CN116106254A - 太赫兹三维层析成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太赫兹三维层析成像系统及方法，涉及太赫兹成像技术领域，该系统包括：被测物体，载物移动旋转平台，上述被测物体置于载物移动旋转平台上，上述载物移动旋转平台用于带动被测物体移动与旋转，并将扫描后发散的波束聚焦至太赫兹收发模块中接收天线；太赫兹波发射装置和太赫兹波接收装置；第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜，有效消除宽带成像系统球差和色差，数据采集装置，与上述太赫兹波接收装置通信连接；处理器，与上述数据采集装置通信连接，实现超宽带太赫兹信号合成，并利用图像重建算法，获取被测物体在超宽带太赫兹下连续频点的三维成像结果。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹成像技术领域，具体涉及太赫兹三维层析成像系统及方法。
背景技术
太赫兹波（0.1-10THz，0.03-3mm）位于微波与红外之间，其兼具微波的高穿透性与红外的高分辨特性，广泛应用于材质材料分析、安检、医疗检测、大气遥感等领域。传统的太赫兹二维成像方法仅能获取被测物体的二维成像信息，无法有效获取被测物体的三维成像信息。
目前，太赫兹三维层析成像技术已逐渐成为研究热点；然而现有的太赫兹时域光谱成像技术，虽可获取物体在超宽频带内，多频点下被测物体的三维成像信息，但其成像装置复杂，穿透深度有限，成像速率慢，限制了其三维成像的应用；太赫兹层析成像技术，多为单频点系统，仅能获取单频点下被测物体的三维成像信息，难以同时获取多频点甚至连续频点下的成像结果，并且需要大量的投影数据才能进行高质量的图像重建。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高三维成像的质量，目的在于提供太赫兹三维层析成像系统及方法。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面提供太赫兹三维层析成像系统，包括：
被测物体，
载物移动旋转平台，上述被测物体置于载物移动旋转平台上，上述载物移动旋转平台用于带动被测物体移动与旋转，并将扫描后发散的波束聚焦至太赫兹收发模块中接收天线；
太赫兹波发射装置，用于产生太赫兹信号；
第一菲涅尔透镜，用于将上述太赫兹信号聚焦于被测物体上；
第二菲涅尔透镜，用于接收经过上述被测物体的太赫兹信号，并聚焦该太赫兹信号；
太赫兹波接收装置，用于接收上述第二菲涅尔透镜聚焦后的太赫兹信号；
数据采集装置，与上述太赫兹波接收装置通信连接；
处理器，与上述数据采集装置通信连接，用于融合多频段太赫兹信号，得到超宽带太赫兹信号，利用稀疏重建算法计算被测物体在超宽带太赫兹信号下连续频点的三维成像。
上述太赫兹波接收装置用于接收太赫兹信号，所述太赫兹信号包括被测物体的三维投影数据，被测物体置于载物移动旋转平台上，载物移动旋转平台带动被测物体旋转、移动，使太赫兹波接收装置接收到三维投影数据，上述数据采集装置与太赫兹波接收装置连接，用于接收太赫兹波接收装置接收太赫兹信号，上述处理器与数据采集装置连接，用于将多频段的太赫兹信号融合成超宽带太赫兹信号，第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜采用螺纹结构，可以有效消除宽带成像系统的色差，上述第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜采用双曲面型，可以有效消除宽带成像系统的球差，提高了三维成像的质量。
进一步的，上述太赫兹波发射装置包括若干辐射源和第一分束镜；
若干上述辐射源分别设置于第一分束镜的不同角度或高度，若干上述辐射源产生的太赫兹信号经第一分束镜的反射与透射传输至第一菲涅尔透镜。
进一步的，上述太赫兹波发射装置包括若干辐射源、第一极化线栅组和第一分束镜；
若干上述辐射源分别设置于第一极化线栅组的不同角度或高度，若干上述辐射源产生的太赫兹信号经第一极化线栅组的反射与透射传输至第一分束镜；
上述第一极化线栅组包括若干第一极化线栅；
若干上述第一极化线栅分别设置于第一分束镜的不同角度或高度，若干上述第一极化线栅的太赫兹信号经第一分束镜的反射与透射传输至第一菲涅尔透镜。
进一步的，上述太赫兹波接收装置包括若干接收机和第二分束镜；
若干上述接收机分别设置于第二分束镜的不同角度或高度，上述第二分束镜用于接收第二菲涅尔透镜的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二分束镜反射与透射传输至若干接收机。
进一步的，上述太赫兹波接收装置包括若干接收机、第二极化线栅组和第二分束镜；
上述第二极化线栅组包括若干第二极化线栅；
若干上述第二极化线栅分别设置于第二分束镜的不同角度或高度，上述第二分束镜用于接收第二菲涅尔透镜的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二分束镜反射与透射传输至若干第二极化线栅；
