麻省理工学院太赫兹扫描仪读取封闭的书本和盖章的信件

照片：美联社照片/ Akira Suemori

麻省理工学院和乔治亚理工学院的研究人员已经开发出一种太赫兹扫描仪，使您无需打开书本即可阅读书籍。数字化翻页时可能损坏的易碎作品集是必要的。另外，例如，该技术可用于读取密封信封中的字母。

麻省理工学院媒体实验室的研究人员报告说，纽约大都会艺术博物馆的管理层已经对该技术表现出兴趣。与其他一些博物馆一样，他们的博物馆藏有许多不容易打开的古代书籍。麻省理工学院媒体实验室的研究员Barmak Heshmat 说： “他们甚至不想碰它们。”

这位科学家还补充说，该设备不仅可用于扫描书籍或阅读密封信封中的字母，而且还可用于研究应用在几层薄板上的任何材料。这可以是位于涂料层下的旧图纸，位于外壳下的片剂内容物或位于外部涂料层下的汽车涂料。


麻省理工学院的专家开发了扫描仪硬件，佐治亚理工学院的同事开发了该软件，以消除失真并提高扫描图像的质量。科学家说，消除字母失真的程序效果很好，可以轻松识别出许多使用变形字符的验证码图片。

太赫兹辐射是一种电磁辐射，其频谱位于红外和微波范围之间。频率范围从0.01到10 THz。太赫兹辐射广泛用于扫描行李和人员的安全系统中。在医学上，太赫兹断层扫描仪开始使用，八年前在艺术史上，它们开始使用太赫兹扫描仪，用于研究隐藏在涂料层下的图案。这种扫描仪可以检测各种材料中隐藏的结构缺陷。

扫描书籍的多层表面时的主要问题是，当“浸入”几层深度时，反射信号的电平会迅速下降。信号是如此微弱，以至于很难将其与噪声隔离。研究人员已经发明了一种特殊的技术，用于过滤信号并“聚焦”在特定的薄层上。

特别是，他们根据检测到的电磁辐射的统计数据找到了一种聚焦在多层材料每一层上的方法。然后，他们使用光谱超限的平均时间选通方法为每一层选择对比度最高的光谱图像。即使使用低于10 dB的低SNR比，此方法也可以成功读取页面，其对比度比常规幅度匹配高18倍。


实验设置，一叠9页，每页的一侧都印有一个拉丁字母。办公纸比平常厚

由于在已关闭的书的页面之间存在厚度大约为20微米的气孔，因此可以区分页面上的文本。如此大的空腔与纸张的粗糙度有关，因为它是用木头制成的，没有经过特殊的研磨。由于空气和纸张的折射率不同，因此可以通过太赫兹检测器接收到的反射信号准确确定这些腔的边界。这使您可以识别纸叠中的特定纸张。


测量结果：表上有9个拉丁字母（A）；扫描结果，反射信号的到达时间对应于该层的深度，饱和度的变化对应于任意单位的场幅的归一化值，小于0.5的值对应于负场幅（B）；

迄今为止，该算法可以正确确定距堆栈顶部20页的气孔的距离，但对应于反射信号到达特定时间（即到达特定层（C））的电场的记录振幅的数据立方体的一部分。在测试过程中，扫描仪在自动模式下成功识别了纸叠中的9页，而无需人工干预和设置。


扫描仪处于自动模式的结果，在后处理和OCR中具有改进的对比度，

科学家们不会失去使用更灵敏的探测器和更强大的太赫兹辐射源改善扫描质量的希望。

太赫兹辐射是一个相对较新的工程领域。麻省理工学院和乔治亚理工学院的工作是最早将计算机图像处理的新工具和先进方法相结合的工作之一。这仅仅是开始。

该技术目前正在积极开发中，因此在未来几年中，将出现更多，更灵敏和准确的仪器。也许他们将能够阅读的内容不是一个密封的信件，而是一整袋的信件。

科学文章“ Terahertz时间门控频谱成像用于
通过分层结构进行内容提取”已于 2016年9月9日发表在《自然通讯》杂志上（doi：10.1038 / ncomms12665）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397399/