基于差分-主成分分析-支持向量机的有机化合物太赫兹吸收光谱识别方法

针对有机化合物的太赫兹时域光谱数据,提出了一种基于差分-主成分分析(PCA)-支持向量机(SVM)的有机化合物识别方法。基于物质样本的太赫兹时域信号计算得到太赫兹吸收光谱,对0.2～2.5 THz频率区间内的数据进行特征提取。在特征提取中,提出了基于差分数据的样本容量扩充方法,并结合PCA进行了特征的提取。利用SVM建立了提取的特征与物质类别对应关系的数学模型,并根据建立的模型对未知样本进行了识别研究。利用所提方法对15种有机化合物的太赫兹光谱数据进行了识别,正确识别率为93.33%。将所提方法与线性判别分析法及吸收峰频率-幅值法进行了对比,结果表明基于差分-PCA-SVM的有机化合物识别方法的正确识别率最高。     

应用太赫兹光谱技术快速无损鉴别中草药品种

确定中药品种是确保中药材质量的第一关。为探索中草药品种的快速鉴别方法,本文应用太赫兹光谱技术结合模式识别方法对6种中草药进行分类鉴别。采集了白附片、大黄、党参、陈皮、麦冬、天麻等6种常用中草药,共得到420组太赫兹光谱数据,在0.2~1.5 THz波段分别采用支持向量机(SVM)、主成分分析(PCA)和支持向量机相结合、线性判别分析(LDA)结合支持向量机等方法对6种中药材进行了定性鉴别分析。结果表明,太赫兹光谱数据结合线性判别分析和支持向量机建立的LDA-SVM中草药品种识别模型最优,模型准确率达100%,对未知样本的鉴别准确率达98.41%。本文的LDA-SVM模型具有较好的鉴别能力,能快速准确地鉴别出中药材的品种,为中草药的质量控制提供了又一鉴别手段。     

利用误差逆传播神经网络法识别几种毒品的太赫兹光谱

在采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对9种常见毒品进行实验研究并得到它们在0.2～2.6THz频率范围的特征吸收谱的基础上,用误差逆传播(BP)神经网络法对9种常见毒品的太赫兹吸收光谱进行了训练及识别。首先,用9种毒品的太赫兹吸收谱训练已经建立的误差逆传播神经网络;然后,选用与训练光谱不同时间测得的9种毒品的太赫兹吸收光谱作为检测光谱,经过二阶导数预处理之后分别输入到训练好的误差逆传播神经网络中进行识别,识别率达到89%。该误差逆传播神经网络模型采用MATLAB语言编制程序。识别结果充分表明,用误差逆传播神经网络可以实现对不同种类毒品的识别和鉴定,为太赫兹光谱技术用于毒品的检测和识别提供了一种有效的方法。     

用支持向量机识别毒品的太赫兹吸收光谱

在采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对9种常见毒品纯品和3种混合物进行实验研究,并得到它们在0.2～2 THz频率范围的特征吸收光谱的基础上,用支持向量机(SVM)对毒品纯品和混合物的太赫兹吸收光谱进行了识别分类.用归一化预处理后的9种毒品和面粉的太赫兹吸收光谱训练libsvm模型.选用与训练光谱不同时间测得的毒品和混合物的太赫兹吸收光谱作为检测光谱,经过归一化预处理之后分别输入到训练好的libsvm模型中进行识别,识别率达100%.识别结果允分表明,用支持向量机可以实现对不同种类毒品的识别和鉴定,为太赫兹光谱技术用于毒品的检测和识别提供了另一种有效的方法.     