若干上述接收机分别设置于第二极化线栅组的不同角度或高度，上述第二极化线栅组用于接收第二菲涅尔透镜的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二极化线栅组反射与透射传输至若干接收机。
进一步的，上述若干辐射源包括110～150GHZ辐射源、150～220GHZ辐射源、220～330GHZ辐射源和330～500GHZ辐射源。
进一步的，上述若干接收机包括110～150GHZ接收机、150～220GHZ接收机、220～330GHZ接收机和330～500GHZ接收机。
每个上述辐射源具有不同的频段且每个辐射源都存在用于接收该频段的接收机，便于接收不同频段的太赫兹信号，在处理器中融合不同频段的太赫兹信号，以此提高三维成像的质量。
第二方面提供太赫兹三维层析成像方法，采用上述的太赫兹三维层析成像系统实现该方法；
上述太赫兹三维层析成像方法包括以下步骤：
对上述数据采集装置采集到的多个太赫兹信号进行预处理，得到多个太赫兹回波信号；
融合多个上述太赫兹回波信号，得到超宽带太赫兹回波信号；
对上述超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到上述超宽带太赫兹回波信号的时域包络；
采集上述被测物体的三维投影数据，得到时域光谱数据；
利用稀疏重建算法对上述时域光谱数据进行图像重建。
利用该方法可获得超宽带太赫兹回波信号下连续频点的三维成像结果，对超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到上述超宽带太赫兹回波信号的时域包络，利用稀疏重建算法对时域光谱数据进行图像重建，在少量投影角度下获取高质量图像重建结果，提高了三维成像的速率。进一步的，利用稀疏重建算法对上述时域光谱数据进行图像重建的具体步骤如下：基于稀疏角度图像算法，对时域光谱数据进行图像重建。
通过本发明的太赫兹三维层析成像系统融合不同频段的太赫兹信号，得到超宽带太赫兹信号，通过稀疏角度图像算法获取被测物体在超宽带太赫兹信号下连续频点的三维成像，提高了三维成像的速率。
进一步的，根据公式（1），对所述数据采集装置（90）采集到的多个太赫兹信号进行预处理，得到多个太赫兹回波信号；
（1）
其中，为太赫兹回波信号，为各频段的序号，为各频段的幅值响应，为各频段的起始频率，为由目标引起的回波时延，为调频斜率；
根据公式（2）～（4），融合多个所述太赫兹回波信号，得到超宽带太赫兹回波信号；
（2）
（3）
（4）
其中，为幅值调节系数，为频移项，为各频段的目标时延差，为各频段起始频率差，为时移项，为相位补偿项；
根据公式（5）～（7），对所述超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到所述超宽带太赫兹回波信号的时域包络；
（5）
（6）
（7）
其中，为目标距雷达距离，为当前采样时刻所对应的频点，为初始采样时刻所对应的频点，为光束；
采集所述被测物体（60）的三维投影数据，得到时域光谱数据；
根据公式（8），利用稀疏重建算法对所述时域光谱数据进行图像重建；
（8）
其中，N为待重建图像像素总数，为当前投影角度下光束对像素的权重值，为调节因子，为迭代次数，为第K+1次迭代下图像像素n的值。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
上述太赫兹波接收装置用于接收太赫兹信号，所述太赫兹信号包括被测物体的三维投影数据，被测物体置于载物移动旋转平台上，载物移动旋转平台带动被测物体旋转、移动，使太赫兹波接收装置接收到三维投影数据，上述数据采集装置与太赫兹波接收装置连接，用于接收太赫兹波接收装置接收的太赫兹信号，上述处理器与数据采集装置连接，用于将多频段的太赫兹信号融合成超宽带太赫兹信号，上述第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜采用螺纹结构，可以有效消除宽带成像系统的色差，上述第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜采用双曲面型，可以有效消除宽带成像系统的球差，提高了三维成像的质量。
通过本发明设计的太赫兹层析成像系统可实现超宽带太赫兹信号合成，并且利用第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜可以有效消除宽带成像系统球差和色差，提高三维成像质量；
通过本发明提出的图像重建算法，可获取物体在超宽带太赫兹下连续频点的三维成像结果，在少量投影角度下获取高质量重建结果，提高了三维成像的速率；
与现有的太赫兹层析成像相比，本发明具有高穿透性、连续频点成像以及获取物体在稀疏投影角度下高质量的三维成像结果的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为实施例1提供的太赫兹三维层析成像系统；
