[发明专利]三维全息成像

说明书

背景技术

常规成像是基于：测量远程对象在已知二维(2D)空间上的相对散射场且接着使用各种成像算法(例如，合成孔隙、全息、重建技术和类似算法)来检测所述对象的性质。可使用不同重建技术来产生对象的图像(例如，电介质分布和几何特征)。尽管有许多不同方法用于微波频率和毫米波频率下的成像，但每种成像方法具有限制性特征(例如，硬件或重建算法)。举例来说，使用合成孔隙雷达(synthetic aperture radar，SAR)成像技术的微波三维(3D)成像方法通常需要在2D表面上获得的相干向量(例如，幅值和相位)测量。

在典型系统中，在一维(1D)或2D平面上扫描向量反射计以获取表示被测样品的数据(例如，相位)。计算机控制扫描和数据获取过程且经由SAR算法传递所获取数据以产生被测样品的2D或3D图像。

三维成像需要宽带信号，尤其是为了获得高距离分辨率。但是，设计在甚高频(例如，微波和毫米波)下具有高动态范围以提供宽带向量测量的射频(RF)接收器在技术上是困难的且成本高昂。为获得图像，必须校准反射计，使得所有相位测量是参考反射计的天线孔隙或反射计的相位中心，所述相位中心对于频带内的所有频率都随频率而变化。

例如，零差完全正交反射计提供分别与反射波的实部和虚部成比例的同相信号和正交信号。零差完全正交反射计的优势是，可校准接收器以去除不需要的信号(如从各种连接反射的信号)的影响且使得测量相位参考反射计的天线孔隙。对于宽带频率操作，这种反射计的设计必须针对外差方案大大改变，这在技术上是困难的且成本高昂，因为要求具有多个来源、混合器、放大器和滤波器。

基于调频连续波(FM-CW)的另一常规反射计不提供向量测量。因此，这种反射计不能轻易地校准(例如，相位参考)到天线孔隙以实现成像目的。

因此，需要一种可对其天线孔隙进行相位参考的宽带成像系统。

发明内容

简言之，本发明的方面提供一种零差反射计，其具有与在天线的孔隙处的反射信号的同相分量成比例的真值输出信号。所述反射计产生在所有频率下都对天线的孔隙进行相位参考的测量，从而不需要额外的校准(即，相位参考)。

在一个方面中，提供一种全息成像系统，其包括天线，所述天线具有耦合到其的传输线路。所述传输线路在一个末端处耦合到所述天线且在另一末端处耦合到信号源。所述天线界定孔隙，由信号源产生的信号传输穿过所述孔隙而入射于位于所述孔隙远端的对象且通过所述天线孔隙接收从所述对象反射的信号。所述成像系统还包括位于所述天线孔隙处的用于对所述反射信号进行取样的驻波探针(例如，耦合器)以及连接到所述驻波探针的检测器。所述检测器被配置成接收所述经取样反射信号且提供输出信号，所述输出信号表示与来自所述对象的所述反射信号的同相分量成比例的真值信号。所述成像系统还包括处理器，所述处理器被配置成执行成像算法以便基于来自所述检测器的所述输出信号生成表示所述对象的多维轮廓。

在另一方面中，提供一种成像系统，其包括网络装置，所述网络装置具有第一端口、差量端口(delta port)、第二端口以及求和端口。连接到所述求和端口的信号源提供甚高频信号，且所述网络装置将所述甚高频信号分成第一信号和第二信号。所述成像系统还包括连接到所述网络装置的所述第一端口以便接收所述第一信号的参考线路。另外，所述成像系统包括连接到所述参考线路的参考负载。所述参考负载被配置成反射所述第一信号以产生从所述参考负载沿着所述参考线路传输到所述网络装置的第一反射信号。另外，所述成像系统包括连接到所述网络装置的所述第二端口以接收所述第二信号的天线线路。所述天线线路与所述参考线线路具有大致上相等的电气性质。此外，天线连接到所述天线线路。所述天线被配置成：将所述第二信号传输到远程对象，从所述远程对象接收至少一个第二反射信号，且将所述第二反射信号沿着所述天线线路传输到所述网络装置。沿着所述参考线路传输的所述第一反射信号与沿着所述天线线路传输的所述第二反射信号在所述网络装置内组合以形成组合信号。所述成像系统还包括连接到所述差量端口的检测器。所述检测器对所述组合信号进行取样，使得所述检测器测量所述组合信号的实部。所述成像系统还包括处理器，所述处理器被配置成执行成像算法以基于来自所述检测器与所述反射信号的所述实部成比例的所接收输出电压生成表示所述对象的多维轮廓。