本發(fā)明涉及成像檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步地說(shuō)是涉及一種太赫茲波反射成像裝置及方法。

背景技術(shù)：

太赫茲波是指頻率在0.1THz～10THz(波長(zhǎng)為30～3000um)范圍內(nèi)的電磁波(1THz＝10¹²Hz)，太赫茲波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，其長(zhǎng)波段方向與毫米波(亞毫米波)相重合，而在短波段方向與紅外線相重合。

太赫茲波所處的位置正好處于科學(xué)技術(shù)發(fā)展相對(duì)較好的微波毫米波與紅外線光學(xué)之間，形成一個(gè)相對(duì)落后的“空白”；太赫茲的長(zhǎng)波方向主要屬于電子學(xué)范疇，而其短波方向則主要屬于光子學(xué)范疇，從而在電子學(xué)與光子學(xué)之間形成一個(gè)“空白”。由于太赫茲波所處的特殊電磁波譜的位置，它有很多優(yōu)越的特性，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值，使得全世界各國(guó)對(duì)其都給予了極大的關(guān)注。其中美國(guó)、歐州和日本尤為重視。

太赫茲的獨(dú)特性能給寬帶通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、無(wú)損檢測(cè)、安全檢查等領(lǐng)域帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。但目前利用太赫茲進(jìn)行反射成像時(shí)，往往存在定位不精準(zhǔn)，定位尺寸難以精確判定，成像質(zhì)量難以評(píng)估的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種太赫茲波反射成像裝置，能夠精確地實(shí)現(xiàn)成像定位，更加準(zhǔn)確地判定圖像尺寸。具體方案如下：

一種太赫茲波反射成像裝置，包括依次設(shè)置于同一光路上的太赫茲源、分束鏡、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)和樣品定位裝置，還包括設(shè)置于所述分束鏡反射光路上的探測(cè)器；所述樣品定位裝置包括用于固定被測(cè)樣品的固定板，所述被測(cè)樣品的成像區(qū)域內(nèi)固定設(shè)置金屬的定位標(biāo)記。

可選地，所述定位標(biāo)記至少設(shè)置兩個(gè)，所述被測(cè)樣品位于各個(gè)所述定位標(biāo)記之間。

可選地，所述固定板大于所述被測(cè)樣品，多個(gè)所述定位標(biāo)記均設(shè)置于所述固定板上。

可選地，所述定位標(biāo)記的具體形狀為十字形、T形、X形或者圓環(huán)形；所述定位標(biāo)記的材質(zhì)為金、銀或鋁。

可選地，所述分束鏡為經(jīng)過(guò)特殊處理或鍍膜的透鏡，所述分束鏡的一個(gè)面發(fā)生分光作用，透射光與反射光的占比為1∶1。

可選地，所述樣品定位裝置還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠帶動(dòng)所述固定板、所述定位標(biāo)記與被測(cè)樣品同步平移。

可選地，所述固定板上設(shè)置太赫茲波吸收材料，所述太赫茲波吸收材料的厚度大于等于10mm。

可選地，所述固定板內(nèi)部中空，填充設(shè)置水。

可選地，所述固定板背后設(shè)置海綿層。

此外，本發(fā)明還提供一種太赫茲波反射成像方法，在被測(cè)樣品周圍固定設(shè)置兩個(gè)或以上金屬的定位標(biāo)記，使所述被測(cè)樣品位于所述定位標(biāo)記之間；調(diào)整準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)和/或樣品定位裝置，使太赫茲波聚焦于最邊緣的一個(gè)所述定位標(biāo)記上，移動(dòng)樣品定位裝置，使太赫茲波掃描所述被測(cè)樣品及所有的所述定位標(biāo)記；反射回路的太赫茲波經(jīng)探測(cè)器接收后由圖像處理系統(tǒng)生成圖像。

