一種微波成像的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微波成像的裝置，包括產(chǎn)生微波的微波發(fā)生器、將微波發(fā)生器發(fā)射出的微波形成微波束的微波約束裝置、用于支承樣品且被微波束透射的樣品平臺(tái)、將微波能量轉(zhuǎn)化成可測(cè)量信號(hào)的微波接收器和根據(jù)可測(cè)量信號(hào)完成建模算法且生成圖像的數(shù)據(jù)處理裝置；所述微波發(fā)生器、微波約束裝置、樣品平臺(tái)和微波接收裝置順序連接，所述微波接收器與微波約束裝置連接。同時(shí)，本發(fā)明還提供了微波成像的裝置。本發(fā)明的生成的圖像分辨率高、清晰準(zhǔn)確，避免偽影的發(fā)生，而且能量消耗少，成本低。
【專利說(shuō)明】一種微波成像的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種微波成像的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波成像是指以微波作為信息載體的一種成像手段，其原理是用微波照射被測(cè)物體，然后通過(guò)物體外部散射場(chǎng)的測(cè)量值來(lái)重構(gòu)物體的形狀或(復(fù))介電常數(shù)分布。微波成像具有安全無(wú)損、穿透深度高、成本低、理論上可對(duì)溫度成像等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。然而，現(xiàn)有的微波成像具有以下技術(shù)缺陷:1、微波衍射效應(yīng)明顯，導(dǎo)致成像的靈敏度較低；
2、成像分辨差，造成偽影嚴(yán)重；3、所需要設(shè)備成本高，且成像時(shí)間較長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，成像分辨率高及成本低的微波成像的裝置。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種微波成像的方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):本微波成像的裝置，包括產(chǎn)生微波的微波發(fā)生器、將微波發(fā)生器發(fā)射出的微波形成微波束的微波約束裝置、用于支承樣品且被微波束透射的樣品平臺(tái)、將微波能量轉(zhuǎn)化成可測(cè)量信號(hào)的微波接收器和根據(jù)可測(cè)量信號(hào)完成建模算法且生成圖像的數(shù)據(jù)處理裝置；所述微波發(fā)生器、微波約束裝置、樣品平臺(tái)和微波接收裝置順序連接，所述微波接收器與微波約束裝置連接。
[0005]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括放大器、數(shù)字降噪器、累加器、圖像處理軟件、儲(chǔ)存器和顯示器；所述放大器、數(shù)字降噪器、累加器和圖像處理軟件依次連接，且所述放大器與微波接收器連接，所述儲(chǔ)存器和顯示器均與圖像處理軟件連接。
[0006]優(yōu)選的，所述圖像處理軟件為MATLAB。MATLAB為數(shù)學(xué)建模中的常用軟件，其基于matlab語(yǔ)言編寫。上述只為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述圖像處理軟件也可使用C語(yǔ)言或C++語(yǔ)言為基礎(chǔ)的圖像處理軟件。
[0007]優(yōu)選的，所述樣品平臺(tái)包括支承臺(tái)和掃描電機(jī)，所述支承臺(tái)通過(guò)掃描電機(jī)安裝于微波約束裝置上；所述支承臺(tái)由不吸收微波且可被微波透射的材料制成。
[0008]優(yōu)選的，所述支承臺(tái)由聚乙烯塑料制成。
[0009]優(yōu)選的，所述微波約束裝置主要由可覆蓋微波發(fā)生器的鐵板構(gòu)成，且此鐵板的中部設(shè)有小于待測(cè)樣口尺寸的透射孔；所述透射孔正對(duì)于微波發(fā)生器的發(fā)射端口，同時(shí)所述透射孔與支承臺(tái)相對(duì)設(shè)置。
[0010]優(yōu)選的，所述微波約束裝置包括微波透鏡和由鐵制成的且兩端連通的筒體；所述筒體的一端與微波發(fā)生器的發(fā)射端口密封連接，所述筒體的另一端與微波透鏡密封連接，所述微波透鏡與支承臺(tái)相對(duì)設(shè)置。
[0011]優(yōu)選的，所述微波接收器主要由多個(gè)接收天線構(gòu)成，且多個(gè)所述接收天線以樣品平臺(tái)為球心呈半球狀分布，多個(gè)所述接收天線均與數(shù)據(jù)處理裝置連接。
