CN111736171A - 一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法 - Google Patents

一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法 Download PDF

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CN111736171A CN202010738477.5A CN202010738477A CN111736171A CN 111736171 A CN111736171 A CN 111736171A CN 202010738477 A CN202010738477 A CN 202010738477A CN 111736171 A CN111736171 A CN 111736171A
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terahertz
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杨鹏
陈梅云
罗劭娟
徐利民
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Abstract

本申请公开了一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法，其系统通过采用单像素的散斑图对经待测目标物反射的太赫兹波束进行调制，并获得每张单像素的散斑图对应的太赫兹波束的光场强度值，就可以很快地获取到成像数据，大大提高数据采集效率，缩短成像时间，采用单像素成像对环境与硬件要求均低。同时，结合太赫兹波的强穿透力及检测能力，使得系统成像分辨率与检测效率均大大提高，可以对多种物体表面或内部进行高质量成像与检测，实用性广。

Description

一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法
技术领域
本申请涉及太赫兹检测技术领域，尤其涉及单像素太赫兹检测系统及其采用这个系统的图像获取方法。
背景技术
在电磁波频谱上，太赫兹波的频率在0.1-10THz范围内，波长在3μj到1000μj之间，是一种介于微波与红外线之间的电磁波。太赫兹波辐射对人体的伤害是X射线的几千分之一，对人体几乎不造成伤害，因此可用于安检领域。目前，高铁站、机场等公共场所的安检通常需要两步：被检人员先通过金属安检门(目前大多数安检门是基于X射线)，随后其全身被工作人员用手持式金属探测器进行二次扫描检测。与常规安检方式不同，太赫兹波的穿透能力很强，它不仅能探测到金属，人体携带的非金属、胶体、粉末、陶瓷、液体等危险物品也能同时被识别，而且太赫兹安检只需要一次检测即可完成安检任务，因此这种安检方式是一种非常高效的安检方式，在实际生活中具有巨大的应用价值。
在利用太赫兹波技术进行安检时，对被检人员进行高质量的成像是安检过程中至关重要的一步。目前常用的太赫兹成像技术主要有两种：逐点扫描和焦平面阵列成像，但是这两种成像方式应用起来图像数据获取效率导致成像时间长，同时，成像分辨率较低，而且对硬件要求高。
发明内容
本申请提供了一种单像素太赫兹检测系统及图像获取方法，用于解决现有的成像技术中图像数据获取效率、成像时间长、成像分辨率低以及对硬件要求高的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种单像素太赫兹检测系统，包括：激光源、空间光调制器、投影透镜、太赫兹波源、太赫兹波成像透镜、光控太赫兹波调制器、太赫兹波会聚透镜与太赫兹波强度探测器；
所述激光源用于产生激光光束后向所述空间光调制器射入；
所述空间光调制器用于按照预先存储的单像素的散斑图序列依次加载其中的散斑图，同时，通过限制其相对于所述激光源之间的相对位置从而使得射入所述空间光调制器的所述激光光束完全覆盖所述散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制并输出调制后的激光光束；
