(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211043916.6 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 青岛青源峰达 太赫兹科技有限公司 地址 266000 山东省青岛市崂山区九水东 路600号青岛高层次人才创新创业基 地C座东侧1-3层 (72)发明人 宋田　朱新勇　王玉建　刘真良　 (74)专利代理 机构 青岛高晓专利事务所(普通 合伙) 37104 专利代理师 付丽丽 (51)Int.Cl. G01N 21/3586(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于六自由度机械臂的任意曲面太赫兹成 像方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于六自由度机械臂的 任意曲面太赫兹成像方法， 通过六自由度机械臂 实现对任意曲面物体表面太赫兹信号的采样， 根 据欧拉角姿态信息计算出轴角， 再用轴角使 得当 前三维坐标往初始化坐标轴做投影， 计算出采样 点中每个太赫兹点的三维坐标构建三维体素， 通 过光线投影算法和随机森林插值法填充三维体 素， 基于构建的三维体素使 得太赫兹三维层析成 像可以对任意曲面物体成像解析， 克服了二维扫 描平台只能进行平面扫描成像的缺陷， 同时将光 线投影算法与 随机森林插值法进行三维体素构 建， 具备很好的三维层析成像 显示效果。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115541529 A 2022.12.30 CN 115541529 A 1.基于六自由度机 械臂的任意曲面太赫兹成像方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)数据采集： (101)首先采用六自由度机械臂对采集的曲面物体进行三维立体建模， 得到曲面物体 对应的曲面模型， 根据建立的曲面模型以设定的步进创建机械臂移动扫描路径， 移动扫描 路径的每一个采样位置均包括位置信息和姿态信息， 所述位置信息即三维坐标， 姿态信息 即欧拉角， 机 械臂移动扫描路径即太赫兹镜 头移动扫描路径； (102)按照移动扫描路径依次移动太赫兹镜头达到每一个采样位置， 停留并进行太赫 兹时域信号采集， 记录当前采样位置和对应的太赫兹时域信号； (2)构建三维体素： 根据以下公式， 构建三维体素xlength*ylength*zlength， 三维体素z方向的大小为zlength＝max(Z) ‑min(Z)+M 其中， Z＝(z1， z2， ...， zn)， 其中zi， i＝1， ...， n为所有机械臂移动扫描路径z坐标， max (Z)和min(Z)分别为Z中的最大值和最小值， M为太赫兹时域信号长度或压缩后太赫兹时域 信号长度； 三维体素x方向的大小为xlength＝max(Xnew)‑min(Xnew) Xnew＝{xnew1， xnew2， ...， xnewn} xnewi＝cords*si nα +xi X＝(x1， x2， ...， xn) 其中xi， i＝1， ...， n为所有机械臂移动扫描路径x坐标， cords＝(0， 1， 2， ...， M)， max (Xnew)和min(Xnew)分别为Xnew中的最大值和最小值， α 为 根据欧拉角计算得到的x轴的夹角； 三维体素的y方向大小为ylength＝max(Ynew)‑min(Ynew) Ynew＝{ynew1， ynew2， ...， ynewn} ynewi＝cords*si nβ +yi Y＝(y1， y2， ...， y) 其中yi， i＝1， ...， n为所有机械臂移动扫描路径y坐标， cords＝(0， 1， 2， ...， M)， max (Ynew)和min(Ynew)分别为Ynew中的最大值和最小值， β 为 根据欧拉角计算得到的x轴的夹角； (3)填充三维体素： (301)将处理好的太赫兹时域信号采用光线投影算法进行三维体素 数据填充； (302)采用随机森林模型对步骤(3 01)得到的三维体素 数据中缺失值进行填补； (4)三维层析成像显示： 将光线投影算法与随机森林插值法处 理后的数据使用三维层析 软件进行三维展示。 2.根据权利要求1所述的基于六自由度机械臂的任意曲面太赫兹成像方法， 其特征在 于， 步骤(101)中将同一采样点的多组太赫兹时域信号进 行平均处理， 每个采样点得到一个 平均太赫兹时域信号。 3.根据权利要求1所述的的基于六自由度机械臂的任意曲面太赫兹成像方法， 其特征 在于， 步骤(101)中根据需要对太赫兹时域信号或/和平均太赫兹时域信号进行最近邻压 缩。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115541529 A 2基于六自由度机械臂的任意 曲面太赫兹 成像方法 技术领域： [0001]本发明属于太赫兹光谱和成像技术领域， 具体涉及一种基于机械臂的任意曲面太 赫兹成像方法。 背景技术： [0002]太赫兹波是一种波长介于红外线和微波之间的电磁波， 由于处于光子学到电子学 的过渡区域， 其具有很多独特的属性， 如指纹光谱性、 低能性、 特殊穿透性等。 太赫兹波与材 料作用会产生独特的吸收谱 ‑指纹普。 极性分子， 如水分子， 非极性分子， 如二氧化碳分子， 对太赫兹波的吸收有着非常明显的区别， 因此太赫兹吸收谱对检验分子特性也有着重要价 值。 时域太赫兹光谱扫描技术利用高精度延时线将飞秒脉冲的采样时间延长至几十皮秒， 并通过硬件预 处理来降低噪声。 由其产生的时域信号经傅里叶变换得到被检测物质的特征 吸收谱， 其谱宽可达5THz以上， 动态范围可达70dB以上。 这种频谱性能可满足绝大多 数化合 物的检测需求， 从而为太赫兹时域 光谱扫描提供了大量的应用场景。 [0003]目前太赫兹三维层析成像技术有广阔的发展空间， 提高三维层析成像速度与三维 层析成像分辨率 都是亟待解决 的问题。 目前已有的三 维层析成像算法太赫兹峰峰值 强度成 像、 太赫兹飞行时间成像、 太赫兹特定功率谱成像等， 都可以进行成像显示， 其中基于二维 扫描平台的太赫兹三 维层析成像扫描最为常见， 使用二 维扫描平台扫描平面物体的太赫兹 信号进行三维层析成像技术也趋于成熟， 但是对于曲面物体难以实现。 专利2022208512267 公开了一种圆柱状物体太赫兹成像方法， 其只适用于规则的圆柱体， 不规则的曲面物体难 以实现， 基于此， 本发明提出了一种基于 机械臂的任意曲面太赫兹成像方法。 发明内容： [0004]本发明目的在于克服现有技术存在的缺点， 寻求设计一种基于六自由度 机械臂的 任意曲面太赫兹成像方法， 通过采用六轴自由度的机械臂解决了现有的基于二维扫描平台 的太赫兹三维层析成像系统难以解决曲面物体成像的问题。 [0005]为了实现上述目的， 本发明涉及的基于六自由度机械臂的任意曲面太赫兹成像方 法， 包括以下步骤： [0006]1、 数据采集 [0007](101)首先采用六自由度机械臂对采集的曲面物体进行三维立体建模， 得到曲面 物体对应的曲面模型， 根据建立的曲面模型以设定的步进创建机械臂移动扫描路径， 移动 扫描路径的每一个采样位置均包括位置信息和姿态信息， 所述位置信息即三维坐标， 姿态 信息即欧拉角， 机 械臂移动扫描路径即太赫兹镜 头移动扫描路径； [0008](102)按照移动扫描路径依次移动太赫兹镜头达到每一个采样位置， 停留并进行 太赫兹时域信号采集， 记录当前采样位置和对应的太赫兹时域信号； [0009]2、 构建三维体素 [0010]根据以下公式， 构建三维体素xlength*ylength*zlength，说　明　书 1/6 页 3 CN 115541529 A 3