高分辨率太赫兹主动关联成像技术研究

Terahertz waves have a lot of excellent features, so that it is applied in security, medical, industrial and other fields with very good prospects. Restricted by the existing devices, It is hard to achieve high-resolution image by conventional method. In this project, we introduces active correlated imaging technology into the field of terahertz imaging, and proposes a new terahertz imaging method with single pixel detector, which has high resolution feature. We will have a depth theoretical and experimental research on its characters. First of all, the transmission characteristics of the terahertz beam are analyzed, and the active correlated imaging mode on terahertz scales is established. Based on the above research, the correlation algorithm and the compressed sensing algorithm are optimized. After that, mechanisms and methods to produce high-resolution measurement matrix are analyzed and evaluated, based on which an active terahertz correlated imaging system is set up to research the correspondence between the image quality and other various parameters. Implement of this project will achieve high-resolution terahertz imaging by a single pixel detector under the existing conditions, and thereby expand the terahertz applied range.

太赫兹波具有非常多的优良特性，使其在安全、医学、工业等多个领域具有非常好的应用前景。因现有器件的限制，常规的太赫兹成像手段很难获得高分辨率的图像。本项目将主动关联成像技术引入到太赫兹成像领域，提出一种具有高分辨率特点的单像素探测器太赫兹成像技术，并对其特性展开深入的理论和实验研究。具体研究思路为：分析太赫兹目标的波束传输特点，建立太赫兹尺度下的主动关联成像模型，并据此优化所采用的关联算法和压缩感知算法。研究高分辨测量矩阵的产生机制和方法，并建立一套可进行高分辨率成像的太赫兹主动关联成像实验装置。在此基础上探索太赫兹关联成像的图像质量与其他各参量之间的对应关系。通过本项目的实施，能够在现有条件下利用单像素探测器实现太赫兹高分辨成像，从而拓展太赫兹的应用范围。

太赫兹波作为一种特殊的电磁波，在安检、生物、医学等领域的应用越来越广泛。但由于现有太赫兹探测器的像元数量太少，常规的太赫兹成像手段难以获得高分辨率的图像。本项目提出了一种太赫兹主动关联成像技术，可利用单点测器实现太赫兹面成像功能。通过模拟仿真和实验证明了此技术在成像速度和分辨率方面的优势，为太赫兹成像的应用提供了可选的技术手段。.首先，根据关联成像的特点建立了太赫兹关联成像模型，并通过数值模拟量化分析了系统各因素（成像距离、随机图形尺寸、采样次数等）对成像质量的影响，为太赫兹主动关联成像实验装置的器件选择和实验方案提供了最优指标。模拟比较了二阶关联算法和压缩感知算法的图像反演结果，发现后者在采样次数和图像质量方面均优于前者。.为了提高关联成像测量矩阵可产生数并降低其相关性，课题组创新性提出了双调幅板的测量矩阵生成方案，并给出了一种优化的双调幅板运动策略以提高采样矩阵的随机性，使成像所需的采样次数降低了1/3左右。在测量矩阵的获取方式上研究了单点扫描和可见光成像变换两种方式，实验证明了后者的可行性，为测量矩阵的高速获取提供了一种实用方法。.最后，我们搭建了太赫兹关联成像实验装置并进行相应成像实验。实验结果表明：在单个像素大小为1.8 mm的条件下，采用压缩感知算法重建出的目标图像分辨率可以达到4 mm，且系统成像时间由调幅板的电机转速决定。另外，实验中还通过对金属钥匙进行成像，证明了系统的实物成像能力。