所述投影透镜用于接收经所述空间光调制器输出的所述激光光束，并将所述激光光束投射至所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
所述太赫兹波源用于产生太赫兹波束后向待测目标物照射；
所述太赫兹波成像透镜用于对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并通过限制其相对于所述光控太赫兹波调制器的相对位置，从而使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；
所述光控太赫兹波调制器用于对所述太赫兹波束进行调制后，向所述太赫兹波会聚透镜输出经调制后的太赫兹波束；
所述太赫兹波会聚透镜用于对所述太赫兹波束进行会聚；
所述太赫兹波强度探测器用于获取经所述太赫兹波会聚透镜会聚后的太赫兹波束的光场强度值。
优选地，所述激光源与所述空间光调制器之间设有激光扩束镜，用于对所述激光源产生的激光光束进行扩束。
优选地，所述激光扩束镜与所述空间光调制器之间设有孔径大小可调的光阑，用于限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。
优选地，还包括定时器，所述定时器用于设定所述空间光调制器与所述太赫兹波强度探测器的工作周期，以使得当所述空间光调制器每加载一次所述散斑图时，所述太赫兹波强度探测器获取对应的太赫兹波束的光场强度值。
优选地，所述太赫兹波源与所述待测目标物之间设有太赫兹波扩束器，用于对所述太赫兹波源产生的太赫兹波束进行扩束。
本申请还提供了一种单像素太赫兹检测图像获取方法，基于上述的单像素太赫兹检测系统，包括以下步骤：
步骤S1：通过空间光调制器按照预先存储的散斑图序列依次加载其中的散斑图；
步骤S2：通过激光源向所述空间光调制器发射激光光束并使所述激光光束完全覆盖所述空间光调制器预先加载的散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制；
步骤S3：通过所述空间光调制器调制所述激光光束后，向投影透镜输出激光光束，并通过所述投影透镜向光控太赫兹波调制器投射所述激光光束，并在所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
步骤S4：通过太赫兹波源发出太赫兹波束经过太赫兹波扩束器扩束后向待测目标物照射；
步骤S5：通过太赫兹波成像透镜对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；
步骤S6：通过所述光控太赫兹波调制器将调制后的太赫兹波束向太赫兹波会聚透镜输出；
步骤S7：通过所述太赫兹波会聚透镜将所述太赫兹波束进行会聚处理后，通过太赫兹波强度探测器获取每张所述散斑图对应的经所述太赫兹波会聚透镜会聚处理的太赫兹波束的光场强度值；
步骤S8：根据预先存储的散斑图序列与太赫兹波强度探测器获取的太赫兹波束的光场强度值，基于压缩感知算法获取待测目标物图像。
优选地，所述步骤S2还包括通过激光扩束镜对所述激光源发射的所述激光光束进行扩束后，通过光阑限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。
优选地，所述步骤S1之前还包括：
通过所述计算机生成j张n×n像素的所述散斑图，每张所述散斑图记为Sj(u,v)，其中，j＝1、2、3···j，可得散斑图序列表示为：
Sj(u,v)＝[S1(u,v),S2(u,v),...,Sj(u,v)]，其中，(u,v)为像素坐标，并将所述散斑图序列全部加载至所述空间光调制器中。
优选地，所述步骤S7中获取的太赫兹波束的光场强度值记为Aj，经过j次测量后的光场强度值序列为：
A＝[A1,A2,...,Aj]。
优选地，所述步骤S8具体包括：
S801：基于压缩感知算法模型，在散斑图序列Sj(u,v)和太赫兹波束的光场强度值Aj间建立压缩感知算法模型为：
Figure BDA0002605944410000041
其中，Ψ∈Rj×j为正交变换矩阵，ΨH是Ψ的共轭转置，x是待重构的一维原始信号，λ＞0，λ为噪声控制系数，f为稀疏系数，H表示矩阵的共轭转置；
另外，上式中的y＝Φx＝ΦΨHf，
