[发明专利]一种三维太赫兹层析成像系统及扫描和图像重建方法

说明书

本发明公开了一种三维太赫兹层析成像系统及扫描和图像重建方法，三维太赫兹层析成像系统包括太赫兹发射源、斩波器、旋转平移样品台、光束传输单元、太赫兹探测器以及锁相放大器；成像方法包含获取投影数据的扫描方法和图像重建方法，在使用该成像系统对样品进行扫描的过程中，只需记录每个探测点的单频透射光强，不仅成像时间相对减少，而且功率较大，可以对较厚物体的进行成像；根据投影数据进行图像重建的过程中，首先由每个角度下的投影数据得到该角度下的样品的吸收率分布，将其与太赫兹光束光强分布去卷积，获得实际样品吸收率分布；本发明提供的成像方法及系统可有效解决现有的成像技术中对太赫兹光束进行光线近似引起的图像模糊的问题。

技术领域

本发明属于太赫兹成像技术领域，更具体地，涉及一种三维太赫兹层析成像系统及扫描和图像重建方法。

背景技术

X射线计算机层析成像技术(CT)能对人体、生物组织、以及钢铁等致密材料进行三维成像，用于检测人体内部疾病和工业零件内部缺陷，但X射线会引起有害的电离反应，造成放射损伤；塑料、纸张、涂料等低密度材料对X射线的吸收率过低，通用的X射线层析成像系统不能识别这些材料中的缺陷和裂纹；这些固有缺陷限制了X射线CT的普及和推广。

太赫兹频段的电磁波不仅对介电材料有良好的穿透特性，而且光子能量很低，不会引起有害的电离反应，可用于CT中进行太赫兹射线不透明物体内部结构的探测。现有的太赫兹CT系统利用太赫兹脉冲照射物体，能够获得丰富的物体的信息，包括相位信息、光谱信息；可重建出样品的三维图像；但成像时间太长；并且由于功率较低，对较厚物体难以实现透射层析成像；使用连续太赫兹波进行成像的方法可减少成像时间，增大功率后可实现对较厚物体的层析成像；但现有的太赫兹成像方法是对太赫兹光束进行光线近似，没有考虑太赫兹光束的光强分布对重建图像的影响，重建获得的三维图像是待测物体与太赫兹光束光强分布的卷积，太赫兹光束光强分布不均匀会引起重建图像畸变。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维太赫兹层析成像系统及扫描和图像重建方法，其目的在于解决太赫兹成像中光强分布不均匀引起的图像畸变的问题。

按照本发明的一个方面，提供了一种三维太赫兹层析成像系统，包括太赫兹发射源、斩波器、样品台、光束传输单元、太赫兹探测器以及锁相放大器；

其中，太赫兹发射源用于提供连续的太赫兹光束；斩波器用于对该连续太赫兹光束进行调制，获得时域矩形波信号；样品台用于放置样品，实现样品的平移和旋转；光束传输单元用于对时域矩形波信号进行准直和聚焦处理，聚焦的光束入射至位于样品台上的样品，从样品透射出来的光经过再次准直、聚焦处理，形成聚焦的透射光束；太赫兹探测器用于探测该透射光束的光强，并将光强转换为电流信号；锁相放大器用于将该电流信号转换为电压信号并放大；外部计算机根据放大的电压信号获得样品的投影信息；

其中，太赫兹发射源与太赫兹探测器分别固定于两个竖直方向的直线步进电机上，且太赫兹发射源和太赫兹探测器始终处在同一直线上。

优选的，上述三维太赫兹层析成像系统，其样品台包括一个直线步进电机和一个旋转步进电机；

其中，旋转步进电机固定在直线步进电机上，直线步进电机用于实现旋转步进电机和样品同步平移，旋转步进电机用于实现样品的旋转。

优选的，上述三维太赫兹层析成像系统，其光束传输单元包括第一准直聚焦模块和第二准直聚焦模块；

第一准直聚焦模块和第二准直聚焦模块的中心轴处于同一直线上；第一准直聚焦模块的焦平面与第二准直聚焦模块的焦平面处于同一平面上，并且焦点重合；

斩波器调制形成的时域矩形波信号依次通过第一准直聚焦模块、样品和第二准直聚焦模块；

第一准直聚焦模块用于对时域矩形波信号进行汇聚，缩小光束束腰，汇聚后的光束入射到样品上，第二准直聚焦模块用于对样品的出射光束进行汇聚，形成聚焦的光束；