【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于成像，具体涉及一种太赫兹连续波压缩感知成像方法。
技术介绍
1、太赫兹（terahertz，thz）的频率位于0.1~10thz之间，波长位于毫米波与红外波段之间。由于太赫兹波具有丰富的频谱资源和独特的物理特性，在太赫兹成像、太赫兹高分辨率雷达、太赫兹高速无线通信等领域发挥重要作用。太赫兹波对于非极性材料和介电材料具有穿透性，可以穿透服装、包装材料等。此外，太赫兹波光子能量低，且具有非电离辐射，不会对人体、待检测样品产生伤害。因此太赫兹成像在安全检查、生物医疗成像、非接触无损成像等方面具有广泛应用前景。太赫兹连续波成像具有大带宽和高成像分辨率，且相比于脉冲式的太赫兹成像系统具有更高的信噪比和更简易的系统。另一方面，传统基于光栅扫描和相机的成像方案分别面临速度太慢和成本过高问题，极大限制了太赫兹成像的发展，故近年来基于压缩感知的成像方案逐渐进入研究人员的视野。太赫兹压缩感知成像仅使用单个太赫兹探测器进行接收，并且通过快速切换掩码和降采样实现高速成像，而连续波太赫兹压缩感知成像系统可以使成像速度不受脉冲重频限制，仅取决于掩码切换速度和数据采集速度，进一步提升系统的成像速度上限。
2、经文献检索发现，hajun song等人于2017年在optic express期刊上发表论文“continuous-wave thz vector imaging system utilizing two-tone signalgeneration and selfmixing detection”。该文献提出一种基于光子学的
3、又经文献检索发现，rayko ivanov stantchev等人于2020年在naturecommunication期刊上发表论文“real-time terahertz imaging with a single-pixeldetector”。该文献提出并演示了一种基于压缩感知的太赫兹成像方法。该方法利用经数字微镜反射的激光对光控半导体进行调控，后利用光控半导体对入射到样品的太赫兹脉冲进行调制，实现对太赫兹脉冲的空间光编码。该文献所提出的方法实现了32*32像素、每秒6帧的压缩感知实时成像。然而，由于光控半导体中载流子达到饱和时间远大于掩码切换周期，调制深度受到限制从而影响成像质量，需在后处理中引入对光控半导体响应幅度的拟合算法，以得到更接近真实调制深度的估计值从而改善成像质量，这增加了算法复杂度和处理时间。另外，该文献选择了paley i型哈达玛矩阵构造法来生成测量矩阵，通过该方法生成的每个掩码矩阵可以通过前一个掩码的循环平移得到，因此各掩码矩阵具有相同频率分量，在降采样时未选择出包含更多图像信息的掩码矩阵，影响图像重建质量。
技术实现思路
1、鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种本专利技术的目的是提供一种太赫兹连续波压缩感知成像方法，解决现有太赫兹连续波成像方法扫描时间长、采样数据量大的问题，并采用优化的哈达玛矩阵，提升低采样率情况下图像重建质量。
2、为实现上述专利技术目的，实施例提供的一种太赫兹连续波压缩感知成像方法，包括以下步骤：
3、根据成像需求设计哈达玛矩阵，并对哈达玛矩阵进行基于连接度的重排优化及欠定采样处理得到测量矩阵；
4、利用测量矩阵对太赫兹连续波信号进行空域幅度编码，并测量已编码太赫兹连续波信号透射样品后形成的透射信号，得到测量信号；
5、选择稀疏表示基，依据测量矩阵、稀疏表示基、以及测量信号得到信号稀疏表达；
6、依据信号稀疏表达通过求解一个凸优化问题得到稀疏重构信号；
7、依据稀疏重构信号进行二维图形处理得到压缩感知成像结果。
8、优选地，根据成像需求设计哈达玛矩阵，包括：
9、根据空间光调制器分辨率、成像精度要求、以及数据采集要求确定图像像素数，根据图像像素数确定哈达玛矩阵的维度，得到维的哈达玛矩阵。
10、优选地，对哈达玛矩阵进行基于连接度的重排优化及欠定采样处理得到测量矩阵，包括：
11、对哈达玛矩阵进行基于连接度的重排优化：将哈达玛矩阵的第行的连接度定义为，将第行拆分并拼接为维的矩阵，矩阵中每个由相同元素组成的局部最大矩形分块贡献值为1的连接度；按照连接度从小到大的顺序对哈达玛矩阵的每行进行重新排序得到cake-cutting哈达玛矩阵；
12、对cake-cutting哈达玛矩阵进行欠定采样处理：根据采样率确定测量矩阵的行维度，并提取cake-cutting哈达玛矩阵的前行形成维测量矩阵。
13、优选地，利用测量矩阵对太赫兹连续波信号进行空域幅度编码，包括：
14、依据测量矩阵构建用于差分测量的正测量矩阵和负测量矩阵，其中，中位置处的正测量值、中位置处的负测量值计算为：
15、；
16、；
17、分别对正测量矩阵中的每一行进行矩阵化，得到个的维掩码矩阵；分别对负测量矩阵中的每一行进行矩阵化，得到个维负掩码矩阵，为掩码矩阵索引；利用空间光调制器对个的掩码矩阵和个负掩码矩阵依次播放，实现对太赫兹连续波信号进行空域幅度编码。
18、优选地，测量已编码太赫兹连续波信号透射样品后形成的透射信号，得到测量信号，包括：
19、；
20、其中，为测量信号，为待重构信号。
21、优选地，选择一维离散余弦变换基作为信号的稀疏表示基，可表示为：
22、；
23、其中，表示待重构信号点数。
24、优选地，依据测量矩阵、稀疏表示基、以及测量信号得到信号稀疏表达，包括：
25、依据测量矩阵和稀疏表示基得到矩阵；
26、依据稀疏表示基和待重构信号得到稀疏信号；
27、信号稀疏表达为：测量信号。
28、优选地，依据信号稀疏表达通过求解一个凸优化问题得到稀疏重构信号，包括：
29、依据信号稀疏表达构建基于范数的最小化问题：，其中，为稀疏重构信号，表示使目标函数最小化的变量取值，表示的范数；
30、将基于范数的最小化问题凸松弛等价为范数的最小化问题：，表示的范数；
31、利用基于线性规划的基追踪方法求解范数的最小化问题，得到稀疏重构信号。
32、优选地，依据稀疏重构信号进行二维图形处理得到压缩感知成像结果，包括：
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1.一种太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，根据成像需求设计哈达玛矩阵，包括：
3.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，对哈达玛矩阵进行基于连接度的重排优化及欠定采样处理得到测量矩阵，包括：
4.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，利用测量矩阵对太赫兹连续波信号进行空域幅度编码，包括：
5.根据权利要求4所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，测量已编码太赫兹连续波信号透射样品后形成的透射信号，得到测量信号，包括：
6.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，选择一维离散余弦变换基作为信号的稀疏表示基，表示为：
7.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，依据测量矩阵、稀疏表示基、以及测量信号得到信号稀疏表达，包括：
8.根据权利要求7所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，依据信号稀疏表达通过求解一
9.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，依据稀疏重构信号进行二维图形处理得到压缩感知成像结果，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，根据成像需求设计哈达玛矩阵，包括：
3.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，对哈达玛矩阵进行基于连接度的重排优化及欠定采样处理得到测量矩阵，包括：
4.根据权利要求1所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，利用测量矩阵对太赫兹连续波信号进行空域幅度编码，包括：
5.根据权利要求4所述的太赫兹连续波压缩感知成像方法，其特征在于，测量已编码太赫兹连续波信号透射样品后形成的透...
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