y为x在测量矩阵Φ下j次测量值，y表示为，
y＝AT＝[A1.A2,...,Aj]T，其中，x＝ΨHf是所述待测目标物在一维空间中的表示，AT表示A的转置，T表示矩阵转置；
Φ为测量矩阵，表示为，Φ＝[B1,B2,...,Bj,...,B20000]T，
其中，Bj为一个列向量，可表示为，
Bj＝reshape(Sj(u,v))，其中，reshape()函数表示将一个散斑图矩阵Sj(u,v)转化成一维列向量；
S802:根据公式
Figure BDA0002605944410000044
计算最小化稀疏系数f，通过迭代计算，求解出f的逼近值
Figure BDA0002605944410000042
再通过变换
Figure BDA0002605944410000043
获得一维原始信号x；
S803：所述步骤S802中的一维原始信号x为所述待测目标物的一维空间信号，将其变换为二维空间，则所述待测目标物图像T(u,v)表示为，
T(u,v)＝imreshape(x,[n,n])，其中，imreshape(x,[n,n])表示将一维原始信号x变换为n×n像素的图像，(u,v)表示像素坐标。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供一种单像素太赫兹检测系统，其通过采用单像素的散斑图对经待测目标物反射的太赫兹波束进行调制，并获得每张单像素的散斑图对应的太赫兹波束的光场强度值，就可以很快地获取到成像数据，大大提高数据采集效率，从而缩短成像时间，采用单像素成像对环境与硬件要求均低。同时，结合太赫兹波的强穿透力及检测能力，使得系统成像分辨率与检测效率均大大提高，可以对多种物体表面或内部进行高质量成像与检测，实用性广。
本申请另一实施例提供了一种单像素太赫兹检测图像获取方法，其通过压缩感知算法对图像进行重建，与传统的图像重建方法相比，其测量次数远低于传统图像重建方法所需要的测量次数，提高了成像速率，同时，压缩感知算法采用噪声控制系数，噪声控制系数是根据图像质量进行设定的，使得图像重建质量高、抗干扰能力强。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种单像素太赫兹检测系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种单像素太赫兹检测图像获取方法的流程图；
图3为本申请另一实施例提供的一种单像素太赫兹检测图像获取方法中的一张散斑图；
图4为本申请另一实施例提供的一种单像素太赫兹检测图像获取方法中的激光光斑图；
图5为本申请另一实施例提供的一种单像素太赫兹检测图像获取方法中的太赫兹波束覆盖激光光斑的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种单像素太赫兹检测系统，包括：激光源101、空间光调制器104、投影透镜105、太赫兹波源106、太赫兹波成像透镜109、光控太赫兹波调制器110、太赫兹波会聚透镜111与太赫兹波强度探测器112；
进一步地，激光源101用于产生激光光束后向空间光调制器104射入；
进一步地，空间光调制器104用于按照预先存储的单像素的散斑图序列依次加载其中的散斑图，同时，通过限制其相对于激光源101之间的相对位置从而使得射入空间光调制器104的激光光束完全覆盖散斑图，从而实现对激光光束进行调制并输出调制后的激光光束；
需要说明的是，空间光调制器104依次加载的散斑图为单张，而预先存储的散斑图序列可以为若干张，而预先存储的散斑图是通过计算机113生成并加载到空间光调制器104中。同时，通过限制其相对于激光源101之间的相对位置是不做限定的，只要能够让射入空间光调制器104的激光光束完全覆盖散斑图即可，而当射入空间光调制器104的激光光束完全覆盖散斑图时，使得激光光束的振幅发生变化，从而实现调制。
进一步地，投影透镜105用于接收经空间光调制器104输出的激光光束，并将激光光束投射至光控太赫兹波调制器110中形成激光光斑；
可以理解的是，激光光束通过散斑图的干涉后，自然会在输出后的投影中形成激光光斑。
进一步地，太赫兹波源106用于产生太赫兹波束后向待测目标物108照射；