图2为实施例2提供的太赫兹三维层析成像系统；
图3为实施例3提供的太赫兹三维层析成像方法的流程图；
图4位实施例4提供的滤波反投影和稀疏重建算法结果对比图。
附图中标记及对应的零部件名称：
11-110～150GHZ辐射源,12-150～220GHZ辐射源,13-220～330GHZ辐射源,14-330～500GHZ辐射源，20-第一极化线栅组，21/22-第一极化线栅，31-第一分束镜，32-第二分束镜,41-第一菲涅尔透镜,42-第二菲涅尔透镜,50-载物移动旋转平台,60-被测物体，70-第二极化线栅组，71/72-第二极化线栅，81-110～150GHZ接收机，82-150～220GHZ接收机，83-220～330GHZ接收机，84-330～500GHZ接收机，90-数据采集装置，91-处理器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例1提供太赫兹三维层析成像系统，如图1所示，包括：
被测物体60，
载物移动旋转平台50，上述被测物体60置于载物移动旋转平台50上，上述载物移动旋转平台50用于带动被测物体60移动与旋转，并将扫描后发散的波束聚焦至太赫兹收发模块中接收天线；
太赫兹波发射装置，用于产生太赫兹信号；
第一菲涅尔透镜41，用于将上述太赫兹信号聚焦于被测物体60上；
第二菲涅尔透镜42，用于接收经过上述被测物体60的太赫兹信号，并聚焦该太赫兹信号；
太赫兹波接收装置，用于接收上述第二菲涅尔透镜42聚焦后的太赫兹信号；
数据采集装置90，与上述太赫兹波接收装置通信连接；
处理器91，与上述数据采集装置90通信连接，用于融合多频段太赫兹信号，得到超宽带太赫兹信号，利用稀疏重建算法计算被测物体60在超宽带太赫兹信号下连续频点的三维成像。
上述太赫兹波接收装置用于接收太赫兹信号，所述太赫兹信号包括被测物体的三维投影数据，被测物体60置于载物移动旋转平台50上，载物移动旋转平台50带动被测物体60旋转、移动，使太赫兹波接收装置接收到三维投影数据，上述数据采集装置90与太赫兹波接收装置连接，用于接收太赫兹波接收装置接收太赫兹信号，上述处理器91与数据采集装置90连接，用于将多频段的太赫兹信号融合成超宽带太赫兹信号，第一菲涅尔透镜41和第二菲涅尔透镜42采用螺纹结构，可以有效消除宽带成像系统的色差，上述第一菲涅尔透镜41和第二菲涅尔透镜42采用双曲面型，可以有效消除宽带成像系统的球差，提高了三维成像的质量。
具体的实施例，上述太赫兹波发射装置包括若干辐射源和第一分束镜31；
若干上述辐射源分别设置于第一分束镜31的不同角度或高度，若干上述辐射源产生的太赫兹信号经第一分束镜31的反射与透射传输至第一菲涅尔透镜41。
具体的实施例，上述太赫兹波接收装置包括若干接收机和第二分束镜32；
若干上述接收机分别设置于第二分束镜32的不同角度或高度，上述第二分束镜32用于接收第二菲涅尔透镜42的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二分束镜32反射与透射传输至若干接收机。
具体的实施例，上述若干辐射源包括110～150GHZ辐射源11、150～220GHZ辐射源12、220～330GHZ辐射源13和330～500GHZ辐射源14。
具体的实施例，上述若干接收机包括110～150GHZ接收机81、150～220GHZ接收机82、220～330GHZ接收机83和330～500GHZ接收机84。
每个上述辐射源具有不同的频段且每个辐射源都存在用于接收该频段的接收机，便于接收不同频段的太赫兹信号，在处理器91中融合不同频段的太赫兹信号，以此提高三维成像的质量。
实施例
本实施例2提供太赫兹三维层析成像系统，如图2所示，包括：
被测物体60，
载物移动旋转平台50，上述被测物体60置于载物移动旋转平台50上，上述载物移动旋转平台50用于带动被测物体60移动与旋转，并将扫描后发散的波束聚焦至太赫兹收发模块中接收天线；
太赫兹波发射装置，用于产生太赫兹信号；
第一菲涅尔透镜41，用于将上述太赫兹信号聚焦于被测物体60上；
第二菲涅尔透镜42，用于接收经过上述被测物体60的太赫兹信号，并聚焦该太赫兹信号；
太赫兹波接收装置，用于接收上述第二菲涅尔透镜42聚焦后的太赫兹信号；
数据采集装置90，与上述太赫兹波接收装置通信连接；
处理器91，与上述数据采集装置90通信连接，用于融合多频段太赫兹信号，得到超宽带太赫兹信号，利用稀疏重建算法计算被测物体60在超宽带太赫兹信号下连续频点的三维成像。
具体的实施例，上述太赫兹波发射装置包括若干辐射源、第一极化线栅组20和第一分束镜31；
若干上述辐射源分别设置于第一极化线栅组20的不同角度或高度，若干上述辐射源产生的太赫兹信号经第一极化线栅组20的反射与透射传输至第一分束镜31；
上述第一极化线栅组20包括若干第一极化线栅；
若干上述第一极化线栅分别设置于第一分束镜31的不同角度或高度，若干上述第一极化线栅的太赫兹信号经第一分束镜31的反射与透射传输至第一菲涅尔透镜41。
