太赫兹成像技术的应用研究

太赫兹辐射(THz)是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波,波段位于毫米波与红外波段之间,其应用主要集中在太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术两方面,其中太赫兹成像技术在实际应用中更加广泛.介绍了太赫兹辐射及其性质,简述了太赫兹成像技术及其发展过程.分析了太赫兹成像技术在安全检查、癌症检测和无损检测等领域的发展过程,结果表明使用太赫兹成像技术可以对违禁药物和危险隐藏物等进行安全检查,对人体癌变组织进行成像检测,以及对航空航天材料中的缺陷进行无损检测.随着太赫兹成像技术的不断发展,其在安检、医疗和无损检测等领域有着重要的应用前景和研究价值.     

太赫兹技术应用进展

近年来太赫兹技术的高速发展为太赫兹技术应用提供了基础。太赫兹以其高频率高穿透性以及低光子能量等优势,在多个领域受到了重点关注,并在多个具体的应用方向上实现了初步的探索。着重讨论用于高速率高带宽通信的太赫兹无线通信技术、用于生物化学物质检测研究以及用于医学领域的太赫兹光谱成像技术、用于无损探测系统的光谱成像以及谱分析技术、用于安全检查领域的太赫兹人体成像技术等太赫兹技术应用领域的进展,并对应用中存在的挑战进行了简要总结。     

空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法

文章针对传统太赫兹时域光谱成像技术存在的扫描时间长以及数据存储量大等问题,提出了一种基于压缩感知理论的空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法。首先通过扫描电机获得目标非等间隔欠采样信号,然后利用压缩感知方法来重构缺失像素点的太赫兹信息。实验结果显示,当压缩比为0.5时,所重构的太赫兹信号与全采样条件下的信号相关性可达99.95%。通过对压缩重建图像的显示分析,时域图像中的缓变区域和频谱成像中的低频信号恢复效果较好。该方法为快速太赫兹光谱成像提供了一种有效的技术手段。     

基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别

为了研究基于太赫兹时域光谱的煤岩界面识别可行性,首先应用太赫兹时域光谱技术,以气煤和砂岩粉末压片作为实验样本进行了相关实验,得到了太赫兹脉冲穿过不同样本时所产生的时间延迟和衰减幅度。然后采用Hilbert-Huang变换对煤岩样的太赫兹光谱进行了时频域分析,并与由传统快速傅里叶变换方法获得的样品频谱进行了对比,结果表明,在时频域内太赫兹光谱信号具有更高的分辨率,可以更好、更直观地分析太赫兹脉冲在任意时刻的频率、能量成分,研究任意频率在不同时刻对吸收谱线的作用。最后介绍了基于太赫兹时域光谱技术的煤岩界面识别过程,通过实验验证了采用Hilbert谱和边际谱提取出的光谱特征值可以很好地区分煤岩介质。     

基于LabVIEW的太赫兹二维扫描成像系统设计

采用LabVIEW语言设计的透射式单频太赫兹二维扫描成像系统,选择基频为140 GHz的太赫兹源发射连续的太赫兹波,调用平移台驱动器和锁相放大器的LabVIEW功能函数,实现了待成像样品的逐点二维移动和太赫兹信号的幅值数据读取,对样品位置及其对应的幅值信息进行图像重构与灰度处理,完成了太赫兹二维快速扫描成像的设计。使用基频140 GHz和3倍频420 GHz作为太赫兹成像源,对网孔钢板和十字板两个样品进行成像实验,验证了所设计本系统的成像效果的有效性和可行性。实验结果表明:420 GHz辐射源的成像分辨率高,成像分辨率主要与样品的扫描步进和太赫兹源波长有关。     

基于太赫兹的危险品智能识别系统

基于太赫兹线性扫描成像和深度学习技术,实现包裹危险品实时智能识别。采用太赫兹线性扫描成像技术,穿透包裹、衣物、信封等物品,探测隐匿的塑胶凶器、塑胶炸弹、流体炸药和易燃易爆液体等危险品,形成太赫兹图像。对太赫兹图像采用基于深度学习的目标检测方法,实现危险品检测识别。实验结果表明,该系统对危险品成像,能显现X射线扫描仪不易探测的危险品,能自动识别,精度高、实时性好。该系统是一种成像质量好、识别精度高、实时性好的包裹危险品智能识别系统。     

太赫兹逐点扫描计算机成像算法

利用本校率先在国内建立起的一套具有较高应用价值的透射式逐点扫描太赫兹（THz）辐射成像装置可以获得成像物体上每一点的光谱数据。每一点的光谱数据对应一个文本文件,这些数据虽具备物理含义,但本身不具备图像数据的特征。根据太赫兹振幅成像的实际物理意义,提出了一种根据成像物体上每一点的光谱数据,在计算机上构造太赫兹振幅图像的算法。实验证明,该算法取得理想的效果,对THz成像技术和THz光谱分析的研究具有一定的意义。     

