山东科技大学电子信息工程学院, 青岛市太赫兹重点实验室, 山东 青岛 266590
随着人口的增长和社会的迅速发展, 水资源短缺和水污染问题日益严重。 水质分类作为水质污染评估工作中的一项重要环节, 其意义和作用也更加突出。 基于太赫兹衰减全反射(THz-ATR)光谱和模式识别技术, 提出了一种水质分析模型。 利用太赫兹时域光谱系统和衰减全反射模块测量了纯净水、 自来水、 河水、 海水A和海水B五种水样的太赫兹衰减全反射光谱, 通过光学参数提取模型获得0.2~1.0 THz频率范围内五种水样的折射率、 吸收系数、 介电常数实部和介电常数虚部。 利用主成分分析(PCA)对折射率进行降维和特征提取, 分别作出样品在第一、 二主成分上的二维得分图和前三个主成分上的三维得分图, 结果显示, 基于折射率的主成分得分图可以明显的区分不同的水样。 为了进一步对不同水样进行准确分类, 将降维之后的数据输入到支持向量机(SVM)中构建水样分类模型, 每种水样随机选取其中的五分之三作为训练集, 剩余的数据作为测试集, 同时引入网格搜索(GridSearch)、 遗传算法(GA)和粒子群(PSO)三种优化算法对支持向量机参数进行优化。 结果显示, 基于网格搜索算法的支持向量机最优参数c和g分别为1.414 2和2.0, 准确率为99.0%; 基于遗传算法的支持向量机最优参数c和g分别为1.675 4和5.966 5, 准确率为99.5%; 基于粒子群算法的支持向量机最优参数c和g分别为3.154 9和12.589, 准确率为100%。 可以看出, 使用不同的优化算法得到的最优参数不同, 所构建的支持向量机分类模型都可实现正确的分类, 且分类准确率均高达99.0%以上。 研究结果表明, 利用粒子群优化算法基于折射率构建的PCA-SVM分类模型效果最优, 可以准确识别不同水样, 为水质分类奠定了基础。
太赫兹 衰减全反射 主成分分析 支持向量机 Terahertz Attenuated total reflection Principal component analysis Support vector machine
1 无锡职业技术学院物联网技术学院,江苏 无锡 214121
2 江南大学物联网工程学院,物联网应用技术教育部工程研究中心,江苏 无锡 214122
依据LED芯片图像构图单一,灰度不均匀的基本特征,提出了一种针对这类图像的新的局部自适应阈值分割算法,实现晶粒分割与计数统计。在阈值的设计中,一方面考虑了图像整体区域灰度特征,同时利用区域与区域中心对比度不同,设计了区域对比率来表示这一特性,通过局部均值和中心点区域对比率来自适应调整阈值的大小,识别出晶粒的准确位置。为了剔除不合格晶粒和噪音干扰,应用基于腐蚀和膨胀操作的图像形态学方法对分割后晶粒进行滤波处理,通过晶粒面积来确定有效晶粒个数。实验结果表明,本算法在晶粒计数效率和精度方面,取得了较好的结果。
发光二极管芯片 对比度 阈值 形态学 LED chip contrast threshold morphology
山东科技大学 太赫兹研究中心 青岛市太赫兹技术重点实验室, 山东 青岛 266950
近20年, 太赫兹科学技术发展迅速, 太赫兹波与物质之间的相互作用成为研究热点。理论推导并实验验证了一种提高太赫兹波段材料折射率、吸收系数等参数测量精度的方法。以两种厚度的高密度聚乙烯板(3.5 mm、5.0 mm)为样品, 将不等光程测量法与常规太赫兹时域光谱测量方法进行比较, 分别获得了0.5~2.5 THz频率范围的高密度聚乙烯的折射率和吸收系数, 结果显示两种方法测量样品的折射率和吸收系数有较大的差异。常规法和不等光程法得到的折射率分别为1.505和1.483。常规法在1.465 THz附近出现一个峰值, 而不等光程法得到的吸收系数在1.166 THz和2.431 THz出现特征吸收峰。证明不等光程法能更加精确提取材料光学参数, 并可以揭示常规方法无法测得的材料特征吸收峰, 为太赫兹波段精确测量材料光学参数提供了新的方法。
太赫兹时域光谱技术 光学参数 折射率 吸收系数 terahertz time-domain spectroscopy technology optical parameters refractive index absorption coefficient 红外与激光工程
2017, 46(4): 0417002
1 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，农业部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
