基于太赫兹成像技术的发芽葵花籽无损检测研究

发芽葵花籽中脂肪和蛋白质等营养物质的含量会减少,影响油脂产品的产量及品质,因此需要保证葵花籽的品质安全。在对发芽葵花籽进行检测研究时,通常需要剥除葵花籽的外壳,破坏样本,这一操作不利于后续的贮藏加工。文章对发芽葵花籽的带壳无损检测方法进行了研究,采用太赫兹透射成像技术结合最大峰值(Max Peak Size)图像重构方法获取发芽葵花籽图像,应用自适应阈值分割法提取图像特征,应用连续投影(Successive Projections Algorithm,SPA)算法提取光谱特征,并通过串行融合实现特征融合,采用误差反向传播(Back propagation,BP)神经网络算法建立了发芽葵花籽在不同频率段内的识别模型。结果表明,采用SPA-BP算法建立的基于融合特征的发芽葵花籽识别模型效果较好,模型整体识别准确率为100%。由此可得,利用太赫兹时域透射成像技术可以实现发芽葵花籽的带壳无损检测,这对未来带壳油料作物品质的无损检测提供新思路。

太赫兹时域光谱及成像技术在农作物品质检测中的应用研究进展

太赫兹辐射以其独特的技术优势,如瞬时性、宽带性、相干性、低能量性、穿透性和吸收性,受到了全世界各国政府、高等院校、科研机构等的高度重视并日趋成为生物医学、材料科学和物理学等领域的新兴研究热点。农作物成分如水分、蛋白、脂肪、淀粉等理论上在太赫兹谱区有较为丰富的吸收;太赫兹波的低辐射特性对农业生物样本检测更为安全;太赫兹波的穿透特性对带包装样本、包衣样本的检测又独具优势;太赫兹时域光谱与成像技术结合还可以进一步对农作物样本的组织形态进行辨别评价,因此太赫兹波技术逐渐成为农作物品质检测领域一项极具应用潜力和应用前景的前沿分析技术。简述了太赫兹时域光谱及成像技术的基本原理,聚焦于太赫兹时域光谱及成像技术在农作物品质检测领域的应用研究现状,对该技术在农作物种子质量鉴别(如品种、转基因和活力)、农作物成分分析(如糖类、水分和淀粉),农作物贮藏品质判别(如新陈度、劣变和虫蚀)以及在农产品安全检测(如农药残留、非法添加物和异物)方面的新近研究工作和进展进行归纳总结,并展望了该技术在农作物品质检测领域的应用前景和发展趋势。

基于太赫兹反射成像技术的花生空果无损检测

目的基于太赫兹反射成像技术(Terahertz reflection imaging method,THz-RIM)实现花生空果的无损检测。方法利用太赫兹脉冲光谱仪TeraPulse 4000及反射成像附件和采集软件,在0.2 mm采集步长下对去壳花生仁进行太赫兹反射成像预实验,确定出正式实验的图像颜色模式为hot模式。人为制备若干个花育36号满仁花生果样本和空果样本(仅有一粒花生仁),在与预实验相同的条件下采集样本光谱图像,以时域/频域2点外相加成像(integrated time slice)重构方式进行图像重构,突出花生空果样本图像的显著几何特征。结果通过太赫兹反射图像可以实现满仁与花生空果样本的检测区分,但图像细节仍然比较模糊,需进一步提高图像清晰度。采用数字图像方法进行图像增强,利用OpenCV-Python提高图像的亮度、色度、对比度及锐度。提升对比度后的图像可观测度最高,且空果图像中含仁部分黑色面积占比最大,与空果部分对比最为明显,可以实现空果及满仁花生果的快速区分。结论THz波对花生外壳具有良好的穿透性,利用THz-RIM技术结合OpenCV-Python数字图像处理方法进行花生空果带壳无损检测具有可行性,利用太赫兹光谱技术对油料作物内部品质进行无损检测研究具有极大潜力。

非制冷太赫兹成像探测技术研究进展

非制冷太赫兹成像探测技术作为太赫兹研究领域的重要组成部分,目前已成为各国研究的热点之一。本文综述了近年来国内外非制冷太赫兹成像探测技术的研究进展,着重介绍了基于光热效应的微辐射热计和基于光子效应的场效应晶体管太赫兹探测器及其成像技术研究进展,分析了非制冷太赫兹成像探测器的现状及发展前景,对于研究非制冷太赫兹成像探测技术及应用具有一定的参考价值。