MEMS技术在THz无源器件中的应用

太赫兹技术将在未来高精度频谱探测技术、高分辨率成像和高性能通讯等应用前景良好.太赫兹技术处于电子学与光子学领域的交叉领域,太赫兹器件的尺寸在数十微米到毫米量级,传统的机械加工技术很难达到加工精度要求,甚至无法加工.MEMS技术在太赫兹器件的加工方面具有巨大的优势.总结了目前采用DRIE,LIGA等工艺加工太赫兹器件的研...     

基于LabVIEW的扫描成像程序设计

在搭建太赫兹波扫描成像系统时,受限于封闭性较高的信号采集软件,无法新增对位移平台的控制和成像数据显示功能,针对该问题,基于LabVIEW编写程序,使得位移平台和信号采集软件进行结合,把信号采集软件保存的数据文件移动到以位移平台电机位置为名称的新建文件夹中,再将数据按照文件夹名称进行提取与处理,完成时域成像和频域成像。通过实验验证程序的有效性。该程序设计为扫描成像方案提供了一定的借鉴意义。     

基于流形学习和支持向量机的太赫兹谱分类

太赫兹时域光谱技术是一门新兴光谱检测技术,广泛应用于安检及反恐、生物医学和食品质量检测等方面。太赫兹谱的分类识别技术是太赫兹光谱检测技术的一个重要环节。由于受到噪声的影响,太赫兹谱可能在高维空间中成复杂的非线性分布,传统的分类方法难以取得理想的分类效果。流形学习和支持向量机都是当前机器学习领域的研究热点,都采取了核方法来解决非线性问题,正因为两者之间有很多共通之处,将这两种方法充分结合提出了一种称之为ISOMAP-SVM的新算法。这种新算法拥有比传统的支持向量机算法更快的训练速度和更好的分类效果。实验结果表明利用新算法可以实现对不同种类药品的识别,为太赫兹光谱技术用于药品的检测和识别提供了一种新的有效方法。     

基于虚拟仪器的扁钢内部缺陷超声三维成像方法研究

超声三维成像技术因其能够提供人体结构的立体信息,而被广泛的应用于医学诊断领域;然而,由于计算量大、成本高、速度慢,工业构件的超声三维成像技术却鲜见报道;弹簧扁钢是国民经济建设的重要钢材品种之一,通过超声三维成像技术测量扁钢内部缺陷的三维分布对于提高扁钢质量控制能力具有重要作用;为提高三维成像效率及降低成像系统的研发周期,提出高效的数据采集及三维图像重构方法,并基于虚拟仪器技术开发了三维图像重构软件;研究结果显示,基于超声水浸聚焦分层C扫描的数据提取方法能够满足三维成像的要求,所提出的数据重构方法及基于虚拟仪器的三维成像软件能够准确重构扁钢内部层片状缺陷的三维分布,是弹簧扁钢内部缺陷评价的有效方法。     

成像光谱技术的古画隐藏信息提取

目的 古画隐藏信息是包含在画作中的一种微弱信息,对于文物鉴定与修复具有非常重要的意义,如何快速无损准确提取古画中微弱的隐藏信息是目前研究和应用的一大技术难题,本文利用高光谱成像技术快速无损提取古画隐藏信息。方法 对古画进行高光谱扫描成像,得到短波红外波段（1 000~2 500 nm）的高光谱立方体数据,联合多种光谱匹配技术分析古画中人物头冠颜料种类;利用主成分分析技术,提取古画头冠周围涂抹痕迹。结果 通过多种光谱匹配算法对颜料进行分析,确定了颜料种类,并对匹配算法进行了对比,结果表明在颜料混合的情况下,光谱匹配算法仍能够有效的识别出混合颜料的端元种类,光谱信息散度与光谱角的匹配算法SID_SA匹配精度可以达到0.096,相比其他匹配算法,效果最好;利用主成分分析技术分层剥离主要背景信息后,头冠周围位于画作底层的涂抹信息得到了加强,可以有效地区分背景颜料信息与涂抹信息,提取隐藏信息。结论 高光谱分析技术对古画隐藏信息的提取有很好地识别效果,能够准确提取绘画颜料种类,发现绘画过程中的涂抹等痕迹,特别适用于混合颜料的种类识别与画作底层信息提取,发掘画作隐藏信息,为文物保护修复与鉴定提供支持。     

