[发明专利]圆柱状物体太赫兹三维成像方法

说明书

本发明公开了一种圆柱状物体太赫兹三维成像方法，首先采集圆柱状物体圆形切面上采样点的太赫兹数据和坐标，采用每一个圆形切面上的采样点坐标和采样点对应压缩后的平均太赫兹时域信号构建2Y*2Y的矩形平面，将所有圆形切面对应的矩形平面对齐构建三维立体数组2Y*2Y*X，将2Y*2Y的矩形平面作为视平面，三维立体数组2Y*2Y*X作为体数据集，基于处理得到的数据进行三维层析成像。其实现圆柱形物体太赫兹三维层析成像。

技术领域：

本发明属于太赫兹光谱和成像技术领域，具体涉及一种基于旋转移动平台的圆柱状物体太赫兹三维成像方法。

背景技术：

太赫兹波是一种波长介于红外线和微波之间的电磁波，由于处于光子学到电子学的过渡区域，其具有很多独特的属性，如指纹光谱性、低能性、特殊穿透性等。太赫兹波与材料作用会产生独特的吸收谱-指纹普。极性分子，如水分子，非极性分子，如二氧化碳分子，对太赫兹波的吸收有着非常明显的区别，因此太赫兹吸收谱对检验分子特性也有着重要价值。时域太赫兹光谱扫描技术利用高精度延时线将飞秒脉冲的采样时间延长至几十皮秒，并通过硬件预处理来降低噪声。由其产生的时域信号经傅里叶变换得到被检测物质的特征吸收谱，其谱宽可达5THz以上，动态范围可达70dB以上。这种频谱性能可满足绝大多数化合物的检测需求，从而为太赫兹时域光谱扫描提供了大量的应用场景。

目前太赫兹三维层析成像技术有广阔的发展空间，提高三维层析成像速度与三维层析成像分辨率都是亟待解决的问题。目前已有的三维层析成像算法太赫兹峰峰值强度成像、太赫兹飞行时间成像、太赫兹特定功率谱成像等，都可以进行成像显示，其中基于二维扫描平台的太赫兹三维层析成像扫描最为常见，使用二维扫描平台扫描物体的太赫兹信号进行三维层析成像技术也趋于成熟，但是对于圆柱形曲面物体的太赫兹三维层析成像，二维扫描平台的移动扫描不能满足柱状的三维层析成像，基于此，本发明在二维扫描平台基础上加入旋转移动平台的扫描策略能够满足圆柱状物体的太赫兹三维层析成像。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种基于旋转移动平台的圆柱状物体太赫兹三维成像方法，解决了现有的圆柱状样品难以进行太赫兹三维层析成像的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及的圆柱状物体太赫兹三维成像方法，包括以下步骤：

(1)通过调整二维扫描移动平台使太赫兹光路焦点对准圆柱状样品一圆形切面外表面上一点，将其作为第一个采集点，旋转移动平台带动圆柱状样品以N度进行步进旋转，每旋转一次增加一个新的采样点，旋转后停留过程中采集卡实时采集对应采样点的太赫兹时域信号同时对采样点进行计数，并将采样点计数实时发送给上位机；

(2)上位机根据采样点计数确定完成圆柱状样品一圆形切面的采样后驱动二维扫描移动平台步进距离M，将反射光路焦点对准下一个圆形切面外表面一点；

(3)重复步骤(1)-(2)直至完成圆柱状样品待测长度L的所有采样，长度L的圆柱状样品15需要采集X＝L/M个圆形切面，采集360L/(M*N)个点；

(4)将同一采样点的多组太赫兹时域信号进行平均处理，每个采样点得到一个平均太赫兹时域信号；

(5)若平均太赫兹时域信号由P个点组成，根据需要对平均太赫兹时域信号进行下采样Q倍，平均太赫兹时域信号长度由P压缩到Y，Y＝P/Q；

(6)采用每一个圆形切面上的采样点坐标和采样点对应压缩后的平均太赫兹时域信号构建2Y*2Y的矩形平面，将所有圆形切面对应的矩形平面对齐构建三维立体数组2Y*2Y*X，将2Y*2Y的矩形平面作为视平面，三维立体数组2Y*2Y*X作为体数据集，基于处理得到的数据进行三维层析成像。

所述2Y*2Y的矩形平面构建具体过程为：

(501)首先采用每一个圆形切面压缩后的平均太赫兹时域信号构建2Y*2Y的矩阵，矩阵中的内接圆由该圆形切面上采样点坐标构成，