角膜含水量是反映眼睛健康水平的重要参数,在相关眼科疾病的诊断、屈光手术的参数设置和术前术后的诊治以及角膜有关的生物化学基础研究中都具有重要科学意义。主要介绍了基于光学测厚法、共焦拉曼谱、近红外吸收谱及太赫兹波谱成像等光学技术的角膜含水量测量方法原理及研究进展,并对各方法存在的优缺点作扼要的总结。

存在于微波与远红外之间的太赫兹波, 因其无损害, 稳定性高等独特性质使太赫兹光谱与成像技术在近几年来得到了迅猛的发展。 太赫兹波独有的无损伤检测特性, 在安全检测方面具有良好的发展前景, 获得广大学者的研究和关注。 经过太赫兹成像系统获得的太赫兹图像, 虽然可以识别出隐藏的**或其他金属制品, 但是太赫兹图像的对比度和清晰度均较差, 不能完全符合人眼的视觉效果, 也不利于机器识别。 目前, 对太赫兹图像质量的提高和改善, 成为太赫兹成像技术长远发展和广泛应用的关键问题。 实验采用太赫兹波投射式成像系统对藏于物体中的金属心型吊坠和金属箭头进行成像, 扫描步长0.5 mm, 由于太赫兹光源大, 能量起伏等系统缺陷, 以及外部环境的复杂与干扰, 导致成像所得图像均有背景噪声严重, 边界模糊等问题, 成像质量较差。 提出一种基于双阈值的canny均衡化太赫兹图像增强算法, 根据太赫兹图像自身性质限制, 确定阈值和对图像均衡化的范围, 实现图像降噪并引入双阈值canny算法和梯度幅值算法, 使图像的对比度和清晰得到整体提高, 并保留和突出太赫兹图像的细节信息, 获得高分辨率、 边缘清晰的图像。 实验表明该算法对太赫兹图像具有良好的降噪效果, 能够保留图像细节信息, 图像对比度和图像质量得到增强和提高, 同时增强了太赫兹成像技术对隐藏缺陷或隐藏物体的辨别能力和透视能力, 为其在安检应用方面提供必要保证。

太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波的穿透性对样品进行旋转投影数据采集，通过层析重建算法获得样品的二维横截面图，并实现样品的三维内部结构图的重构。本文介绍了基于面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统。该成像系统的优势在于利用了面阵式探测器记录二维投影数据，相比扫描层析成像系统，提高了投影采集速率。为了获得高精确度的二维投影数据，利用角谱衍射传播算法将二维投影图传播至样品后表面，实现抑制太赫兹波在物体外部衍射效应，最终利用滤波反投影算法重建出高保真的样品三维内部结构图，并进一步探索了基于面阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。

太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求, 设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器(ADC)、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管, 探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器(ADC)采集并转换为数字信号, 该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板(PCB)上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术, 并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。

为了将光子混频的连续太赫兹波透射成像系统应用于样品厚度检测中，采用该系统获得的相位信息对样品进行了2维厚度测量。利用两个外腔半导体结构的激光器搭建了基于光子混频的连续太赫兹波透射成像系统，并利用X-Y 2维电动平移台放置样品进行点点扫描成像。该系统可同时获得样品的幅度信息和相位信息，在太赫兹波辐射频率0.47THz时，系统信噪比可达68dB。计算得出的厚度值与实际样品的厚度值最大相差0.02mm；另外还分析了平行平面样品干涉效应和样品不同透射强度对厚度测量的影响。结果表明，样品折射率越高，平行平面干涉效应对厚度测量影响越大；样品透射系数越大，测量精度也越高。当样品太赫兹波透射系数大于0.5时，厚度测量精度优于2.0%。

为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。

针对传统单通道被动太赫兹波成像系统的效率低、结构复杂的缺点，设计了一种基于曲柄摇杆机构的光机扫描太赫兹波成像系统。使用曲柄摇杆机构对行扫描镜实现快速驱动，同时配合场反射镜的运动完成对成像目标的二维扫描。通过使用390 mm口径的卡塞格林天线以及94 GHz太赫兹波辐射计完成对目标的快速成像。实验表明，系统单帧成像时间为20 s，成像视场角为30°×36°，角分辨率可达0.6°。在室内条件下，可以很好地对人体进行成像，并能有效地探测隐藏在衣物下的危险物品。该系统具有成本低、效率高、结构简单等特点，对实现被动太赫兹成像系统的小型化、快速化有较高的参考价值。

返波管(BWO)连续太赫兹波成像方法是一种新的无损检测方法。实验过程中把样品放在二维电控平移台 上进行扫描成像,透过样品的太赫兹波强度信息由热释电探测器 接收,再经由电脑成像。给出了应用0.71 THz的连续太赫兹波对打孔铝板、公交卡、校园卡的内部结构和 对隐藏在信封内的硬币等物体和信封内纸片上的铅字迹的成像 实验研究事例,并且测知该系统能够分辨出最小直径为1.5 mm的小孔。并且对成像图像进行了数字图像处理,结论 表明,优化处理后的图像更加直观明显,提高了连续波 成像的应用能力。揭示了BWO连续太赫兹波成像系统在无损检测和安检领域是实际有效的。