源也不偏向于被检测对象时，将此时选取的第n个x1作为x1的值。
在本发明的优选实施例中，以第一次选取的中点f的值作为x1的值。
在具体应用中，如何对通过二分法取得的中点值的准确性进行判断，以及采用何种判断标准，由技术人员根据具体的应用场景设定，本发明的实施例中不做限定。
在本发明实施例给出的计算示例中，以焦距参数f的值作为x1的值。
步骤A2:将所述焦点F1(0，ym)与(x1,0)的连线作为第一入射光线。
步骤A3：根据斯涅耳模型获取所述第一入射光线在所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2,y2)。
本发明实施例中，透镜的折射率n，口径D均为已知预设条件，所以根据公式
Figure BDA0001830880470000101
可以将透镜的厚度t计算出来。
点(x2,y2)是第一入射光线由透镜第一面入射经透镜折射后在透镜第二面上的交点，根据折射规律：
x2＝x1+t (公式1)
可以计算出坐标x2的值。
同理的，根据入射光线在透镜第一面上的交点(x1,0)，还可以根据公式
Figure BDA0001830880470000102
(公式2)求出坐标y2的值。
其中，ym为所述透镜焦点的纵坐标，是预设已知量。
ε代表光子的能量，ε＝hν，h为普朗克常量，其数值约为h＝6.62606957(29)×10-34J·s，ν代表光线在透镜内传播的速度，可以根据实验在透镜中测得，也可以利用透镜的折射率计算得出，在具体应用中，本发明实施例不做限制。
针对每一条经由透镜第一面折射，并在透镜内传输，最后经由透镜第二面折射而出的入射光线来说，该入射光线与透镜第二面的交点都可以根据上述方法求出。
步骤A4:根据预设公差按照按等差递减数列依次获取从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴入射角度为θi的入射光线。
针对每一条入射光线，都可以求出该光线在透镜面上的两个交点，为了拟合出最终透镜面上特征曲线的函数，应该选取所述透镜面上尽可能多的点进行拟合。
本发明实施例中，首先选取入射光束中相对于光轴偏角最大的光线。
其次，本发明实施例中按照等差递减数列，将最大偏角减去公差，确定第二偏角，选取入射光束中相对于光轴偏角为第二偏角的光线。
公差由技术人员设定，在实际应用中根据对精确度的要求选取不同的值作为公差。
继续按照等差递减数列依次确定偏角数值，及入射光线中相对于光轴偏角为所述数值的光线。
步骤A5:根据等光程模型，所述由焦点F1(0，ym)发出的第一入射光线经由(x1,0)到达所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2,y2)的光程等于(x2,y2)经由所述透镜轮廓第一面特征曲线上的特征点到达y轴的光程，可求解出每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述透镜轮廓第一面特征曲线上的第一特征点(x1i,y1i)。
根据等光程原理，可以求解出每一条入射光线与透镜第一面的交点坐标，本发明实施例中给出的计算方法是，连接焦点F1(0，ym)，(x1,0)，(x2,y2)，计算出这条光路的光程l1。
针对从焦点F1(0，ym)发出的任一条已知相对于光轴偏角θi的入射光线，连接(x2,y2)与该光线在透镜第一面上的交点，将其视作从(x2,y2)发出的入射光线mi，根据折射定律做出mi在透镜第一表面发生折射，并与本实施例中中参考面(即y轴)相交的光路图，经这条光路图的光程记作li(i＝2,3,4……)。
根据等光程原理，l1＝li，再利用改光线相对于光轴偏角θi的三角函数，即可求出该光线与透镜第一面交点的坐标。
步骤A6:根据斯涅耳模型获取所述每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线在所述透镜轮廓第二面特征曲线上的第二特征点(x2i,y2i)。
针对每一条经由透镜第一面折射，并在透镜内传输，最后经由透镜第二面折射而出的入射光线来说，该入射光线与透镜第二面的交点都可以根据x2＝x1+t公式(1)和
Figure BDA0001830880470000121
公式(2)求出。
步骤203：对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线。
步骤204：对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线。
步骤205：根据所述第一面特征曲线获得所述第一面；根据所述第二面特征曲线获得所述第二面。
步骤206：根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分。
所述第一面和第二面的交线，在本实施例中，可以根据得到的第一面的曲面函数和得到的第二面的曲面函数得出交线的线函数，确定所述交线。确定交线之后，透镜的两个曲面在交线内的部分分别为透镜第一轮廓面和透镜第二轮廓面。
本发明实施例中，根据入射光线在透镜轮廓面上的交点拟合出优化的轮廓面曲线，并利用等光程模型和斯涅耳模型计算选取的每一条入射光线在透镜轮廓面上的交点坐标，这些交点坐标就是透镜轮廓面上的特征点，将特征点进行拟合得到优化的透镜轮廓，使得优化轮廓的透镜对于偏离光轴的光线也能得到良好的聚焦效果，提高了安检成像的分辨率，也提高了安检效率。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。
