CN113008907A - 太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列 - Google Patents

太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列。一种太赫兹感知阵列包括：以阵列方式排列的N个感知单元组；所述N个感知单元组中的每个感知单元组包括M个可重构感知单元；其中，所述M个可重构感知单元中的每个可重构感知单元能够检测一种太赫兹波物理特征参数，所述可重构感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类能够基于检测配置的变化而变化，所述N和所述M为大于1的正整数。

Description

太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列
技术领域
本申请涉及图像检测处理领域，尤其涉及一些太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列等相关产品。
背景技术
电磁波的频率范围非常宽，业内通常会基于频率范围对电磁波进行类型划分。广义的太赫波(THz)电磁波(简称太赫兹波)指的是频率在100GHz-10 THz之间的电磁波。太赫兹波具有较独特的辐射特性。
穿透性：太赫兹波可以以不同的衰减率穿过不同介质。大气对于太赫兹波有着复杂的吸收作用。
高分辨率：成像分辨率随着电磁波波长减小而提高，将太赫兹波用于成像的分辨率好于微波。
光谱学：不同固体和气体材料对0.5-3THz的太赫兹波有不同的光谱特征，例如许多生物蛋白、有机大分子、半导体中电子和纳米结构共振频率落在太赫兹频段，因此太赫兹波可以用于材料检测。
非电离性：因为太赫兹波光子能量低，并不会激发物体电离效应，使得太赫兹波应用具有安全性。
由此，利用太赫兹波进行结构/物质感知成为了一个热门方向，业内的一些企业和研究机构也开始将其作为一个重要研究方向。
发明内容
本申请提供太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列等相关产品。
本申请实施例第一方面提供一种太赫兹感知阵列，所述太赫兹感知阵列包括：以阵列方式排列的N个感知单元组；所述N个感知单元组中的每个感知单元组包括M个可重构感知单元(M个可重构感知单元可为感知单元组包括的部分或全部感知单元)；其中，所述M个可重构感知单元中的每个可重构感知单元用于检测一种太赫兹波物理特征参数。所述可重构感知单元所检测的太赫兹波物理特征参数的种类可基于检测配置的变化而变化。其中，所述N和所述M为大于1的正整数。
其中，可重构感知单元，表示这个感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类能够基于检测配置的变化而变化，即可重构感知单元表示检测配置是可变的(可重构)，因此可根据需要来配置可重构感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类。
其中，每个感知单元组中的一个可重构感知单元，可被配置为只检测一种太赫兹波物理特征参数，一个感知单元组中的M个可重构感知单元总共可检测K种不同的太赫兹波物理特征参数，所述K为大于1且小于M的正整数。
例如K种不同的太赫兹波物理特征参数包括太赫兹辐射波的K种不同频段。或K种太赫兹物理特征参数包括太赫兹辐射波的K种不同极化。
例如，当M等于K的时候，那么一个感知单元组中的M个可重构感知单元中的每个可重构感知单元用于检测不同种类的太赫兹波物理特征参数，例如M＝K等于4，那么M个可重构感知单元中的每个可重构感知单元，用于检测这4种太赫兹波物理特征参数中的不同种类的太赫兹波物理特征参数。
例如，当M大于K的时候，那么一个感知单元组中的M个可重构感知单元中的一部分可重构感知单元用于检测不同种类的太赫兹波物理特征参数，另一部分可重构感知单元则用于检测同一种类的太赫兹波物理特征参数，例如M＝5，K＝4，那么5个可重构感知单元中的其中4个可重构感知单元中的每个可重构感知单元，用于检测这4种太赫兹波物理特征参数中的不同种类的太赫兹波物理特征参数，剩余的这1个可重构感知单元，也用于检测这4种太赫兹波物理特征参数中的其中一种太赫兹波物理特征参数，以此类推。也就是说，当M大于K的时候，M个可重构感知单元中的某至少两个可重构感知单元，用于检测同一种类的太赫兹波物理特征参数。
