基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。     

太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

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。     

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。     

复合材料内隐藏分层的太赫兹检测和识别

因为太赫兹技术可以克服传统无损检测技术的局限性,具有穿透普通非金属材料等优点,可被用于分析层状材料的内部结构和内层厚度。本文首先介绍了太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)在透射模式下的工作原理,然后使用Rouard等效界面理论来描述多层结构中波的传播,推导得到透射模式下太赫兹波在三层介质中的理论传输模型。通过太赫兹时域光谱系统对制备的样品进行了透射成像。结果证明样品内部聚氯乙烯(PVC)薄片的位置和形状等信息可以被探测到,从而为探测多层材料内部结构提供理论和实验依据。     

太赫兹光谱成像龋齿检测

龋齿是一种广泛存在的慢性传染病,如果不及时采取治疗措施,可能会引发一系列口腔和人体健康问题,因此龋齿的早期筛查和治疗后的恢复跟踪诊疗非常重要.太赫兹电磁波对牙齿拥有较强的穿透性和非电离辐射,使其成为未来龋齿早筛的重要潜在手段之一.本文使用太赫兹时域光谱成像分析仪对含有龋病的牙齿切片进行了二维太赫兹脉冲透射扫描成像.实验结果表明：由于牙齿中不同组织对太赫兹脉冲的响应不同,该技术可有效对牙釉质、牙本质和牙釉质龋进行区分和检测;采用频域成像分析,也可对牙本质龋进行检测.太赫兹谱学成像技术可为龋齿早期筛查提供一种无电离辐射、非接触、高可靠性的新手段.     

生化药品的太赫兹光谱和红外光谱模拟

用高斯软件对光气、路易氏气、沙林等的红外光谱和太赫兹光谱进行了理论模拟.这三种生化药品红外光谱的模拟结果,说明用高斯软件进行生化药品的太赫兹光谱检测有重要意义,理论模拟的三种生化药品的太赫兹谱为今后用太赫兹辐射探测生化药品提供了重要的信息.     

基于太赫兹光谱的乙二醇含水率检测方法研究北大核心CSCD

乙二醇水分含量检测标准方法为卡尔·费休法,该方法操作繁琐、耗时长,且存在人为误差等缺点,提出基于太赫兹时域光谱技术检测乙二醇中含水率的新方法,采用透射式太赫兹时域光谱系统对不同含水率(0~50)的乙二醇溶液进行测定,获得其时域光谱,计算得到不同含水率乙二醇样本的吸收系数和折射率;采用标准正态变换、Savitzky Golay平滑等方法组合对光谱数据进行预处理,基于处理后折射率和吸收系数建立PCR、PLSR、SVR三种预测模型,通过对比模型的相关系数和均方根误差,选出最优的定量分析模型。结果表明:在基于吸收系数建立的预测模型中,经SNV处理后乙二醇吸收系数的SVR模型预测性能最佳,其预测集R^(2)与RMSEP分别为09941和000451;在基于折射率建立的预测模型中,经S G平滑预处理后乙二醇折射率的SVR模型预测性能最佳,预测集R^(2)与RMSEP分别为09988和000507;均具有较高的预测精度。研究表明,文章实现了乙二醇含水率快速、无损和高精度检测,所提方法能为乙二醇质量快速评价提供技术指导,也为有机溶剂水分含量检测提供一种新思路。     

太赫兹计量研究进展

太赫兹技术的独特性和优越性吸引着众多科学研究者的关注,在生物医药、信息科学、公共安全、量子研究和太空探测等领域具有巨大应用潜力。这些应用的有效性和可信度都需要以太赫兹相关参数的量值溯源为前提。文章以太赫兹光谱、频率、功率和强度等参数为对象,介绍了太赫兹计量研究的最新进展,分析了各种计量技术的特点,以期促进太赫兹计量技术发展,保障太赫兹研究和应用的量值可靠。     

