專利名稱：用于測(cè)量電磁波的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如電磁波的波形的信息的測(cè)量技術(shù)，并且，更特別地，涉及利用通過 太赫波(terahertz wave)的小波(wavelet)分析進(jìn)行的信號(hào)處理技術(shù)的測(cè)量裝置和測(cè)量 方法。
背景技術(shù)：
近年來，利用太赫波的非破壞性頻譜(spectroscopic)成像和用于利用太赫 波脈沖檢查物質(zhì)的性能的太赫時(shí)域頻譜法(THz-TDQ正得到積極研究。日本專利公開 No. 10-153547公開了涉及用于用太赫波成像的圖像處理的方法。該方法使用用于信息壓 縮或峰值檢測(cè)的小波分析。并且,"De-noising techniques for terahertz responses of biological samples”，Microelectronics Journal 32 (2001)，pp. 943-953 公開了包括通 過小波變換來轉(zhuǎn)換太赫波的時(shí)間波形、并將比閾值小的一組小波展開系數(shù)的值設(shè)為0(閾 值處理)的方法。通過在以這種方式操縱小波展開系數(shù)之后執(zhí)行逆小波變換，可以獲取其 中噪聲分量被減少的時(shí)間波形。在"De-noising techniques for terahertz responses of biological samples”，Microelectronics Journal 32(2001), pp. 943-953 中，在減少 噪聲分量之后對(duì)于各種母小波(mother wavelet)相互比較信噪(SN)比，并且，確定最有效 地減少噪聲分量的母小波。該噪聲分量主要是在所有頻率范圍中出現(xiàn)的白噪聲。白噪聲分 量與母小波沒有多大的相關(guān)性。由此，對(duì)于各展開系數(shù)，白噪聲在0附近出現(xiàn)。對(duì)于常規(guī)的技術(shù)，為了增大太赫波的測(cè)量時(shí)間波形的SN比，通過小波變換(小波 收縮(shrinkage))來執(zhí)行噪聲減少。不幸的是，該方法可能在信號(hào)處理的過程中刪除識(shí)別 物質(zhì)所需要的頻譜信息。如果只需要獲取具有良好的SN比的圖像數(shù)據(jù)，那么常規(guī)的方法是 足夠的。但是，如果應(yīng)在以太赫波作為電磁波獲取圖像時(shí)同時(shí)獲取圖像中的關(guān)于物質(zhì)的頻 譜數(shù)據(jù)，那么可能難以使用執(zhí)行信號(hào)處理之后的太赫波形來識(shí)別物質(zhì)(頻譜分析)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于測(cè)量電磁波的電磁波測(cè)量方法包括獲取電磁 波的時(shí)間波形；通過小波變換將電磁波的時(shí)間波形分解成小波展開系數(shù)；計(jì)算各個(gè)小波展 開系數(shù)對(duì)于預(yù)定測(cè)量范圍中的頻譜的影響程度(influence level)；至少基于各個(gè)小波展 開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度將小波展開系數(shù)加權(quán)(weight)；以及通過逆小波變換將加權(quán) 的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種測(cè)量電磁波的電磁波測(cè)量裝置包括波形獲取單元， 被配置為獲取電磁波的時(shí)間波形；分解單元，被配置為通過小波變換將電磁波的時(shí)間波形 分解成小波展開系數(shù)；計(jì)算單元，被配置為計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于預(yù)定測(cè)量范圍中的 頻譜的影響程度；加權(quán)單元，被配置為至少基于各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度將 小波展開系數(shù)加權(quán)；以及轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過逆小波變換將加權(quán)的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換 成時(shí)間波形。
通過根據(jù)本發(fā)明的各方面的裝置和方法，基于小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程 度而被加權(quán)的小波展開系數(shù)通過逆小波變換被轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。因此，可保持頻譜分析 所需要的頻譜信息，而噪聲通過小波變換被減少。因此，例如，當(dāng)執(zhí)行諸如層析攝影術(shù) (tomography)的太赫成像時(shí)，可通過小波變換增大成像數(shù)據(jù)的SN比，并且，可識(shí)別包含于 成像對(duì)象中的物質(zhì)。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得明顯。