太赫兹波技术在药学上的应用研究

太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源,太赫兹时域光谱技术是利用太赫兹脉冲研究物质物理化学性质的一种新兴光谱技术,具有很多独特的性质。由于很多极性生物大分子的振动和旋转能级都处于在太赫兹波段内,因此利用太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术研究药品的结构,分析药品的成分,对控制药品的质量稳定性具有重要的意义。综述了近些年来太赫兹技术在药品领域上的应用成果,探讨了存在的问题,并对发展前景进行了展望。

太赫兹技术进展及其在工业中的应用

近年来,太赫兹技术日渐成熟,工业应用领域不断扩大,市场上出现了越来越多的太赫兹产品。本文主要分析太赫兹技术的发展,并对未来太赫兹工业应用市场进行中期和长期展望。

纤维增强复合材料太赫兹成像无损检测

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料,获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像,从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明,太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限,主要是因为碳纤维具有导电特性,导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节,太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。

太赫兹电磁生物效应及生物表征技术研究

太赫兹因其自身优异的穿透性和非电离特性受到研究人员的广泛关注。本文根据研究对象属性的不同,将太赫兹生物效应分为细胞膜的通透性、离子通道和基因表达三个层次的内容;又介绍了生物神经信号的研究进展;最后根据检测方式和信号处理方法的不同,将太赫兹生物表征技术分为太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术两大类。目前,太赫兹生物领域的研究尚处于起步阶段,本文尝试较为全面的对太赫兹生物效应、生物神经信号以及生物表征技术等领域的成果进行归纳和总结,旨在为太赫兹生物方面的研究提供参考。

毒品检测中的“新武器”——太赫兹技术

THz辐射是电磁波谱上新开发的最后一个频率窗口,具有独特的性质,在物理、化学、生物医学、通信、雷达、安全检查等各方面都有广阔的应用前景。由于许多毒品及其相关材料在THz波段具有特征吸收,许多非金属、非极性材料对THz波时透明的,且THz波具有低能性,THz技术在安检中具有巨大的应用潜力。本文重点介绍了THz时域光谱技术和成像技术在毒品检测和识别方面的研究应用,初步探讨了该技术在毒品识别领域应用中的可行性、有效性及今后的发展方向。

太赫兹技术在中药研究领域的应用现状述评

太赫兹波因其频谱分辨性、穿透性、安全性和独特的生物效应,具有非常重大的科学探索价值和潜在的应用价值。近20年来,太赫兹技术逐渐进入了中药研究领域。文章从太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术、太赫兹成像技术和太赫兹波的生物效应3个方面,对太赫兹技术在中药研究领域应用的现状进行了评述,并以多学科交叉的视角提出了新的研究思路。为理工科专家学者们提供了中医药理论的支持,为中医药工作者们引介了太赫兹技术这一强有力的研究工具。

太赫兹技术在文化遗产实践中的应用

太赫兹技术因具有透视性、低能性、光谱分辨和时间分辨等特性而广泛应用于无损检测领域。对于珍贵的文物来说,太赫兹技术具有很高的实用价值。太赫兹技术不仅能够探测组成文物材料的光谱信息,也能够通过成像的方式探测文物的内部结构,这些结果能够为后续的文物修复提供数据支撑。归纳总结了太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术在国内外的一些研究成果,这些结果表明太赫兹技术在无损和原位检测方面有着广阔的应用前景。太赫兹技术与国家文物保护的需求相契合,有助于切实解决国内文物修复的问题,具有一定的推广价值,对国家文物保护具有重要意义。

基于THz光谱成像的纸币真伪鉴别研究

根据纸币防伪特征区域载体材料与制作工艺的不同,利用透射式太赫兹脉冲成像技术对2005版真伪百元人民币的白水印和安全线两处防伪特征区域进行逐点扫描获取相应的太赫兹时域信号,然后对太赫兹波形进行数据处理获得时域显示模式成像及频域显示模式成像。将真钞和假钞的成像结果进行对比,发现白水印、安全线部位的真假钞成像结果区别明显,证实太赫兹脉冲成像技术能够真实、有效地对真假人民币进行多区域、多维度的准确鉴定。

