光學(xué)應(yīng)用-數(shù)字處理技術(shù)重構(gòu)被測(cè)介質(zhì)截面圖像

  反向散射微波斷層攝影
  人們對(duì)微波圖像的興趣開(kāi)始于早期使用雷達(dá)來(lái)鑒別埋在地下的
物體。為了得到更清晰的分析圖像，使用更短的電磁輻射波長(zhǎng)是很
必要的；所以就引發(fā)了人們使用頻率從300MHz到300GHz的微波，這
一頻率范圍對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在空氣中分別為1mm～lm。所以，與它們的
名字相反，微波并不是指波長(zhǎng)微小的波。對(duì)于民用工程的應(yīng)用，這
些射線波長(zhǎng)也是同樣的大小順序，大小不均勻的分布。所以，微波
不同于x射線，而和超聲波類似，不能再含多項(xiàng)介質(zhì)的直線中傳播
；它們會(huì)發(fā)生衍射，也就是微波的范圍會(huì)實(shí)際地分散于所有的方向
。衍射的數(shù)學(xué)描述是十分復(fù)雜的，直到最近，該工作在快速、可靠
的構(gòu)建系統(tǒng)的模型上才取得了發(fā)展。
  微波圖像是能傳遞和發(fā)射的圖像技術(shù)。材料表面包含的電的非
均質(zhì)性，可用高頻率的電磁波前來(lái)表示。入射場(chǎng)在非均質(zhì)的內(nèi)部產(chǎn)
生等效感應(yīng)電流，它又會(huì)感應(yīng)出分散磁場(chǎng)。用測(cè)量傳遞波前(傳遞
技術(shù))或反射波前(反射技術(shù))，或使用數(shù)字處理技術(shù)來(lái)修正材料內(nèi)
部非均質(zhì)的信息和重構(gòu)被測(cè)介質(zhì)截面的圖像。
  反向散射微波圖像用于測(cè)定鋼筋的存在和在結(jié)構(gòu)中的位置。就
像遷移天線和接收天線一樣，需要接觸混凝土的表面，這一方法適
用于拍攝大而平直的結(jié)構(gòu)。在反向散射微波圖像中，從散射波前的
測(cè)量開(kāi)始，使用衍射層析法構(gòu)建數(shù)字處理技術(shù)，用來(lái)修復(fù)由入射電
磁波在鋼筋上感應(yīng)產(chǎn)生的表面電流信息和重構(gòu)被測(cè)介質(zhì)的截面圖像
?；陔S時(shí)改變?nèi)肷浯艌?chǎng)頻率的多頻反射圖像處理技術(shù)，能夠提高
重構(gòu)圖像的質(zhì)量。
  實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這一技術(shù)有很多潛在的應(yīng)用，如鑒別復(fù)雜結(jié)構(gòu)
中鋼筋的尺寸和位置。在水平和豎直位置有誤的平均差分別為2．5
mm和2．0mm。當(dāng)鋼筋的直徑大于10mm時(shí)，水平方向的重疊就可分辨
。但是完全的、豎直方向的重疊還不能分辨，是因?yàn)樵谡Ｈ肷湎?br>移動(dòng)天線會(huì)產(chǎn)生類似的平面波(在這種情況下，小尺寸的鋼筋被完
全遮住，鋼筋下沒(méi)有表面電流產(chǎn)生)。僅在鋼筋上可以進(jìn)行分辨和
正確的估計(jì)。連續(xù)的下面第二條鋼筋可用多頻入射光來(lái)分辨。到目
前為止，最大的測(cè)試深度可以達(dá)到大約6cm。
  近年來(lái)，微波技術(shù)的進(jìn)步開(kāi)啟了低成本發(fā)展傳感器組的道路。
壓縮微波照相機(jī)可用多種頻率操作，使用的x微波波段在7～13GHz
，已經(jīng)發(fā)展到可以拍攝到不同尺寸鋼筋的圖像。該種相機(jī)的主要構(gòu)
件是微波傳感器、多路器、低頻檢測(cè)器和為收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和
顯示圖樣而設(shè)的電腦。這種技術(shù)使用的成像算法是衍射層析法，屏
幕上的圖像顯示出了鋼筋的數(shù)量、側(cè)向位置，混凝土保護(hù)層和每根
鋼筋的直徑大小。最近，硬件和軟件發(fā)展使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理成
為可能(每秒可以采集2～10個(gè)圖像)，鋼筋豎向重疊也可以通過(guò)多
向入射進(jìn)行分辨

(本文由上海光學(xué)儀器廠編輯整理提供, 未經(jīng)允許禁止復(fù)制http://www.sgaaa.com)