圖IA至圖ID示出通過THz-TDS獲取的太赫波的時(shí)間波形等。圖2A和圖2B示出關(guān)于小波展開系數(shù)167(coif4)的時(shí)間波形和頻譜。圖3A和圖;3B示出通過僅使用閾值A(chǔ)執(zhí)行小波變換之后的時(shí)間波形、以及對(duì)于該 時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉(Rnirier)變換時(shí)的結(jié)果。圖4A和圖4B示出通過使用閾值A(chǔ)和B執(zhí)行小波變換之后的時(shí)間波形、以及對(duì)于 該時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換時(shí)的結(jié)果。圖5A和圖5B是圖IA和圖4A的部分的放大圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的流程圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的流程圖。圖8A和圖8B示出關(guān)于小波展開系數(shù)200(dbl0)的時(shí)間波形和頻譜。圖9A和圖9B示出關(guān)于小波展開系數(shù)800(dbl0)的時(shí)間波形和頻譜。圖IOA和圖IOB示出根據(jù)第二實(shí)施例的對(duì)于減少噪聲之后的時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉 變換時(shí)的結(jié)果、以及根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置的配置。
具體實(shí)施例方式以下將描述本發(fā)明的實(shí)施例。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法和裝置，當(dāng)對(duì)于電磁 波的時(shí)間波形執(zhí)行通過小波變換進(jìn)行的信號(hào)處理時(shí)，采取以下的措施來保持頻譜分析所需 要的頻譜信息并減少包含噪聲的不必要的信息。特別地，獲取電磁波的時(shí)間波形，并且，該 時(shí)間波形通過小波變換被分解成小波展開系數(shù)。然后，計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于預(yù)定測(cè) 量范圍中的頻譜的影響程度，并且，基于小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度將小波展開系 數(shù)加權(quán)。然后，加權(quán)的小波展開系數(shù)通過逆小波變換被轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。除了對(duì)于頻譜的 影響程度以外，還可通過考慮用于小波變換的閾值來執(zhí)行加權(quán)。基于該思想，根據(jù)本發(fā)明的基本實(shí)施例的電磁波測(cè)量方法包括如上所述的獲取波 形、分解、計(jì)算、加權(quán)和轉(zhuǎn)換的步驟。在波形的獲取中，例如，如果使用太赫波(包含從30GHz 至30THz的范圍中的頻率分量的電磁波)作為電磁波，那么通過THz-TDS獲取太赫波的時(shí) 間波形。但是，這不限于此。如果使用從直流(DC)到約幾千兆赫的范圍中的電信號(hào)作為電 磁波，那么可通過示波器獲取時(shí)間波形。在分解中，可如希望的那樣選擇用于小波展開系數(shù) 的分解程度。一般地，當(dāng)展開系數(shù)的數(shù)量較大時(shí)，分解變得較細(xì)。通過小波變換進(jìn)行的信號(hào) 處理可以是通過使用閾值來操作小波展開系數(shù)的值(與母小波相關(guān)的值)的小波收縮。在計(jì)算中，計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于需要的頻譜信息的影響程度。對(duì)于頻譜信 息的影響程度是頻譜和小波展開系數(shù)之間的接近性(closeness)的程度(即，與諸如吸收頻譜等的特征頻譜信息的相關(guān)性的程度)。例如，計(jì)算各個(gè)展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度， 使得僅從分解的展開系數(shù)提取單個(gè)值并且對(duì)于提取的值將該展開系數(shù)的傅立葉頻譜的至 少單個(gè)頻率的功率(power)(信號(hào)強(qiáng)度)相加(add)。例如，如果頻譜分析所需要的頻率處 于從0. 5THz至0. STHz的范圍中，那么使用相加有該范圍內(nèi)的功率的值作為影響程度。如 果需要多個(gè)頻率范圍，那么可將這些范圍內(nèi)的功率相加。例如，如果頻譜分析所需要的頻率 為從0. ITHz至0. 5THz以及從ITHz至1. 5THz，那么可將這些范圍內(nèi)的功率相加。