基于THz-TDS的碳纤维复合材料无损检测

基于反射式THz-TDS成像技术对碳纤维缠绕增强复合材料缺陷进行无损检测实验,获得不同缺陷碳纤维样品的成像结果及数据。结果表明,反射式THz-TDS成像技术在0.1～3.5 THz波段对碳纤维复合材料中的热损伤、划伤缺陷、磨损缺陷及孔洞缺陷成像清晰,分辨率较高;且获得的时域波形对样品热损伤缺陷敏感,适用于局部检测对整体性能的判断。     

采用多特征融合的子块自动提取方法

基于可变形模型的目标跟踪算法因其能够处理目标部分遮挡及形变问题成为目标跟踪领域的研究热点。当目标发生形变或部分遮挡时,可变形模型跟踪器可利用未被遮挡的子块继续完成跟踪。现有基于子块的目标跟踪算法均为手动选取子块的个数和尺寸,但在实际应用中,很难为子块的选取提供人机交互的机会,且手动选取子块易受主观因素影响。针对上述情况,提出了一种采用多特征融合的子块自动提取方法,该方法首先采用基于人眼视觉注意机制对目标模板的显著性区域进行度量;其次,利用边缘方向离散度对目标的纹理丰富度进行度量;然后,融合上述特征获得联合适配性置信度,并根据目标的面积和宽高比自适应确定子块的个数和尺寸;最后,根据联合适配性置信度提取目标子块。实验结果表明,与现有手动选取子块的可变形模型目标跟踪方法相比,采用所提方法自动提取的子块可获得更高的跟踪精度。     

一种多特征相结合的三维人脸关键点检测方法

关键点检测是三维人脸识别过程中非常重要的一步,为了提高关键点检测的准确度,提出了一种多特征相结合的三维人脸关键点检测方法。首先对训练集中的三维人脸手工标记关键点,计算三维人脸上每一点的不同特征值,得到每类关键点关于每个特征的均值和方差,其次对关键点和非关键点上的特征进行线性判别分析,得到与每个关键点相关的分值加权向量,将前面得到的均值,方差以及分值加权向量作为线下训练的结果输出。最后对于一个输入模型,结合线下训练的结果得到每个关键点的候选点,利用这些候选点构建人脸结构模型。再根据绝对距离约束,相对位置约束,FLM模型一致性分类,自旋图描述符等方法确定最终的关键点。实验部分,从CASIA-3DFaceV1和FRGC V2.0数据库中选不同姿态,不同表情,姿态与表情混合的三个数据集,对其进行关键点检测。实验结果表明,不同姿态的检测率为94.5%,不同表情的检测率为94%,和其他文献相比,检测率平均提高了20%,并且有着较高的运算效率。     

一种基于多重衡量标准共检的车道线检测方法

针对当前传统车道线检测算法较复杂,适应性及鲁棒性较差,且直-弯车道线检测的准确度较差的情况,提出一种基于多重标准共检的车道线识别方法。对原图像进行灰度化处理后双重设定感兴趣区域(ROI),利用脊度量和Canny检测算子进行边缘特征的提取,双重标准确定直-弯车道线的分界线,利用直-弯车道线模型进行车道线检测。通过实际道路图像对所提方法进行实验验证,车道线检测准确度和拟合程度较高,场景适应能力强,且能够满足实际道路的需要。     

基于多特征融合的行人检测跟踪统计方法

为了避免传统方法行人过线统计的不足,提高视频中人数统计的适用性和有效性,提出了一种基于多特征融合的行人检测跟踪统计方法。首先,采用垂直拍摄的方式获取视频,利用Mean-Shift分割算法分割图像,根据发色信息和头部轮廓特征识别出人头目标区域;其次使用融合多特征的匹配算法对人头进行匹配跟踪;最后通过运动目标轨迹分析估算出监控区域内的人数。实验结果表明提出的算法在保证准确率的前提下,扩大了人数统计的适用性。     