可以看出，上述太赫兹感知阵列包括以阵列方式排列的N个感知单元组；N个感知单元组中的每个感知单元组包括M个可重构感知单元；可重构感知单元所检测的太赫兹波物理特征参数的种类可基于检测配置的变化而变化，即可重构感知单元的检测能力可重构，这样便可根据待测物的特性，来适应性的灵活调整可重构感知单元的检测能力(如探测频段分布或极化特性)，提高了太赫兹感知阵列的感知灵活性，增强太赫兹感知阵列的适用场景，尤其适用于太赫兹质成谱/成像场景。
其中，所述N个感知单元组中的可重构感知单元dij包括接收单元、检测单元和模数转换单元，所述可重构感知单元dij属于所述N个感知单元组中的其中一个(例如任意一个)感知单元组。
其中，检测单元的输入端与接收单元的输出端连接，模数转换单元的输入端与检测单元的输出端连接。
其中，所述接收单元用于将带有一种物理特征参数的太赫兹辐射波进行接收并变换为太赫兹导波。
所述检测单元，用于将所述接收单元变换得到的太赫兹导波变换为低频信号响应或直流信号响应。
所述模数转换单元，用于对所述检测单元变换得到的低频信号响应或直流信号响应进行采集而得到数字信号响应。
本申请实施例第二方面提供一种太赫兹感知系统，可包括：后端处理系统和太赫兹感知阵列。其中，所述太赫兹感知阵列可为第一方面提供的任意一种太赫兹感知阵列。
其中，所述后端处理系统，用于接收所述太赫兹感知阵列中的可重构感知单元输出的已检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应数字信号响应，并基于接收到的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应。
其中，每个可重构感知单元被配置为只检测一种太赫兹物理特征参数。一个可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应，基于其周边的可重构感知单元输出的数字信号响应进行插值来得到。
例如，所述后端处理系统，用于接收所述太赫兹感知阵列中的可重构感知单元dij输出的已检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应数字信号响应，并可基于接收到的可重构感知单元dij周围的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元dij未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应。
具体举例来说，可重构感知单元dij未检测的第x种太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应，可基于所述可重构感知单元dij周边的用于检测第x种太赫兹波物理特征参数的至少两个可重构感知单元所输出的数字信号响应进行插值来得到，所述第x种太赫兹波物理特征参数为所述可重构感知单元dij未检测的K-1种太赫兹波物理特征参数中的其中一种太赫兹波物理特征参数，其中，所述x为大于1的正整数。
可以看出，上述太赫兹感知系统包括后端处理系统和太赫兹感知阵列，而太赫兹感知阵列包括以阵列方式排列的N个感知单元组；N个感知单元组中的每个感知单元组包括M个可重构感知单元；可重构感知单元所检测的太赫兹波物理特征参数的种类可基于检测配置的变化而变化，即可重构感知单元的检测能力可重构，这样便可根据待测物的特性，来适应性的灵活调整可重构感知单元的检测能力(如探测频段分布或极化特性)，提高了太赫兹感知阵列的感知灵活性，增强太赫兹感知阵列的适用场景，尤其适用于太赫兹质成谱/成像场景。并且由于后端处理系统可基于接收到的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应，因此有利于通过一次成像/成谱，获得多种太赫兹波物理特征参数，有效减少了成像/成谱的复杂度，进而有利于提升检测效率。
在一些可能的实施方式中，后端处理系统还可用于，将每个可重构感知单元的每种太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应赋予一种颜色标识；将各个可重构感知单元的被赋予同一颜色标识的数字信号响应分别进行组合形成K张单色图，将所述K张单色图合成一张伪色彩图(具有多种颜色的伪彩色图像可用于识别物质分布等)，所述K张单色图和K种太赫兹波物理特征参数一一对应。
本申请第三方面提供一种后端处理系统，后端处理系统与太赫兹感知阵列耦合。所述太赫兹感知阵列为第一方面提供的任意一种太赫兹感知阵列。
其中，所述后端处理系统，用于接收所述太赫兹感知阵列中的可重构感知单元输出的已检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应数字信号响应，并基于接收到的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应。
