太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹(terahertz, THz)成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用。为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案。简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列(太赫兹相机)直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点。

一种用于人体安检的三维稀疏太赫兹快速成像算法

太赫兹全息成像技术在人体安检成像、隐匿武器检测、无损检测等领域具有广阔的应用前景。该文提出了一种能够避免产生距离混叠现象的3维稀疏太赫兹快速成像体制和成像算法。该方法通过对太赫兹雷达的3维成像几何及相应回波模型的分析,利用随机稀疏频点数据来有效消除距离混叠现象;同时利用对稀疏回波数据的频谱搬移和插值来获得包含目标完整信息的3维数据,以实现对目标的3维分辨成像。通过对0.2 THz波段的仿真和实验数据的重建,验证了算法的正确性和有效性。

基于LabVIEW的太赫兹二维扫描成像系统设计

采用LabVIEW语言设计的透射式单频太赫兹二维扫描成像系统,选择基频为140 GHz的太赫兹源发射连续的太赫兹波,调用平移台驱动器和锁相放大器的LabVIEW功能函数,实现了待成像样品的逐点二维移动和太赫兹信号的幅值数据读取,对样品位置及其对应的幅值信息进行图像重构与灰度处理,完成了太赫兹二维快速扫描成像的设计。使用基频140 GHz和3倍频420 GHz作为太赫兹成像源,对网孔钢板和十字板两个样品进行成像实验,验证了所设计本系统的成像效果的有效性和可行性。实验结果表明:420 GHz辐射源的成像分辨率高,成像分辨率主要与样品的扫描步进和太赫兹源波长有关。

双焦点太赫兹主动成像系统的扫描轨迹

在自行搭建的双焦点太赫兹主动成像系统基础上,建立了与角度相关的拟合函数,并利用最小二乘拟合多项式的方法对拟合系数进行计算,成功将扫描轨迹的几何光学追迹计算过程简化成为二元函数计算。该系统为收发同路式像方旋转镜扫描。由于拟合自变量对太赫兹图像的影响很大,采用两种不同的拟合自变量进行计算,并且通过数值分析和成像结果分析比较两者的优劣。实验结果表明,当以旋转镜法向量的坐标分量作为拟合自变量时,计算扫描轨迹的速度减小至3 s/frame,且太赫兹图像非常准确。该系统实现了在约8 m处,50 cm×100 cm视场内达3 cm空间分辨率的快速精确成像。这为扫描式太赫兹快速成像系统提供了有价值的参考,对实时太赫兹安检、无损检测等领域有着实用意义。

太赫兹线阵快速扫描成像

采用0.3THz辐射源和线阵探测器,搭建了太赫兹线阵扫描成像系统。该成像系统完成100mm×100mm区域的测量仅需1min,成像分辨率可达1.5mm,可以准确识别聚乙烯样品和水管中预埋的缺陷,高精度定位隐藏在信封内的剪刀和小刀。研究结果表明,该成像技术可以快速检测隐蔽物,在无损探伤和安全检查领域具有一定的实用价值。

快速无损检测技术在复合材料构件中应用与发展

论述了快速无损检测技术在复合材料检测中的应用,针对不同种类复合材料的结构特点,分析了超声成像检测、射线成像检测、红外热成像检测、激光电子散斑干涉成像检测和太赫兹等无损检测技术特点。根据复合材料检测内部质量对快速无损检测技术的要求,结合快速无损检测技术不足及存在的问题,对未来的快速无损检测发展趋势进行了展望。

基于自制太赫兹检测器的快速成像系统

利用直径为30cm卡塞格伦反射镜搭建了一套反射式太赫兹(THz)主动成像装置,并成功运用0.22THz的辐射源在室温下进行成像。分别使用自行制备的Nb5N6微测热辐射计THz常温检测器和商用VDI检测器进行成像并对结果进行了分析。成像的物体是5根并排排列的铜棒,铜棒直径为1.4cm,间距为5cm。改变参考频率,扫描速度,将成像时间从15s减少到7.5s。成像的范围约为20cm×6.5cm。两种检测器的成像分辨率达到1.41cm。

基于快速物理光学法的太赫兹目标RCS计算

研究了一种基于快速物理光学法(FPO)计算太赫兹(THz)波段目标雷达散射截面(RCS)的方法。将目标散射体分解成若干个子区域,经相位补偿后计算出每个子区域的散射特性,经过插值、相位恢复和聚合得到整个散射体的散射特性,并对FPO在THz波段的应用进行了讨论。仿真结果表明:利用FPO法计算THz目标的RCS,能够在保证准确性的前提下,大大提高计算效率,节省计算时间。该研究对于THz波段的快速目标识别和成像有着重要的意义。

THz波连续波透射式逐点扫描快速成像实验研究

利用CO2激光抽运太赫兹(THz)激光器,搭建了THz连续波透射式快速扫描成像系统。将样品置于平移台上,利用透镜将THz光束聚焦于样品表面,通过计算机控制平台连续移动与信号实时采集,大大缩短了成像时间,通过计算机重构获得扫描图像。从扫描速度,成像分辨率的角度出发,对连续THz扫描成像系统进行优化研究。实验对1cm×1cm的样品,用0.25mm步长进行扫描成像,得到最短成像时间仅需3 min,在输出频率为4.3THz时,图像最高分辨率达到0.1mm。对刀片与树叶进行扫描成像,分析并比较了衍射极限对成像质量的影响。结果表明,在选用高频率输出光源和扫描平台小步长移动情况下可以获得更好的成像质量。