进一步地，太赫兹波成像透镜109用于对经太赫兹波束照射的待测目标物108进行成像，同时，接收并向光控太赫兹波调制器110投射经待测目标物108反射的太赫兹波束，并通过限制其相对于光控太赫兹波调制器110的相对位置，从而使得投射至光控太赫兹波调制器110的太赫兹波束完全覆盖激光光斑，以实现光控太赫兹波调制器110对太赫兹波束进行调制；
可以理解的是，投射至光控太赫兹波调制器110的太赫兹波束完全覆盖激光光斑后，可以使得光控太赫兹波调制器110的透过率发生变化，从而实现对入射进来的太赫兹波束振幅进行调制，使得太赫兹波束的振幅发生变化。
进一步地，光控太赫兹波调制器110用于对太赫兹波束进行调制后，向太赫兹波会聚透镜111输出经调制后的太赫兹波束；
进一步地，太赫兹波会聚透镜111用于对太赫兹波束进行会聚；
太赫兹波强度探测器112用于获取经太赫兹波会聚透镜111会聚后的太赫兹波束的光场强度值。
需要说明的是，太赫兹波会聚透镜111对太赫兹波束进行会聚后，太赫兹波束入射太赫兹波强度探测器112。
进一步地，激光源101与空间光调制器104之间设有激光扩束镜102，用于对激光源101产生的激光光束进行扩束。
需要说明的是，需要根据实际情况，调整激光扩束镜102与激光源101以及空间光调制器104之间的相对位置使得激光光束可以完全覆盖散斑图。
进一步地，激光扩束镜与空间光调制器104之间设有孔径大小可调的光阑103，用于限制入射空间光调制器104的激光光束的强度。
需要说明的是，需要根据实际情况，调整光阑103、激光扩束镜102与激光源101以及空间光调制器104之间的相对位置使得激光光束可以完全覆盖散斑图。
进一步地，还包括定时器，定时器用于设定空间光调制器104与太赫兹波强度探测器112的工作周期，以使得当空间光调制器104每加载一次散斑图时，太赫兹波强度探测器112获取对应的太赫兹波束的光场强度值。
进一步地，太赫兹波源106与待测目标物108之间设有太赫兹波扩束器，用于对太赫兹波源106产生的太赫兹波束进行扩束。
需要说明的是，通过本实施例的技术方案，结构紧凑，通过采用单像素的散斑图对太赫兹波束进行调制，无需扫描就可以获取成像数据，使得成像效率高，成像分辨率也高，同时，对硬件要求较低。
实施例二
为了方便理解，请参阅图2，实施例二提供了一种单像素太赫兹检测图像获取方法，是基于上述实施例一中的单像素太赫兹检测系统，包括以下步骤：
步骤S1：通过空间光调制器按照预先存储的散斑图序列依次加载其中的散斑图；
需要说明的是，散斑图的像素值随便分布在[0,1]内，并且将若干个散斑图存储在硬盘中，可以从硬盘中读取散斑图。
步骤S2：通过激光源向空间光调制器发射激光光束并使激光光束完全覆盖空间光调制器预先加载的散斑图，从而实现对激光光束进行调制；
步骤S3：通过空间光调制器调制激光光束后，向投影透镜输出激光光束，并通过投影透镜向光控太赫兹波调制器投射激光光束，并在光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
步骤S4：通过太赫兹波源发出太赫兹波束经过太赫兹波扩束器扩束后向待测目标物照射；
步骤S5：通过太赫兹波成像透镜对经太赫兹波束照射的待测目标物进行成像，同时，接收并向光控太赫兹波调制器投射经待测目标物反射的太赫兹波束，并使得投射至光控太赫兹波调制器的太赫兹波束完全覆盖激光光斑，以实现光控太赫兹波调制器对太赫兹波束进行调制；
步骤S6：通过光控太赫兹波调制器将调制后的太赫兹波束向太赫兹波会聚透镜输出；
步骤S7：通过太赫兹波会聚透镜将太赫兹波束进行会聚处理后，通过太赫兹波强度探测器获取每张散斑图对应的经太赫兹波会聚透镜会聚处理的太赫兹波束的光场强度值；
步骤S8：根据预先存储的散斑图序列与太赫兹波强度探测器获取的太赫兹波束的光场强度值，基于压缩感知算法获取待测目标物图像。
进一步地，步骤S2还包括通过激光扩束镜对激光源发射的激光光束进行扩束后，通过光阑限制入射空间光调制器的激光光束的强度。
进一步地，步骤S1之前还包括：
通过计算机生成j张n×n像素的散斑图，每张散斑图记为Sj(u,v)，其中，j＝1、2、3···j，可得散斑图序列表示为：
Sj(u,v)＝[S1(u,v),S2(u,v),...,Sj(u,v)]，其中，(u,v)为像素坐标，并将散斑图序列全部加载至空间光调制器中。
