[发明专利]基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统及其成像方法、操作方法

权利要求书

1.一种基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，包括沿太赫兹波束光路传输方向设置的太赫兹发射源、样品台、波束转换单元、太赫兹探测阵列、支撑架、升降架，其特征在于：

所述样品台通过垂直轴旋转步进电机设置在支撑架上；

所述波束转换单元包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件；

所述升降架上设有升降步进电机，所述升降步进电机的输出轴上连接有水平轴旋转步进电机，所述水平旋转步进电机的输出轴连接有U形架，所述太赫兹发射源固定在U形架的左侧，所述波束转换单元、太赫兹探测阵列从左到右依次固定在U形架的右侧，所述U形架带动太赫兹发射源、波束转换单元和太赫兹探测阵列同步转动。

2.根据权利要求1所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，其特征在于：所述波束转换单元包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，所述第一衍射光学元件为准直式光学元件，所述第二衍射光学元件为会聚式光学元件，所述准直式光学元件、会聚式光学元件为具有聚焦功能的衍射光学元件或柱面镜。

3.根据权利要求2所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，其特征在于：所述太赫兹层析成像系统还包括数据采集卡、步进电机控制器和控制模块，所述步进电机控制器同时与升降步进电机、水平轴旋转步进电机、垂直轴旋转步进电机电连接，所述数据采集卡与太赫兹探测阵列电连接，所述控制模块同时与所述数据采集卡、步进电机控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，其特征在于：所述太赫兹探测阵列水平放置，并且太赫兹探测阵列中心与太赫兹波束的中心轴线垂直相交。

5.根据权利要求4所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，其特征在于：所述太赫兹探测阵列为光电式探测器件。

6.一种采用权利要求1-5任一项权利要求所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统的成像方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、太赫兹发射源发射的太赫兹波束入射到样品台的样品上；

S2、穿过样品的透射波束被波束转换单元会聚成扇形波束；

S3、太赫兹探测阵列探测扇形波束的光强信息，并将光强信息转换为光电流信号；

S4、数据采集卡将该光电流信号转换成电压信号；

S5、数据采集卡根据电压信号得到样品在角度的投影数据；

S6、通过垂直轴旋转步进电机控制样品绕垂直方向旋转，重复步骤S1-S5，可得到样品在角度的投影数据；

S7、通过水平轴旋转步进电机控制发射源和探测阵列在水平方向上旋转角度，重复S1-S6，获得样品不同值的二维投影矩阵，将所有二维矩阵沿竖直方向叠加，获得三维投影矩阵。

7.根据权利要求6所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，其特征在于：垂直轴旋转步进电机旋转的角度间隔从1度到45度可调，旋转范围360°可调。

8.根据权利要求7所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统，其特征在于：水平轴旋转步进电机旋转的角度间隔从1度到15度可调，旋转范围在[−90°，90°]内可调。

9.一种采用权利要求1-5任一权利要求所述的基于三维Radon变换的太赫兹层析成像系统的操作方法，其特征在于包括以下步骤：

A1、参数设定：升降步进电机、水平轴旋转步进电机、垂直轴旋转步进电机设定位于零位，将样品固定在样品台上，根据用户所需成像精度在控制模块上设置水平轴旋转步进电机的初始位置，垂直轴旋转步进电机的旋转范围设为360°，同时设置水平轴旋转步进电机与垂直轴旋转步进电机的旋转步长；

A2、电机复位：控制模块13通过步进电机控制器12控制升降步进电机、水平轴旋转步进电机、垂直轴旋转步进电机移动到初始位置；

A3、初次旋转测量：控制模块通过步进电机控制器控制垂直轴旋转步进电机以设定的步长和范围旋转，同时通过数据采集卡实时采集透射光强值；

A4. 二次旋转测量：控制模块通过步进电机控制器控制水平轴旋转步进电机以设定的步长和范围旋转，重复步骤3，水平轴旋转步进电机绕x方向旋转到设定的旋转范围后停止；

A5、数据处理:利用滤波反投影法或者其他计算机层析成像重建算法处理采集到的数据重建样品的三维图像。