2 福建省特种设备检验研究院, 福州 350008
3 黑龙江八一农垦大学信息技术学院, 大庆 163319
构建了基于彩色相机和光学混合探测(PMD)相机的多源视觉系统，旨在建立具有真彩色信息的果树冠层三维点云模型，为果树的剪枝、疏花疏果和采摘等果园管理提供技术支持。针对PMD相机获取的目标场景三维点云，结合PMD相机的幅度图像和密度聚类算法提取有效点，利用前期研究的图像配准方法得到多源图像之间的坐标转换关系，完成了果树冠层多源信息融合。通过主成分分析法得到较好的初始位置，再采用最近点迭代算法，实现两组三维点云之间的拼接。对自然场景下的开花期和坐果期的果树冠层三维点云拼接方法进行了实验验证，结果表明多视角三维点云拼接误差为2.62 cm，可以较好地弥补单个角度下拍摄造成的数据缺失，实现了果树冠层完整的三维显示。
机器视觉 果树冠层 信息融合 三维点云拼接 最近点迭代法 光学学报
2014, 34(12): 1215003
1 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室, 农业部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
2 黑龙江八一农垦大学信息技术学院, 黑龙江 大庆 163319
3 河北农业大学信息科学与技术学院, 河北 保定 071001
为了实现苹果树冠层的三维重建，指导智能剪枝、疏花和采摘，构建了集成光学混合探测(PMD)摄像机和彩色摄像头的图像采集系统，研究了不同生长时期的多源图像配准方法。从相似度评价指标和PMD图像的像素可靠性两个方面来描述果树不同生长时期图像的不同特征。结合图像的特征信息，提出了应采用基于深度信息的多源传感器标定技术，实现果树从开花期到成熟期的图像配准；对休眠期到发芽期的果树图像应采用基于图像特征的多源图像配准算法。对自然场景下的成熟期、休眠期、开花期果树图像共90组进行图像特征分析和不同配准方法试验验证，成熟期和开花期的匹配率达到100%，休眠期的匹配率达到86.11%。
机器视觉 多源图像配准 光学标定 光学混合探测标记图像
山东科技大学太赫兹研究中心 青岛市太赫兹技术重点实验室, 山东 青岛 266590
太赫兹(THz)脉冲整形技术在量子理论、生物医学成像、安全检查、亚毫米波通信等领域都具有重要的学术价值和应用前景。概述了基于飞秒脉冲的整形技术和新型太赫兹辐射材料整形技术，分析了太赫兹脉冲整形器件整形技术目前的研究状况，并对各种整形方法的发展进行了展望。
非线性光学 太赫兹脉冲整形 飞秒脉冲整形器 太赫兹辐射 激光与光电子学进展
2012, 49(9): 090004
1 山东科技大学 太赫兹研究中心, 青岛市太赫兹技术重点实验室,山东 青岛 266510
2 山东科技大学 太赫兹研究中心, 青岛市太赫兹技术重点实验室, 山东 青岛 266510
3 山东科技大学 太赫兹研究中心,青岛市太赫兹技术重点实验室, 山东 青岛 266510
根据瑞利-索末菲标量衍射理论分析了相位连续变化型波带片对高斯光束的衍射特性。在高斯光束入射下，对相位连续变化型波带片光轴和焦平面上的太赫兹强度分布特性进行了模拟，分析了入射光束的束腰半径和束腰位置对衍射场的影响，并与平面波入射的情况进行了对比。数值结果显示，相位连续变化型波带片可以实现对高斯分布太赫兹波的聚焦。相位连续变化型波带片的衍射规律与薄透镜的聚焦规律相似。通过合理调整束腰与波带片之间的距离可以保证衍射效率在85%以上。与平面波相比，高斯光束入射下的焦点处中心场强较小，但衍射效率较高。
衍射光学 太赫兹 波带片 相位连续 高斯光束 diffraction optics terahertz zone plates continuous phase Gaussian beam
1 山东科技大学 太赫兹研究中心, 山东 青岛 266510
2 山东科技大学 材料科学与工程学院, 山东 青岛 266510
通过对太赫兹波段相位连续变化型波带片的系统研究, 分析了特征尺寸与焦距、F数、预设频率、材料折射率等设计参数之间的关系, 讨论了影响相位连续变化型波带片效率的几个主要因素。选取太赫兹透过率较高的泡沫聚乙烯和高密度聚乙烯材料, 提出了设计方案, 对所设计的波带片沿光轴方向太赫兹波强度变化以及焦平面太赫兹波强度变化给出了计算机模拟结果, 并给出一组不同频率的波带片的特征参数。
衍射光学 太赫兹 波带片 相位连续 diffraction optics terahertz zone plates continuous phase