进一步地，步骤S7中获取的太赫兹波束的光场强度值记为Aj，经过j次测量后的光场强度值序列为：
A＝[A1,A2,...,Aj]。
进一步地，步骤S8具体包括：
S801：基于压缩感知算法模型，在散斑图序列Sj(u,v)和太赫兹波束的光场强度值Aj间建立压缩感知算法模型为：
Figure BDA0002605944410000091
其中，Ψ∈Rj×j为正交变换矩阵，ΨH是Ψ的共轭转置，x是待重构的一维原始信号，λ＞0，λ为噪声控制系数，f为稀疏系数，H表示矩阵的共轭转置；另外，上式中的y＝Φx＝ΦΨHf，
y为x在测量矩阵Φ下j次测量值，y表示为，
y＝AT＝[A1.A2,...,Aj]T，其中，x＝ΨHf是待测目标物在一维空间中的表示，AT表示A的转置，T表示矩阵的转置；
Φ为测量矩阵，表示为，Φ＝[B1,B2,...,Bj,...,B20000]T，
其中，Bj为一个列向量，可表示为，
Bj＝reshape(Sj(u,v))，其中，reshape()函数表示将一个散斑图矩阵Sj(u,v)转化成一维列向量；
S802:根据公式
Figure BDA0002605944410000092
计算最小化稀疏系数f，通过迭代计算，求解出f的逼近值
Figure BDA0002605944410000093
再通过变换
Figure BDA0002605944410000094
获得一维原始信号x；
S803：步骤S802中的一维原始信号x为待测目标物的一维空间信号，将其变换为二维空间，则待测目标物图像T(u,v)表示为，
T(u,v)＝imreshape(x,[n,n])，其中，imreshape(x,[n,n])表示将一维原始信号x变换为n×n像素的图像，(u,v)表示像素坐标。
需要说明的是，传统的图像重建是根据奈奎斯特采样定理，至少需要采样n2次才可以实现图像重建，而利用压缩感知算法则可以让测量次数低于奈奎斯特采样定理需要的测量次数，实现图像重建，使得大大提高成像效率，而噪声控制系数λ的选取可以根据图像质量进行调节，有利于进一步提升成像质量，在本实施例中，λ＝16。
实施例三
在本实施例中，通过结合具体实施数据来描述单像素太赫兹检测图像获取方法，具体为，
步骤S1：通过计算机生成4000张128×128像素得散斑图，如图3所示，每张散斑图记为Sj(u,v)，j＝1、2、3···4000，可得散斑图序列为：
Sj(u,v)＝[S1(u,v),S2(u,v),...,S4000(u,v)]，(u,v)表示像素坐标，并按照散斑图序列将散斑图依次全部加载至空间光调制器中，通过空间光调制器按照预先存储的散斑图序列依次加载其中的散斑图。
步骤S2：通过激光源向空间光调制器发射激光光束并使激光光束完全覆盖空间光调制器预先加载的散斑图，从而实现对激光光束进行调制；
步骤S3：通过空间光调制器调制激光光束后，向投影透镜输出激光光束，并通过投影透镜向光控太赫兹波调制器投射激光光束，并在光控太赫兹波调制器中形成激光光斑，如图4所示；
步骤S4：通过太赫兹波源发出太赫兹波束经过太赫兹波扩束器扩束后向待测目标物照射；
步骤S5：通过太赫兹波成像透镜对经太赫兹波束照射的待测目标物进行成像，同时，接收并向光控太赫兹波调制器投射经待测目标物反射的太赫兹波束，并使得投射至光控太赫兹波调制器的太赫兹波束完全覆盖激光光斑，如图5所示，以实现光控太赫兹波调制器对太赫兹波束进行调制；
步骤S6：通过光控太赫兹波调制器将调制后的太赫兹波束向太赫兹波会聚透镜输出；
步骤S7：空间光调制器每加载一张散斑图，通过太赫兹波强度探测器采集对应的光场强度值，记为Aj，j＝1、2、3···4000，得出4000次测量后的光场强度值序列为A＝[A1,A2,...,A4000]。
步骤S8具体包括：
S801：基于压缩感知算法模型，在散斑图序列Sj(u,v)和太赫兹波束的光场强度值Aj间建立压缩感知算法模型为：
Figure BDA0002605944410000101
其中，Ψ∈R4000×4000为正交变换矩阵，ΨH是Ψ的共轭转置，x是待重构的一维原始信号，λ＞0，λ为噪声控制系数，f为稀疏系数，H表示矩阵的共轭转置；另外，上式中的y＝Φx＝ΦΨHf，
y为x在测量矩阵Φ下4000次测量值，y表示为，
