连续波太赫兹成像系统的单幅图像超分辨重建

针对现有的太赫兹成像系统所需硬件设备复杂且昂贵的问题,设计了基于单幅图像超分辨重建的连续波太赫兹成像系统,降低设备复杂度和硬件成本。通过对该成像系统生成的太赫兹图像进行双维度预处理,降低图像处理的占用内存,提高后续处理速度。引入限制对比度自适应直方图均衡方法对太赫兹图像进行分区域对比度提升,有效解决太赫兹图像对比度低的问题。利用稀疏表示和字典学习实现太赫兹图像的超分辨重建,提出了反余割拟牛顿平滑零范数的算法解决零范数优化问题,提高了重建精度。通过对该成像系统采集的单幅太赫兹图像进行超分辨重建,在边缘强度上提高了3.232,在平均梯度对比中提高了0.300,验证了对单幅太赫兹图像超分辨重建的有效性与优越性。

反射式连续波太赫兹成像系统(英文)

采用1.89 THz的连续太赫兹波作为光源,124×124像素的热释电相机作为探测器,论证两种加入及未加入分光片的简易太赫兹反射成像装置.为评估这两套系统的性能,分别利用其对一枚人民币5角硬币进行成像.实验结果表明,与没有插入分光片的系统相比,插入分光片的系统可解决成像畸变问题,成像质量较高.

大孔径太赫兹波成像光学系统设计

太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征,被广泛应用于探测领域,因此,设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先,以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构,应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程,给出了系统初始结构参数求解函数和方法,再结合光学设计软件进一步校正系统像差,最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成,焦距为70 mm,F数为1.4,全视场角为8°,在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数(MTF)值均大于0.32,各视场内的弥散斑均方根(RMS)半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明,本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点,满足设计要求,它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。

太赫兹连续波成像及光子晶体光纤表面等离子体共振传感探究

太赫兹连续波成像和光子晶体光纤表面等离子体共振传感技术是两个非常有前途和潜力的领域,它们可以为科学和工程社区提供重要的工具和技术,以推动创新和发展。本文主要围绕太赫兹(THz)连续波成像及光子晶体光纤表面等离子体共振传感展开论述,先后分析了THz连续波成像系统、大孔径微流体通道PCF-SPR传感、基于液芯PCF-SPR温度传感,最后还进行了实验分析,希望可以对提高相关领域的技术有所帮助。

开展可见光—红外线—太赫兹波成像系列实验培养解决真实问题人才

物理学的研究成果有力推动了三次工业革命的发展。进入新世纪以来,量子计算、低维物理、量子探测等现代物理研究成果正在促进第四次工业革命暨工业4.0向纵深发展。笔者在大学物理实验中规划布局多层次物理实验题目,以开展可见光-红外线-太赫兹波探测与成像系列实验为例,介绍了学生深刻理解不同波段的电磁波在新旧产业领域应用性的异同。这一教学模式有利于学生掌握近现代物理成果与实验综合技能,培养他们成为解决新产业领域面临的真实问题的新理工科人才,从容面对新技术革命与职业选择。

基于BWO连续太赫兹波成像系统的无损检测

介绍了一种基于返波管(BWO)的太赫兹波成像系统。BWO连续太赫兹波成像是一种新的无损检测方法。实验过程中把样品放在X-Z二维电控平移台上进行扫描成像,透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器接收,然后经过电脑成像。给出了应用0.71 THz的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡、校园卡的内部结构和对隐藏在信封内硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像实验研究事例,并且测知该系统能够分辨出直径最小为1.5 mm的小孔。这项工作揭示了使用BWO连续太赫兹波成像系统在无损检测和安全检查领域是有效的。

太赫兹波段介质电磁参数测量与提取对比研究

本文完善了基于太赫兹时域光谱系统和基于矢量网络分析系统材料参数测量的一般理论,在2类系统的交叉频段,建立了相同准光学参数的测量条件,对比分析了2类系统信号参数测量和理论提取的过程。实验验证了在光子学和电子学的重叠区域,不同测量系统在相同测量条件下,能够获取趋于一致的测量结果,证实了结果的准确性只取决于物理模型、理论方法和测量条件是否匹配。提炼出采用单次时域法同时适用于时域系统和频域系统参数测量和提取的适配条件,并形成匹配条件经验理论公式,用于判断材料太赫兹参数测量结果的可靠性。

基于太赫兹气体激光器的连续波成像系统性能分析(英文)

实现了基于光泵浦远红外气体激光器和高莱管探测器的连续波太赫兹成像.从太赫兹光学器件的选择和配置角度讨论了成像系统的设计和搭建流程.详细测试了系统在信噪比、空间分辨率、探测器响应和成像速度方面的性能指标.利用该系统采集了一系列样品的太赫兹透射图像,实验结果验证了系统的成像效果,揭示出太赫兹成像技术在安全检查和质量控制方面的应用可行性.为了消除激光器功率漂移对图像质量的影响,提出了一种对图像背景区强度进行自动校准的数据处理方法.