作為替代方案，可以提取事先已分解的單個(gè)小波展開系數(shù)，并且，可對(duì)于提取的 值將該展開系數(shù)的傅立葉頻譜的至少單個(gè)頻率的功率相加，使得相加后的值被用作影響 程度。要被選擇的頻率不必是連續(xù)的。例如，可以僅使用0.5THz的頻率，或者，可以使用 0. 6THz和ITHz的兩個(gè)頻率。在這種情況下，可通過提取單個(gè)小波展開系數(shù)并將提取的展開 系數(shù)的值設(shè)為1(正則化(regularization)為1)來執(zhí)行正則化。當(dāng)將該至少單個(gè)頻率的 功率相加時(shí)，頻率功率可被加權(quán)并然后被相加，使得該值被用作小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的 影響程度。例如，可對(duì)于某一(certain)頻率分配權(quán)重1，并且可對(duì)于其它的頻率分配權(quán)重 0. 5。可將權(quán)重乘以頻率的功率，并且，得到的值可被相加，使得相加后的值被用作小波展開 系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度。此時(shí)，在計(jì)算中獲取的電磁波的傅立葉頻譜中的頻率的功率可 直接用于加權(quán)(可獲得與上述的結(jié)果相同的結(jié)果)。在本實(shí)施例中，使用功率來確定影響程 度。但是，可以不僅用作為功率的復(fù)振幅而且用相位來確定影響程度。在傅立葉變換中，在 不同定時(shí)具有不同相位的波形具有等同的頻率(頻譜)，但是具有不同的波形。因此，為了 相互區(qū)分這兩個(gè)波形并為了分配權(quán)重，可另外使用相位信息。例如，可如下執(zhí)行加權(quán)。設(shè)定某一閾值，并且，選擇比該閾值小的小波展開系數(shù)。然 后，檢查選擇的小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度是否比某一影響程度高。如果影響程度 較高，那么該小波展開系數(shù)的值不被操作為0。相反，如果選擇的小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的 影響程度比該某一影響程度低，那么該小波展開系數(shù)的值被設(shè)為0?；谠撍枷?，根據(jù)本發(fā)明的基本實(shí)施例的電磁波測(cè)量裝置可包括波形獲取單元、 分解單元、計(jì)算單元、加權(quán)單元和轉(zhuǎn)換單元。并且，該裝置可包含保存單元和調(diào)整單元。以 與在測(cè)量方法中描述的方法相同的方式通過計(jì)算單元確定影響程度。以與在測(cè)量方法中描 述的方法相同的方式通過加權(quán)單元執(zhí)行加權(quán)。保存單元將依賴于測(cè)量對(duì)象(measurement object)與諸如濕度、氣壓和元件特性的環(huán)境條件而分配的權(quán)重作為數(shù)據(jù)庫(kù)保存。例如，如 果濕度不同，那么，即使測(cè)量同一試樣，要被測(cè)量的太赫波的時(shí)間波形也變得不同。由于水 分(moisture)吸收太赫波，因此，水蒸汽的吸收可依賴于濕度是高還是低而輕微地改變。 由此，要被分配的權(quán)重因此被改變，并被作為數(shù)據(jù)庫(kù)而保存。如果電磁波產(chǎn)生元件被改變 (例如，如果光電導(dǎo)體的天線的形狀被改變)，那么電磁波的頻率特性被改變。這種現(xiàn)象與 頻率被加權(quán)對(duì)應(yīng)。因此，所述權(quán)重被作為數(shù)據(jù)庫(kù)而保存。如上所述，依賴于測(cè)量對(duì)象和環(huán)境 條件事先執(zhí)行加權(quán)。得到的權(quán)重在計(jì)算機(jī)中被作為數(shù)據(jù)庫(kù)而保存。例如，可對(duì)于所關(guān)心的 測(cè)量對(duì)象的特征性的頻譜范圍分配大的權(quán)重，并且，可對(duì)于所不關(guān)心的環(huán)境條件的特征性 的頻譜范圍分配小的權(quán)重。調(diào)整單元根據(jù)上述特征來調(diào)整小波展開系數(shù)的權(quán)重。用于信號(hào) 處理的小波展開系數(shù)的權(quán)重依賴于測(cè)量對(duì)象而被改變。轉(zhuǎn)換單元可通過逆小波變換將調(diào)整 其權(quán)重之后的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。接下來，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的電磁波測(cè)量裝置和電磁波測(cè)量方法的具體實(shí)施例。第一實(shí)施例現(xiàn)在將描述第一實(shí)施例。圖IA示出通過THz-TDS獲取的太赫波的時(shí)間波形。使 用具有太赫范圍的特征性的頻譜的麥芽糖作為測(cè)量對(duì)象。該時(shí)間波形含有測(cè)量期間測(cè)量系 統(tǒng)所導(dǎo)致的系統(tǒng)噪聲。