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高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究 被引量：2
1
作者 褚致弘 张逸竹 +2 位作者 曲秋红 赵晋武 何明霞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期356-362,共7页
太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫... 太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现了极限空间分辨率约为157μm,去噪后图像极限空间分辨率处的瑞利判据鞍-峰比约为0.623,图像整体对比度为46.635;空间分辨率相比传统成像方法提高了约一倍,对比度提高约26%。研究结果为高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像方式提供了一种新的规范,并针对太赫兹频域较高频区域的图像噪声问题提供了一种新的解决方案。 展开更多
关键词 太赫兹光谱成像 空间分辨率 图像去噪 深度卷积神经网络
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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 被引量：16
2
作者 吴静珠 李晓琪 +3 位作者 孙丽娟 刘翠玲 孙晓荣 余乐 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期358-367,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱及成像技术 农作物种子质量 农作物成分 农作物贮藏 农产品安全
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太赫兹扫描成像在高通量测量铜合金薄膜电导中的应用(特邀) 被引量：1
3
作者 朱煜 颜识涵 +5 位作者 臧子漪 宋盛星 王洁 茹占强 崔洪亮 宋贺伦 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期29-39,共11页
高通量制备与表征对将材料基因组方法应用于先进材料研发制造实践起着关键作用。针对基于材料基因工程的高通量实验技术应用,采用透射式太赫兹扫描成像方法,对样品密度为144个/片的铜合金薄膜材料芯片进行了高通量电导的快速、微区检测... 高通量制备与表征对将材料基因组方法应用于先进材料研发制造实践起着关键作用。针对基于材料基因工程的高通量实验技术应用,采用透射式太赫兹扫描成像方法,对样品密度为144个/片的铜合金薄膜材料芯片进行了高通量电导的快速、微区检测。基于Tinkham薄膜透射方程及Fresnel公式的太赫兹光谱成像表征技术,对不同组分含量铜合金薄膜的太赫兹测量结果与四探针测量数据比较,具有一致的趋势。通过太赫兹成像可以进行同一基底上144个高通量组合铜合金样品点电导的半定量比较。对代表性样品点的电导变化趋势与合金组分含量变化趋势,以及微观组织形貌进行分析比较得到相关对应关系,显示出太赫兹检测方法用于微区高通量金属薄膜电导表征方面的巨大潜力,显著提升研发效率。 展开更多
关键词 材料基因工程 高通量 太赫兹光谱成像 铜合金 电导成像 微区采样
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小波梯度域重建融合法应用于龋齿太赫兹成像 被引量：1
4
作者 柳启航 何明霞 +1 位作者 赵晋武 李岩 《红外技术》 CSCD 北大核心 2023年第8期890-896,共7页
龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹... 龋病是发病率最高的口腔疾病,也是全世界最流行的疾病之一。太赫兹光谱成像技术因具有宽频带光谱分析能力强、空间分辨率高、电离辐射低等优势,有望成为龋病诊断的新技术手段。本文以含牙本质龋的牙齿切片为研究对象,进行反射式太赫兹光谱扫描,以频域幅值为参数对样品的光谱数据做二维重构成像,获得多幅不同频率下的龋齿太赫兹光谱图像。为了解决单一参数所得的龋齿太赫兹图像动态范围小、对比度低,边缘和细节位置模糊不清的问题,采用小波梯度域重建的融合方法,将多幅图像中梯度幅值较大的部分集中于一幅图像上,得到了一幅细节特征更加清晰完整的新图像。实验结果表明,融合后的图像相较于融合前的图像在信息熵、平均梯度以及对比度上均有所提高,不同组织之间的区分效果更加显著。 展开更多
关键词 龋齿检测 太赫兹光谱成像 小波梯度域重建 图像融合
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牙本质龋的太赫兹成像研究
5
作者 李岩 柳启航 +4 位作者 黄葳 段涛 陈朝霞 何明霞 熊宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2374-2379,共6页
牙本质龋与牙髓感染状态及活力密切相关,龋损深度则决定临床治疗方案,但目前牙本质龋的检测及诊断方法如:视诊、探诊容易受到主观因素影响;X线辅助检查对龋病灵敏度低等,都有一定缺陷,可靠性及有效性仍有待提高。太赫兹时域光谱可以利... 牙本质龋与牙髓感染状态及活力密切相关,龋损深度则决定临床治疗方案,但目前牙本质龋的检测及诊断方法如:视诊、探诊容易受到主观因素影响;X线辅助检查对龋病灵敏度低等,都有一定缺陷,可靠性及有效性仍有待提高。太赫兹时域光谱可以利用不同的物理参数成像,在牙本质龋在体、无损检测方面有较大应用潜力。为探索牙本质龋损的太赫兹光谱图像开展本研究。实验通过搭建透射、反射式扫描太赫兹平台,对15枚含牙本质龋离体牙磨片扫描,通过数据二维重构,获得了不同参数的太赫兹透射和反射图像,再将太赫兹图像与实验室研究龋病的光镜图像与X线图像对比、拟合并进行光镜下、太赫兹图像下龋损面积评价。结果表明:太赫兹图像与光镜图像相符,较X线图像灵敏度更高。反射模式下由于太赫兹反射信号较弱,使得样品厚度,表面粗糙程度以及系统噪声对实验结果影响较大,图像仅能辨识样本轮廓,不能用于区分牙釉质、牙本质及牙本质龋。透射模式下的频域1.4 THz相位差成像、时域信号最小值对应的时间成像都能区分牙釉质,牙本质和牙本质龋,可以用来鉴别三者,其中最小值对应的时间成像效果最佳。对光镜下测得牙本质龋损面积与太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图像测得的牙本质龋损面积进行配对样本Wilcoxon符号秩和检验,结果(p>0.05)尚不能认为两种方法测得的牙本质龋损面积有差别,两种方法测量的差值源于系统误差。故可以认为通过太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图像获得牙本质龋损范围、大小等诊断信息。研究表明太赫兹成像技术可以为牙本质龋的早期诊断提供更为精确有效且无电离辐射的诊断方法,为临床数字化、微创去龋提供一定形态学依据。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 牙本质龋 太赫兹光谱成像