【装置实施例三】
参照图7，示出了本发明实施例中的一种获取透镜轮廓面的装置300的结构框图。包括：
数据获取模块301，用于获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度；
数据处理模块302，用于根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标；
第一曲线拟合模块303，用于对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线；
第二曲线拟合模块304，用于对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线；
曲面获取模块305，用于根据所述第一面特征曲线获得所述第一面，根据所述第二面特征曲线获得所述第二面；
曲面轮廓确定模块306，用于根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分。
所述数据获取模块301还可以包括：
焦点坐标获取子模块3011，用于获取所述焦点的坐标F1(0，ym)。
最大角度获取子模块3012，用于获取从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴的最大入射角度θ0。
焦距获取子模块3013，用于获取所述透镜的焦距f。
厚度获取子模块3014，用于获取所述透镜口径D，材料的折射率n；并根据所述透镜的焦距f，口径D，折射率n，利用公式
Figure BDA0001830880470000141
确定所述透镜的厚度t。
优选地，参照图8，在图7的基础上，该数据处理模块302包括：
第一交点获取子模块3021，用于获取第一面与光轴的交点(x1,0)作为属于第一面上特征曲线的第一个第一特征点。
第一光线设置子模块3022，用于将所述焦点F1(0，ym)与(x1,0)的连线作为第一入射光线。
第二交点获取子模块3023，用于根据斯涅耳模型获取所述第一入射光线在所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2,y2)。
入射光线设置子模块3024，用于根据预设公差按照按等差递减数列依次获取从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴入射角度为θi的入射光线。
第一特征点计算子模块3025，用于根据等光程模型，所述由焦点F1(0，ym)发出的第一入射光线经由(x1,0)到达所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2,y2)的光程等于(x2,y2)经由所述透镜轮廓第一面特征曲线上的特征点到达y轴的光程，可求解出每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述透镜轮廓第一面特征曲线上的第一特征点(x1i,y1i)。
第二特征点计算子模块3026，用于根据斯涅耳模型获取所述每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线在所述透镜轮廓第二面特征曲线上的第二特征点(x2i,y2i)。
所述第二特征点计算子模块3026包括：
第二特征点横坐标计算单元，用于根据所述x1i与透镜厚度t之和获取所述x2i的值。
第二特征点纵坐标计算单元，用于根据所述ym，x2i的值，利用公式
Figure BDA0001830880470000151
获取所述y2i的值。
所述曲面获取模块305包括：
第一曲面获取子模块3051，用于当所述扫描光束为单方向时，
根据所述第一面特征曲线，单方向平移所述第一面特征曲线得到所述第一面；
或，
当扫描光束为多方向时，
根据所述第一面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第一面特征曲线得到所述第一面。
第二曲面获取子模块3052，用于当所述扫描光束为单方向时，
根据所述第二面特征曲线，单方向平移所述第二面特征曲线得到所述第二面；
或，
当扫描光束为多方向时，
根据所述第二面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第二面特征曲线得到所述第二面。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种透镜轮廓面设计方法，应用于太赫兹安检成像系统中，其特征在于，包括：
获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度；
以光轴为x轴，以透镜两焦点的连线为y轴，以透镜两焦点的连线与光轴的交点为原点建立坐标系；其中，所述透镜两焦点为焦点F1(0，ym)和焦点F2(0，-ym)，所述焦点F1与所述焦点F2关于所述x轴对称，且所述焦点F1为入射光束相对与所述光轴的最大入射角度θ0所对应的焦点；根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标；