本申请实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现第二方面或第三方面中后端处理系统的部分或全部功能。
本申请实施例第五方面提供一种后端处理系统，其中，后端处理系统包括耦合的处理器和存储器；其中，所处理器用于调用所述存储器中存储的程序，以完成第二方面或第三方面中后端处理系统的部分或全部功能。
本申请实施例第六方面提供一种计算机程序产品，其中，当所述计算机程序产品在计算机设备上运行时，使得所述计算机设备执行第二方面或第三方面中后端处理系统的部分或全部功能。
附图说明
下面将对本申请实施例涉及的一些附图进行说明。
图1是本申请实施例提供的一种太赫兹感知系统的架构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种太赫兹感知阵列的排布示意图。
图3-A是本申请实施例提供的一种感知单元的结构示意图。
图3-B至图3-D是本申请实施例提供的几种接收单元的结构示意图。
图3-E是本申请实施例提供的一种检测单元的结构示意图。
图4是本申请实施例提供的太赫兹感知系统的一种成分分析结果的呈现示意图。
图5-A是本申请实施例提供的太赫兹感知系统的一种透射式模式的示意图。
图5-B是本申请实施例提供的太赫兹感知系统的一种反射式模式的示意图。
图6-A至图6-D是本申请实施例举例提供的几种太赫兹感知阵列的示意图。
图6-E是本申请实施例举例提供的另一种太赫兹感知阵列的示意图。
图7是本申请实施例提供的另一种太赫兹感知系统的架构示意图。
图8-A是本申请实施例举例提供的另一种太赫兹感知阵列的示意图。
图8-B是本申请实施例举例提供的一种太赫兹感知阵列的阵列局部的检测示意图。
图8-C是本申请实施例举例提供的一种太赫兹感知阵列的阵列局部的示意图。
图8-D至图8-F本申请实施例举例提供的几种透射谱的示意图。
图9-A是本申请实施例举例提供的另一种太赫兹感知阵列的示意图。
图9-B是本申请实施例举例提供的另一种太赫兹感知阵列的阵列局部的检测示意图。
图9-C是本申请实施例举例提供的另一种太赫兹感知阵列的阵列局部的示意图。
图9-D本申请实施例举例提供的极化波的植被检测示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例的一些方案进行描述。
参见图1，图1是本申请实施例举例的一种太赫兹感知系统的结构示意图。太赫兹感知系统100采用太赫兹光源照射待测物101(Objects),待测物101所反射的太赫兹波穿过传输路径102，被聚焦系统103(如透镜组)聚焦到位于焦平面的太赫兹感知阵列104上，太赫兹波可被太赫兹感知阵列104转换成相应数字信号，后端处理系统105可基于相应数字信号对待测物101进行成像或成谱等。
其中，太赫兹波(THz波)即太赫兹电磁波或太赫兹辐射波的简称，本申请实施例描述中可将太赫兹波、太赫兹电磁波、太赫兹辐射波进行混用。
其中，位于焦平面的太赫兹感知阵列是太赫兹感知系统中的重要组成部分。一种可能的太赫兹感知阵列可以如图2举例所示，太赫兹感知阵列表面可包括多个工作在THz频段的感知单元(其中，感知单元也可称为“像素”，因此本申请实施例的描述中，可将感知单元和像素进行混用)。感知单元例如是可重构感知单元或不可重构感知单元。
其中，可重构感知单元，表示这个感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类能够可基于检测配置的变化而变化，即可重构感知单元的检测配置是可变的(可重构)，其检测能力是可变的(可重构)，因此可根据需要来配置可重构感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类。
不可重构感知单元，表示这个感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类不能基于检测配置的变化而变化，即不可重构感知单元的检测配置是不可变的(不可重构)，其检测能力是不变的(不可重构的)。
参见图3-A，感知单元300包括接收单元301、检测单元302和模数转换单元303。感知单元300能够检测一种太赫兹波物理特征参数。其中，接收单元301例如可包括天线和滤波器等。其中，检测单元302根据不同工艺，例如可为超外差接收机、平方率检波器、三极管检波器、热辐射计或光电转换器等。
