[发明专利]一种基于空间光谱编码的宽带太赫兹波图像重构方法

说明书

本发明公开了一种基于一维光谱编码的太赫兹图像重构方法，采用柱状透镜为色散元件，将携带样品空间信息的宽带太赫兹波聚焦在其焦平面上，构建一维光电导天线线列，采用反射式液晶空间光调制器进行动态门控激发，获得宽带太赫兹信号；解码携带样品空间信息，通过傅里叶逆变换得到柱透镜前焦平面的场分布，实现整个样品空间信息的二维加载；最后基于光谱编码的图像重建算法，重建样品图像。本发明通过解码宽带光谱中携带的样品信息来替代机械扫描，单次激发即可实现傅立叶空间全采样，从而极大程度地提高了系统的成像速度，另外提出的一维傅立叶变换方法，有效地避免了常规的傅立叶面二维光栅扫描系统复杂、采样时间长的弊端。

技术领域

本发明涉及成像领域，具体涉及一种基于空间光谱编码的宽带太赫兹波图像重构方法。

背景技术

太赫兹波(THz)通常是指频率处于100GHz-10THz(对应波长为3mm-30μm)之间的电磁波。太赫兹成像是指利用太赫兹波作为信号源并结合太赫兹探测器进行成像的一种技术。与X射线相比，太赫兹波的光子能量低，不会对被测物质产生有害电离或损坏；与微波相比，太赫兹波具有更高的分辨率，可以实现对更小目标的检测；与红外光和可见光相比，太赫兹波对非极性材料的穿透性强。

目前的太赫兹成像技术主要有：基于光电导天线的单点探测器扫描成像技术、基于电光晶体和CCD阵列的时分电光取样技术、基于微测辐射热计和热释电探测的焦平面探测技术、压缩感知技术和基于宽带太赫兹波的光谱编码成像技术等，但这些技术还存在一些问题，即难以同时保证成像速度和信噪比。基于光电导天线的单点探测器扫描成像技术信噪比高、可以进行光谱分析，但需要机械扫描样品或单点探测器进行数据采集，成像速度较慢，而且系统复杂；基于电光晶体和CCD阵列的时分电光取样技术成像速度快，但是由于无法采用锁相放大器降噪，因此信噪比有待提高；基于微测辐射热计和热释电探测的焦平面探测技术采集速度快、响应波段宽、成本低，但响应时间和探测性能方面相对较差，而且这种探测技术只能测量强度，无法检测相位；基于压缩感知技术的成像方法虽然可以大幅降低采样需求，但是仍然依赖机械扫描完成稀疏采样，制约其成像速度；基于空间编码调制的稀疏采样技术无需机械扫描，但是往往会降低数据采集的信噪比；光谱编码计算成像技术可以降低采样需求，但是由于多采用单点探测器，仍需配合机械扫描或旋转操作来完成采样。因此，目前急需一种具有高灵敏度、信噪比和响应度，同时在复杂度、速度、成本、分辨率等方面能达到较高的综合性的太赫兹图像重构方法。

例如，专利号为CN109490241A的发明中提及基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像系统及其构建方法，基于光电导天线阵列的快速动态太赫兹近场成像系统实现太赫兹波高效探测的光电导天线阵列，分辨率高，单元信噪比优；另外利用空间光调制器对光电导天线阵列进行门控激发，并结合多通道锁相放大技术，实现一种动态、灵活、高效、快速的数据采集方法。但其不涉及通过单次激发来实现傅立叶空间全采样的技术研究。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于空间光谱编码的宽带太赫兹波图像重构方法，通过设计用于太赫兹波高信噪比检测的等离子体增强光电导天线线列以及开发基于柱透镜光谱空间编码的宽带信号图像重建算法，进而实现图像数据的高信噪比采集与成像速度的显著提高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提出了一种基于空间光谱编码的宽带太赫兹波图像重构方法，所述基于空间光谱编码的宽带太赫兹波图像重构方法包括以下步骤：

S1，采用柱状透镜为色散元件，将携带样品空间信息的宽带太赫兹波聚焦在其焦平面上，构建一维光电导天线线列，采用反射式液晶空间光调制器对一维光电导天线线列进行动态门控激发，通过多通道并行采样得到相应的宽带太赫兹信号；所述一维光电导天线线列采用金属纳米电极作为表面等离子体的激活区域以增强太赫兹探测性能；

S2，解码携带样品空间信息的宽带太赫兹信号，得到柱透镜后焦平面的场分布，通过傅里叶逆变换得到柱透镜前焦平面的场分布，实现整个样品空间信息的二维加载；