[发明专利]一种振幅型超表面太赫兹压缩成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种振幅型超表面太赫兹压缩成像系统及方法，其中系统包括：太赫兹辐射源，用于产生太赫兹波；成像物体，太赫兹波穿过透镜后，入射成像物体；振幅型超表面阵列空间调制器，用于根据编码信息对带有物体的强度信息的太赫兹波进行调制，获得太赫兹波信号；太赫兹探测接收器，用于接收太赫兹波信号；FPGA控制器，与振幅型超表面阵列空间调制器连接，用于控制并加载编码矩阵对应的编码信息；下位机PC端，与太赫兹探测接收器连接，用于对接收的太赫兹波信号进行压缩感知图像重构。本发明构建一种新型太赫兹压缩感知成像与图像重构的实现途径，避免使用昂贵的DMD芯片，控制简单易于实现，降低了成本，可广泛应用于图像处理领域。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种振幅型超表面太赫兹压缩成像系统及方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THZ)波是指频率为0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，由于其在频谱段所处的特殊位置，有着一系列的特殊性质，使得太赫兹技术广泛应用到生物医学检测、安检、物质特性研究、工业无损检测等领域。通过数字微镜阵列实现逐点扫描成像是目前比较成熟的太赫兹成像技术，使用单像素探测器对经过数字微镜阵列编码过的单个像素进行逐点扫描接收，这种方法需要使用DMD芯片编码把光投影到高阻率硅基片上，被光调制的高阻率硅基片会决定太赫兹波能否穿透。2008年莱斯大学Dharmpal Takhar等人通过数字微镜阵列实现了单像素相机，基于DMD空间调制器芯片的DLP投影系统的太赫兹编码孔径成像需要在掩模版上投影出不同的编码，再让太赫兹波透射成像物体实现调制。然而，上述方案由于需要使用DMD空间调制器芯片将编码图案投影到掩模版上，系统不仅复杂、能量利用率低且设备成本比较昂贵。

压缩感知由Donoho、Candes和华裔数学家陶哲轩系统提出：对于可压缩的信号，我们可以用远低于奈奎斯特定律标准的方式对数据进行欠采样精确重构信号。2004年，由Candes 与Donoho等人提出的压缩感知理论是一个利用信号稀疏或可压缩特性的全新信息及信号处理理论，与传统的Nyquist采样定理有着本质的区别。压缩感知充分利用了信号的稀疏度特性，然后通过相关测量矩阵和重构算法的选取准确重构出原始信号。恢复算法本文选用的是正交匹配追踪算法，匹配追踪算法是Mallat等人于1993年提出，Tropp和Gilbert分析了正交匹配追踪(OMP)算法的性能，并提出了合适的随机测量矩阵，Hadamard矩阵作为测量矩阵往往会有较好的图像恢复信噪比。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种振幅型超表面太赫兹压缩成像系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种振幅型超表面太赫兹压缩成像系统，包括：

太赫兹辐射源，用于产生太赫兹波；

成像物体，太赫兹波穿过透镜后，入射所述成像物体；穿过所述成像物体的太赫兹波携带有物体的强度信息；

振幅型超表面阵列空间调制器，用于根据编码信息对带有物体的强度信息的太赫兹波进行调制，获得太赫兹波信号；

太赫兹探测接收器，用于接收所述太赫兹波信号；

FPGA控制器，与所述振幅型超表面阵列空间调制器连接，用于控制并加载编码矩阵对应的编码信息；

下位机PC端，与所述太赫兹探测接收器连接，用于根据接收的所述太赫兹波信号进行压缩感知图像重构。

进一步，所述振幅型超表面阵列空间调制器和所述成像物体在太赫兹光路中平行放置。

进一步，所述振幅型超表面阵列空间调制器为64×64阵列，阵列中每个编码单元对应一个独立的超表面片段，所述超表面片段包括可使太赫兹波穿透的第一状态和阻止太赫兹波穿透的第二状态。