基于小波降噪与阈值检波反射式太赫兹时域光谱成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，基于自主搭建的非接触式的反射式太赫兹时域光谱成像系统与三维位移平台，对含有缺陷的多层复合型材料进行x，y方向上的二维扫描，对扫描获得的太赫兹时域信号进行小波降噪，滤除高频的噪声信息；再通过阈值检波算法将与缺陷信息相关的时域段从完整的时域信号中定位、提取出来，进行时域峰峰值特征成像，此时的峰峰值信息主要关于缺陷层的反射信息；经过峰峰值所成的缺陷图像再通过图像降噪、图像分割、腐蚀膨胀等图像预处理算法进一步提升图像的横向分辨率，最终作为太赫兹时域光谱层析成像的实验结果。结果。结果。

【技术实现步骤摘要】
基于小波降噪与阈值检波反射式太赫兹时域光谱成像方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹时域光谱检测
，尤其涉及一种基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法。

技术介绍

[0002]随着复合材料制备技术的高速发展，新材料、新工艺不断涌现，新型复合材料制品也不断地被开发和利用。复合材料制品因具有诸多优秀性质，如重量轻、强度高、耐腐蚀、电绝缘性能好、热绝缘性好、易着色、可设计性强、工艺优良等特性，已经在多个领域逐渐替代了金属及木质等材料的地位。然而在复合型材料的生产或使用过程中，由于生产工艺不完善、人为疏忽、使用环境等因素的影响，不可避免地会造成复合材料内部的损伤与破坏，降低材料的承载力等性能，埋下安全隐患。由于太赫兹波对非金属材料具有很强的穿透能力，因此人们希望借助太赫兹波来对复合材料内部的损伤类型与损伤程度进行无损检测与评估。
[0003]无损检测技术是通过声、光、磁和电等物理信息，在不破坏材料结构和性能的前提下，检测材料表面和内部的形貌特征，最后对检测到的缺陷进行评价和分析。无损检测技术是控制产品质量、保证在役产品正常运行的重要方法，也是工业领域不可或缺的有效工具，可以反映一个国家的工业技术水平。随着我国经济水平和科学技术的高速发展，目前发展的无损检测技术不仅能对材料进行定性检测，即判断有无缺陷，还可以进行定量检测,例如识别缺陷的位置、形状、大小和种类等。对于检测复合材料，常用的主要有射线、超声波检测等。近年来，太赫兹无损检测技术在工业检测领域受到越来越多的关注，与X射线检测技术相比，太赫兹波的单光子能量非常低，对人体和待测样的安全性很高，也不会过度照射导致成像对比度低；与超声检测相比，太赫兹检测不需要耦合剂，空间分辨率更高。因此，太赫兹技术有望成为一种新型无损检测手段。
[0004]太赫兹波是一种波谱位于微波和红外线之间的电磁波，以其0.1THz～10THz的频率范围而命名，对应波长介于30μm～3mm之间。随着超快激光和半导体技术的快速发展，太赫兹波的激发及探测手段也愈加稳定可靠。太赫兹波对大多数非金属材料(如玻璃纤维、陶瓷、泡沫、和复合材料等)均具有良好的穿透性。目前，脉冲式的太赫兹时域光谱及其成像技术已经成为连接太赫兹技术与无损检测技术的重要桥梁。
[0005]太赫兹时域光谱技术是太赫兹波谱技术在发展过程中应运而生的典型代表性技术。该技术基于脉冲太赫兹波和物质的相互作用，测量太赫兹信号的相位和幅值，进而实现被测试件的微结构分析，快速并准确开展物理、化学信息的获取及测量。太赫兹时域光谱技术与常规无损检测技术相比，太赫兹时域光谱技术具有以下优势：检测信号频带宽；时空分辨率高；抗干扰能力强；波谱信息丰富；无需接触检测；可实时监测。综上所述，太赫兹时域光谱技术特别适用于非接触、快速、全面的无损检测，实现航空领域复合材料表面涂层的厚度表征。
[0006]在太赫兹对样品进行无损检测的过程中，由于外界噪声信号和位移运动平台的电
磁波干扰，所采集到的太赫兹时域信号往往伴随着各式各样的噪声，这些噪声不仅会影响主反射峰的峰值大小，一些毛刺噪声还可能会淹没峰值较小的缺陷信息，对太赫兹图像质量造成很大影响，进而影响材料内部缺陷信息的准确表征。
[0007]太赫兹反射式时域波形是表征不同时延状况下的样品表面及内部信息的反射峰，通常情况下，样品表面的反射峰值会远大于内部信息对于的反射峰值，而当我们对缺陷位于样品内部的材料进行表征成像时，这一特征往往会造成干扰，即样品的上表面反射峰将会起到主要作用，很可能会淹没与样品内部缺陷信息相关的反射脉冲。
[0008]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，以克服现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，通过小波降噪算法来降低外界噪声与位移平台机械运动的干扰，借助阈值检波算法来定位提取样品内部与缺陷信息相关的反射脉冲，减少样品上表面反射脉冲对缺陷成像的干扰，提高成像分辨率，完成层析成像。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、采用固定于太赫兹时域光谱成像系统下的三维位移运动平台来放置待检测的带有缺陷的多层复合型材料涂层样品，并通过置于太赫兹时域光谱成像系统里的可见光信号来调整所述多层复合型材料涂层样品z方向的位置，使光斑聚焦于所述多层复合型材料涂层样品的表面；
