技术摘要：
本发明涉及一种基于数据选择的太赫兹压缩成像优化方法及系统。包括：太赫兹发射源，准直透镜，掩模板，汇聚透镜和太赫兹探测器，掩膜板内的调制矩阵为包含[0,1]的二值随机矩阵。太赫兹波由发射源发出，经过准直透镜后变成均匀平行光照射到掩模板和成像物体，实现对成像  全部
背景技术：
太赫兹波是指频率在0.1-10THz频段的电磁波辐射。太赫兹波由于其处在电磁波 谱的特殊位置赋予了其一系列独特的特性，并在生物医学探测、物质特性检测、公共安全等 领域得到了广泛的应用。如：太赫兹光子能量低，其非电离的特性对探测物没有损伤，可以 实现无损检测；太赫兹对很多非金属材料具有穿透能力，可以作为隐蔽物探测的方式。随着 太赫兹成像技术的成熟和应用的推广，原有的逐点扫描式成像方法，由于其成像速度慢，已 经成为太赫兹成像领域的发展瓶颈，阵列式探测器可以实现快速成像，但是由于其成本昂 贵，体积庞大，很难在实际应用中得以推广。由此，开发出具有快速且低成本的成像方法在 太赫兹成像领域有着极其迫切的需求。 为了克服上述扫描式成像和阵列式探测器的不足，基于压缩感知理论的新型成像 方法在太赫兹波段得以实现。压缩感知是一种充分利用信号的稀疏性进行采集、编解码的 理论，能够在采样率远小于香农-奈奎斯特采样极限值的条件下，恢复出原有信号，实现了 基于单探测器的快速成像系统。 典型的基于压缩感知的太赫兹成像过程是将太赫兹波均匀化后透过空间光调制 器(SLM)，然后照射到成像物体，带有成像物体信息的调制光经汇聚透镜汇聚后，由太赫兹 探测器接收，最后使用基于压缩感知原理的图像恢复方法对成像物体的信息进行恢复。但 是现有的空间光调制器价格都比较昂贵，且都是工作在可见光波段；最新的基于硅基的太 赫兹调制器由于其工艺复杂，且要求成像物体蚀刻在硅片上，其应用场合十分有限。同时由 于太赫兹波的波长较长，当成像分辨率和物体尺寸相当的时候，在成像系统中不可避免地 发生衍射和干涉现象，导致系统的噪声增加，很难获取高信噪比的图像。所以现阶段亟需一 种低成本且能很好的消除或抑制噪声影响的压缩感知太赫兹成像系统。
技术实现要素：
针对上述技术不足，本发明提供一种基于数据选择的太赫兹压缩成像优化方法及 系统，该系统使用基于印刷电路板或硅片加工工艺制成的掩模板，并在压缩感知理论的基 础上，通过对数据的排序和优化处理，可以大大抑制系统噪声的影响，在较低采样率的条件 下，恢复出高质量的图像。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于数据选择的太赫兹压缩成 像优化方法，包括以下步骤： 利用太赫兹波发射源经由掩膜板调制后照射在成像物体上；所述掩膜板上随机布 设若干透光孔； 控制掩膜板在垂直太赫兹波光轴的平面内按照预设步长和轨迹运动； 4 CN 111579521 A 说　明　书 2/5 页 设定采样次数，控制太赫兹探测器获取一系列的成像物体经由太赫兹波透射的强 度序列； 对一系列强度序列的值进行重新排序和优化选取，采用最小化全变差TV方法进行 图像重构，从而恢复成像物体太赫兹图像。 所述掩膜板在垂直太赫兹波光轴的平面内按照预设步长和轨迹运动，用于复合生 成随机调制矩阵； 所述步长为掩模板单行/列的宽度值，所述滑动窗口大小等同于最终恢复图像的 像素矩阵； 所述重新排序为按照强度幅值降序排列。 所述优化选取为：假定最终要使用m个测量值进行图像恢复，则从降序排列后的数 值序列中，从初始端依次选取m/2个数值，再从最末端依次选取m/2  个数值，组合成新的m个 测量值的数据集。 所述最小化全变差TV方法为：采用梯度下降法使图像的总变差最小，恢复成像物 体太赫兹图像，具体为： a.根据压缩感知的原理，假定要恢复的太赫兹图像的像素为N，N＝n×n，则其按行 列展开式x和调制矩阵及强度测量值之间的压缩感知的数学模型为： y＝Ax； 其中，y为m×1的测量值矩阵；A为m×N的随机调制矩阵；x即为要恢复的太赫兹图 像的按行列展开的N×1的矩阵； b.将图像的总变差||fi，j||TV最小作为约束条件，求解方程组y＝Ax中的x； min||fi，j||TV， fi，j＞0； 其中，图像的总变差可以用下式表示： 表示图像的梯度值，fi，j表示第i行，j  列的像素点像素值的大小； c.对x进行重新的行列排布，恢复成像物体太赫兹图像。 所述随机调制矩阵为控制掩膜板按照预设窗口大小进行滑动后获取的随机透光 单元组成的矩阵。 一种基于数据选择的太赫兹压缩成像优化系统，包括：太赫兹发射源，准直透镜， 掩模板，成像物体，汇聚透镜和太赫兹探测器； 所述掩模板与成像物体平行放置，并与光路光轴垂直；所述发射源发射太赫兹波， 所述准直透镜将太赫兹球面波准直为平面波经过所述掩模板调制后照射在成像物体上，透 射的调制太赫兹波经过所述汇聚透镜聚焦在太赫兹探测器的采集窗口，所述太赫兹探测器 获取所述成像物体经由太赫兹波透射调制的强度值。 还包括：电子计算机、运动控制机构；所述运动控制机构包括伺服电机、驱动器、横 5 CN 111579521 A 说　明　书 3/5 页 向直线运动模组和纵向直线运动模组，所述掩模板固定在横向运动模组上，通过伺服电机 驱动横向直线运动模组和纵向直线运动模组运动，从而调整所述掩模板的位置；所述驱动 器通过通讯接口与电子计算机连接； 电子计算机内部包括存储部和处理部，存储部存储有程序，处理部加载程序执行 如上所述的一种基于数据选择的太赫兹压缩成像优化方法的步骤。 所述掩模板是包含[0,1]的二值随机矩阵的透射型掩模板，“1”位置为镂空的方 孔，“0”位置为阻挡太赫兹波的方形块。 所述掩模板是采用印刷电路板或硅片加工工艺制成。 本发明具有以下有益效果及优点： 1 .本发明采用了直线往复平移式掩模板，通过掩模板的平移，可以实现更多数量 的调制矩阵，不需要昂贵的空间光调制器(SLM)或数字微镜(DMD)，通过少量的测量次数就 能获得和传统扫描式成像方法一致的成像质量，且价格低廉，应用范围广。 2.本发明应用了基于排序和优化选取的数据处理算法，采用最小化全变差  TV方 法在原有压缩感知理论的基础上进行图像重构，实现了更快、更优的太赫兹成像。 附图说明 图1是基于数据选择的太赫兹压缩成像优化系统系统实例1结构示意图； 图2是数据排序和优化选取的算法流程图； 图3是数据排序和优化选取的方法示意图； 图4是使用传统压缩感知算法和本发明算法在不同采样率情况下的重构太赫兹图 像； 其中，1为太赫兹发射源，2为准直透镜，3为掩模板，4为二维电控直线运动平台，5 为成像物体，6为汇聚透镜，7为太赫兹探测器，8为电子计算机。