为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系, 以玉米种子主要成分淀粉为研究对象, 将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合, 无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。 以郑单958玉米品种为例, 实验通过人工老化方式(40 ℃, 100%RH)制备老化0、 18、 36、 54、 72 h的种子样本, 采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。 以16.35 cm-1下THz图像为基准, 采用阈值分割法精确提取种子胚乳、 种胚区域, 通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异, 且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm-1附近存在明显的共同吸收峰。 应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20, 移动步长为10), 逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数, 并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图, 可视化构建玉米种子淀粉分布图。 实验统计5个老化阶段、 6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得: 在29.83～67.36 cm-1区间内, 种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势, 即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。 实验结果表明: 太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测, 该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系, 无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。

应用太赫兹时域光谱反射成像技术结合广义二维相关光谱法探索玉米种子活力敏感太赫兹波段, 并结合支持向量机建立快速无损判别种子活力的分析模型。 实验以中地77玉米种子为例, 采用人工老化方式（40 ℃, 100%相对湿度）将种子样本分批老化0, 1, 2, 3, 4天制备不同活力的种子样本, 并按照GB/T 3543.4—1995进行种子发芽实验; 同时采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件采集上述不同老化程度种子样本的太赫兹光谱图像。 由于玉米种子的胚乳和种胚的成分差异显著, 为探究种子不同组织在老化过程中与活力的相关性, 本实验首先采用双高斯滤波器对THz图像中的像素点光谱消噪、 峰峰值差分重构图像增强以及阈值分割等预处理无损提取玉米种子不同组织太赫兹吸光度谱。 然后以老化天数为扰动量, 针对上述提取的样本胚乳和种胚光谱分别作广义二维相关分析, 根据实验中同步谱和异步谱中自动峰与交叉峰位置初步解析, 可得到与种子活力关系密切的THz波段主要集中在75和36 cm-1区域, 同时75和36 cm-1处的光谱信息存在强烈的协同变化且变化方向一致。 种子活力与老化天数密切相关, 因此根据老化天数分别建立了基于胚乳和种胚吸光度谱的五分类支持向量机模型用于种子活力定性判别, 但是其判别准确率仅为59.34%和71.28%, 表明该模型无法精细划分种子五个活力等级; 实验进一步根据GB4401.1—2008以玉米种子发芽率85%为阈值划分活力高低等级, 建立二分类种子活力判别模型, 可得胚乳和种胚测试集识别准确率分别可达88.61%和91.73%, 模型性能显著提升, 增强了THz技术用于种子活力无损粗筛的可行性。 实验结果表明: 太赫兹反射成像技术以其丰富的指纹谱、 低能安全以及图谱合一等特性, 有望成为单粒种子活力快速无损测定领域一项崭新、 有力的补充技术。

高性能的太赫兹功能器件在太赫兹波的产生、传输及探测上都有着重要意义.报道了一种Kagome型低损耗太赫兹波导及其成像应用.首先根据反谐振波导理论设计了0.1 THz处低损耗的太赫兹波导, 其理论损耗低至0012 cm-1.然后使用3D打印技术制备波导实物, 实验测得其损耗为0.0153 cm-1, 波导末端光束发散角为6±05°.最后基于该波导搭建了可重构太赫兹成像装置, 分别实现了对隐藏刀片、矿石的反射和透射成像, 在地下远距离勘探领域具有潜在的应用前景.

为实现简化的角膜曲率测量系统, 提出一种以角膜反射成像为原理的角膜曲率计, 其测量方法是将六个呈正六边形排布的点光源准直后投射到角膜前表面, 角膜反射图像经物方远心光路成像在CMOS上; 利用重心算法求出角膜反射图像中位于正六边形长对角线上的两个点光源的距离, 进而求得角膜曲率。本文对系统的成像质量、测量范围和测量精度进行了理论分析, 并且采用标准模拟眼和人眼进行实验, 以验证理论分析结果。结果表明: 本文设计的测量系统的角膜曲率半径测量范围为5.5 mm~11 mm(对应角膜屈光度30 m-1~60 m-1), 测量误差为±0.02 mm。这将为自动角膜曲率计的设计及优化提供技术支持。

为适应高功率激光系统的紧凑空间需求，将基于二阶鬼像的远近光场耦合方案应用于高功率激光准直技术中，设计并搭建出灵敏的小型准直光学系统。提出完备的测试方案，验证了该方案的可行性，获得近场测量灵敏度为7.04 μm/pixel，远场测量灵敏度为18.14 (″)/pixel，并得到远场变化对近场的影响关系，用以优化光束校准。相比于传统远、近场分离的准直系统，该方案在满足成像质量和分辨率要求的同时，大幅缩减了光路和器件数量，远、近光场相互影响和校准的反馈处理更便捷。

以太赫兹(THz)量子级联激光器为光源、低温热辐射计为信号接收端, 采用可旋转和平移的二维扫描平台搭建反射式快速扫描成像系统。通过计算机控制扫描平台进行连续的旋转与平移运动, 实时获取探测信号强度和样品位置信息, 成功实现对直径为80 mm圆形区域的快速扫描成像, 扫描时间为5 s, 图像的平均空间分辨率约为1 mm, 系统成像时间大幅缩短。此外, 成像装置中基于THz分束片的共光路设计, 可有效减少系统光路元件, 进一步缩小成像系统的体积。

为实现远距情况下的实际应用, 对赝热源鬼成像进行了从透射到反射的实验研究.首先利用CCD的两个独立区域分别探测参考光和信号光, 得到双缝的透射型鬼成像, 继而利用一个CCD和一个独立的桶探测器分别探测参考臂和物臂的光强信息, 通过对没有空间分布的物臂光强和没有经过物体而有空间分布的参考臂光强信号进行关联计算实现透射和反射鬼成像.为设计和研制能进行现场应用的样机系统, 以透射结构为例, 对成像结果与系统各参数之间的关系进行了详细的对比实验研究, 结果表明通过增加采样率、增大光强、适当调节快门时间和光阑大小可以提高成像的分辨率和可见度.

为提高抛物槽式太阳能聚光器的聚光效率，需要对聚光器的整体面形进行检测和调整。提出采用吸热管反射成像法检测槽式聚光器各子镜的安装位置及倾斜角度，进而获得聚光器的整体面形信息。通过测量相机与被测聚光器的相对位置，可计算吸热管在待检测子镜中的成像位置及形状，并推导了吸热管在聚光器中的理论成像位置计算公式。进行了吸热管反射成像法检测槽式聚光器面形的实验。通过调整聚光器子镜的安装位置和倾斜角度，使吸热管在子镜中的实际成像位置与理论位置重合，验证了检测方法的正确性和可行性。