一種太赫茲成像裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太赫茲（TeraHertz，THz)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太赫茲成像裝置和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著太赫茲技術(shù)的發(fā)展，利用太赫茲時(shí)域光譜進(jìn)行成像的技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注， 傳統(tǒng)的太赫茲時(shí)域光譜成像技術(shù)，是在太赫茲光斑焦點(diǎn)處放置樣品，通過(guò)二維平移臺(tái)移動(dòng) 樣品，采集每一個(gè)像素點(diǎn)的太赫茲光譜。最后通過(guò)相應(yīng)的算法恢復(fù)成太赫茲圖像。這種成像 方法能夠同時(shí)獲得樣品的光譜信息和圖像信息是一種光譜成像方式。缺點(diǎn)是由于要對(duì)每個(gè) 像素點(diǎn)逐個(gè)掃描，成像速度比較慢。一般情況下采集一個(gè)太赫茲光譜需要1024個(gè)采樣點(diǎn)， 得到一個(gè)完整的光譜需要花費(fèi)200s-300s。一個(gè)10*10像素的太赫茲圖像需要8個(gè)小時(shí)左 右的時(shí)間。
[0003] 還有一種傅里葉變換光譜儀掃描成像裝置（如CN202869964U中所述）利用傅里 葉變換光譜儀進(jìn)行太赫茲光譜成像，不是通過(guò)移動(dòng)樣品進(jìn)行成像，而是通過(guò)移動(dòng)拋物面鏡 采集樣品的光譜圖像。但是，這種成像方式的成像速度同樣也比較慢。傅里葉變換光譜采 集一個(gè)光譜需要時(shí)間大概在100s左右。同樣采集一個(gè)10*10的太赫茲光譜圖像也需要幾 個(gè)小時(shí)。
[0004] 在許多場(chǎng)景下，如此緩慢的成像速度，不能滿足用戶的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例期望提供一種太赫茲成像裝置和方 法，能加快太赫茲成像的速度和性能。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種太赫茲成像裝置，該裝置包括：準(zhǔn)直模塊、掩模模塊和反射 波采集模塊；其中，
[0008] 準(zhǔn)直模塊，用于將入射的太赫茲信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直后照射向掩模模塊和待成像物品；
[0009] 掩模模塊，用于覆蓋在待成像物品前，控制太赫茲信號(hào)照射所述物品的照射區(qū) 域；
[0010] 反射信號(hào)采集模塊，用于采集經(jīng)過(guò)所述物品反射后的反射太赫茲信號(hào)，并將所述 反射太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理模塊；
[0011] 信號(hào)處理模塊，用于控制掩模模塊的移動(dòng)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行物品成像。
[0012] 上述方案中，所述掩模模塊包括：
[0013] 阿達(dá)瑪掩模單元，放置于待成像物品反射太赫茲信號(hào)的傳播路徑上，用于按照阿 達(dá)瑪變換規(guī)則，對(duì)待成像物品反射的太赫茲信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；
[0014] 掩?？刂茊卧?，用于控制阿達(dá)瑪掩模單元按照預(yù)設(shè)路徑移動(dòng)。
[0015] 上述方案中，所述裝置還包括：
[0016] 分頻模塊，位于待成像物品之后，用于將所述物品反射的各個(gè)頻率的反射太赫茲 信號(hào)分別聚焦于光軸不同的位置。
[0017] 上述方案中，所述反射信號(hào)采集模塊包括：
[0018] N個(gè)反射信號(hào)固定采集單元，分別用于采集N個(gè)不同頻率的反射太赫茲信號(hào)，位于 所述光軸的不同聚焦位置。
[0019] 上述方案中，所述反射信號(hào)采集模塊包括：
[0020] 反射信號(hào)移動(dòng)采集單元，用于在光軸上移動(dòng)，采集不同頻率的反射太赫茲信號(hào)。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種太赫茲成像方法，該方法包括：
