CN109407168A - 毫米波/太赫兹波成像设备及其反射板调节装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种毫米波/太赫兹波成像设备及其反射板调节装置,包括:支撑件和连接件,反射板与连接件可转动地连接,以使得反射板依次对被检对象位于视场沿第一方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射;连接件与支撑件可转动地连接,以使得反射板对被检对象位于视场沿垂直于第一方向的第二方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射。该反射板调节装置通过将反射板与连接件可转动地连接,并且连接件与支撑件可转动地连接,以使得反射板对被检对象自发辐射或反射回来的波束进行反射的轨迹能够包络为类圆形或类椭圆形,从而实现对视场全面反射,且采样密集点集中在视场中间,且采样点分布均匀,插值方便。
Description
技术领域
本公开涉及安检技术领域,特别是涉及一种反射板调节装置,以及包括上述反射板调节装置的毫米波/太赫兹波成像设备。
背景技术
在当前国内外防恐形势日益严峻的形势下,恐怖分子利用隐匿方式随身携带刀具、枪支、爆炸物等危险物品对公共安全构成了严重的威胁。基于被动式毫米波/太赫兹波的人体安检技术,具有独特的优点,通过检测目标本身的毫米波/太赫兹波辐射实现成像,无需主动辐射,对人体进行安检,利用毫米波/太赫兹波的穿透能力实现藏匿危险物的检测。根据成像体制的不同,被动式毫米波和太赫兹波成像技术可以分为焦平面成像体制和基于机械扫描的成像体制。
基于焦平面成像技术的毫米波太赫兹相机使用复杂的技术而且需要特殊的装置,其基本原理是通过分布在焦平面上的众多单元天线以及适当的反射镜、透镜对目标的不同位置同时成像。如美国Northrop Grumman公司的NGC系统,使用焦平面阵列天线可以实现实时成像,但是系统复杂,例如NGC系统在水平15°,垂直10°的视场分辨率为0.5°的角分辨率,需要1040个探测器。为了降低系统成本和复杂度,当前主流的解决方案是一维线性探测器阵列加上机械扫描的方式对整个视场进行扫描成像。
典型的探测器阵列呈线性分布且探测器圆锥扫描时,探测器的线性布置导致图像在视场的中间部分相比边缘的采样密度低很多,而边缘区域相比中心区域是我们更不关心的地方。此外,对这样的布置,旋转图像(不旋转整个相机)可能导致损失一些潜在信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种毫米波/太赫兹波成像设备及其反射板调节装置,以使得采样密集点集中在全视场中间,且在视场的大部分区域,采样点排布均匀。
根据本公开的一个方面的实施例,提供了一种反射板调节装置,包括环形或环带形。
在一些实施例中,所述连接件呈环形,所述反射板位于所述连接件的内侧,并通过第一转轴与所述连接件可转动地连接。
在一些实施例中,所述第一转轴的数量为两个,两个所述第一转轴的轴线重合。
在一些实施例中,还包括用于驱动所述第一转轴转动的第一驱动装置。
在一些实施例中,所述支撑件呈环形,所述连接件位于所述支撑件的内侧,并通过第二转轴与所述支撑件可转动地连接。
在一些实施例中,所述第二转轴的数量为两个,两个所述第二转轴的轴线重合。
在一些实施例中,还包括用于驱动所述第二转轴转动的第二驱动装置。
在一些实施例中,所述第一方向为水平方向和竖直方向中的一个,所述第二方向为所述水平方向和所述竖直方向中的另一个。
在一些实施例中,所述反射板在所述第一方向上的转动角度为±30°,所述反射板在所述第二方向上的转动角度为±30°。
根据本公开的另一个方面的实施例,提供了一种毫米波/太赫兹波成像设备,包括:准光学组件、毫米波/太赫兹波探测器阵列和反射板调节装置,
所述准光学组件适用于将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波反射并汇聚至所述毫米波/太赫兹波探测器阵列,并包括适用于接收并反射来自被检对象的毫米波/太赫兹波的反射板;
所述毫米波/太赫兹波探测器阵列适用于接收来自所述准光学组件的毫米波/太赫兹波;以及
所述反射板调节装置采用如上所述的反射板调节装置,以使得所述反射板对所述被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形。
在一些实施例中,还包括聚焦透镜,所述聚焦透镜设置在被检对象和所述反射板之间或设置在所述反射板和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列之间。
在一些实施例中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列呈环形或环带形排布。
在一些实施例中,所述环形或环带形包括圆形环或圆形环带、椭圆形环或椭圆形环带、多边形环或多边形环带中的至少一种。
在一些实施例中,所述多边形包括正菱形、扁菱形、长方形中的至少一种。
在一些实施例中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列中的多个探测器均匀排布在所述环形或环带形上。
在一些实施例中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列中的多个探测器在视场法向或垂直于所述视场法向的方向上的投影是均匀排布的。