基于HSI颜色模型的特征分类方法研究及应用

在方便面包装过程中经常出现三种调味包丢失的情况,目前主要依靠人工检测识别,因而提出了一种基于HSI颜色模型特征分类方法的识别技术。该技术已在方便面生产流水线上试运行成功。经过8个小时,6万包的现场测试,结果表明,该方法实时性好,准确率高,完全能满足生产工艺要求,提高了整个流水线的生产速度,减轻了工人劳动量。     

基于声表面波技术的导弹健康管理系统研究

针对现有导弹诊断健康管理系统仅适用于电子分系统（部件）的局限性，提出一套面向弹上电子类设备和弹体结构材料的整弹健康管理系统。重点进行了基于稀疏阵列的导弹壳体材料声表面波健康监测方法研究。根据阵列的几何位置及超声信号的渡越时间进行超声成像，实现弹体材料中损伤的定位检测。同时，通过实验研究了弹体材料中声表面波的各向异性传播特性，对成像方法中的波速进行了修正。在此基础上，将该方法应用于典型弹体试件的（硅纤维复合板）健康监测实验中。结果表明，基于稀疏阵列的声表面波技术可以实现弹体试件中损伤成像及定位检测。研究工作为导弹整弹健康管理提供了一种可行的方案。     

基于试验设计的RFID应用组合测试优化研究

作为物联网的核心技术之一, 射频识别(Radio frequency identification, RFID)已广泛应用到多个行业中. 而复杂的应用环境和多样化的产品设备也给RFID应用部署带来了新的挑战. 为了解决RFID应用测试中的组合爆炸问题, 本文提出一种RFID应用组合测试优化方法, 可以在多因子多水平的条件下通过正交设计在所有试验方案中均匀地挑选出最具有代表性的少数试验方案来简化测试, 并利用方差分析法获得各因子对测试结果影响的主次因素和变化规律, 协助使用者迅速建立对输入输出关系的认识. 以RFID标签应用为例进行的组合测试数据分析表明, 利用试验设计方法对RFID应用组合测试的设计方案进行优化, 可以为RFID系统部署提供有益的参考依据.     

支持向量机在超声无损检测中的应用

无损检测设备可以在不破坏对象结构的情况下,检测其内部缺陷,在文物、建筑、大型土木工程中应用广泛,对结构监测和修复起着重要作用。其中,超声无损检测由于其穿透力强、指向性好,在无损检测中占据重要地位。但对于超声无损检测设备,检测不同的材料和缺陷类型时判断规则并不通用,从而导致检测对象有限,或者检测精度太低。对此提出一种基于支持向量机原理的超声无损检测处理方法,该方法具有机器学习能力,通过有限的学习过程,理论上可以完成对任何类型材料及任何类型内部缺陷的的准确识别。针对该方法,搭建了超声无损检测试验台,通过实验验证了该信号处理方法的有效性。     

超声波扫描显微镜应用及发展研究

超声波扫描显微镜是一种利用超声波为传播媒介的无损检测成像设备,相对于传统的破坏性检测,超声显微镜不会对样品造成损伤,更不会影响样品的性能。本文主要介绍了超声波显微镜的发展现状、应用领域和发展等内容。应用领域主要从材料科学检测行业、半导体测试行业、金刚石检测行业、低压电器检测行业和水冷板检测行业。最后,对超声波扫描显微镜的发展进行了展望。随着超声波技术的发展,声频会越来越高,超声显微镜的本领将越来越大。可以预料,它与其他尖端技术结合,将会发挥出更大更独特的作用。     

基于GAN的图像识别系统蜕变测试方法

图像识别是图像处理的重点研究领域,在测试结果难以判定以及数据集样本类别不平衡的影响下,适用于图像识别系统健壮性以及稳定性的测试技术较为欠缺。为有效测试图像识别系统,本文提出将蜕变测试方法用于图像识别系统的测试过程中,依据生成式对抗网络来生成贴近现实的衍生数据以构建适用于图像识别系统的蜕变关系,引入衍生图像质量验证方法与测试结果自动判断方法以构建面向图像识别系统的蜕变测试框架流程。最后,通过车辆识别案例研究验证本文方法的可行性与有效性。实验结果表明,本文方法能检测出图像识别系统在不同场景中的不一致行为,能有效地评估系统健壮性。     

基于VR技术的X射线图像安检危险品自动识别

针对当前X射线图像安检危险品识别方法未采集模糊静态图像目标,导致安检危险品图像呈现效果较差、危险品识别率较低、识别时间较长的问题,提出了基于VR技术的X射线图像安检危险品自动识别方法。通过X射线获取安检危险品成像,采用VR技术采集模糊静态图像目标,利用光学成像原理分层处理模糊静态图像目标,获取模糊静态图像目标亮度层和细...