[发明专利]一种基于经验小波变换的太赫兹成像方法、系统和设备

说明书

本申请涉及基于经验小波变换的太赫兹成像方法、系统和设备，特别是将采集得到的原始太赫兹信号自适应地分解成若干个模态函数之和，基于不同的应用需求，根据多个模态函数中的第一个模态分量的最大值或特定时间点下的幅度值进行太赫兹成像。相比现有成像方法，可有效降低系统噪声和环境干扰对于成像的影响，显著提高成像信噪比和增强不同样品间的对比度。

技术领域

本发明涉及太赫兹波成像应用领域，特别是涉及一种能够减少系统噪声和环境干扰所带来影响的太赫兹成像方法、系统和设备。

背景技术

太赫兹波(频率从0.1THz到10THz的电磁波)光子能量低，穿透性强，对水吸收敏感，频谱覆盖多种有机和生物大分子的振动和转动能级，太赫兹成像尤其是脉冲成像技术在无损检测、文物保护、药品监控、生化分析、医学诊断等方面具有广阔的应用前景。同时，太赫兹成像设备还具有简单、便携、易于集成的特点，因而太赫兹成像越来越多的引起相关人员的关注。目前常用的太赫兹脉冲成像方法，主要是基于扫描得到的太赫兹时域信号的最大值或特定时间点下的幅度值，或者基于对时域信号进行相应的傅里叶变换后的频谱中某一个频率点的幅度值，或者基于与参考太赫兹信号进行比对计算后得出的某一个频率点的吸收系数或折射率的大小，这些方式重构出样品的太赫兹图像。

但是，受限于现有太赫兹源的强度较低、系统不稳定和光电子噪声、环境干扰大等因素的影响，在基于上述成像方法进行太赫兹成像时，成像质量以及不同样品之间的对比度都亟需有进一步的提高。并且，对于在太赫兹波段吸收较强的样品，如生物组织样品和光电材料等，在基于上述方法进行太赫兹成像时，样品强吸收效应导致太赫兹信号的信噪比较低，同样也严重影响着太赫兹成像质量和不同样品区分度。特别是在进行层析成像应用时，由于系统噪声和环境干扰影响，层状样品的多重反射微弱信号会淹没在噪声中而无法进行有效区分，严重影响太赫兹层析成像质量和分辨力。

因此，迫切需要探索新的太赫兹成像方法来显著提高成像信噪比和不同样品对比度，以满足更多的应用需求。

发明内容

本申请基于经验小波变换，将采集得到的原始太赫兹信号自适应地分解成若干个模态函数之和，根据不同应用需求，选取第一个模态分量的最大值或特定时间点下的幅度值进行成像，从而提供一种可有效降低系统噪声和环境干扰的太赫兹成像方法。

具体地，太赫兹成像方法包括如下步骤：

步骤1、对被测样品进行二维成像，得到所述被测样品上各点的太赫兹时域信号；

步骤2、对所述各点的太赫兹时域信号进行经验小波变换，自适应地得到被测样品上各点的各个分辨率的模态分量；

步骤3、计算多个所述模态分量中的第一个模态分量的最大值或特定时间点下的强度；

步骤4、重构所述被测样品的太赫兹图像。

进一步，所述步骤3还包括判断是否为进行样品表面成像，当进行样品表面成像时，选择计算所述第一个模态分量的最大值，然后进入步骤4重构太赫兹图像。同时，所述步骤3还可以包括判断是否为进行样品层析成像，当进行样品层析成像时，根据样品层状分布、材料特性和成像深度确定飞行时间，根据所述飞行时间选择计算所述第一个模态分量特定时间点下的强度，然后进入步骤4重构太赫兹图像。

优选地，所述步骤2中得到各点的太赫兹时域信号的各个分辨率的模态分量为，将太赫兹时域信号的傅里叶谱划分为若干范围，根据经验小波确定经验尺度函数和经验小波函数，然后根据上述经验尺度函数和经验小波函数确定各模态分量。

所述步骤2进一步包括，

步骤200、计算太赫兹时域信号的傅里叶谱；

步骤201、对信号的傅里叶谱进行自适应划分；