小波变换在太赫兹光谱分析及成像中的应用

论文摘要

太赫兹波(1THz=1012Hz)是介于毫米波和红外光之间的电磁辐射,在无线电物理领域称为亚毫米波,在光学领域则习惯称之为远红外辐射。近十几年来超快激光技术的迅速发展,为THz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源,促进了THz辐射在众多领域上的应用。飞秒激光激发产生的相干THz波,联合基于光电效应的THz探测,就构成了THz时域光谱分析技术。THz时域光谱分析技术是一种非接触测量技术,具有较高的信噪比,能够迅速的对样品成分的细微变化作出分析和鉴别,并且,能够对被测材料的物理信息进行快速准确的测量,例如爆炸物、毒品,氨基酸等物质的THz光谱研究。THz时域光谱分析技术在实际应用中所面临的一个问题是空气中水蒸气的影响,理论和实验均表明水蒸气在太赫兹频率范围存在强烈的吸收,通常,在实验中降低水蒸气含量的方法是对实验系统充以氮气或将实验系统抽成真空,这在实际应用中是不可行的。本论文的一部分工作便是借助小波变换这一理论工具研究如何消除水蒸气吸收造成的影响。实验中,我们对七种样品分别在空气和氮气环境下测量了它们的太赫兹光谱,并用小波变换对空气下的光谱做处理,取得了很好的效果,另外,我们还对其中四种样品进行了成像并做了小波识别。THz辐射可以作为物体成像的信号源,连续波THz成像便是其表现形式之一。THz射线成像与X射线成像一样可以穿透衣物、包装箱等物品,但是THz射线的光子能量很低(只有几个毫电子伏特),可以用来对人体或物品进行无损成像。使用连续波成像系统对被检测物做成像时,采用不同的频率扫描,成像清晰度不同,有时会有物体的特征不清晰或细节丢失的情况发生,为得到更为全面的信息,更好的目标识别和检测结果,对所获得的图像做进一步的处理很有必要。本论文的另一部分工作是将小波变换应用到THz图像处理上以提取图像边缘和增加图像信息,为进一步处理奠定基础,实验结果证明了这种方法的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 太赫兹辐射简介
• 1.2 太赫兹辐射的产生与探测
• 1.2.1 太赫兹辐射的产生方法
• 1.2.2 太赫兹辐射的探测方法
• 1.3 太赫兹辐射的应用现状
• 1.3.1 太赫兹光谱测量技术
• 1.3.2 太赫兹光谱成像
• 1.4 本论文章节安排
• 第二章 太赫兹时域光谱分析技术及小波变换理论
• 2.1 太赫兹时域光谱分析技术
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.3 数据处理基本原理
• 2.2 小波变换基本理论
• 2.2.1 连续小波函数基
• 2.2.2 连续小波变换及离散小波变换
• 2.3 小波变换理论的应用现状
• 第三章 小波变换在太赫兹光谱分析中的应用
• 3.1 样品制备及样品测量
• 3.2 样品的THz光谱及小波变换处理结果
• 3.3 对小波变换处理结果的评价
• 第四章 小波变换在太赫兹成像中的应用
• 4.1 基于小波变换的太赫兹图像识别
• 4.1.1 样品制备及样品测量
• 4.1.2 样品成像及识别结果
• 4.2 基于小波变换的连续波太赫兹图像边缘检测
• 4.2.1 小波变换边缘检测原理
• 4.2.2 太赫兹图像小波边缘检测结果
• 4.3 基于小波变换的连续波太赫兹图像融合
• 4.3.1 小波变换图像融合描述
• 4.3.2 小波融合图像质量评价
• 4.3.3 小波变换图像融合结果
• 4.3.4 最佳小波的选取问题研究
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文情况
• 致谢