对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线；
对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线；
根据所述第一面特征曲线获得所述第一面；
根据所述第二面特征曲线获得所述第二面；
根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分；
其中，所述根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标，包括：
获取第一面与光轴的交点(x1，0)作为属于第一面特征曲线上的第一个第一特征点；
由焦点F1(0，ym)发出第一入射光线；
根据斯涅耳模型获取所述第一入射光线在所述第二面特征曲线上的第一个第二特征点(x2，y2)；
根据预设公差，将从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束相对于光轴的最大入射角度θ0，按照等差递减数列依次获取相对于光轴入射角度为θi的入射光线；
根据等光程模型，所述由焦点F1(0，ym)发出的第一入射光线经由(x1，0)到达所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2，y2)的光程等于(x2，y2)经由所述透镜轮廓第一面特征曲线上的特征点到达y轴的光程，求解出每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述透镜轮廓第一面特征曲线上的第一特征点(x1i，y1i)；
根据斯涅耳模型获取所述每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线在所述透镜轮廓第二面特征曲线上的第二特征点(x2i，y2i)；
其中，所述根据斯涅耳模型获取所述每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线在所述透镜轮廓第二面特征曲线上的第二特征点(x2i，y2i)，包括：
根据所述x1i与透镜厚度t之和获取x2i的值，所述x2i为所述相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述第二面的交点位置的横坐标；
根据ym，x2i的值，利用公式
Figure FDA0002952580490000021
获取y2i的值；计算所述y2i时，所述公式中x2、y2的代入值为x2i、y2i；
其中，x1为所述第一面与所述光轴的交点位置的横坐标，x2为所述第一入射光线与所述第二面的交点位置的横坐标，y2为所述第一入射光线与所述第二面的交点位置的纵坐标，所述y2i为所述相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述第二面的交点位置的纵坐标，所述ym为所述透镜焦点的纵坐标，是预设已知量，ε代表光子的能量，ε＝hv，h为普朗克常量，其数值约为h＝6.62606957(29)×10-34J·s，v代表光线在透镜内传播的速度，所述速度根据实验在透镜中测得，或者利用透镜的折射率计算得出。
2.根据权利要求1所述的透镜轮廓面设计方法，其特征在于，所述获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度，包括：
获取焦点的坐标F1(0，ym)；
获取从焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴的最大入射角度θ0；
获取所述透镜的焦距f；
获取透镜口径D，材料的折射率n；
根据所述透镜的焦距f，口径D，折射率n，利用公式
Figure FDA0002952580490000031
确定所述透镜的厚度t。
3.根据权利要求1所述的透镜轮廓面设计方法，其特征在于，
扫描光束为单方向扫描光束，所述根据所述第一面特征曲线获得所述第一面；根据所述第二面特征曲线获得所述第二面，包括：
根据所述第一面特征曲线，单方向平移所述第一面特征曲线得到所述第一面；
根据所述第二面特征曲线，单方向平移所述第二面特征曲线得到所述第二面；
或扫描光束为多方向扫描光束，所述根据所述第一面特征曲线获得所述第一面；根据所述第二面特征曲线获得所述第二面，包括：
根据所述第一面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第一面特征曲线得到所述第一面；
根据所述第二面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第二面特征曲线得到所述第二面。
4.一种双焦广角聚焦透镜，应用于太赫兹安检成像系统中，其特征在于，所述双焦广角聚焦透镜是根据权利要求1-3其中之一的权利要求制作得到的透镜，所述双焦广角聚焦透镜用于将偏离光轴预设角度之内的光线进行聚焦。
5.一种透镜轮廓面设计装置，应用于太赫兹安检成像系统中，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取预设成像最大角度，以及透镜焦距，厚度；