[0022] 將入射的太赫茲信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直后照射向掩模模塊和待成像物品；
[0023] 將掩模模塊覆蓋在待成像物品前，以控制太赫茲信號(hào)照射所述物品的照射區(qū)域；
[0024] 采集經(jīng)過(guò)所述物品反射后的反射太赫茲信號(hào)，并將所述反射太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)；
[0025] 控制掩模模塊的移動(dòng)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行物品成像。
[0026] 上述方案中，所述將掩模模塊覆蓋在待成像物品前，以控制太赫茲信號(hào)照射所述 物品的照射區(qū)域包括：
[0027] 將阿達(dá)瑪掩模放置于待成像物品反射太赫茲信號(hào)的傳播路徑上，并按照預(yù)設(shè)的路 徑移動(dòng)該阿達(dá)瑪掩模，實(shí)現(xiàn)阿達(dá)瑪變換。
[0028] 上述方案中，在采集經(jīng)過(guò)所述物品反射后的反射太赫茲信號(hào)之前，所述方法還包 括：
[0029] 將所述物品反射的各個(gè)頻率的反射太赫茲信號(hào)分別聚焦于光軸不同的位置。
[0030] 上述方案中，采集經(jīng)過(guò)所述物品反射后的反射太赫茲信號(hào)包括：
[0031] 使用N個(gè)固定于光軸不同聚焦位置的N個(gè)位置的反射信號(hào)固定采集單元，分別采 集N個(gè)不同頻率的反射太赫茲信號(hào)；或者
[0032] 使用一個(gè)反射信號(hào)移動(dòng)采集單元，在光軸上移動(dòng)，采集不同頻率的反射太赫茲信 號(hào)。
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的太赫茲成像裝置和方法，利用在待成像物品的反射太赫茲 信號(hào)傳播路徑上放置阿達(dá)瑪掩模，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物品像素的批量采樣的同時(shí)提高了采樣信號(hào)的 信噪比，同時(shí)，通過(guò)移動(dòng)阿達(dá)瑪掩模而不移動(dòng)待成像物品，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述物品各個(gè)像素的全面 采樣，從而避免移動(dòng)物品而帶來(lái)的像差；此外，利用菲涅爾透鏡或菲涅爾波帶片將待成像物 品的反射太赫茲波聚焦于光軸上不同的位置，從而實(shí)現(xiàn)采集各個(gè)不同頻率的太赫茲波的圖 像，進(jìn)一步提尚太赫茲成像的速度。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲成像裝置的組成示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中使用的阿達(dá)瑪掩模的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖3為圖2所示的阿達(dá)瑪掩模所對(duì)應(yīng)的空間編碼方案；
[0037] 圖4為本發(fā)明提供的太赫茲成像裝置的一具體實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例和技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全 部實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲 得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0039] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的太赫茲成像裝置的組成示意圖，如圖1所示，該裝置包 括：準(zhǔn)直模塊101、掩模模塊102、反射波采集模塊103和信號(hào)處理模塊104 ;其中，
[0040] 準(zhǔn)直模塊101，用于將入射的太赫茲信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直后照射向掩模模塊和待成像物 品；
