基于壓縮感知的太赫茲成像算法研究.pdf

1、太赫茲波（Terahertz wave, THz wave）具有安全性、光譜分辨特性、穿透性和高分辨率等物理性質(zhì)，可以作為成像信號(hào)源，為無損檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、安檢和軍事等領(lǐng)域提供了新型的成像手段。由于目前大多數(shù)的太赫茲成像系統(tǒng)采用了光柵掃描方式，使得采集數(shù)據(jù)量大且時(shí)間較長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中受到了嚴(yán)重制約。為了提高太赫茲成像速度，可以對(duì)硬件進(jìn)行改進(jìn)，但花費(fèi)的成本更高且難度較大。從軟件上可以采用更高效的成像算法，難度相對(duì)較小且更加經(jīng)濟(jì)高效。論文開

2、展了反射式太赫茲成像實(shí)驗(yàn)得到了印刷電路板的圖像，提出了基于壓縮感知的時(shí)域太赫茲光譜和圖像重構(gòu)算法，并利用Matlab驗(yàn)證了算法的有效性。
　　論文完成的主要工作包括：
　?。?）研究了用于重構(gòu)一維時(shí)域太赫茲光譜的正交匹配追蹤算法（Orthogonal matching pursuit, OMP）。研究了信號(hào)的稀疏表示原理、壓縮感知的數(shù)學(xué)模型、測(cè)量矩陣和重建算法的設(shè)計(jì)方法。闡明了算法的基本原理和實(shí)現(xiàn)流程，并對(duì)理想一維信號(hào)和脈沖

3、太赫茲時(shí)域光譜進(jìn)行了重構(gòu)，結(jié)果表明利用約20％的測(cè)量數(shù)據(jù)即可近乎完全地實(shí)現(xiàn)重構(gòu)。為了快速得出測(cè)量次數(shù)的大致取值范圍，確定了選擇最小測(cè)量次數(shù)的計(jì)算條件。
　?。?）開展了反射式太赫茲成像實(shí)驗(yàn)。介紹了成像系統(tǒng)各組成模塊及功能，闡明了系統(tǒng)的工作原理、實(shí)驗(yàn)步驟和成像過程。以小型印刷電路板（Printed Circuit Board, PCB）為實(shí)驗(yàn)樣本，得到了分辨率為0.2 mm、直徑約為3 mm的PCB局部圓形圖像，并根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度及圖像

4、顏色，判斷出了對(duì)應(yīng)的PCB區(qū)域表面結(jié)構(gòu)和材料屬性，驗(yàn)證了太赫茲成像在PCB表面微觀檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
　?。?）研究了基于離散小波變換的WOMP（Wavelet OMP）算法用于重構(gòu)二維太赫茲圖像。采用 Symlet小波作為稀疏變換基，并闡明了算法的實(shí)現(xiàn)流程。以256×256像素的Lena灰度圖像和PCB局部太赫茲灰度圖像進(jìn)行了重構(gòu)驗(yàn)證，結(jié)果表明WOMP算法能夠?qū)崿F(xiàn)采樣率為0.6的良好重構(gòu)，可節(jié)省約40%的測(cè)量數(shù)據(jù)，即從理論上可