本發(fā)明公開了一種太赫茲波反射成像裝置，包括依次設(shè)置在同一太赫茲光路上的太赫茲源、分束鏡、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)和樣品定位裝置，太赫茲源生成太赫茲波后經(jīng)過(guò)分束鏡折射繼續(xù)向前，由準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)進(jìn)行聚焦后到達(dá)被測(cè)樣品，被測(cè)樣品反射太赫茲波后沿原路返回，再次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)，再次經(jīng)過(guò)分束鏡時(shí)一部分太赫茲波被反射，進(jìn)入到分束鏡反射光路上的探測(cè)器，由探測(cè)器接收攜帶被測(cè)樣品信號(hào)的太赫茲波，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算后可以生成圖像。本發(fā)明的樣品定位裝置包括固定板，固定板用于固定被測(cè)樣品，在被測(cè)樣品的成像區(qū)域內(nèi)固定設(shè)置金屬的定位標(biāo)記。選用對(duì)太赫茲波反射效果更強(qiáng)的金屬材料作為定位標(biāo)記，固定于太赫茲波最終的成像區(qū)域內(nèi)，并預(yù)先設(shè)定與被測(cè)樣品的相對(duì)位置。由于定位標(biāo)記的反射效果更強(qiáng)，當(dāng)太赫茲波成像時(shí)會(huì)清楚成像，通過(guò)定位標(biāo)記與被測(cè)樣品的實(shí)際位置作為標(biāo)準(zhǔn)，由定位標(biāo)記的顯像位置可以判斷出成像中被測(cè)樣品的圖像，得到被測(cè)樣品更加精準(zhǔn)的圖像尺寸，提高太赫茲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明還提供一種太赫茲波反射成像方法，能夠精確地實(shí)現(xiàn)定位，更加準(zhǔn)確地判定被測(cè)樣品的圖像尺寸。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的太赫茲波反射成像裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2A為固定板內(nèi)部填充水的正面結(jié)構(gòu)圖；

圖2B為固定板內(nèi)部填充水的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖；

圖3A為兩個(gè)艾里斑能清楚分辨的位置關(guān)系圖；

圖3B為兩個(gè)艾里斑恰能分辨的位置關(guān)系圖；

圖3C兩個(gè)艾里斑不能分辨的位置關(guān)系圖；

圖4A為固定板背后設(shè)置海綿層的正面結(jié)構(gòu)圖；

圖4B為固定板背后設(shè)置海綿層的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。

其中：

太赫茲源1、分束鏡2、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)3，樣品定位裝置4、固定板41、定位標(biāo)記42、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)43、探測(cè)器5、被測(cè)樣品6、圖像處理系統(tǒng)7。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心在于提供一種太赫茲波反射成像裝置及方法，能夠精確地實(shí)現(xiàn)定位，更加準(zhǔn)確地判定被測(cè)樣品的圖像尺寸。本發(fā)明的成像裝置利用太赫茲波的反射效應(yīng)進(jìn)行成像，主要適用于檢測(cè)對(duì)太赫茲波反射效果較強(qiáng)的材質(zhì)。

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖與具體的實(shí)施方式，對(duì)本申請(qǐng)的太赫茲波反射成像裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹說(shuō)明。

如圖1所示，為本發(fā)明提供的太赫茲波反射成像裝置的裝置結(jié)構(gòu)圖。包括依次設(shè)置在太赫茲波同一傳播光路上的太赫茲源1、分束鏡2、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)3和樣品定位裝置4等組件，優(yōu)選地上述四位組件均設(shè)置于同一條光軸上。該成像裝置還包括設(shè)置在分束鏡2的反射光路上的探測(cè)器5，探測(cè)器5用于接收反射的太赫茲波信號(hào)。樣品定位裝置4包括用于固定被測(cè)樣品6的固定板41，固定板41設(shè)置在被測(cè)樣品6之后。在被測(cè)樣品6的成像區(qū)域內(nèi)還固定設(shè)置有金屬材質(zhì)的定位標(biāo)記42，定位標(biāo)記42所選用的金屬材質(zhì)能夠有效地反射太赫茲波信號(hào)。

成像時(shí)，由太赫茲源1產(chǎn)生太赫茲波，太赫茲波沿直線傳播，先經(jīng)過(guò)分束鏡2，經(jīng)分束鏡2的折射作用繼續(xù)傳播，通過(guò)準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)3將太赫茲波準(zhǔn)直為平行光以及聚焦，被聚焦的太赫茲波射到被測(cè)樣品6，樣品6由樣品固定裝置4固定在特定位置，可以被聚焦準(zhǔn)直后的太赫茲波聚焦照射。被測(cè)樣品6及整個(gè)成像區(qū)域內(nèi)的物體可以反射太赫茲波，使太赫茲波沿原路返回，再次經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)3與分束鏡2。再次經(jīng)過(guò)分束鏡2時(shí)，一部分太赫茲波能夠被反射，太赫茲波沿反射光路傳播，攜帶成像區(qū)域內(nèi)物體信號(hào)的太赫茲波被反射光路上的探測(cè)器5接收，進(jìn)而可以分析計(jì)算得出被測(cè)樣品6所在的成像區(qū)域內(nèi)的圖像。攜帶成像區(qū)域內(nèi)物體信號(hào)的太赫茲波經(jīng)過(guò)分束鏡2的透射部分會(huì)離開系統(tǒng)，進(jìn)入不了探測(cè)器5。

由于定位標(biāo)記42可以有效地反射太赫茲波，因此定位標(biāo)記42可以清楚地成像。定位標(biāo)記42與被測(cè)樣品6的實(shí)際相對(duì)位置已經(jīng)確定，可以根據(jù)兩者的實(shí)際位置關(guān)系，再結(jié)合定位標(biāo)記42的成像位置，可以更容易地確定被測(cè)樣品6的成像位置以及尺寸。