参见图3-B至图3-D，图3-B至图3-D举例示出了接收单元301的几种可能结构。接收单元301可包括天线和滤波器，或接收单元301可包括水平极化和滤波器，或者接收单元301可包括垂直极化和滤波器。
参见图3-E，图3-E举例示出了检测单元302的一种可能结构。检测单元302可包括检波器和放大器。
具体例如，接收单元301可用于将带有某一种物理特征参数的太赫兹辐射波进行接收并变换为太赫兹导波。检测单元302可用于将接收单元301变换得到的太赫兹导波变换为低频信号响应或直流信号响应。模数转换单元303可用于对检测单元302变换得到的低频信号响应或直流信号响应进行数字信号采集而得到数字信号响应。
感知过程用到了THz波的光谱性质。例如当用太赫兹光源照射待测物时，待测物如果含有某些特定成分，这些特定成分将与特定频段的太赫兹波产生谐振从而被大量吸收，反射的太赫兹波会在该频带内出现极小值点，从频谱上能明确区分，这种现象称为物质的太赫兹指纹谱。太赫兹指纹谱效应，可用时域太赫兹谱仪或者频域太赫兹谱仪来检测。采用太赫兹感知系统进行指纹谱识别，能够直观呈现的吸收区在物质结构上的分布，对比传统的时域太赫兹谱仪(TDS,Time Domain Spectroscopy)等具有很大的便利性。
在具体实现时，一些太赫兹感知系统中多采用中频方案，具体来说，每个感知单元中的接收单元是宽带化的，能覆盖所需要的所有频段，接收之后公分成三路，采用滤波器选出3个需要频段的信号后放大。然后送入三种不同频率的本振信号与接收信号相混频，得到相应低频信号进行处理。这种方案在一个感知单元中集成三个检测单元。
中频方案中，需接收单元具有超宽带接收能力，才能覆盖所需频段，接收到信号之后进行公分和滤波操作，这些操作将本来就很弱的接收信号进一步衰减，整个系统信噪将受很大影响。再者，在THz频段，每像素大小也就是天线间距将随波长急剧减小，比如，在300GHz频段，假设像素间距1/2波长，距离是0.5mm，在0.5mm范围内布置3路超外差接收，即便对于芯片级电路也是极具挑战，如果提升3000GHz，那么布局几乎完全不可能。如果用为了布局而增大每个像素的面积，则又降低了成像阵列的空间分辨率。此外，这个多本振方案也提高了系统复杂度。对于大阵面(百像素级以上)，整个本振分配链路将极为庞大，损耗也会很高，甚至可能导致分配后功率过低无法驱动相关混频器。
另一些太赫兹感知系统中，采用不同频率的窄带THz波多次照射待测物，每次都采用同一宽带的太赫兹感知阵列来感知和成像，每种频率在后期处理时定义为某个颜色，最后将多张单色图合成多色谱的图像，即伪色彩图。通过伪色彩图中各种颜色分量的分布及组合颜色分量的分布，可以识别出各种物质的类型和分布。图4举例所示，一种太赫兹感知系统分别在0.76THz、1.84THz、2.52THz、3.1THz和4.25THz，对四种药物分别进行成像，四种药物分别是10％的酒石酸(TA)，5％的蔗糖和酒石酸混合物(SC/TA),10％的蔗糖和季戊四醇四硝酸酯炸药(PTFE)。从图4所示成像结果可看出，相对于单色谱，多色谱成像能够较好的区分出四种物质及混合物。然而这种太赫兹感知系统需多次采集成像，耗时较长，且需额外准备多个窄带滤镜或窄带光源。
为了在太赫兹感知阵列上实现多种物质吸收谱探测，可考虑在太赫兹感知阵列上集成不同频段/极化或模式的感知单元，如何很好的权衡多物理量探测时间，又尽量不影响焦平面上的这些感知单元的空间分辨率和视场，并具有工程实现可能，是需要考虑的问题。
下面继续探讨相关实现方案。
下面举例一些可适用于太赫兹的物质结构/吸收谱的感知应用场景的方案。太赫兹感知模式可分为透射式和反射式两种。其中，参见图5-A，透射式模式中，待测物放置于光源和太赫兹感知阵列之间，太赫兹波透过待测物之后，待测物不同位置吸收程度不一致，其细节将会在太赫兹感知阵列上呈现。参见图5-B，在反射式模式中，光源和太赫兹感知阵列放置于同一侧，待测物不同位置对THz波反射率不同，其细节将会在太赫兹感知阵列上呈现。
可以理解，透射式和反射式这两种感知模式都包含了物质与太赫兹波的作用过程。对于一些大分子物质，分子或晶格尺寸刚好谐振在某个频段，使其对该频段的太赫兹波有较强的吸收作用。不同物质对太赫兹波频谱的吸收衰减曲线也不同，或对不同极化的太赫兹波的反射率不同，这种现象叫做物质的太赫兹指纹谱。通过在反射波/透射波中捕获物质的频谱信息或极化信息，进而可以据此对物质进行识别。
参见图6-A至图6-D，图6-A至图6-D是本申请实施例举例提供的几种太赫兹感知阵列的示意图。
太赫兹感知阵列600可包括：以阵列方式排列的N个感知单元组(N个感知单元组可为太赫兹感知阵列600包括的部分或全部感知单元组)；所述N个感知单元组中的每个感知单元组包括M个可重构感知单元。其中，所述M个可重构感知单元中的每个可重构感知单元用于检测一种太赫兹波物理特征参数。