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基于THz-TDS反射成像技术的玉米种子活力无损检测研究 被引量：3
6
作者 吴静珠 李晓琪 +3 位作者 刘翠玲 余乐 孙晓荣 孙丽娟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期2840-2844,共5页
应用太赫兹时域光谱反射成像技术结合广义二维相关光谱法探索玉米种子活力敏感太赫兹波段,并结合支持向量机建立快速无损判别种子活力的分析模型。实验以中地77玉米种子为例,采用人工老化方式(40℃, 100%相对湿度)将种子样本分批老化0, ... 应用太赫兹时域光谱反射成像技术结合广义二维相关光谱法探索玉米种子活力敏感太赫兹波段,并结合支持向量机建立快速无损判别种子活力的分析模型。实验以中地77玉米种子为例,采用人工老化方式(40℃, 100%相对湿度)将种子样本分批老化0, 1, 2, 3, 4天制备不同活力的种子样本,并按照GB/T 3543.4—1995进行种子发芽实验;同时采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件采集上述不同老化程度种子样本的太赫兹光谱图像。由于玉米种子的胚乳和种胚的成分差异显著,为探究种子不同组织在老化过程中与活力的相关性,本实验首先采用双高斯滤波器对THz图像中的像素点光谱消噪、峰峰值差分重构图像增强以及阈值分割等预处理无损提取玉米种子不同组织太赫兹吸光度谱。然后以老化天数为扰动量,针对上述提取的样本胚乳和种胚光谱分别作广义二维相关分析,根据实验中同步谱和异步谱中自动峰与交叉峰位置初步解析,可得到与种子活力关系密切的THz波段主要集中在75和36 cm^-1区域,同时75和36 cm^-1处的光谱信息存在强烈的协同变化且变化方向一致。种子活力与老化天数密切相关,因此根据老化天数分别建立了基于胚乳和种胚吸光度谱的五分类支持向量机模型用于种子活力定性判别,但是其判别准确率仅为59.34%和71.28%,表明该模型无法精细划分种子五个活力等级;实验进一步根据GB4401.1—2008以玉米种子发芽率85%为阈值划分活力高低等级,建立二分类种子活力判别模型,可得胚乳和种胚测试集识别准确率分别可达88.61%和91.73%,模型性能显著提升,增强了THz技术用于种子活力无损粗筛的可行性。实验结果表明:太赫兹反射成像技术以其丰富的指纹谱、低能安全以及图谱合一等特性,有望成为单粒种子活力快速无损测定领域一项崭新、有力的补充技术。 展开更多
关键词 玉米种子 种子活力 太赫兹时域光谱反射成像 二维相关光谱 支持向量机
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基于THz时域反射成像技术的玉米种子淀粉分布可视化研究 被引量：1
7
作者 李阳 李晓琪 +4 位作者 杨佳滢 孙丽娟 陈媛媛 余乐 吴静珠 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2722-2728,共7页
为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系,以玉米种子主要成分淀粉为研究对象,将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合,无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。以郑单958玉米品种为例,实验通过人... 为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系,以玉米种子主要成分淀粉为研究对象,将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合,无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。以郑单958玉米品种为例,实验通过人工老化方式(40℃,100%RH)制备老化0、18、36、54、72 h的种子样本,采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。以16.35 cm^(-1)下THz图像为基准,采用阈值分割法精确提取种子胚乳、种胚区域,通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异,且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm^(-1)附近存在明显的共同吸收峰。应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20,移动步长为10),逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数,并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图,可视化构建玉米种子淀粉分布图。实验统计5个老化阶段、6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得:在29.83~67.36 cm^(-1)区间内,种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势,即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。实验结果表明:太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测,该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系,无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。 展开更多
关键词 玉米种子 太赫兹时域光谱反射成像 相关系数成像法 移动窗口 淀粉
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