基于太赫兹时域光谱技术与PCA-SVM的转基因大豆油鉴别研究

太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术是基于飞秒超快激光技术的THz波段光谱测量新技术,具有较强的光谱分辨本领以及良好的透视性和安全性,在物质检测方面具有广泛的应用价值。文中在采用太赫兹时域光谱技术对转基因大豆油光谱检测的基础上结合主成分分析方法（PCA）及支持向量机（SVM）,构建PCA-SVM模型对转基因大豆油进行鉴别。首先,从样品在太赫兹波段测得的时域光谱中得到其吸光度光谱;然后,将其作为输入源导入PCA-SVM模型中,剔除冗余数据、降低数据维数并鉴别。实验结果表明,所建立的PCA-SVM模型能准确识别校验集,可以准确地对转基因大豆油进行鉴别。研究结果表明:太赫兹时域光谱技术可以实现转基因大豆油的快速、无损检测,在食品安全领域有广泛的应用前景。     

基于太赫兹时域谱分析的常见包裹物屏蔽下食品药品检测方法

食品和药品的检测在民生领域中具有重要的应用价值,为此提出一种基于太赫兹时域谱分析的检测方法.使用太赫兹时域光谱探测技术研究不同包裹物覆盖下物质的太赫兹谱特性,并对高相对湿度条件下的太赫兹样品探测技术进行研究.采用一种简单有效的谱减法处理样品光谱中的水汽吸收干扰,并计算样品在太赫兹波段的折射率和吸收系数.通过计算不同包裹...     

基于Focal-EIOU函数的被动式太赫兹图像违禁物品识别

针对被动式太赫兹安检系统因环境影响导致图像质量波动,从而影响识别算法,导致准确率大幅降低的问题,提出了基于Focal-EIOU损失函数的改进YOLOv4算法,并用被动式太赫兹人体安检图像对刀、枪违禁物品进行模型训练获得模型。建立不同环境、不同位置角度携带刀枪嫌疑物人员的太赫兹图像数据库,采用图像增广的方法构建丰富数据集;将YOLOv4的CIOU loss改进为Focal-EIOU loss,提高算法对太赫兹图像识别的鲁棒性,进而经过训练获得较优的模型。在本文的测试集中,使用改进后的算法训练的模型平均检测精确度(mAP)达到96.4%,检测速度在28 ms左右,交并比(IOU)平均值为0.95,在同等条件下高于常规算法,改善了检测识别的效果。实验结果表明,本文方法能够有效提高被动式太赫兹人体安检系统的嫌疑物识别准确率,有利于该项技术在人体安检领域的推广应用。     

基于光谱编码的太赫兹光谱测量新方法

为了提升太赫兹光谱分析的瞬时性和系统集成度，提出一种超表面光谱编码与计算重建相结合的太赫兹光谱测量方法。利用多种超表面结构的光谱编码器件对入射太赫兹波进行高随机光谱编码，并提出基于字典学习的稀疏恢复算法以实现光谱重建。理论计算和数值仿真表明，在4%噪声水平下，所提方法对乳糖透射光谱的重建误差小于3%，可为片上集成化太赫兹光谱仪的发展提供新途径。     

基于梯度阈值的太赫兹时域信号自适应稀疏算法

胶接结构广泛应用于航空航天等国防领域,但在工艺制作及使用过程可能会产生胶接界面脱粘缺陷和损伤,由于太赫兹无损检测技术对非金属材料良好的穿透性能,已被广泛应用于复合材料的无损检测中,太赫兹无损检测技术在多层胶接结构样件胶层内部缺陷的无损检测方面具有较大优势。利用反射式太赫兹时域光谱系统检测多层胶接结构样件,得到的具有样件内部材料信息的太赫兹时域信号,但信号中还包含了大量的冗余特征和噪声等无效信息,这些无效信息大大降低了信号处理和分析效率。针对这一问题,文中提出了基于二阶梯度法提取太赫兹时域信号有效特征,以飞行时间误差为限制条件基于信号的时域特征自适应确定阈值,稀疏太赫兹时域信号,减少信号中冗余无效信息,实现太赫兹时域信号的有效压缩。然后,通过二值化图像分割识别多高斯恢复信号和太赫兹时域光谱系统检测信号的太赫兹图像缺陷区域。最后,制备具有脱粘缺陷的多层胶接结构样件,开展太赫兹无损检测实验。结果表明：文中算法的数据压缩率达到了81%,相比传统压缩算法离散余弦变换提高了59%,相比主成分分析算法提高了75%,相比K-SVD字典学习算法提高了26%,缩短了约80%的数据计算时间,减小了约95%数...     