其中，所述N和所述M为大于1的正整数。
其中，例如M等于2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、16、19、20、32、64或其他取值。
其中，例如N等于2、3、5、10、100、10000、50000、10000000、100000000或者其他取值。
图6-A举例示出任何一个感知单元组中的M个可重构感知单元为这个感知单元组包括的全部感知单元组。
图6-B举例示出任何一个感知单元组中的M个可重构感知单元可为感知单元组包括的部分感知单元组。
图6-C举例示出某些感知单元组中M个可重构感知单元为这个感知单元组包括的全部感知单元组。而另一些感知单元组中M个可重构感知单元为这个感知单元组包括的部分感知单元组。
图6-D举例示出某些感知单元组中M个可重构感知单元为这个感知单元组包括的全部感知单元组。而另一些感知单元组中M个可重构感知单元为这个感知单元组包括的部分感知单元组。而又一些感知单元组中不包括可重构感知单元。
参见图6-E，所述N个感知单元组中的可重构感知单元dij包括接收单元、检测单元和模数转换单元。其中，所述检测单元与所述接收单元连接，所述模数转换单元与所述检测单元连接。所述可重构感知单元dij属于所述N个感知单元组中的其中一个感知单元组。例如dij中的i表示可重构感知单元在太赫兹感知阵列中的行号，j表示可重构感知单元在太赫兹感知阵列中的列号。
太赫兹感知阵列的排布方式不限于参见图6-A至图6-D，还可基于需求设计为其他排布方式。
其中，各个感知单元(可重构感知单元和/或不可重构感知单元)例如可耦合连接到行列选址总线和偏压加载总线。
下面以感知单元组中至少包括一个可重构感知单元为例进行描述。
其中，所述接收单元用于将带有某一种物理特征参数的太赫兹辐射波进行接收并变换为太赫兹导波。
所述检测单元，用于将所述接收单元变换得到的太赫兹导波变换为低频信号响应或直流信号响应。
所述模数转换单元，用于对所述检测单元变换得到的低频信号响应或直流信号响应进行采集而得到数字信号响应。
其中，为提升量化精度，模数转换单元的位宽可为14位或16位的，当然模数转换单元的位宽也可为其它满足需要的位数。
其中，每个感知单元组中的一个可重构感知单元，可被配置为只检测一种太赫兹波物理特征参数。一个感知单元组中的M个可重构感知单元总共可检测K种不同的太赫兹波物理特征参数，所述K为大于1且小于M的正整数。
例如所述K种不同的太赫兹波物理特征参数包括太赫兹辐射波的K种不同频段，又例如所述K种太赫兹物理特征参数包括太赫兹辐射波的K种不同极化。
可以理解，由于可重构感知单元所能检测的太赫兹波物理特征参数的种类能够基于检测配置的变化而变化。因此，例如可基于需要来配置某个可重构感知单元只检测太赫兹波物理特征参数为1.2THz频段。或可基于需要来配置某个可重构感知单元只检测太赫兹波物理特征参数为1.5THz、2THz或2.7THz频段。或可基于需要来配置某个可重构感知单元只检测太赫兹波物理特征参数为垂直极化或水平极化。
在具体实现过程中，可重构感知单元中的接收单元例如为可重构接收单元，具体可采用相变材料、MEMS、晶体管等方式，实现可重构接收单元对频段、极化、或模式等太赫兹波物理特征参数的接收能力的可重构。
参见图7，是本申请实施例举例提供的一太赫兹感知系统的示意图。一种太赫兹感知系统包括：后端处理系统710和太赫兹感知阵列600。
其中，所述后端处理系统710，用于接收所述太赫兹感知阵列中的可重构感知单元输出的已检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应数字信号响应，并基于接收到的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应。
其中，每个可重构感知单元被配置为只检测一种太赫兹物理特征参数。例如某个可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应，基于其周边的可重构感知单元输出的数字信号响应进行插值来得到。
具体举例来说，可重构感知单元dij未检测的第x种太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应，基于所述可重构感知单元dij周边的能够检测第x种太赫兹波物理特征参数的至少两个可重构感知单元所输出的数字信号响应进行插值来得到，所述第x种太赫兹波物理特征参数为所述可重构感知单元dij未检测的K-1种太赫兹波物理特征参数中的其中一种太赫兹波物理特征参数。