采用本發(fā)明提供的太赫茲波反射成像裝置，根據(jù)定位標(biāo)記42與被測(cè)樣品6的實(shí)際相對(duì)位置確定被測(cè)樣品6的成像位置，從而實(shí)現(xiàn)更好地成像定位。被測(cè)樣品6的材質(zhì)不同，其對(duì)太赫茲波的反射效果也有很大的差異，但定位標(biāo)記42的反射效果很好，可以很清楚地成像，對(duì)于反射效果并不很好地樣品來(lái)說(shuō)，根據(jù)清晰的定位標(biāo)記42圖像可以更加容易判斷出被測(cè)樣品6的圖像邊界與尺寸。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明所提供的定位標(biāo)記42至少設(shè)置為兩個(gè)，被測(cè)樣品6位于各個(gè)定位標(biāo)記42之間。若只有兩個(gè)定位標(biāo)記42，則分別位于被測(cè)樣品6的兩側(cè)；若有三個(gè)或更多的定位標(biāo)記42，則多個(gè)定位標(biāo)記42能夠圍成一個(gè)區(qū)域，被測(cè)樣品6位于定位標(biāo)記42圍成的區(qū)域內(nèi)，定位標(biāo)記42均位于被測(cè)樣品6之外，避免對(duì)被測(cè)樣品6的成像產(chǎn)生影響。上述布置方式僅是一種具體的設(shè)置形式，定位標(biāo)記42只要便于區(qū)分掃描范圍和被測(cè)樣品6尺寸就可以，而對(duì)于位置并沒(méi)有具體要求。

如圖2A所示，為固定板41的一種正面結(jié)構(gòu)圖，在固定板41的四個(gè)邊角處分別設(shè)置有四個(gè)定位標(biāo)記42。本發(fā)明中固定板41的面積大于被測(cè)樣品6，使太赫茲波的成像區(qū)域盡量在固定板41的范圍以內(nèi)。定位標(biāo)記42優(yōu)選設(shè)置在固定板41上，定位標(biāo)記42位于固定板41的邊緣，盡可能不對(duì)被測(cè)樣品6造成干擾。

定位標(biāo)記42的具體形狀可設(shè)置為十字形、T形、X形或者圓環(huán)形，也可以是其他的形狀，只要便于分辨識(shí)別即可；定位標(biāo)記42的材質(zhì)為金、銀或鋁，這些材料對(duì)太赫茲的反射效果相對(duì)較強(qiáng)，當(dāng)然也可選用其他的材料制成。圖2A中的定位標(biāo)記42設(shè)置為十字形。由太赫茲波長(zhǎng)的不同設(shè)定每個(gè)定位標(biāo)記的最小尺寸，根據(jù)瑞利判據(jù)：如果一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖象中央最亮處剛好與另一點(diǎn)光源的衍射圖象最暗處重合，認(rèn)為這兩個(gè)點(diǎn)光源恰好能為這一光學(xué)儀器分辨。

$\mathrm{\Δ}x=\frac{0.61\mathrm{\λ}}{n\sin \mathrm{\μ}}$

兩個(gè)相鄰的點(diǎn)光源形成的像是兩個(gè)衍射斑，若兩個(gè)等光強(qiáng)的非相干像之間的間隔等于艾里斑半徑，即一個(gè)像斑的中心恰好位于另一個(gè)像斑第一暗環(huán)處，那么這兩個(gè)點(diǎn)就是剛好能夠分辨，而這兩點(diǎn)之間的這個(gè)距離就是定位標(biāo)記形狀大小的一種幾何尺寸的參考。如圖3A至圖3C所示，分別表示兩個(gè)艾里斑能清楚分辨、恰能分辨和不能分辨的位置關(guān)系圖。當(dāng)波長(zhǎng)不一樣的時(shí)候，分辨清楚的最短距離也不一樣。當(dāng)系統(tǒng)能達(dá)到衍射極限時(shí)，若波長(zhǎng)為1.426mm，光束發(fā)散角為12°，物體所在空間為空氣時(shí)，物空間折射率為1，△x＝0.61*1.426/1*sin12＝4.15mm為最短分辨距離，比如兩光斑的距離小于這個(gè)4.15mm，就不能分辨，成為了一個(gè)光斑。所以為了使定位標(biāo)記42的清晰度得到提高，比如說(shuō)一個(gè)十字形標(biāo)記，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，令上面一個(gè)點(diǎn)為A點(diǎn)，其它各點(diǎn)按順時(shí)針為B,C,D。那么A和B，D之間的直線距離就得大于4.15mm，不是的話，十字形就分辨不出來(lái)了。還有一個(gè)考慮因素是當(dāng)標(biāo)記裝置和樣品之間的距離小于這個(gè)距離時(shí)，標(biāo)記裝置就和樣品分辨在一起了，起不到應(yīng)有的作用。