基于机器学习的太赫兹光谱分析与识别

国内对转基因作物的监管非常严格,但是对转基因作物的检测缺乏快速准确的计量方法。太赫兹时域光谱结合机器学习分类算法可以实现对转基因作物快速有效地检测识别。通过太赫兹时域光谱技术提取了2种转基因油菜种子和一种非转基因油菜种子的太赫兹吸收谱,朴素贝叶斯算法、基于朴素贝叶斯的自适应提升算法、主成分分析结合随机森林算法、主成分分析结合支持向量计算法被应用于转基因油菜种子的太赫兹吸收谱的分类识别。通过实验对比,基于朴素贝叶斯的自适应提升算法获得了高达96.6%的检测准确率。该研究为运用太赫兹光谱技术手段开展转基因作物的快速检测提供方法参考。     

At the Dawn of a New Era in Terahertz Technology

The National Institute of Information and Communications Technology (NICT, Japan) started the Terahertz Project in April 2006. Its fundamental purpose in the next five years is to enable a nationwide technical infrastructure to be created for diverse applications of terahertz technology. The technical infrastructure includes the development of semiconductor devices such as terahertz quantum cascade lasers, terahertz-range quantum well photodetectors, and high-precision tunable continuous wave sources. It also includes pulsed terahertz measurement systems, modeling and measurement of atmospheric propagation, and the establishment of a framework to construct a materials database in the terahertz range including standardization of the measurement protocol. These are common technical infrastructure even in any terahertz systems. In this article, we report the current status of developments in these fields such as terahertz quantum cascade lasers (THz-QCLs) (with peak power of 30 mW, 3.1 THz), terahertz-range quantum well photodetectors (THz-QWPs) (tuned at 3 THz) an ultrawideband terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) system (with measurement range of from 0.1 to 15 THz), an example of a database for materials of fine art, and results obtained from measuring atmospheric propagation.     

Comparison of Free Space Measurement Using a Vector Network Analyzer and Low-Cost-Type THz-TDS Measurement Methods Between 75 and 325 GHz

Specifications of two measurement systems, free space measurement using a vector network analyzer and low-cost-type terahertz time-domain spectroscopy using a multimode laser diode, have been compared in the frequency region of millimeter/sub-THz waves. In the comparison, accuracy, cost, measurement time, calculation time, etc. were considered. Four samples (Rexolite, RO3003, Ultralam 3850HT-design, and L1000HF) were selected for the comparison of the specifications of the two methods. The acquired data was used to compute the complex permittivity of measured materials. The extracted results by free space measurement agreed well to the ones obtained by low-cost-type terahertz time-domain spectroscopy. This result proves free space measurement that can be assessed as a new method of material characterization in the sub-THz region successfully worked. Furthermore, free space measurement was proved to be suitable for a measurement in a narrow frequency range. On the other hand, low-cost-type terahertz time-domain spectroscopy has features not only low cost but also measurement capability in wide frequency range.     

基于三维石墨烯的可拉伸太赫兹吸波材料

通过将三维石墨烯材料与聚二甲基硅氧烷薄膜相结合,设计并研制了一种宽带可拉伸的太赫兹波吸收材料,设计结构可以使三维石墨烯在聚二甲基硅氧烷层的保护下实现大幅度拉伸。实验结果表明,该吸波材料在0.2~1.1 THz的测试范围内有最高90%的吸收率,同时在20%的拉伸量下复合结构对太赫兹波吸收率基本保持不变,并且在去掉外力时材料样品的结构和性能均可恢复至原始状态。可拉伸太赫兹吸波材料具有带宽大、吸收率高、加工简单以及可大面积制备等优点,在太赫兹吸收器等领域中具有潜在的应用价值。     