此外，后端处理系统710还可用于，将每个可重构感知单元的每种太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应赋予一种颜色标识；将各个可重构感知单元的被赋予同一颜色标识的数字信号响应分别进行组合形成K张单色图，将所述K张单色图合成一张伪色彩图，所述K张单色图和K种太赫兹波物理特征参数一一对应。
下面分别对太赫兹波物理特征参数包括太赫兹辐射波的不同频段和不同极化的场景进行举例说明。
参见图8-A举例所示的太赫兹感知阵列中的一个感知单元组共同可检测出太赫兹辐射波的不同频段。其中，感知单元中的接收单元包括可重构滤波器和能接收全频谱的THz波的宽带天线。可重构滤波器例如为带通滤波器，可通过电控调节带通滤波器的通带范围，进而实现对不同频段的接收能力配置。例如其接收频段配置为4个频率：1.2THz、1.5THz、2THz和2.7THz。检测单元例如可由三极管检波器和中频放大器构成。
各个感知单元耦合到行列选址总线和偏压加载总线。其中，四个不同频的像素组成一个2*2的方阵，即一个感知单元组，整个太赫兹感知阵列由若干个感知单元组排布形成，排布方式可图8-B举例所示。其中，a＝1.2THz，b＝1.5THz，c＝2.0THz，d＝2.7THz。
成像时，可采用透射式或者反射式成像，以透射式为例，用透镜组将太赫兹光源发射的球面光转化为均匀平面光，照射在物质上，在穿透的方向放置成像透镜组，太赫兹感知阵列位于成像透镜组的焦点平面上。
THz波穿过待测物，根据待测物分子大小及分子分布，对不同频段的THz波有不一样的穿透率。1个感知单元组中的每个像素将接收到相关频率的透射波强度。为便于说明，下面取太赫兹感知阵列中的一4*4的阵列局部进行描述，i和j用于区分不同位置像素。可参见图8-C，例如以d22这个像素为例，它被配置为只能接受到2.7THz的太赫兹波强度，那么在成像时，d22这个像素对于1.2THz，1.5THz，2THz三个频段信息分量是缺失，而缺失的信息分量可由周围像素输出的数字信号响应来插值补全。
具体例如，d22像素上1.2THz信息分量可由周围最近的a类像素信息插值得到：
d22(a)＝f(a11,a13,a31,a33)＝(a11+a13+a31+a33)/4
具体例如，d22像素上1.5THz信息分量可由周围最近的的b类像素信息插值得到：
d22(b)＝f(b12,b32)＝(b12+b32)/2
具体例如，d22像素上2THz信息分量可由周围最近的的c类像素信息插值得到：
d22(c)＝f(c21,c23)＝(c21+c23)/2
类似的，aij上的对应b、c、d等频段的缺失信息分量，bij上的对应a、c、d等频段的缺失信息分量分量，cij上的对应a、b、d等频段的缺失信息分量，都可以按上述举例的插值方式得到，最终可补全整个太赫兹感知阵列的全频带信息。
在合成图像时，每个像素上已经有a、b、c、d四个强度信息。将a赋予红色R，a的强度为该像素点红色强度；将b赋予绿色G，b的强度为该像素点绿色强度；并且，将c赋予蓝色B，c的强度为该像素点蓝色强度；将d赋予青色C，d的强度为该像素青色强度。最终可以合成一幅伪色彩图。其中，在RGB系统中，青色C＝G+B，太赫兹波频段越高功率和穿透性越弱，青色的引入有利于增加定义在高频的G和B分量信噪比。
参见图8-D至图8-F，图8-D为葡萄糖对应的透射谱示意图，图8-E为山梨糖对应的透射谱示意图。图8-F为水杨酸对应的透射谱示意图，采用宽带THz源照射待测样品，透射出来的THz波将呈现一定功率谱分布。其中，三种物质在1.2THz，1.5THz，2THz，2.7THz的透射谱的不同，使得葡萄糖的成像呈现绿色。山梨糖为咖啡色，水杨酸呈现绿棕色。如果有三者混合物，色谱也能分辨出三者的分布状况。
可以看出，图8-A举例所示的太赫兹感知阵列，在一个感知单元组中集成了四种频段的感知单元，具体为：1.2THz，1.5THz，2THz，2.7THz按四个一组排布。每个感知单元接收的相应频段的信号强度被映射到某种基色的强弱。1.2THz对应的感知单元接收的信号强度为红色的亮度，1.5THz对应的感知单元接收的信号强度为绿色的亮度，2THz对应的感知单元接收的信号强度为蓝色的亮度，2.7THz对应的感知单元接收的信号强度为青色的亮度。每个感知单元未检测到的其他频率的缺失信号强度，由周围的感知单元输出的数字信号响应进行插值运算而得出，最后可形成一幅可反应出待测物特性的伪色彩的图案。