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。

太赫兹光谱技术在安全检查中的应用及研究进展

太赫兹波(THz)是一种波长0.03~3.00mm的电磁波。由于其具有高穿透性、指纹谱特性及生物安全性等独特的优势,在安全检查、航空航天、生物医学、天文考古、雷达通信等领域展现了巨大的应用前景,其中在安全检查领域中对爆炸物及刀具、枪支等危险品的检测更是近年来国内外关注的热点问题。该文基于经典的太赫兹光谱、成像检测技术,对太赫兹波在侦检不同爆炸物及刀具、枪支携带研究中的最新进展进行综述,以分析当前太赫兹波技术用于安全检查中亟待解决的问题并进行展望。

陶瓷基复合材料的太赫兹无损检测方法

提出了一种时频域多模式新光谱成像方法,对内含缺陷的4种陶瓷基复合材料(CMC)样本实现了无损检测,形成了检测样本的太赫兹图像库,并引入5个图像质量的客观综合评价指标,通过指标融合处理选出了质量较佳的太赫兹图像。基于尺度不变特征变换与K均值聚类实现了该图像的检索。实验结果证实,该方法可有效地对CMC不同位置处的不同宽度缺陷进行成像检测。

基于LDA-CPSO-SVM优化的多层胶接结构脱粘缺陷识别方法

将太赫兹时域光谱技术与支持向量机算法相结合,对多层胶接结构的脱粘缺陷识别方法进行研究。一方面通过线性判别分析法对太赫兹时域光谱系统提取的14种太赫兹时域特征参数进行降维,使多层胶接结构胶层中正常区域、脱粘区域及边缘区域的分类精度提高了20.3%;另一方面采用混沌粒子群法对支持向量机的核函数进行寻优,使胶层Ⅰ分类正确率提高了18.92%、胶层Ⅱ分类正确率提高了9.85%。基于所构建线性判别分析法参数优化后的混沌粒子群支持向量机优化算法对多层胶接结构进行多特征成像,研究结果表明该成像方法能够有效的区分胶层的正常区域、缺陷区域和边缘区域,与传统的太赫兹单特征成像技术相比,提升了50%以上的脱粘缺陷识别率,对于胶层Ⅰ的识别率为91%,胶层Ⅱ识别率为92%,大大提升了多层胶接结构脱粘缺陷的识别能力。

连续场景太赫兹数字全息三维重建图像的参数影响

采用压缩感知太赫兹数字全息技术进行连续场景的三维重建,其中,影响重建结果的控制参数主要有迭代次数和稀疏限制参数。首先,仿真重建了三个层面的连续场景与分立场景全息图,并进行了对比分析。其次,改变迭代次数,给出重建结果随稀疏限制参数的变化曲线,找到本次实验的最佳控制参数。仿真结果表明,当重建平面数目为4,迭代次数为300次,稀疏限制参数为不大于0.02时,重建图像的质量较好。

压缩感知三维重建算法控制参数对太赫兹数字全息再现的影响

太赫兹三维成像技术是太赫兹成像技术的重要研究方向,因为基于样本的三维图像可以获取比二维图像更丰富的分布信息。影响压缩感知方法三维重建结果精度的算法控制参数主要有迭代次数和稀疏限制参数。利用主观及客观评价法,首先分析了理想情况下迭代次数和稀疏限制参数对再现结果的影响。考虑到实际目标板的不均匀等现象会引入噪声,因此研究了存在高斯噪声时再现算法控制参数对再现结果的影响。结果表明:当迭代次数均为200次,理想情况和高斯噪声方差分别为0.0005和0.001时,稀疏限制参数分别为0.02、0.1、0.1。

Pixel for Passive Terahertz Imaging System （PTIS） at the Base of Josephson Junction in Self-Pumping Regime

The use of Josephson junctions （JJ） in self-pumping mode as one of the heterodyne detection method can stay the new trend for design modern passive terahertz imaging system （PT1S）. Combination superconductive and semiconductor technologies on the one substrate in any case will born principal trend of the critical electronic technologies, including the realization superconductive JJ near the gate of a semiconductor transistor. Further development will allow to realize the PTIS system with electronic tuning of the receiving frequency. At the same time there exists yet additional new possibility to measure the frequency of the receiving signals （very briefly） on JJ.