在一些实施例中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列呈线性排布。
在一些实施例中,所述反射板是平面的。
在一些实施例中,所述反射板是菲涅尔反射镜或抛物面反射镜。
在一些实施例中,还包括:
数据处理装置,所述数据处理装置与所述毫米波/太赫兹波探测器阵列连接以接收来自所述探测器阵列的对于被检对象的扫描数据并生成毫米波/太赫兹波图像;和
显示装置,所述显示装置与所述数据处理装置相连接,用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。
根据本公开上述各种实施例的毫米波/太赫兹波成像设备及其反射板调节装置,通过将反射板与连接件可转动地连接,以使得反射板依次对被检对象位于视场沿第一方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射;并通过设置支撑件,该支撑件与连接件可转动地连接,以使得反射板对被检对象位于视场沿垂直于第一方向的第二方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射,从而使得反射板对被检对象自发辐射或反射回来的波束进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形,从而实现对视场全面反射,且采样密集点集中在视场中间,在视场的大部分区域,采样点分布均匀,插值方便。
附图说明
图1为根据本公开的一个实施例的反射板调节装置的立体示意图;
图2为图1所示的反射板调节装置的主视示意图;
图3为根据本公开的另一实施例的反射板调节装置的主视示意图;
图4为根据本公开的一种毫米波/太赫兹波成像设备的原理图;
图5为根据本公开的一实施例的聚焦透镜位于被检对象和反射板之间的结构示意图;
图6为呈圆形环均匀分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计;
图7为呈圆形环横向插空分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计;
图8为呈正菱形环均匀分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计;
图9为呈正菱形环横向插空分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计;
图10为呈扁菱形环均匀分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计;
图11为呈扁菱形环横向插空分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计;以及
图12为呈线性分布的毫米波/太赫兹波探测器阵列及其相应的扫描轨迹和采样统计。
具体实施方式
虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开,但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的公开,同时获得本公开的技术效果。因此,须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示,且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。
另外,在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下,公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1和图2为根据本公开的一个示例性实施例的反射板调节装置5的立体示意图。如图所示,该反射板调节装置5包括椭圆形连接件51,反射板1位于椭圆形连接件51的内侧,并与连接件51可转动地连接,以使得反射板1依次对被检对象位于视场3沿第一方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射,该反射板调节装置5还包括椭圆形支撑件54,连接件51位于椭圆形支撑件54的内侧,并与连接件51可转动地连接,以使得反射板1对被检对象位于视场3沿垂直于第一方向的第二方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射。
需要说明的是,虽然在该实施例中,连接件51和支撑件54均为椭圆形,然而,本领域的技术人员应当理解,在本公开的其它一些实施例中,连接件51和支撑件54均可为其它的闭合的环形,例如圆环形(如图3所示)、矩形等,此外,连接件51和支撑件54也可以为非闭合的环形或其它的形状,只要不妨碍相互之间的运动即可。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,连接件51呈闭合的环形,反射板1位于连接件51的内侧,并通过第一转轴52与连接件51可转动地连接。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,第一转轴52的数量为两个,两个第一转轴52的轴线重合,这样可以保证反射板1与连接件51的可靠转动。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,该反射板调节装置5还包括用于驱动第一转轴52转动的第一驱动装置53,例如伺服电机等。