分束鏡2為經(jīng)過(guò)特殊處理或鍍膜的透鏡，在分束鏡2的一個(gè)面發(fā)生分光作用，優(yōu)選地使透射光與反射光的占比為1∶1。

本發(fā)明中的樣品定位裝置4還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)43，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)43能夠帶動(dòng)固定板41、定位標(biāo)記42與被測(cè)樣品6同步平移。優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)43由二維直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

在上述任一項(xiàng)及其相互組合的基礎(chǔ)上，本發(fā)明中的固定板41上設(shè)置太赫茲波吸收材料，能夠減少太赫茲波發(fā)生反射，降低對(duì)成像的干擾。太赫茲波吸收材料的厚度大于等于10mm，保證吸收的有效性。

具體地，本發(fā)明的固定板41內(nèi)部填充設(shè)置水，由于水是太赫茲波的良好吸收體，除了定位標(biāo)記42與被測(cè)樣品6可反射太赫茲波外，其他的地方主要是吸收太赫茲波，減弱了背景噪聲，提高了成像質(zhì)量。如圖2A與圖2B所示，分別為固定板41內(nèi)部填充水的正面結(jié)構(gòu)圖與側(cè)面結(jié)構(gòu)圖；在固定板41的頂部設(shè)置有注水孔。圖4A與圖4B分別表示固定板41背后設(shè)置海綿層的正面結(jié)構(gòu)圖與側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。

相比于傳統(tǒng)的單點(diǎn)式太赫茲探測(cè)器反射成像技術(shù)，本發(fā)明提出的反射式太赫茲樣品定位裝置由于增加了定位標(biāo)記，具有定位速度快，定位效率高，可以了解被測(cè)樣品詳細(xì)幾何信息的優(yōu)點(diǎn)。由于水和海綿對(duì)太赫茲波具有良的好吸收性，本發(fā)明采用中空注水式固定板和加上毫米級(jí)吸收海綿的固定板，能夠使背景噪聲得到降低，減少干擾信號(hào)的影響。

為了確定太赫茲波反射成像裝置的成像質(zhì)量，通過(guò)成像中定位標(biāo)記42的形狀變化與實(shí)際圖形相互比較，就可以評(píng)估整個(gè)成像裝置成像質(zhì)量的好壞。

本發(fā)明還提供了一種太赫茲波反射成像方法，在被測(cè)樣品6周圍固定設(shè)置兩個(gè)或以上金屬的定位標(biāo)記42，使被測(cè)樣品6位于定位標(biāo)記42之間；調(diào)整準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)3和/或樣品定位裝置4，使太赫茲波聚焦于最邊緣的一個(gè)定位標(biāo)記42上，移動(dòng)樣品定位裝置4，使太赫茲波掃描被測(cè)樣品6及所有的述定位標(biāo)記42；反射回路的太赫茲波經(jīng)探測(cè)器5接收后由圖像處理系統(tǒng)7生成圖像。

被測(cè)樣品6首先在成像區(qū)域的初始位置，太赫茲波從太赫茲源1發(fā)出后經(jīng)過(guò)分束鏡2，分成折射、反射兩束電磁波，折射光束通過(guò)準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)，聚焦在被測(cè)樣品6的表面，通過(guò)調(diào)整樣品定位裝置4使得太赫茲波聚焦在某一個(gè)定位標(biāo)記42處，調(diào)整聚焦之后，如果被測(cè)樣品6表面對(duì)于太赫茲波具有良好的反射性能的話，那么太赫茲波就會(huì)被反射回系統(tǒng)中，然后分別通過(guò)準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)3和起轉(zhuǎn)折光路作用的分束鏡2，最終成像聚焦在太赫茲探測(cè)器5中。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)43帶動(dòng)被測(cè)樣品6平移，聚焦的光斑打在被測(cè)樣品6表面的不同區(qū)域，就可以使整個(gè)樣品或者樣品內(nèi)部的詳細(xì)信息被探測(cè)器5接收，不同材料對(duì)太赫茲波的反射和吸收性能不一樣，導(dǎo)致太赫茲波返回的能量不一樣；最后通過(guò)圖像處理系統(tǒng)7，經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理之后，得到最終的圖像。圖像處理系統(tǒng)7根據(jù)各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的坐標(biāo)位置和每點(diǎn)的太赫茲幅度信息(反映為圖像中每個(gè)像素的灰度信息)，利用基于區(qū)域相關(guān)的拼接算法和基于特征相關(guān)的拼接算法，最終合成一幅太赫茲波反射圖像。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。