参见图9-A举例所示的太赫兹感知阵列中的一个感知单元组共同可检测出太赫兹辐射波的不同极化。感知单元中的接收单元包括滤波器和可重构天线，其中，可重构天线例如为线极化，并区分为水平线极化和垂直线极化。滤波器设定为同频。检测单元可由三极管检波器和中频放大器构成。各感知单元耦合到行列选址总线和偏压加载总线。
参见图9-B，两个不同频的像素组成1个1*2的子阵列，即感应单元组，参整个太赫兹感知阵列包括若干个交错排布的感应单元组。a＝水平极化波，b＝垂直极化波。
成像时，可采用透射式或者反射式成像，以反射式为例，用透镜组将太赫兹光源发射的球面光转化为均匀平面光，照射在物质上，在穿透的方向放置成像透镜组，太赫兹感知阵列位于成像透镜组的焦平面上。
THz波穿过待测物，根据待测物分子大小及分子分布，对不同频段的THz波有不一样的穿透率。每个1*2的阵列单元上的每个像素将接收到相关频率的透射波强度。具体例如参见图9-C，为便于说明，下面取太赫兹感知阵列中一个4*4的阵列局部进行描述，i和j用于区分不同位置像素。以a22这个像素为例，它只能接受到水平极化的太赫兹波强度，成像时a22像素的垂直极化信息缺失，缺失的垂直极化信息可由周围像素输出的数字信号响应进行插值处理而补全。
举例来说，a22像素上垂直极化信息分量可由周围最近的b类像素信息插值得到：
a22(b)＝f(b12,b32,b21,b23)＝(b12+b32+b21+b23)/4
举例来说，b23像素上水平极化信息分量可由周围最近的a类像素信息插值得到：
b23(a)＝f(a13,a33,a22,a24)＝(a13+a33+a22+a24)/4
在合成图像时，每个像素上已经有a，b强度信息，将a赋予红色R，a的强度为该像素点红色强度；将b赋予青色C，b的强度为该像素青色强度。最终可以合成一幅伪色彩图。
参见图9-D，对于密集植被的探测，垂直极化波可以穿透植被探测到地表信息，水平极化波在植被顶端被反射，用双极化接收阵列，能够得到两方面信息，增强探测效果。
可以看出，图9-A举例所示的太赫兹感知阵列，同一感知单元组上集成了两种极化的感知单元，具体为水平极化和垂直极化。其中，每个感知单元接收的信号强度被映射到某种基色的强弱，水平极化强度为红色的亮度，垂直极化信号强度为青色的亮度。每个感知单元上其他极化的信号强度，可由周围感知单元输出的数字信号响应进行插值得出，最后实现一幅伪色彩的图案。
总的来说，上述图8-A和图9-A举例的太赫兹感知整列可由多个不可分割的感知单元(像素)构成。像素中带有可重构的子单元，即感知单元为可重构感知单元，可独立设定为对入射的太赫兹波的特定频率或者极化特性进行感应，转化为数字信号的强度信息，并可被赋予特定颜色做标识，最后生成一幅具有多种颜色的伪彩色图像，这个伪彩色图像可用于识别物质分布等。上述成像过程简单，可不需要多次成像，一次成像便可得到多种信息；并且由于引入了可重构感知单元，使得可根据被测物特性，调整探测频段分布或者极化特性，尤其适用于太赫兹质谱及成像场景。
可以理解，本申请产品实施例中这些产品的功能模块的功能，可基于方法实施例的相关方法来实施，具体实施方式可参考上述方法实施例。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被硬件(例如处理器等)执行，以本申请实施例中由任意设备执行的任意一种方法的部分或全部步骤。
本申请实施例还提供了一种包括指令的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机设备上运行时，使得所述这个计算机设备执行以上各方面的任意一种方法的部分或者全部步骤。
在上述实施例中，可全部或部分地通过软件、硬件、固件、或其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如光盘)、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在上述实施例中，对各实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
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，也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间接耦合或者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，可以是电性或其它的形式。