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,支撑件54呈闭合的环形,连接件51位于支撑件54的内侧,并通过第二转轴55与支撑件54可转动地连接。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,第二转轴55的数量为两个,两个第二转轴55的轴线重合。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,该反射板调节装置5还包括用于驱动所述第二转轴55转动的第二驱动装置56,例如伺服电机等。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,第一方向为水平方向和竖直方向中的一个,第二方向为水平方向和竖直方向中的另一个。
如图1至图3所示,在一些示例性实施例中,反射板1在第一方向上的转动角度为±30°,反射板1在第二方向上的转动角度为±30°。然而,本领域的技术人员应当理解,在本公开的其它一些实施例中,反射板1在第一方向上的转动角度也可以为其它数值,同样地,反射板1在第二方向上的转动角度也可以为其它数值。
如图1和图2所示,在一种示例性实施例中,反射板1呈椭圆形或圆形,然而,本领域的技术人员应当理解,在本公开的其它一些实施例中,反射板1也可以呈矩形、长方形等。
根据本公开的另一方面,还提供了一种毫米波/太赫兹波成像没备,包括准光学组件、毫米波/太赫兹波探测器阵列2和如上所述的反射板调节装置5。准光学组件适用于将被检对象31自发辐射的毫米波/太赫兹波反射并汇聚至毫米波/太赫兹波探测器阵列2,并包括适用于接收并反射来自被检对象31的毫米波/太赫兹波的反射板1和适用于汇聚来自反射板1的毫米波/太赫兹波的聚焦透镜4。毫米波/太赫兹波探测器阵列2适用于接收由准光学组件反射并汇聚后的毫米波/太赫兹波。
需要说明的是,虽然在该实施例中的波束是被检对象31自发辐射的毫米波或太赫兹波,需要说明的是,本领域的技术人员应当理解,该波束也可以为照射到被检对象31并经被检对象31反射回来的毫米波/太赫兹波。
由于反射板1对被检对象31自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形,因此可以在视场3顶部安设探测器校准器,实现校准的同时,不会减少有效检测区域。
如图4所示,在一种示例性实施例中,聚焦透镜4沿光束的路径位于反射板1和毫米波/太赫兹波探测器阵列2之间。需要说明的是,本领域的技术人员应当理解,在本公开的其它一些实施例中,聚焦透镜4也可以设置在反射板1和被检对象31之间,即被检对象31自发辐射的者反射的毫米波/太赫兹波经过聚集透镜4,然后被反射板1反射至毫米波/太赫兹波探测器阵列2并由毫米波/太赫兹波探测器阵列2接收,如图5所示。
使用时,分别驱动反射板1和连接件51转动,以使得反射板1对被检对象31自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形,并将毫米波/太赫兹波探测器阵列2所获得的对于被检对象的扫描数据发送给数据处理装置;然后利用数据处理装置对扫描数据进行重建以生成被检对象的毫米波/太赫兹波图像。该设备可以准确地对被检对象31进行全方位的成像和检测,其中被检对象31可以是人体,也可以是物品。在生成人体或物品的毫米波/太赫兹波图像之后,对人体或物品是否带有可疑物32以及可疑物32的位置进行识别并将结果输出。其中,对于可疑物32及其位置的识别可以通过计算机自动识别或是人工识别或是两者相结合的方法来进行。结果输出可以通过例如在显示装置上显示标有直接显示是否带有可疑物32的结论等方式来实现,也可以将检测结果直接打印或发送。执行检测的安检人员可以根据上述检测结果来对人体或物品是否带有可疑物32以及可疑物32的位置进行确认,也可以通过人工检测来进行复核。
图6至图12示出了毫米波/太赫兹波探测器阵列2的几种排布方式及其相应的反射轨迹和采样统计。其中,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈环形或环带形排布,并位于同一平面内,该环或环带可以是圆形环或圆形环带(如图6、7所示)、椭圆形环或椭圆形环带、多边形环或多边形环带等。其中多边形可以是正菱形(如图8、9所示)、扁菱形(如图10、11所示)、长方形等。此外,毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的多个探测器可以均匀排布在环形上。也可以呈横向插空排布在环形上,即毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的多个探测器在视场3法向或垂直于视场3法向的方向上的投影是均匀排布的。
如图6所示,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈圆形环均匀排布(如图6(a)所示),通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为圆形或准圆形,如图6(b)所示,其采样如图6(c)所示,可以看出,采样密集点都集中在全视场3中间,此时视场3中心点可作为探测器的校正点,该分布方式适合对多人同时进行成像。