[0012]優(yōu)選的，所述微波接收天線的數(shù)量為64個(gè)。微波接收天線的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際情況而定，一般需要微波微波接收天線的數(shù)量要大于2個(gè)，即3個(gè)或3個(gè)以上。
[0013]所述的微波成像的方法，包括以下步驟:
[0014](I)、開啟微波發(fā)生器，微波發(fā)生器發(fā)出的微波通過(guò)微波約束裝置后形成直徑小于樣品尺寸的微波束，此微波束向置于樣品平臺(tái)的樣品和支承臺(tái)進(jìn)行照射；
[0015](2)、啟動(dòng)掃描電機(jī)，掃描電機(jī)通過(guò)支承臺(tái)帶動(dòng)樣品進(jìn)行移動(dòng)，從而令微波束對(duì)樣品和支承臺(tái)進(jìn)行多點(diǎn)照射；
[0016](3)、在微波束對(duì)樣品和支承臺(tái)進(jìn)行照射時(shí)，微波接收器將接收穿樣品和支承臺(tái)的微波，此時(shí)微波接收器將接收到的微波以數(shù)據(jù)的形式傳輸給數(shù)據(jù)采集處理裝置；
[0017](4)、數(shù)據(jù)采集處理裝置對(duì)自微波接收器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、去噪、邏輯運(yùn)算和圖像重建處理，并將重建后的圖像儲(chǔ)存和顯示。
[0018]本發(fā)明的工作原理:微波發(fā)生器發(fā)射出的微波被微波約束裝置形成小樣品的微波束，此微波束透過(guò)樣品平臺(tái)后，微波束中的微波被樣品進(jìn)行反射、散射或吸收，而經(jīng)過(guò)反射、散射或吸收后剩下的微波能量被微波接收器接收，并將這些微波能量轉(zhuǎn)化成可被測(cè)量的信號(hào)(如聲、光和電等)，此可被測(cè)量的信號(hào)被數(shù)據(jù)處理裝置接收后，依次經(jīng)過(guò)放大、去噪、邏輯運(yùn)算和圖像重建，并將重建的圖像進(jìn)行儲(chǔ)存和顯示，從而完成微波成像。
[0019]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明將微波形成微波束，令微波束中的微波被樣品進(jìn)行反射、散射或吸收，這避免超過(guò)衍射極限，提高了成像的靈敏度，保證了成像的質(zhì)量。
[0021]2、本發(fā)明中的微波形成微波束后經(jīng)過(guò)反射、散射或吸收后剩下的微波能量被微波接收器接收，且將接收后的微波能量轉(zhuǎn)化成可測(cè)量的信號(hào)，進(jìn)而使透射微波的總能量幅值可測(cè)，再將可測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行放大、去噪和邏輯運(yùn)算等操作，從而生成的分辨率高、清晰準(zhǔn)確的圖像，避免偽影的發(fā)生。
[0022]3、本發(fā)明的微波成像的裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，工作穩(wěn)定，成像時(shí)間短，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，使用方便，造價(jià)低，能源消耗量小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是實(shí)施例1的微波成像的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中只畫出部分接收天線。
[0024]圖2是實(shí)施例1的工作流程圖。
[0025]圖3是實(shí)施例2的微波成像的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中只畫出部分接收天線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖1所示的微波成像的裝置，包括產(chǎn)生微波的微波發(fā)生器1、將微波發(fā)生器發(fā)射出的微波形成微波束的微波約束裝置2、用于支承樣品4且被微波束透射的樣品平臺(tái)3、將微波能量轉(zhuǎn)化成可測(cè)量信號(hào)的微波接收器5和根據(jù)可測(cè)量信號(hào)完成建模算法且生成圖像的數(shù)據(jù)處理裝置6 ;所述微波發(fā)生器1、微波約束裝置2、樣品平臺(tái)3和微波接收裝置5順序連接，所述微波接收器5與微波約束裝置6連接。