y＝AT＝[A1.A2,...,A4000]T，其中，x＝ΨHf是待测目标物在一维空间中的表示，AT表示A转置，T表示矩阵转置；
Φ为测量矩阵，表示为，Φ＝[B1,B2,...,Bj,...,B20000]T，
其中，Bj为一个列向量，可表示为，
Bj＝reshape(Sj(u,v))，其中，reshape()函数表示将一个散斑图矩阵Sj(u,v)转化成一维列向量；
S802:根据公式
Figure BDA0002605944410000111
计算最小化稀疏系数f，通过迭代计算，求解出f的逼近值
Figure BDA0002605944410000112
再通过变换
Figure BDA0002605944410000113
获得一维原始信号x；
S803：步骤S802中的一维原始信号x为待测目标物的一维空间信号，将其变换为二维空间，则待测目标物图像T(u,v)表示为，
T(u,v)＝imreshape(x,[128,128])，其中，imreshape(x,[128,128])表示将一维原始信号x变换为128×128像素的图像，(u,v)表示像素坐标，即得到待测目标物的高质量图像。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种单像素太赫兹检测系统，其特征在于，包括：激光源、空间光调制器、投影透镜、太赫兹波源、太赫兹波成像透镜、光控太赫兹波调制器、太赫兹波会聚透镜与太赫兹波强度探测器；
所述激光源用于产生激光光束后向所述空间光调制器射入；
所述空间光调制器用于按照预先存储的单像素的散斑图序列依次加载其中的散斑图，同时，通过限制其相对于所述激光源之间的相对位置从而使得射入所述空间光调制器的所述激光光束完全覆盖所述散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制并输出调制后的激光光束；
所述投影透镜用于接收经所述空间光调制器输出的所述激光光束，并将所述激光光束投射至所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
所述太赫兹波源用于产生太赫兹波束后向待测目标物照射；
所述太赫兹波成像透镜用于对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并通过限制其相对于所述光控太赫兹波调制器的相对位置，从而使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；
所述光控太赫兹波调制器用于对所述太赫兹波束进行调制后，向所述太赫兹波会聚透镜输出经调制后的太赫兹波束；
所述太赫兹波会聚透镜用于对所述太赫兹波束进行会聚；
所述太赫兹波强度探测器用于获取经所述太赫兹波会聚透镜会聚后的太赫兹波束的光场强度值。
2.根据权利要求1所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，所述激光源与所述空间光调制器之间设有激光扩束镜，用于对所述激光源产生的激光光束进行扩束。
3.根据权利要求2所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，所述激光扩束镜与所述空间光调制器之间设有孔径大小可调的光阑，用于限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。
4.根据权利要求1所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，还包括定时器，所述定时器用于设定所述空间光调制器与所述太赫兹波强度探测器的工作周期，以使得当所述空间光调制器每加载一次所述散斑图时，所述太赫兹波强度探测器获取对应的太赫兹波束的光场强度值。
5.根据权利要求1所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，所述太赫兹波源与所述待测目标物之间设有太赫兹波扩束器，用于对所述太赫兹波源产生的太赫兹波束进行扩束。
6.一种单像素太赫兹检测图像获取方法，基于权利要求1-5中任一项所述的单像素太赫兹检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过空间光调制器按照预先存储的散斑图序列依次加载其中的散斑图；