具体的实施例，上述太赫兹波接收装置包括若干接收机、第二极化线栅组70和第二分束镜32；
上述第二极化线栅组70包括若干第二极化线栅；
若干上述第二极化线栅分别设置于第二分束镜32的不同角度或高度，上述第二分束镜32用于接收第二菲涅尔透镜42的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二分束镜32反射与透射传输至若干第二极化线栅；
若干上述接收机分别设置于第二极化线栅组70的不同角度或高度，上述第二极化线栅组70用于接收第二菲涅尔透镜42的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二极化线栅组70反射与透射传输至若干接收机。
具体的实施例，上述若干辐射源包括110～150GHZ辐射源11、150～220GHZ辐射源12、220～330GHZ辐射源13和330～500GHZ辐射源14。
具体的实施例，上述若干接收机包括110～150GHZ接收机81、150～220GHZ接收机82、220～330GHZ接收机83和330～500GHZ接收机84。
具体的实施例，110～150GHZ辐射源11和150～220GHZ辐射源12辐射出线极化的太赫兹信号，其中，110～150GHZ辐射源11产生的太赫兹信号经第一极化线栅21透射，150～220GHZ辐射源12产生的太赫兹信号经第一极化线栅21反射。两个太赫兹信号依次经第一分束镜31透射，透射后的太赫兹信号经第一菲涅尔透镜41聚焦于被测物体60上，再经第二菲涅尔透镜42，第二分束镜32以及第二极化线栅71后，分别被110～150GHZ接收机81和150～220GHZ接收机82接收；
220～330GHZ辐射源13和330～500GHZ辐射源14辐射出线极化的太赫兹信号，其中220～330GHZ辐射源13产生的太赫兹信号经第一极化线栅22透射，330～500GHZ辐射源14产生的太赫兹信号经第一极化线栅22反射。两个太赫兹信号依次经第一分束镜31反射，反射后的太赫兹信号经第一菲涅尔透镜41聚焦于被测物体60上，再经第二菲涅尔透镜42，第二分束镜32以及第二极化线栅72后，分别被220～330GHZ接收机83和330～500GHZ接收机84接收。其中载物移动旋转平台50用于被测物体的方位向移动和被测物体的旋转。
实施例
实施例3提供太赫兹三维层析成像方法，采用上述的太赫兹三维层析成像系统实现该方法；
如图3所示，上述太赫兹三维层析成像方法包括以下步骤：
S1、对上述数据采集装置采集到的多个太赫兹信号进行预处理，得到多个太赫兹回波信号，具体步骤如下：
通过数据采集装置得到不同频段下的太赫兹信号，经滤波与非线性度校准后，得到预处理后的太赫兹回波信号，其信号形式为：
；
其中，为各频段的序号（该实施例中包括但不限于）；为各频段的幅值响应；为各频段的起始频率；为由目标引起的回波时延；为调频斜率，其中为信号带宽，为信号调频周期。
S2、融合多个上述太赫兹回波信号，得到超宽带太赫兹回波信号，具体步骤如下：
将多个频段的太赫兹回波信号，借助于频移项、时移项、相位补偿项进行融合，获得超宽带太赫兹信号：
；
；
；
其中，为幅值调节系数，为各频段的目标时延差，为各频段起始频率差。
S3、对上述超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到上述超宽带太赫兹回波信号的时域包络，具体步骤如下：
；
；
；
其中，为目标距雷达距离，为当前采样时刻所对应的频点，为光束。
S4、采集上述被测物体的三维投影数据，得到时域光谱数据，具体步骤如下：
通过旋转台和平移台，获取物体在不同方位、不同高度及不同旋转角度下的投影数据，其中为当前投影角度，为当前测试高度，对应于重建图像的像素序号。
S5、利用稀疏重建算法对上述时域光谱数据进行图像重建，具体步骤如下：基于稀疏角度图像算法，对时域光谱数据进行图像重建：
其中，为当前投影角度下光束对像素的权重值，为调节因子，为迭代次数，为第K+1次迭代下图像像素n的值。
至此便可获取被测物体在连续太赫兹频点下的高质量的三维成像结果。
通过本发明的太赫兹三维层析成像系统融合不同频段的太赫兹信号，得到超宽带太赫兹信号，利用该方法可获得超宽带太赫兹回波信号下连续频点的三维成像结果，对超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到上述超宽带太赫兹回波信号的时域包络，利用稀疏重建算法对时域光谱数据进行图像重建，在少量投影角度下获取高质量图像重建结果，提高了三维成像的速率。
具体的实施例，上述数据采集装置采集的是不同频段的太赫兹信号。
具体的实施例，如图4所示，一个方形物体的二维截面分别经滤波反投影算法和稀疏重建算法重建后在12、18、30、60个投影角度下的结果，根据图中可以看出，利用稀疏重建算法重建三维图像具有明显的抗噪及去伪影能力，在少量的投影角度下依旧保持较高的重建质量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，包括：
被测物体（60），