低维材料太赫兹探测器研究进展（特邀）

太赫兹技术在无损检测、生物医学、工业检查、环境监测、局域通信和国防安全等领域具有广阔的应用前景。太赫兹系统中太赫兹探测器是其核心器件,其性能决定了太赫兹系统的应用市场,是推动太赫兹技术进一步发展的重要研究方向之一。但是,太赫兹波段较低的光子能量使得实现高速、灵敏的太赫兹探测颇有挑战。随着纳米技术和新材料制备技术的进步,低维材料的高迁移率、宽响应频带等性能为太赫兹探测器提供了新的机遇,低维材料太赫兹探测器得到广泛关注,其主要优势是高灵敏度、宽频带和低噪声,在近年来取得了显著的研究进展。虽然太赫兹探测器已经取得突破性发展,但各类太赫兹探测器仍然存在一些问题。在此背景下,文中从太赫兹探测器的分类出发,简要介绍了测辐射热计、热释电探测器、等离子体共振探测器和热载流子调控探测器的物理机制以及最新研究进展,并展望了未来低维材料太赫兹探测器的发展方向。     

Fishface算法研究及应用

针对人脸识别在学生刷卡系统中的应用要求,选用Fishface方法进行图像处理。处理过程:设有训练样本S,通过S找到一个可以降低识别复杂性和降低噪音的变换,把得到的标有名字的人脸图像经过这种变换后存储到数据库中。识别一个人脸图像时,将图像进行相同的变换处理,用得到的结果与数据库中的各个人脸样本比较,求出欧氏距离或者马氏距离,与最小距离相对应的那个人的名字就是输出结果。并将算法移植到嵌入式ARM系统中,实现学生人脸的动态采集和识别,对30个人脸样本测试后,识别率达到87.502%。     

结合深度迭代缩放卷积神经网络的PRNU提取算法

光响应非均匀性（photo-response non-uniformity，PRNU）是用于数字图像设备溯源的一种重要特征，也被称为成像设备指纹。针对图像真实噪声包含PRNU和大量未知噪声的复杂特性，本文提出一种结合深度迭代缩放卷积神经网络的PRNU数字成像设备指纹提取算法。首先，通过连续重复的缩小与放大特征图的分辨率来提高GPU内存利用效率和生成大的感受野，尽可能的提取包含完整PRNU指纹的真实噪声。然后，利用来自同一数字成像设备多幅图像的噪声残差来估计PRNU指纹。本文算法在相机溯源数据集Dresden和手机溯源数据集Daxing上进行了测试。实验结果显示，与传统方法相比本文算法具有的更好的识别率和普适性。      

连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件无损检测的实验研究

太赫兹无损检测作为一种新型技术,已经成为X射 线和超声无损检测技术的有力补充。太赫兹连续波成像技术可以进行实时成像,其扫描速度 和成像质量都能满足太赫兹无损检测的要求。本文利用连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件 进行了检测,得到了样件不同纵深处的二维太赫兹图像。测试结果表明该系统能测试样件内 部每一层中夹杂异物的位置、分布情况及轮廓,并能对异物的基本属性做出判断。本研究为 太赫兹连续成像系统用于航空、航天、电子等样件的无损检测提供了有借鉴意义的案例。     

基于U-net的被动式太赫兹安检危险品分割方法

针对被动式太赫兹安检系统检测图像识别危险物难度较大、精确度不高的问题,提出一种基于U-net的被动式太赫兹安检危险物分割算法。通过构建危险品的局部结构差异性假设和局部亮度差异性假设定位太赫兹安检图像中危险品可能存在的感兴趣区域(ROI),并选择拥有少量特征通道与神经元的浅层卷积网络针对ROI做图像超分辨处理,最后将图像输入U-net网络,得到质量高、轮廓清晰的危险品分割图像。通过实验证实了本文方法相比传统分割算法准确性有明显提高,有助于提高被动式太赫兹安检系统的危险品识别率。     

基于光热载流子调控的二维材料红外与太赫兹探测器研究进展

红外和太赫兹具有非常广阔的应用前景,在光谱学、成像、无线通信和遥感等领域发挥着越来越重要的作用。但是,由于红外、太赫兹波段的光子能量低,相关的探测遇到很大困难,所以实现高灵敏、高速和高稳定性的红外太赫兹探测是一个具有挑战性的工作。二维材料由于其高迁移率、带隙可调和表面悬挂键少等特点为红外太赫兹探测提供了新的机遇。基于光热载流子调控的二维材料红外、太赫兹探测器的发展方兴未艾。文中主要介绍了目前基于光热载流子调控的红外、太赫兹探测器的最新研究进展,将从材料、器件结构、响应波段和响应机理等方面展开。