[0029]本實(shí)施例中，微波發(fā)處理器I發(fā)射出的是主頻為450MHz的脈沖微波，脈沖重復(fù)頻率為10Hz。而微波約束裝置2主要由長(zhǎng)度為2m、寬度為2m和厚度為4mm的鐵板21構(gòu)成，此鐵板21的中部設(shè)有直徑為Icm的透射孔22。此鐵板21可完全覆蓋微波發(fā)生器1，且此鐵板21的中部設(shè)有小于待測(cè)樣口尺寸的透射孔22 ;所述透射孔22正對(duì)于微波發(fā)生器I的發(fā)射端口，同時(shí)所述透射孔22與支承臺(tái)相對(duì)設(shè)置。則當(dāng)微波自透射孔22射出時(shí)，將形成直徑Icm的微波束，此微波束類似于光自一小孔射過(guò)形成的光束。此微波束透射過(guò)支承臺(tái)后，照射于樣品4中。本實(shí)施例中，所述微波發(fā)生器1、微波約束裝置2、樣品平臺(tái)3和微波接收裝置5自下而上依次分布設(shè)置，樣品4放置于樣品平臺(tái)3中的支承臺(tái)上。
[0030]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理裝置6包括放大器、數(shù)字降噪器、累加器、圖像處理軟件、儲(chǔ)存器和顯示器；所述放大器、數(shù)字降噪器、累加器和圖像處理軟件依次連接，且所述放大器與微波接收器連接，所述儲(chǔ)存器和顯示器均與圖像處理軟件連接。本實(shí)施例中放大器采用64路放大器，放大分辨率為40dB ;儲(chǔ)存器使用硬盤。64路放大器將64個(gè)接收天線輸送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大；64路信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字降噪器去噪后，被累加器進(jìn)行邏輯運(yùn)算，再通過(guò)圖像處理軟件MATLAB進(jìn)行運(yùn)算建模，從而生成圖像，并利用顯示器將顯示出來(lái)，且同時(shí)利用硬盤儲(chǔ)存。
[0031]所述圖像處理軟件為MATLAB。
[0032]優(yōu)選的，所述樣品平臺(tái)3包括支承臺(tái)和掃描電機(jī)，所述支承臺(tái)通過(guò)掃描電機(jī)安裝于微波約束裝置上；所述支承臺(tái)由不吸收微波且可被微波透射的材料制成。所述支承臺(tái)由聚乙烯塑料制成。此支承臺(tái)的長(zhǎng)度為10cm、寬度為10cm、厚度為2mm。而掃描電機(jī)為二維步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的最小刻度為0.1mm,最大行程為10cm。
[0033]優(yōu)選的，所述微波接收器5主要由64個(gè)接收天線51構(gòu)成，且64個(gè)所述接收天線51以樣品平臺(tái)為球心呈半球狀分布，64個(gè)所述接收天線51均與數(shù)據(jù)處理裝置連接。
[0034]所述的微波成像的方法，包括以下步驟:
[0035](I)、開啟微波發(fā)生器，微波發(fā)生器發(fā)出的微波通過(guò)微波約束裝置后形成直徑小于樣品4尺寸的微波束，此微波束向置于樣品平臺(tái)的樣品4和支承臺(tái)進(jìn)行照射；
[0036](2)、啟動(dòng)掃描電機(jī)，掃描電機(jī)通過(guò)支承臺(tái)帶動(dòng)樣品4進(jìn)行移動(dòng)，從而令微波束對(duì)樣品4和支承臺(tái)進(jìn)行多點(diǎn)照射；
[0037](3)、在微波束對(duì)樣品4和支承臺(tái)進(jìn)行照射時(shí)，微波接收器將接收穿樣品4和支承臺(tái)的微波，此時(shí)微波接收器將接收到的微波以數(shù)據(jù)的形式傳輸給數(shù)據(jù)采集處理裝置；
[0038](4)、數(shù)據(jù)采集處理裝置對(duì)自微波接收器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、去噪、邏輯運(yùn)算和圖像重建處理，并將重建后的圖像儲(chǔ)存和顯示。
[0039]實(shí)施例2
[0040]本微波成像的裝置除以下技術(shù)特征外同實(shí)施例1:優(yōu)選的，如圖3所示，所述微波約束裝置2包括微波透鏡24和由鐵制成的且兩端連通的筒體23 ;所述筒體23的一端與微波發(fā)生器I的發(fā)射端口密封連接，所述筒體23的另一端與微波透鏡24密封連接，所述微波透鏡24與支承臺(tái)相對(duì)設(shè)置。采用此設(shè)計(jì)時(shí)，筒體23可令微波只向微波透鏡24射出，通過(guò)微波透鏡24的微波將形成微波束，從而提高成像的分辨率和清晰度，保證成像的質(zhì)量。筒體23自下而上，內(nèi)腔逐漸減小，筒體的下端與微波發(fā)生器I的發(fā)射端口密封連接，所述筒體23的上端與微波透鏡24密封連接，從而令自微波透鏡射出的微波可形成微波束，提高了圖像的分辨率，保證了成像的質(zhì)量。