载物移动旋转平台（50），所述被测物体（60）置于载物移动旋转平台（50）上，所述载物移动旋转平台（50）用于带动被测物体（60）移动与旋转，并将扫描后发散的波束聚焦至太赫兹收发模块中接收天线；
太赫兹波发射装置，用于产生太赫兹信号；
第一菲涅尔透镜（41），用于将所述太赫兹信号聚焦于被测物体（60）上；
第二菲涅尔透镜（42），用于接收经过所述被测物体（60）的太赫兹信号，并聚焦该太赫兹信号；
太赫兹波接收装置，用于接收所述第二菲涅尔透镜（42）聚焦后的太赫兹信号；
数据采集装置（90），与所述太赫兹波接收装置通信连接；
处理器（91），与所述数据采集装置（90）通信连接，用于融合多频段太赫兹信号，得到超宽带太赫兹信号，利用稀疏重建算法计算被测物体（60）在超宽带太赫兹信号下连续频点的三维成像。
2.根据权利要求1所述的太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，所述太赫兹波发射装置包括若干辐射源和第一分束镜（31）；
若干所述辐射源分别设置于第一分束镜（31）的不同角度或高度，若干所述辐射源产生的太赫兹信号经第一分束镜（31）的反射与透射传输至第一菲涅尔透镜（41）。
3.根据权利要求1所述的太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，所述太赫兹波发射装置包括若干辐射源、第一极化线栅组（20）和第一分束镜（31）；
若干所述辐射源分别设置于第一极化线栅组（20）的不同角度或高度，若干所述辐射源产生的太赫兹信号经第一极化线栅组（20）的反射与透射传输至第一分束镜（31）；
所述第一极化线栅组（20）包括若干第一极化线栅；
若干所述第一极化线栅分别设置于第一分束镜（31）的不同角度或高度，若干所述第一极化线栅的太赫兹信号经第一分束镜（31）的反射与透射传输至第一菲涅尔透镜（41）。
4.根据权利要求1所述的太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，所述太赫兹波接收装置包括若干接收机和第二分束镜（32）；
若干所述接收机分别设置于第二分束镜（32）的不同角度或高度，所述第二分束镜（32）用于接收第二菲涅尔透镜（42）的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二分束镜（32）反射与透射传输至若干接收机。
5.根据权利要求1所述的太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，所述太赫兹波接收装置包括若干接收机、第二极化线栅组（70）和第二分束镜（32）；
所述第二极化线栅组（70）包括若干第二极化线栅；
若干所述第二极化线栅分别设置于第二分束镜（32）的不同角度或高度，所述第二分束镜（32）用于接收第二菲涅尔透镜（42）的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二分束镜（32）反射与透射传输至若干第二极化线栅；
若干所述接收机分别设置于第二极化线栅组（70）的不同角度或高度，所述第二极化线栅组（70）用于接收第二菲涅尔透镜（42）的太赫兹信号，该太赫兹信号经第二极化线栅组（70）反射与透射传输至若干接收机。
6.根据权利要求2或3所述的太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，所述若干辐射源包括110～150GHZ辐射源（11）、150～220GHZ辐射源（12）、220～330GHZ辐射源（13）和330～500GHZ辐射源（14）。
7.根据权利要求4或5所述的太赫兹三维层析成像系统，其特征在于，所述若干接收机包括110～150GHZ接收机（81）、150～220GHZ接收机（82）、220～330GHZ接收机（83）和330～500GHZ接收机（84）。
8.太赫兹三维层析成像方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的太赫兹三维层析成像系统实现该方法；
该方法包括以下步骤：
对所述数据采集装置（90）采集到的多个太赫兹信号进行预处理，得到多个太赫兹回波信号；
融合多个所述太赫兹回波信号，得到超宽带太赫兹回波信号；
对所述超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到所述超宽带太赫兹回波信号的时域包络；
采集所述被测物体（60）的三维投影数据，得到时域光谱数据；
利用稀疏重建算法对所述时域光谱数据进行图像重建。
9.根据权利要求8所述的太赫兹三维层析成像方法，其特征在于，利用稀疏重建算法对所述时域光谱数据进行图像重建的具体步骤如下：基于稀疏角度图像算法，对时域光谱数据进行图像重建。
10.根据权利要求8所述的太赫兹三维层析成像方法，其特征在于，根据公式（1），对所述数据采集装置（90）采集到的多个太赫兹信号进行预处理，得到多个太赫兹回波信号；
（1）