[0012]步骤2、根据预先获取的多层复合型材料涂层样品的缺陷位置与尺寸设置三维位移运动平台系统的控制参数，使得所述三维位移运动平台按照预先设计的路径进行移动，以保证太赫兹时域光谱成像系统能够完整扫描到所述多层复合型材料涂层样品上所有的缺陷信息；
[0013]步骤3、利用小波降噪算法对扫描得到的太赫兹时域光谱进行去噪处理，在保证太赫兹时域光谱信号主体信息不变的前提下滤除高频噪声，提高所述太赫兹时域光谱信号的信噪比；
[0014]步骤4、通过短时傅里叶变换算法从时频域二维联合对所述太赫兹时域光谱信号进行分析，通过阈值检波算法从完整的太赫兹反射时域波形中定位提取出与缺陷信息相关的太赫兹时域段信号，排除所述多层复合型材料涂层样品上表面主反射峰对于缺陷成像的干扰；
[0015]步骤5、对处理后的太赫兹时域段信号进行时域峰峰值成像，再通过图像预处理算法进一步提升缺陷图像的横向分辨率，最终作为太赫兹时域光谱层析成像的实验结果。
[0016]进一步地，所述步骤1中所述太赫兹时域光谱成像系统包括垂直入射反射式可见光路，用于调整所述多层复合型材料涂层样品位置，使得太赫兹波聚焦于所述多层复合型材料涂层样品表面。
[0017]进一步地，所述步骤2中所述太赫兹时域光谱成像系统包括：
[0018]飞秒激光器，用于产生高频脉冲激光；
[0019]分束镜，用于接受所述高频脉冲光并将其分为泵浦光和探测光；
[0020]延时线，用于保证所述泵浦光与探测光光程一致；
[0021]太赫兹发射器，用于接收所述泵浦光并产生所述太赫兹波；
[0022]太赫兹波探测器，用于接收聚焦到所述多层复合型材料涂层样品表面后反射的太赫兹波。
[0023]进一步地，所述步骤3具体包括：将信号处理方法应用于太赫兹时域光谱技术上，使用小波降噪算法，通过对时域光谱进行分解
‑
阈值处理
‑
重构过程的处理，滤除高频噪声，保留与特征信息相关的脉冲，提高了光谱的稳定性并凸显了光谱的细节信息。
[0024]进一步地，所述的步骤3中对时域光谱进行分解具体包括：采用离散小波降噪算法对太赫兹时域光谱进行分解，其中，构造了尺度函数向量空间V和小波函数向量空间W，分别作为低通滤波器和高通滤波器，在一定层次下，所述太赫兹时域光谱信号在尺度函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用固定于太赫兹时域光谱成像系统下的三维位移运动平台来放置待检测的带有缺陷的多层复合型材料涂层样品，并通过置于太赫兹时域光谱成像系统里的可见光信号来调整所述多层复合型材料涂层样品z方向的位置，使光斑聚焦于所述多层复合型材料涂层样品的表面；步骤2、根据预先获取的多层复合型材料涂层样品的缺陷位置与尺寸设置三维位移运动平台系统的控制参数，使得所述三维位移运动平台按照预先设计的路径进行移动，以保证太赫兹时域光谱成像系统能够完整扫描到所述多层复合型材料涂层样品上所有的缺陷信息；步骤3、利用小波降噪算法对扫描得到的太赫兹时域光谱进行去噪处理，在保证太赫兹时域光谱信号主体信息不变的前提下滤除高频噪声，提高所述太赫兹时域光谱信号的信噪比；步骤4、通过短时傅里叶变换算法从时频域二维联合对所述太赫兹时域光谱信号进行分析，通过阈值检波算法从完整的太赫兹反射时域波形中定位提取出与缺陷信息相关的太赫兹时域段信号，排除所述多层复合型材料涂层样品上表面主反射峰对于缺陷成像的干扰；步骤5、对处理后的太赫兹时域段信号进行时域峰峰值成像，再通过图像预处理算法进一步提升缺陷图像的横向分辨率，最终作为太赫兹时域光谱层析成像的实验结果。2.如权利要求1所述的基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于，所述步骤1中所述太赫兹时域光谱成像系统包括垂直入射反射式可见光路，用于调整所述多层复合型材料涂层样品位置，使得太赫兹波聚焦于所述多层复合型材料涂层样品表面。3.如权利要求1所述的基于小波降噪与阈值检波算法的反射式太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于，所述步骤2中所述太赫兹时域光谱成像系统包括：飞秒激光器，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，李晓旭，吴斌，王顺宾，党凡阳，蔡高航，杨延召，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：