[0041] 掩模模塊102,用于覆蓋在待成像物品前，控制太赫茲信號(hào)照射所述物品的照射區(qū) 域；
[0042] 反射信號(hào)采集模塊103,用于采集經(jīng)過(guò)所述物品反射后的反射太赫茲信號(hào)，并轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理模塊；
[0043] 信號(hào)處理模塊104,用于控制掩模模塊的移動(dòng)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行物品成 像。
[0044] 具體的，準(zhǔn)直模塊101可以是凸透鏡或者是離軸拋物面鏡等具有將太赫茲波進(jìn)行 直準(zhǔn)的器件。
[0045] 優(yōu)選的，掩模模塊102中包括：
[0046] 阿達(dá)瑪掩模單元，放置于待成像物品反射太赫茲信號(hào)的傳播路徑上，用于按照阿 達(dá)瑪變換規(guī)則，對(duì)待成像物品反射的太赫茲信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；
[0047] 掩?？刂茊卧?，用于控制阿達(dá)瑪掩模單元按照預(yù)設(shè)路徑移動(dòng)。
[0048] 具體的，阿達(dá)瑪掩模單元可以是一塊如圖2所示的掩模，該掩模由金屬等對(duì)太赫 茲波高反射率的材質(zhì)制成，圖2中白色的部分表示實(shí)心，太赫茲波被反射；灰色的部分表示 鏤空，太赫茲波可以透過(guò)沒(méi)有被反射。將該掩模放置于待成像物品反射太赫茲信號(hào)的傳播 路徑上并進(jìn)行移動(dòng)，等同于在光路截面上進(jìn)行可變的空間編碼，每個(gè)編碼單元對(duì)應(yīng)于圖像 上的一個(gè)像素，每個(gè)單元均可被置于〇或1態(tài)，即不反射狀態(tài)或反射狀態(tài)。例如，與圖2所 示掩模對(duì)應(yīng)的空間編碼如圖3所示。掩模控制單元將該阿達(dá)瑪掩模單元按照預(yù)設(shè)的路徑移 動(dòng)，即能完成對(duì)照射待成像物品的太赫茲信號(hào)的阿達(dá)瑪變換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)反射過(guò)待成像物 品的太赫茲信號(hào)的阿達(dá)瑪變換。
[0049] 圖2只示出了一種3*5(即15)成像像素的阿達(dá)瑪掩模，而實(shí)際應(yīng)用中的阿達(dá)瑪掩 模的規(guī)格和種類還有很多種，具體如何選擇阿達(dá)瑪掩模的規(guī)格和種類主要考慮成像的像素 數(shù)。而一旦選定特定的阿達(dá)瑪掩模，則該掩模對(duì)應(yīng)的移動(dòng)路徑即已確定，這是由阿達(dá)瑪變換 算法決定的?？芍苯訁⒖棘F(xiàn)有的阿達(dá)瑪光譜儀的規(guī)則制作阿達(dá)瑪掩模。具體的，圖2所示 的阿達(dá)瑪掩模，則它在最初時(shí)位于待成像區(qū)域的左上角，然后在掩?？刂茊卧目刂葡孪?向下移一行、在向右移一列，依次循環(huán)，直到該阿達(dá)瑪掩模移動(dòng)至待成像區(qū)域的右下角。每 一次行/列移動(dòng)之前，都先進(jìn)行反射太赫茲信號(hào)的采集。
[0050] 進(jìn)一步的，為了加快信號(hào)采集的速度，在反射信號(hào)采集模塊103之前，所述太赫茲 成像裝置還包括：
[0051] 分頻模塊，位于待成像物品之后，用于將所述物品反射的各個(gè)頻率的反射太赫茲 信號(hào)分別聚焦于光軸不同的位置。
[0052] 具體的，分頻模塊可以是菲涅爾透鏡或菲涅爾波帶片等可以將經(jīng)過(guò)掩膜板調(diào)制的 太赫茲信號(hào)在光軸上分頻，因此，所述反射信號(hào)采集模塊103中，可包括：
[0053] N個(gè)反射信號(hào)固定采集單元，分別用于采集N個(gè)不同頻率的反射太赫茲信號(hào)，位于 所述光軸的不同聚焦位置。
[0054] N越大，則并行采集反射信號(hào)的效率越高，但也將導(dǎo)致成像裝置的制造成本的增 加。
[0055] 因此，反射信號(hào)采集模塊103還可以包括：
[0056] 反射信號(hào)移動(dòng)采集單元，用于在光軸上移動(dòng)，采集不同頻率的反射太赫茲信號(hào)。
[0057] 當(dāng)然，為了平衡反射