所述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的方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可集成在一个处理单元中，也可以是各单元单独物理存在，也可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，或者也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质例如可包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种太赫兹感知阵列，其特征在于，所述太赫兹感知阵列包括：以阵列方式排列的N个感知单元组；所述N个感知单元组中的每个感知单元组包括M个可重构感知单元；
其中，所述M个可重构感知单元中的每个可重构感知单元用于检测一种太赫兹波物理特征参数，所述可重构感知单元所检测的太赫兹波物理特征参数的种类基于检测配置的变化而变化，其中，所述N和所述M为大于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的太赫兹感知阵列，其特征在于，所述N个感知单元组中的可重构感知单元dij包括接收单元、检测单元和模数转换单元，所述可重构感知单元dij属于所述N个感知单元组中的其中一个感知单元组；
其中，所述接收单元用于将带有一种物理特征参数的太赫兹辐射波进行接收并变换为太赫兹导波；
所述检测单元，用于将所述接收单元变换得到的太赫兹导波变换为低频信号响应或直流信号响应；
所述模数转换单元，用于对所述检测单元变换得到的低频信号响应或直流信号响应进行采集而得到数字信号响应。
3.根据权利要求1至2任一项所述的太赫兹感知阵列，其特征在于，所述每个感知单元组中的一个可重构感知单元，被配置为只检测一种太赫兹波物理特征参数，一个感知单元组中的M个可重构感知单元总共检测K种不同的太赫兹波物理特征参数，所述K为大于1且小于M的正整数。
4.根据权利要求3所述的太赫兹感知阵列，其特征在于，所述K种不同的太赫兹波物理特征参数包括太赫兹辐射波的K种不同频段。
5.根据权利要求3所述的太赫兹感知阵列，其特征在于，所述K种太赫兹物理特征参数包括太赫兹辐射波的K种不同极化。
6.一种太赫兹感知系统，其特征在于，包括：
后端处理系统和太赫兹感知阵列；其中，所述太赫兹感知阵列为权利要求1至4任意一项所述的太赫兹感知阵列；
其中，所述后端处理系统，用于接收所述太赫兹感知阵列中的可重构感知单元输出的已检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应数字信号响应，并基于接收到的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应。
7.根据权利要求6所述的太赫兹感知系统，其特征在于，每个可重构感知单元被配置为只检测一种太赫兹物理特征参数，其中，一个可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应，基于其周边的可重构感知单元输出的数字信号响应进行插值来得到。
8.根据权利要求7所述的太赫兹感知系统，其特征在于，可重构感知单元dij未检测的第x种太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应，基于所述可重构感知单元dij周边的用于检测第x种太赫兹波物理特征参数的至少两个可重构感知单元所输出的数字信号响应进行插值来得到，所述第x种太赫兹波物理特征参数为所述可重构感知单元dij未检测的K-1种太赫兹波物理特征参数中的其中一种太赫兹波物理特征参数，其中，所述x为大于1的正整数。
9.根据权利要求5至8任意一项所述的太赫兹感知系统，其特征在于，所述后端处理系统还用于，将每个可重构感知单元的每种太赫兹波物理特征参数对应的数字信号响应赋予一种颜色标识；将各个可重构感知单元的被赋予同一颜色标识的数字信号响应分别进行组合形成K张单色图，将所述K张单色图合成一张伪色彩图，所述K张单色图和K种太赫兹波物理特征参数一一对应。
10.一种后端处理系统，其特征在于，所述后端处理系统与太赫兹感知阵列耦合；所述太赫兹感知阵列为权利要求1至4任意一项所述的太赫兹感知阵列；
其中，所述后端处理系统，用于接收所述太赫兹感知阵列中的可重构感知单元输出的已检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应，并基于接收到的可重构感知单元输出的数字信号响应，来插值得到可重构感知单元未检测种类的太赫兹波物理特征参数所对应的数字信号响应。
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