其中，为太赫兹回波信号，为各频段的序号，为各频段的幅值响应，为各频段的起始频率，为由目标引起的回波时延，为调频斜率；
根据公式（2）～（4），融合多个所述太赫兹回波信号，得到超宽带太赫兹回波信号；
（2）
（3）
（4）
其中，为幅值调节系数，为频移项，为各频段的目标时延差，为各频段起始频率差，为时移项，为相位补偿项；
根据公式（5）～（7），对所述超宽带太赫兹回波信号进行希尔伯特变换并提取信号包络，得到所述超宽带太赫兹回波信号的时域包络；
（5）
（6）
（7）
其中，为目标距雷达距离，为当前采样时刻所对应的频点，为初始采样时刻所对应的频点，为光束；
采集所述被测物体（60）的三维投影数据，得到时域光谱数据；
根据公式（8），利用稀疏重建算法对所述时域光谱数据进行图像重建；
（8）
其中，N为待重建图像像素总数，为当前投影角度下光束对像素的权重值，为调节因子，为迭代次数，为第K+1次迭代下图像像素n的值。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106441575A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 河南工业大学 | 一种太赫兹时域光谱稀疏成像方法 |
| CN107631995A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 华中科技大学 | 一种三维太赫兹层析成像系统及扫描和图像重建方法 |
| WO2019127949A1 (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-04 | 深圳市太赫兹科技创新研究院 | 多频太赫兹检测装置、系统及其方法 |
| CN110806590A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-18 | 中国科学院电子学研究所 | 太赫兹主、被动复合成像准光学扫描系统 |
| CN111982854A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-24 | 中电科仪器仪表有限公司 | 基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置及分析测试方法 |
| CN114839619A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-02 | 北京理工大学 | 一种大焦深双频段太赫兹调频连续波雷达成像方法及系统 |
| CN115855866A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-03-28 | 北京理工大学 | 一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像系统 |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107631995A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 华中科技大学 | 一种三维太赫兹层析成像系统及扫描和图像重建方法 |
| CN106441575A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-22 | 河南工业大学 | 一种太赫兹时域光谱稀疏成像方法 |
| WO2019127949A1 (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-04 | 深圳市太赫兹科技创新研究院 | 多频太赫兹检测装置、系统及其方法 |
| CN110806590A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-18 | 中国科学院电子学研究所 | 太赫兹主、被动复合成像准光学扫描系统 |
| CN111982854A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-24 | 中电科仪器仪表有限公司 | 基于频分复用的物质太赫兹波谱分析装置及分析测试方法 |
| CN114839619A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-02 | 北京理工大学 | 一种大焦深双频段太赫兹调频连续波雷达成像方法及系统 |
| CN115855866A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-03-28 | 北京理工大学 | 一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像系统 |
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