超宽带太赫兹调频连续波成像技术

太赫兹调频连续波成像技术具有高功率、小型化、低成本、三维成像等特点,在太赫兹无损检测领域受到了广泛关注。然而由于微波及太赫兹器件限制,太赫兹信号带宽难以做大,从而制约了成像的距离向分辨力。虽然高载频可实现较大宽带,但伴随的低穿透性和低功率会限制太赫兹调频连续波成像系统的应用场景。因此,聚焦于太赫兹波无损检测领域,提出一种时分频分复用的114~500 GHz超宽带太赫兹信号的产生方式,基于多频段共孔径准光设计,实现超带宽信号的共孔径,频率可扩展至1.1 THz。提出一种频段融合算法,实现了超宽带信号的有效融合,距离分辨力提升至460μm,通过人工设计的多层复合材料验证了系统及算法的有效性,并得到封装集成电路(IC)芯片的高分辨三维成像结果。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

线阵式探测器连续太赫兹波层析成像技术

太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波对包括人体的样品无害的穿透性进行投影成像并采集产生的数据,通过重建算法获得样品的二维截面图的重构。设计并搭建了基于线阵式探测器的连续太赫兹波成像系统且该系统设备复杂度和硬件成本较低,通过采集不同角度的太赫兹透射成像线阵,得到了待测样品的太赫兹扫描图像,利用滤波反投影算法重建待测样品的二维横截面图。实验结果显示,搭建的系统能够对成像面积为143 mm×143 mm的样品实现层析成像,单次成像时间3分钟;与传统的面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统相比,成像范围增加了459%,成像时间减少了80%。进一步探索了基于线阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。

太赫兹真空器件中超深金属慢波结构的微加工技术

太赫兹真空电子器件物理结构尺寸变化随着波长的减小而减小,对微小结构的尺寸精度与表面粗糙度要求也大大增加。随着器件频率进入到太赫兹频段,慢波结构的深度达到几十微米或者百微米量级,加工的难点主要有:材料为金属,结构超深,表面粗糙度要求达到几十纳米量级,微电铸后金属含氧量极小,结构密度大不漏气,经得起后续近千摄氏度的高温处理工艺等。文章介绍了太赫兹频段下器件慢波结构的加工方式,着重讨论利用深反应离子刻蚀(DRIE)技术和紫外−光刻、电铸(UV-LIGA)技术加工超深金属慢波结构的技术和和特点,并介绍了本实验室利用UV-LIGA加工折叠波导的研究进展。

基于连续太赫兹波药物片剂孔隙率检测

药物片剂中气孔体积与药片在自然状态下的总体积之比被称为孔隙率。药物片剂在生产过程中,由于原料的理化性质、人为因素和环境因素的影响,气孔的形成是不可避免的。孔隙率是药物片剂的一个重要特性,孔隙率的大小会影响片剂的崩解、溶解和生物利用度。目前常见的药片孔隙率检测手段如压汞法、氦比重法、红外光谱法等等,均无法实现药片孔隙率的无损、快速检测。为此提出一种利用连续太赫兹波对单个药物片剂进行孔隙率检测的方法,分别用两种标准规格的平面药物片剂作为研究对象,使用矢量网络分析仪在500~750 GHz的频率范围内测量通过每个药片传输的信号,从测得的S参数中提取出每个片剂的包裹相位值,然后对包裹相位值进行相位展开和校正以得到片剂的真实相位值,并通过计算药物片剂与空气的相位差得到药片的有效折射率。同时使用零孔隙率近似(ZPA)的理论模型将药片有效折射率和孔隙率联系起来。使用矢量网络分析仪测得并计算两种药片的孔隙率与采用气体置换法测量的标准孔隙率的相对误差分别为7.3%和5.3%,实验结果表明利用连续太赫兹波检测药片孔隙率的方法具有可行性。太赫兹波检测药片孔隙率的方法简单、实用,并能做到无损、快速检测,为今后药物片剂制造生产中的快速、灵敏和无损孔隙率测量工作奠定基础。

基于太赫兹成像的输送带撕裂检测与分类识别研究

针对现有输送带撕裂检测方法存在灵敏度和安全性能低,且无法消除复杂工作环境带来的影响等问题,提出了一种基于太赫兹成像技术的输送带撕裂检测方法。设计并搭建了连续波太赫兹反射式成像系统,采集输送带撕裂的太赫兹图像;对原始图像进行滤波等处理获得低噪声太赫兹图像;最后搭建了基于机器学习太赫兹图像自动分类识别系统,该系统通过提取太赫兹图像的灰度直方图统计特征和几何特征,构建太赫兹图像特征库,并利用特征选择去除特征冗余,最终结合分类器实现对输送带撕裂种类的自动分类与识别。结果表明:通过太赫兹反射式成像系统对输送带进行成像实验,验证了太赫兹波成像技术检测输送带撕裂的可行性;太赫兹图像自动分类识别系统实现了对输送带3种撕裂种类的自动分类与识别,在组合特征下,使用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的分类准确率可达91.6%。

基于多频段拼接的高分辨率太赫兹成像技术

为解决带宽限制导致的太赫兹调频连续波成像纵向分辨率低的问题,提出一种适用于线性调频体制的多频段拼接的方法。该方法基于参考信号的非线性补偿算法,改进传统宽带时域合成算法,在非线性校正的同时实现各频段信号频率和相位上的连续性,无需再进行频移和相位补偿。搭建0.11~0.75 THz 5个频段线性调频成像系统进行实验验证,结果表明,该方法显著提高太赫兹成像纵向分辨率,同时提高材料介电常数测试精度,未来可应用于材料测试领域。此外,设计了表面台阶型样品和多层胶粘的内部缺陷样品进行成像,证明融合信号的图像包含更多的细节,样品的每一层分离得更为明显,高度差仅0.2 mm也能清晰地分辨,能够满足高精度无损检测的需求。

连续太赫兹波成像系统检测酚醛泡沫材料中的缺陷

主要研究连续太赫兹成像系统检测不透明酚醛泡沫材料中的缺陷。在酚醛泡沫中插入不同直径的铁丝,然后利用透过泡沫的信号强度变化来检测泡沫内部的铁丝,实验结果能探到的最小铁丝直径为0.4mm。表明连续太赫兹波成像技术在探测不透明酚醛泡沫材料内部缺陷方面具有很大的应用前景。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。