[发明专利]无透镜太赫兹波成像系统和方法

权利要求书

1.一种无透镜太赫兹波成像系统，其特征在于：包括：

光源装置、光控调制器装置以及信号解调器装置；

所述光源装置用于产生太赫兹波段激光对待成像目标进行照射；

所述光控调制器装置受控于所述信号解调器装置生成随机掩膜，从而对待成像目标散射的光信号依次进行调制和光强检测；

所述信号解调器装置对所述光强检测结果进行处理，重构待成像目标的图像；

所述光控调制器装置包括：硅基石墨烯、液晶调制器、泵浦光源、热释电探测器；

所述液晶调制器受控于所述信号解调器装置生成所述随机掩膜；

所述泵浦光源产生的光信号对所述液晶调制器进行照射，经所述液晶调制器调制并反射至所述硅基石墨烯，从而对待成像目标散射的光信号进行调制；

所述热释电探测器对经调制的待成像目标散射的光信号进行光强检测；

待成像目标的成像清晰度取决于待成像目标与热释电探测器之间的距离，待成像目标的成像分辨率取决于所述随机掩膜的分辨率。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述光源装置由太赫兹量子级联激光器、驱动电源和压缩制冷机组成；所述驱动电源为所述太赫兹量子级联激光器提供工作电压；所述压缩制冷机使所述光源装置的工作温度保持在20K。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述信号解调器装置包括计算机和锁相放大器；

所述锁相放大器用于对所述光强检测结果进行收集；

所述计算机用于控制所述光控调制器装置生成所述随机掩膜，并根据所述光强检测结果对待成像目标进行图像重构。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：泵浦光源产生的光为波长808nm，功率2W。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述液晶调制器的分辨率为800*600。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生成的所述随机掩膜为二值随机掩膜或伯努利掩膜。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述液晶调制器替代为数字微镜元件。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述硅基石墨烯替代为高阻硅或者砷化镓材料的器件。

9.一种无透镜太赫兹波成像方法，基于权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于：具体包括以下步骤：

利用Matlab生成所述随机掩膜对应的随机矩阵，取出所述随机矩阵的每一行构建一个二维投影掩膜，把待成像目标散射的太赫兹信号通过所述随机矩阵投影到低维空间，得到光强大小：

 （1）

其中，表示M×N的随机矩阵，MN；由测量值 y 通过求解最优 l₀ 范数问题精确重构太赫兹波信号x：

其中，表示太赫兹信号x 的近似表示，为向量的 l₀ 范数，表示向量 x 中非零元素个数；

通过变换对太赫兹信号波x进行稀疏表示，，因此公式（1）可以进一步表示为：

其中，s 表示变换域下的系数，系数是 k 稀疏的，A 为传感矩阵；

于是，太赫兹波信号 x 的重构问题转换为求解系数 s 的 l₀ 范数最小化问题：

由此，求解得到系数稀疏 s 的近似值，经反变换得到原始信号的估计值，即为重构信号：

。