步骤S2：通过激光源向所述空间光调制器发射激光光束并使所述激光光束完全覆盖所述空间光调制器预先加载的散斑图，从而实现对所述激光光束进行调制；
步骤S3：通过所述空间光调制器调制所述激光光束后，向投影透镜输出激光光束，并通过所述投影透镜向光控太赫兹波调制器投射所述激光光束，并在所述光控太赫兹波调制器中形成激光光斑；
步骤S4：通过太赫兹波源发出太赫兹波束经过太赫兹波扩束器扩束后向待测目标物照射；
步骤S5：通过太赫兹波成像透镜对经所述太赫兹波束照射的所述待测目标物进行成像，同时，接收并向所述光控太赫兹波调制器投射经所述待测目标物反射的所述太赫兹波束，并使得投射至所述光控太赫兹波调制器的所述太赫兹波束完全覆盖所述激光光斑，以实现所述光控太赫兹波调制器对所述太赫兹波束进行调制；
步骤S6：通过所述光控太赫兹波调制器将调制后的太赫兹波束向太赫兹波会聚透镜输出；
步骤S7：通过所述太赫兹波会聚透镜将所述太赫兹波束进行会聚处理后，通过太赫兹波强度探测器获取每张所述散斑图对应的经所述太赫兹波会聚透镜会聚处理的太赫兹波束的光场强度值；
步骤S8：根据预先存储的散斑图序列与太赫兹波强度探测器获取的太赫兹波束的光场强度值，基于压缩感知算法获取待测目标物图像。
7.根据权利要求6所述的单像素太赫兹检测图像获取方法，其特征在于，所述步骤S2还包括通过激光扩束镜对所述激光源发射的所述激光光束进行扩束后，通过光阑限制入射所述空间光调制器的激光光束的强度。
8.根据权利要求6所述的单像素太赫兹检测图像获取方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
通过所述计算机生成j张n×n像素的所述散斑图，每张所述散斑图记为Sj(u,v)，其中，j＝1、2、3···j，可得散斑图序列表示为：
Sj(u,v)＝[S1(u,v),S2(u,v),...,Sj(u,v)]，其中，(u,v)为像素坐标，并将所述散斑图序列全部加载至所述空间光调制器中。
9.根据权利要求8所述的单像素太赫兹检测图像获取方法，其特征在于，所述步骤S7中获取的太赫兹波束的光场强度值记为Aj，经过j次测量后的光场强度值序列为：
A＝[A1,A2,...,Aj]。
10.根据权利要求9所述的单像素太赫兹检测图像获取方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括：
S801：基于压缩感知算法模型，在散斑图序列Sj(u,v)和太赫兹波束的光场强度值Aj间建立压缩感知算法模型为：
Figure FDA0002605944400000031
其中，Ψ∈Rj×j为正交变换矩阵，ΨH是Ψ的共轭转置，x是待重构的一维原始信号，λ＞0，λ为噪声控制系数，f为稀疏系数，H表示矩阵的共轭转置；另外，上式中的y＝Φx＝ΦΨHf，
y为x在测量矩阵Φ下j次测量值，y表示为，
y＝AT＝[A1.A2,...,Aj]T，其中，x＝ΨHf是所述待测目标物在一维空间中的表示，AT表示A的转置，T表示矩阵转置；
Φ为测量矩阵，表示为，Φ＝[B1,B2,...,Bj,...,B20000]T，
其中，Bj为一个列向量，可表示为，
Bj＝reshape(Sj(u,v))，其中，reshape()函数表示将一个散斑图矩阵Sj(u,v)转化成一维列向量；
S802:根据公式
Figure FDA0002605944400000041
计算最小化稀疏系数f，通过迭代计算，求解出f的逼近值
Figure FDA0002605944400000042
再通过变换
Figure FDA0002605944400000043
获得一维原始信号x；
S803：所述步骤S802中的一维原始信号x为所述待测目标物的一维空间信号，将其变换为二维空间，则所述待测目标物图像T(u,v)表示为，T(u,v)＝imreshape(x,[n,n])，其中，imreshape(x,[n,n])表示将一维原始信号x变换为n×n像素的图像，(u,v)表示像素坐标。
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