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原文传递一种单像素太赫兹波成像方法和系统

专利名称：	一种单像素太赫兹波成像方法和系统
摘要：	一种基于空间傅里叶频谱的单像素成像方法和系统，使用连续泵浦光照射硅基石墨烯的方式投影正弦条纹掩膜，从而得到经过调制的太赫兹图像信号，经过对信号的处理解调获得目标图像的傅里叶变换系数，继而只需逆傅里叶变换就可以得到目标图像的重构。进一步，由于自然场景图像傅里叶变换能量集中于低频区域，因而还可以通过舍去高频区域相关信息的方式，在保证图像质量的前提下实现欠采样。与现有技术相比，本发明能够以较低的成本和系统复杂度在保证较高成像质量的情况下极大缩减投影掩膜的数量，缩短采样的时间。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	深圳先进技术研究院
发明人：	鲁远甫;佘荣斌;李光元;刘文权;周志盛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910575932.1
公开号：	CN110231292A
代理机构：	深圳智趣知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	崔艳峥
分类号：	G01N21/17(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	518055 广东省深圳市南山区西丽大学城学院大道1068号
主权项：	1.一种单像素太赫兹波成像方法，具体包括如下步骤：步骤一，生成多个不同初始相位对应的各频率正弦条纹，获得相应的正弦条纹掩膜： Pφ(x,y；fx,fy)＝a+b·cos(2πfxx+2πfyy+φ)，式中φ表示初始相位，a和b为表示条纹对比度的常数，x和y表示空域坐标，fx和fy表示频域坐标；步骤二，利用上述掩膜分别调制太赫兹波光场，利用单像素采集方法获得相应的调制信号： Dφ(fx,fy)＝Dn+kEφ(fx,fy)，式中Eφ(fx,fy)为掩膜调制后的信号，Dn表示背景噪声，k为比例系数；步骤三，使用不同的调制信号Dφ(fx,fy)计算获得目标图像的傅里叶变换系数：C(fx,fy)；步骤四，通过逆傅里叶变换得到目标图像的重构t(x,y)＝FFT-1(C(fx,fy))；其中，所述步骤二中的利用上述掩膜分别调制太赫兹波光场的操作通过将泵浦光照射在硅基石墨烯上来实现。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中多个初始相位包括0、2π/3和4π/3，获得相应的正弦条纹掩膜包括P0、P2π/3和P4π/3；所述步骤二中获得的调制信号包括D0(fx,fy)、D2π/3(fx,fy)、D4π/3(fx,fy)；所述步骤三中的计算方式为： 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中多个初始相位包括0、π/2、π和3π/2，获得相应的正弦条纹掩膜包括P0、Pπ/2、Pπ和P3π/2；所述步骤二中获得的调制信号包括D0(fx,fy)、Dπ/2(fx,fy)、Dπ(fx,fy)、和D3π/2(fx,fy)；所述步骤三中的计算方式为： 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中多个初始相位包括0、π/3、2π/3、4π/3和5π/3，获得相应的正弦条纹掩膜包括P0、Pπ/3、P2π/3、P4π/3和P5π/3；所述步骤二中获得的调制信号包括D0(fx,fy)、Dπ/3(fx,fy)、D2π/3(fx,fy)、D4π/3(fx,fy)、D5π/3(fx,fy)；所述步骤三中的计算方式为： 5.