如图7所示,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈圆形环横向插空排布(如图7(a)所示),通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形,如图7(b)所示,其采样如图7(c)所示,可以看出,采样在全视场3基本均匀排布,此时视场3顶部可作为探测器的校正点,该排布方式适合对单个人体进行成像。
当毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈菱形环排布时,可令扫描轨迹在中心部位达到相当均匀的效果。例如,当毫米波/太赫兹波探测器阵列2采用菱形环横向插空排布方式时,采样点排布比探测器圆形环排布更加均匀,且后续图像处理所需进行的差值更加方便。当采用扁菱形环排布时(侧顶角范围优选为1°~44°),中心区域排布更均匀(过分密集区域范围减小),但需要反射板调节装置提供更大的俯仰角和更小的侧倾角。
如图8所示,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈正菱形环均匀排布(如图8(a)所示),通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形,如图8(b)所示,其采样如图8(c)所示,可以看出,采样在全视场3基本均匀排布,此时视场3顶部可作为探测器的校正点,该排布方式适合对单个人体进行成像。
如图9所示,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈正菱形环横向插空排布(如图9(a)所示),通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形,如图9(b)所示,其采样如图9(c)所示,可以看出,采样在全视场3基本均匀排布,此时视场3顶部可作为探测器的校正点,该排布方式适合对单个人体进行成像。
如图10所示,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈扁菱形环均匀排布(如图10(a)所示),通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形,如图10(b)所示,其采样如图10(c)所示,可以看出,采样在全视场3基本均匀排布,此时视场3顶部可作为探测器的校正点,该排布方式适合对单个人体进行成像。
如图11所示,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈扁菱形环横向插空排布(如图11(a)所示,侧顶角为20°),通过反射板调节装置形成的扫描轨迹包络为椭圆形或类椭圆形,如图11(b)所示,其采样如图11(c)所示,可以看出,采样在全视场3基本均匀排布,此时视场3顶部可作为探测器的校正点,该排布方式适合对单个人体进行成像。
如图12所示,在一个示例性实施例中,毫米波/太赫兹波探测器阵列2呈线性排布(如图12(a)所示),排布方向与视场3法向平行。其优点是在类椭圆包络扫描方式下,可令扫描轨迹在绝大部分区域达到相当均匀的效果,如图12(b)和12(c)所示。
需要说明的是,本领域的技术人员应当理解,在本公开的其它一些实施例中,毫米波/太赫兹波探测器阵列2中的探测器数量应根据所需视场3大小以及所需分辨率确定,探测器的大小根据波长、加工工艺,以及所需采样密度等确定。
此外,需要说明的是,本领域的技术人员应当理解,在本公开的一些实施例中,反射板1可以是平面的,例如光滑的金属表面或金属栅网格,在本公开的另外一些实施例中,反射板1也可以是非平面的,例如菲涅尔镜或者抛物面镜。当反射板1为抛物面镜时,在这种情况下,可以省略聚焦透镜4。
在本公开的一个实施例中,该毫米波/太赫兹波成像设备还可以包括数据处理装置(未示出)。该数据处理装置与毫米波/太赫兹波探测器阵列2无线连接或有线连接以接收来自毫米波/太赫兹波探测器阵列2的对于被检对象31的扫描数据并生成毫米波/太赫兹波图像。该毫米波/太赫兹波成像设备还可以包括显示装置,该显示装置与数据处理装置相连接,用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。
在一个示例性实施例中,数据处理装置可以用于生成控制信号并将控制信号发送给第一驱动装置53和第二驱动装置56以驱动连接件51转动和/或反射板1摆动。在另一示例性实施例中,毫米波/太赫兹波成像设备也可以包括与数据处理装置相独立的控制装置。
根据本公开上述各种实施例的毫米波/太赫兹波成像设备及其反射板调节装置,通过将反射板与连接件可转动地连接,以使得反射板依次对被检对象位于视场沿第一方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射;并通过设置支撑件,该支撑件与连接件可转动地连接,以使得反射板对被检对象位于视场3沿垂直于第一方向的第二方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射,从而使得反射板对被检对象自发辐射或反射回来的波束进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形,从而实现对视场3全面反射,且采样密集点集中在视场3中间,在视场3的大部分区域,采样点分布均匀,插值方便。此外,该装置结构简单。
