基于太赫兹时域光谱和深度学习的化学品与隐藏炸药检测与成像
光学
2025-12-05 v1
摘要
检测隐蔽化学品和炸药是全球安全中的关键挑战。太赫兹时域光谱（THz-TDS）因能够在不造成电离损伤的情况下穿透光不透明材料，提供了具有前瞻性的非侵入式远距离检测技术。虽然许多化学品在太赫兹频段显示出distinct的光谱特征，但常规的太赫兹检测方法在现实环境中常常难以应对，其中样本的几何形状、厚度和包装情况可能导致光谱响应不一致。本研究提出了一种化学成像系统，将 THz-TDS 与深度学习相结合，实现对不同炸药的像素级精准识别和分类。该系统在反射模式下工作，并配备了等离子体天线阵列，实现峰值动态范围为 96 dB，检测带宽为 4.5 THz，支持实际的远距离操作。通过对单个时域脉冲进行深度神经网络分析，该系统对环境变化和样本不一致性具有强大的鲁棒性。在进行八种化学品（包括制药辅料和炸药化合物）的盲测测试中，像素级平均分类准确率达到 99.42%。值得注意的是，在检测被不透明纸覆盖的炸药时，平均准确率为 88.83%，显示出其强大的泛化能力。这些结果凸显了将先进的太赫兹光谱与神经网络相结合用于多样化和操作相关场景下高度灵敏和特异的化学品和炸药检测的潜力。
引用
@article{arxiv.2512.04330,
title = {Detection and imaging of chemicals and hidden explosives using terahertz time-domain spectroscopy and deep learning},
author = {Xinghe Jiang and Yuhang Li and Yuzhu Li and Che-Yung Shen and Aydogan Ozcan and Mona Jarrahi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.04330},
year = {2025}
}