[0041]上述【具體實(shí)施方式】為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微波成像的裝置，其特征在于:包括產(chǎn)生微波的微波發(fā)生器、將微波發(fā)生器發(fā)射出的微波形成微波束的微波約束裝置、用于支承樣品且被微波束透射的樣品平臺(tái)、將微波能量轉(zhuǎn)化成可測(cè)量信號(hào)的微波接收器和根據(jù)可測(cè)量信號(hào)完成建模算法且生成圖像的數(shù)據(jù)處理裝置；所述微波發(fā)生器、微波約束裝置、樣品平臺(tái)和微波接收裝置順序連接，所述微波接收器與微波約束裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理裝置包括放大器、數(shù)字降噪器、累加器、圖像處理軟件、儲(chǔ)存器和顯示器；所述放大器、數(shù)字降噪器、累加器和圖像處理軟件依次連接，且所述放大器與微波接收器連接，所述儲(chǔ)存器和顯示器均與圖像處理軟件連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述圖像處理軟件為MATLAB。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述樣品平臺(tái)包括支承臺(tái)和掃描電機(jī)，所述支承臺(tái)通過(guò)掃描電機(jī)安裝于微波約束裝置上；所述支承臺(tái)由不吸收微波且可被微波透射的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述支承臺(tái)由聚乙烯塑料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述微波約束裝置主要由可覆蓋微波發(fā)生器的鐵板構(gòu)成，且此鐵板的中部設(shè)有小于待測(cè)樣口尺寸的透射孔；所述透射孔正對(duì)于微波發(fā)生器的發(fā)射端口，同時(shí)所述透射孔與支承臺(tái)相對(duì)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述微波約束裝置包括微波透鏡和由鐵制成的且兩端連通的筒體；所述筒體的一端與微波發(fā)生器的發(fā)射端口密封連接，所述筒體的另一端與微波透鏡密封連接，所述微波透鏡與支承臺(tái)相對(duì)設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述微波接收器主要由多個(gè)接收天線構(gòu)成，且多個(gè)所述接收天線以樣品平臺(tái)為球心呈半球狀分布，多個(gè)所述接收天線均與數(shù)據(jù)處理裝置連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微波成像的裝置，其特征在于:所述微波接收天線的數(shù)量為64個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任意一項(xiàng)所述的微波成像的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、開啟微波發(fā)生器，微波發(fā)生器發(fā)出的微波通過(guò)微波約束裝置后形成直徑小于樣品尺寸的微波束，此微波束向置于樣品平臺(tái)的樣品和支承臺(tái)進(jìn)行照射； (2)、啟動(dòng)掃描電機(jī)，掃描電機(jī)通過(guò)支承臺(tái)帶動(dòng)樣品進(jìn)行移動(dòng)，從而令微波束對(duì)樣品和支承臺(tái)進(jìn)行多點(diǎn)照射； (3)、在微波束對(duì)樣品和支承臺(tái)進(jìn)行照射時(shí)，微波接收器將接收穿樣品和支承臺(tái)的微波，此時(shí)微波接收器將接收到的微波以數(shù)據(jù)的形式傳輸給數(shù)據(jù)采集處理裝置； (4)、數(shù)據(jù)采集處理裝置對(duì)自微波接收器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、去噪、邏輯運(yùn)算和圖像重建處理，并將重建后的圖像儲(chǔ)存和顯示。
【文檔編號(hào)】G01N22/00GK103901048SQ201410131996
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】邢達(dá), 計(jì)鐘, 婁存廣, 丁文正 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)