本领域的技术人员可以理解,上面所描述的实施例都是示例性的,并且本领域的技术人员可以对其进行改进,各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
在详细说明本公开的较佳实施例之后,熟悉本领域的技术人员可清楚的了解,在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变,且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。
Claims (20)
1.一种反射板调节装置,包括:支撑件和连接件,所述反射板与所述连接件可转动地连接,以使得所述反射板依次对被检对象位于视场沿第一方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射;所述连接件与所述支撑件可转动地连接,以使得所述反射板对所述被检对象位于所述视场沿垂直于所述第一方向的第二方向上的不同位置的部分自发辐射或反射回来的波束进行反射。
2.根据权利要求1所述的反射板调节装置,其中,所述连接件呈环形,所述反射板位于所述连接件的内侧,并通过第一转轴与所述连接件可转动地连接。
3.根据权利要求2所述的反射板调节装置,其中,所述第一转轴的数量为两个,两个所述第一转轴的轴线重合。
4.根据权利要求2所述的反射板调节装置,其中,还包括用于驱动所述第一转轴转动的第一驱动装置。
5.根据权利要求1所述的反射板调节装置,其中,所述支撑件呈环形,所述连接件位于所述支撑件的内侧,并通过第二转轴与所述支撑件可转动地连接。
6.根据权利要求5所述的反射板调节装置,其中,所述第二转轴的数量为两个,两个所述第二转轴的轴线重合。
7.根据权利要求5所述的反射板调节装置,其中,还包括用于驱动所述第二转轴转动的第二驱动装置。
8.根据权利要求1所述的反射板调节装置,其中,所述第一方向为水平方向和竖直方向中的一个,所述第二方向为所述水平方向和所述竖直方向中的另一个。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的反射板调节装置,其中,所述反射板在所述第一方向上的转动角度为±30°,所述反射板在所述第二方向上的转动角度为±30°。
10.一种毫米波/太赫兹波成像设备,包括:准光学组件、毫米波/太赫兹波探测器阵列和反射板调节装置,
所述准光学组件适用于将被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波反射并汇聚至所述毫米波/太赫兹波探测器阵列,并包括适用于接收并反射来自被检对象的毫米波/太赫兹波的反射板;
所述毫米波/太赫兹波探测器阵列适用于接收来自所述准光学组件的毫米波/太赫兹波;以及
所述反射板调节装置采用如权利要求1-9中任一项所述的反射板调节装置,以使得所述反射板对所述被检对象自发辐射或反射回来的毫米波/太赫兹波进行反射的轨迹包络为类圆形或类椭圆形。
11.根据权利要求10所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,还包括聚焦透镜,所述聚焦透镜设置在被检对象和所述反射板之间或设置在所述反射板和所述毫米波/太赫兹波探测器阵列之间。
12.根据权利要求10所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列呈环形或环带形排布。
13.根据权利要求12所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述环形或环带形包括圆形环或圆形环带、椭圆形环或椭圆形环带、多边形环或多边形环带中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述多边形包括正菱形、扁菱形、长方形中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列中的多个探测器均匀排布在所述环形或环带形上。
16.根据权利要求13所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列中的多个探测器在视场法向或垂直于所述视场法向的方向上的投影是均匀排布的。
17.根据权利要求10所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述毫米波/太赫兹波探测器阵列呈线性排布。
18.根据权利要求10-17中任一项所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述反射板是平面的。
19.根据权利要求10-17中任一项所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,所述反射板是菲涅尔反射镜或抛物面反射镜。
20.根据权利要求10-17中任一项所述的毫米波/太赫兹波成像设备,其中,还包括:
数据处理装置,所述数据处理装置与所述毫米波/太赫兹波探测器阵列连接以接收来自所述毫米波/太赫兹波探测器阵列的对于被检对象的扫描数据并生成毫米波/太赫兹波图像;和
显示装置,所述显示装置与所述数据处理装置相连接,用于接收和显示来自数据处理装置的毫米波/太赫兹波图像。
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