数据处理模块，用于以光轴为x轴，以透镜两焦点的连线为y轴，以透镜两焦点的连线与光轴的交点为原点建立坐标系；其中，所述透镜两焦点为焦点F1(0，ym)和焦点F2(0，-ym)，所述焦点F1与所述焦点F2关于所述x轴对称，且所述焦点F1为入射光束相对与所述光轴的最大入射角度θ0所对应的焦点；根据所述透镜厚度、焦距、以及预设成像最大角度，利用斯涅尔模型和等光程模型，确定属于第一面特征曲线上的多个第一特征点坐标，以及属于第二面特征曲线上的多个第二特征点坐标；
第一曲线拟合模块，用于对所述多个第一特征点坐标进行拟合，获得所述第一面特征曲线；
第二曲线拟合模块，用于对所述多个第二特征点坐标进行拟合，获得所述第二面特征曲线；
曲面获取模块，用于根据所述第一面特征曲线获得所述第一面，根据所述第二面特征曲线获得所述第二面；
曲面轮廓确定模块，用于根据所述第一面和第二面的交线，确定透镜轮廓面；其中所述透镜轮廓面的第一轮廓面为所述第一面中在交线内的部分，所述透镜轮廓面的第二轮廓面为所述第二面在所述交线内的部分；
所述数据处理模块，包括：
第一交点获取子模块，用于获取第一面与光轴的交点(x1，0)作为属于第一面特征曲线上的第一个第一特征点；
第一光线设置子模块，用于将由焦点F1(0，ym)发出的光线作为第一入射光线；
第二交点获取子模块，用于根据斯涅耳模型，根据所述x1与透镜厚度t之和获取x2的值；根据所述ym，x2的值，利用公式
Figure FDA0002952580490000041
获取所述第一入射光线在所述第二面特征曲线上的第一个第二特征点(x2，y2)；
入射光线设置子模块，用于根据预设公差，将从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束相对于光轴的最大入射角度θ0，按照等差递减数列依次获取相对于光轴入射角度为θi的入射光线；
第一特征点计算子模块，用于根据等光程模型，所述由焦点F1(0，ym)发出的第一入射光线经由(x1，0)到达所述第二面上特征曲线的第一个第二特征点(x2，y2)的光程等于(x2，y2)经由所述透镜轮廓第一面特征曲线上的特征点到达y轴的光程，求解出每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述透镜轮廓第一面特征曲线上的第一特征点(x1i，y1i)；
第二特征点计算子模块，用于再次根据斯涅耳模型，根据所述x1i与透镜厚度t之和获取x2i的值，所述x2i为所述相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述第二面的交点位置的横坐标；
根据ym，x2i的值，利用公式
Figure FDA0002952580490000051
获取y2i的值，计算所述y2i时，所述公式中x2、y2的代入值为x2i、y2i；
获取所述每一条相对于光轴入射角度为θi的入射光线在所述透镜轮廓第二面特征曲线上的第二特征点(x2i，y2i)；
其中，x1为所述第一面与所述光轴的交点位置的横坐标，x2为所述第一入射光线与所述第二面的交点位置的横坐标，y2为所述第一入射光线与所述第二面的交点位置的纵坐标，所述y2i为所述相对于光轴入射角度为θi的入射光线与所述第二面的交点位置的纵坐标，所述ym为所述透镜焦点的纵坐标，是预设已知量，ε代表光子的能量，ε＝hv，h为普朗克常量，其数值约为h＝6.62606957(29)×10-34J·s，v代表光线在透镜内传播的速度，所述速度根据实验在透镜中测得，或者利用透镜的折射率计算得出。
6.根据权利要求5所述的透镜轮廓面设计装置，其特征在于，所述数据获取模块，包括：
焦点坐标获取子模块，用于获取所述焦点的坐标F1(0，ym)；
最大角度获取子模块，用于获取从所述焦点F1(0，ym)发出的入射光束中相对于光轴的最大入射角度θ0；
焦距获取子模块，用于获取所述透镜的焦距f；
厚度获取子模块，用于获取所述透镜口径D，材料的折射率n；并根据所述透镜的焦距f，口径D，折射率n，利用公式
Figure FDA0002952580490000052
确定所述透镜的厚度t。
7.根据权利要求5所述的透镜轮廓面设计装置，其特征在于，
扫描光束为单方向扫描光束，所述曲面获取模块，包括：
第一获取子模块，用于根据所述第一面特征曲线，单方向平移所述第一面特征曲线得到所述第一面；
第二获取子模块，用于根据所述第二面特征曲线，单方向平移所述第二面特征曲线得到所述第二面；
或扫描光束为多方向扫描光束，所述曲面获取模块，包括：
第三获取子模块，用于根据所述第一面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第一面特征曲线得到所述第一面；
第四获取子模块，用于根据所述第二面特征曲线，以坐标原点为中心旋转所述第二面特征曲线得到所述第二面。
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Pledgee: CHINA ACADEMY OF AEROSPACE AERODYNAMICS

Pledgor: BEIJING AEROSPACE YILIAN SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

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