基于多特征加权的SAR影像舰船检测优化方法

针对虚警目标较多的复杂场景中,传统舰船检测算法检测结果精度偏低的问题,提出了一种基于多特征加权的SAR影像舰船检测优化方法。首先,采用标记分水岭算法对SAR幅度影像进行去陆操作;其次,利用基于对数正态分布的恒虚警率算法,得到去陆SAR影像的候选目标;再次,提取候选目标的长宽比、舰船面积和对比度3个特征;最后,提出变异系数法对3个特征进行权重分配,并结合候选目标的归一化特征矢量计算其特征置信度,再确定最佳置信度,去除候选目标中的虚警目标,优化舰船检测结果。为了验证所提方法,选取不同复杂场景的高分三号SAR影像进行舰船检测实验。实验结果表明,所提方法具有可行性和有效性。     

The detection method of low-rate DoS attack based on multi-feature fusion

As a new type of Denial of Service (DoS) attacks, the Low-rate Denial of Service (LDoS) attacks make the traditional method of detecting Distributed Denial of Service Attack (DDoS) attacks useless due to the characteristics of a low average rate and concealment. With features extracted from the network traffic, a new detection approach based on multi-feature fusion is proposed to solve the problem in this paper. An attack feature set containing the Acknowledge character(ACK) sequence number, the packet size, and the queue length is used to classify normal and LDoS attack traffics. Each feature is digitalized and preprocessed to fit the input of the K-Nearest Neighbor (KNN) classifier separately, and to obtain the decision contour matrix. Then a posteriori probability in the matrix is fused, and the fusion decision index D is used as the basis of detecting the LDoS attacks. Experiments proved that the detection rate of the multi-feature fusion algorithm is higher than those of the single-based detection method and other algorithms.     

基于多特征SSA-ELM的调制识别

针对当前通信信号调制识别算法在低信噪比环境下识别率不高、训练速度慢、识别类型受限等问题,提出了一种基于多特征麻雀搜索算法-极限学习机(Sparrow Search Algorithm-Extreme Learning Machine,SSA-ELM)的信号调制识别方法。该方法基于四阶和六阶累积量构造两个特征参数,引入分数阶小波变换,利用分数域小波系数构造特征值,组成三维特征向量后输入SSA-ELM网络进行分类。仿真及USRP(Universal Software Radio Peripheral)采集数据验证结果表明,所提特征参数具有较好鲁棒性,且SSA算法优化后的ELM网络分类性能得到明显提高,在SNR等于6 dB时两种方法识别率均达到90%,且最高识别率达到94%。     

基于约束空间光谱联合的亚像素定位方法北大核心CSCD

针对高光谱遥感图像,提出了一种约束空间光谱的亚像素定位方法。传统的亚像素定位方法以解混的结果作为输入,可能无法充分利用高光谱图像丰富的光谱信息。本文所提出的基于约束空间光谱联合的亚像素定位方法(constraint spatial-spectral subpixel mapping,CSSSM),利用下采样将像素丰度与亚像素丰度显式联系起来,代入线性解混模型得到亚像素丰度求解的新模型。在求解过程中,通过添加稀疏性约束与平滑性约束,以限制亚像素丰度的解空间,亚像素丰度求解更精确。其中,针对亚像素丰度稀疏性先验采用重加权1范数作为新的约束,并自适应地更新权重;针对亚像素丰度空间先验信息则采用全变分(total variational,TV)正则化作为约束,然后使用乘法迭代算法求解亚像素丰度,最后利用赢者通吃的策略进行类别确定。在两个合成数据集上进行了实验,结果表明,本方法能够进一步提高亚像素定位的精度。     

基于激光超声方法的钢轨缺陷检测

针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求,建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上,重点研究了激励线圈阻抗匹配方法,介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统,实现钢轨表面深度不少于0.5 mm缺陷的定位,并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。