一种单像素太赫兹波成像方法，具体包括如下步骤：步骤一，获得太赫兹波图像的分辨率M×N；步骤二，设定欠采样的频率区间为m和n，m∈[0,M],n∈[0,N]；步骤三，选择不满足0≤fx≤m和M-m≤fx≤M条件的频率，使上述频率对应的单像素调制信号为0；步骤四，对于满足0≤fx≤m和M-m≤fx≤M条件的频率，进一步选择不满足0≤fy≤n和N-n≤fy≤N条件的频率，使上述频率对应的单像素调制信号为0；步骤五，对于同时满足0≤fx≤m和M-m≤fx≤M条件以及0≤fy≤n和N-n≤fy≤N条件的频率，进行生成多个不同初始相位对应的各频率正弦条纹，获得满足上述条件的频率下的相应正弦条纹掩膜： Pφ(x,y；fx,fy)＝a+b·cos(2πfxx+2πfyy+φ)，式中φ表示初始相位，a和b为表示条纹对比度的常数，x和y表示空域坐标，fx和fy表示频域坐标；步骤六，利用上述掩膜分别调制太赫兹波光场，利用单像素采集方法获得所述频率下的调制信号： Dφ(fx,fy)＝Dn+kEφ(fx,fy)，式中Eφ(fx,fy)为掩膜调制后的信号，Dn表示背景噪声，k为比例系数；步骤七，使用不同的调制信号Dφ(fx,fy)计算获得目标图像的傅里叶变换系数：C(fx,fy)；步骤八，通过逆傅里叶变换得到目标图像的重构t(x,y)＝FFT-1(C(fx,fy))；其中，所述步骤六中的利用上述掩膜分别调制太赫兹波光场的操作通过将泵浦光照射在硅基石墨烯上来实现。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤五中多个初始相位包括0、2π/3和4π/3，获得相应的正弦条纹掩膜包括P0、P2π/3和P4π/3；所述步骤六中获得的调制信号包括D0(fx,fy)、D2π/3(fx,fy)、D4π/3(fx,fy)；所述步骤七中的计算方式为： 7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤五中多个初始相位包括0、π/2、π和3π/2，获得相应的正弦条纹掩膜包括P0、Pπ/2、Pπ和P3π/2；所述步骤六中获得的调制信号包括D0(fx,fy)、Dπ/2(fx,fy)、Dπ(fx,fy)、和D3π/2(fx,fy)；所述步骤七中的计算方式为： 8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤五中多个初始相位包括0、π/3、2π/3、4π/3和5π/3，获得相应的正弦条纹掩膜包括P0、Pπ/3、P2π/3、P4π/3和P5π/3；所述步骤六中获得的调制信号包括D0(fx,fy)、Dπ/3(fx,fy)、D2π/3(fx,fy)、D4π/3(fx,fy)、D5π/3(fx,fy)；所述步骤七中的计算方式为： 9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤三和步骤四中的使上述频率对应的单像素调制信号为0的操作具体通过如下方式实现：不生成对应频率的所述正弦条纹掩膜；或者，不投影对应频率的正弦条纹掩膜；或者，生成对应频率的所述正弦条纹掩膜，利用上述掩膜分别调制太赫兹波光场，利用单像素采集方法获得对应频率的调制信号，设定所述对应频率调制信号的系数为0。 10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述硅基石墨烯通过如下步骤制备： A、将单层铜基石墨烯片剪裁出合适的大小； B、在石墨烯的一面旋涂PMMA胶； C、使用氯化铁溶液刻蚀上述加工的样片，从而去掉铜基，留下石墨烯-PMMA胶的结构； D、使用去离子水清洗步骤C处理后的样片，然后使用硅片将上述样片捞出，形成硅-石墨烯-PMMA胶的结构； E、取出晾干，使用丙酮去除PMMA后清洗，得到转移后的硅基石墨烯。 11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，单层铜基石墨烯片剪裁成10cm×10cm大小；所述步骤B中，PMMA胶旋涂时间为1小时，速度800转/分，PMMA胶的厚度为20μm；所述步骤C中，刻蚀操作的时间为2.5小时；所述步骤D中，所述去离子水清洗的操作为清洗3次，每次20分钟；所述步骤E中，晾干12小时，丙酮去除PMMA后清洗3次每次20分钟。 12.一种采用权利要求1-11任一项成像方法的单像素太赫兹波成像系统，包括太赫兹波照射单元和太赫兹波调制单元；所述太赫兹波照射单元包括发射端(1)、硅基石墨烯(3)和接收端(6)；所述待测目标(4)置于所述硅基石墨烯(3)的表面；所述发射端(1)产生的太赫兹波照射并透过所述硅基石墨烯(3)和待测目标(4)后，太赫兹波信号被所述接收端(6)接收；所述太赫兹波调制单元包括泵浦光(7)和调制器，所述泵浦光(7)照射在所述调制器上后，经所述调制器调制形成所述正弦条纹掩膜，所述正弦条纹掩膜被投影在所述硅基石墨烯(3)的表面。 13.根据权利要求12所述的单像素太赫兹波成像系统，其特征在于，所述调制器为液晶调制器或者数字微镜阵列。
所属类别：	发明专利