在本實(shí)施例中，測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量為1000。如果需要的話，對(duì)于 數(shù)據(jù)的不足執(zhí)行補(bǔ)零(zero padding)，使得數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量變?yōu)?的冪(power-of-two)。圖 IB示出通過小波變換將獲取的時(shí)間波形分解成小波展開系數(shù)所獲得的分布。當(dāng)執(zhí)行小波變 換時(shí)，例如，使用Coiflets4(COif4)作為母小波，并且，級(jí)別(level)是10。順次提取圖IB 中的小波展開系數(shù)，并且，執(zhí)行逆小波變換。因此，小波展開系數(shù)被重構(gòu)(reconstruct)為 時(shí)間波形。然后，獲取的時(shí)間波形通過傅立葉變換被轉(zhuǎn)換。由此，獲得與所述時(shí)間波形對(duì)應(yīng) 的頻譜。如果對(duì)于圖IB中的所有小波展開系數(shù)通過逆小波變換獲取的時(shí)間波形被相加，那 么可獲得圖IA中的時(shí)間波形。圖2A示出通過逆小波變換重構(gòu)小波展開系數(shù)167時(shí)的關(guān)于小波展開系數(shù)167的 時(shí)間波形。圖2B是通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換該時(shí)間波形時(shí)的關(guān)于小波展開系數(shù)167的頻譜。 圖2B中的垂直軸具有對(duì)數(shù)刻度(scale)。圖IC示出用于積分的頻率范圍為從0. 3至ITHz 時(shí)的小波展開系數(shù)和對(duì)于頻譜的影響程度。圖ID示出從較高的影響程度依次布置圖IC中 的影響程度時(shí)的對(duì)于頻譜的影響程度?？蓮膱DID找到具有對(duì)于頻譜的高影響程度的小波 展開系數(shù)的數(shù)量。在本實(shí)施例中，用于積分的頻率范圍為單個(gè)范圍。但是，可提供多個(gè)范圍。 并且，計(jì)算不必為單純的(simple integration)積分，而是可包含基于頻率將時(shí)間波形加 權(quán)并將時(shí)間波形相加。例如，用于具有特征頻譜的頻率范圍的權(quán)重可從用于其它頻率范圍 的權(quán)重改變。小波收縮設(shè)定閾值，并且，如果小波展開系數(shù)的值比設(shè)定的閾值小，那么將該值設(shè) 為0。相對(duì)照地，在本實(shí)施例中，即使小波展開系數(shù)的值比閾值小，如果該小波展開系數(shù)對(duì)于 頻譜的影響程度如圖IC所示的那樣為某一值或更高，那么該值也不被設(shè)為0。特別地，閾值 A和閾值B被設(shè)定。閾值A(chǔ)涉及小波展開系數(shù)的值并被已知為小波收縮。閾值B涉及對(duì)于 頻譜的影響程度，并且對(duì)于實(shí)施例是特有的。如果小波展開系數(shù)的值比閾值A(chǔ)小并且如果 對(duì)于頻譜的影響程度比閾值B小，那么該小波展開系數(shù)的值被設(shè)為0。小波展開系數(shù)的其 它值保持不變。該操作與小波展開系數(shù)的值乘以0或1對(duì)應(yīng)。展開系數(shù)的使用由0或1表
7J\ ο圖3A示出作為將閾值A(chǔ)設(shè)為1. 4并且為了比較執(zhí)行常規(guī)方法的小波收縮的結(jié)果 的逆小波變換之后的時(shí)間波形。圖3B中的粗線是通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換圖3A的結(jié)果。圖 3B中的細(xì)線是通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換小波變換之前的時(shí)間波形(圖IA中的波形)的結(jié)果。 比較圖:3B中的粗線與細(xì)線，可以發(fā)現(xiàn)，通過小波變換幾乎去除了位于0. 4THz附近的細(xì)線的 吸收頻譜。圖4A示出根據(jù)本實(shí)施例的方法的時(shí)間波形。特別地，分別對(duì)于各小波展開系數(shù)將 從0. 3THz至ITHz的范圍中的頻率積分，以計(jì)算對(duì)于頻譜的影響程度。圖4A示出對(duì)于其對(duì) 于頻譜的影響程度為閾值B或更高的小波展開系數(shù)執(zhí)行逆小波變換而不執(zhí)行閾值操作之 后的時(shí)間波形。閾值A(chǔ)是1.4，并且，閾值B是0.005。通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換圖4A中的在 本實(shí)施例中減少了噪聲的時(shí)間波形，獲得圖4B中的粗線。圖4B中的細(xì)線與圖:3B中的細(xì)線相同。比較圖4B中的粗線和細(xì)線，可以發(fā)現(xiàn)，位于0.4THz附近的吸收頻譜(麥芽糖的特征 性的頻譜)被保存，并且，ITHz或更高的范圍中的噪聲(作為不必要的信息的噪聲)被減 少。圖5A和圖5B是圖IA和圖4A的部分的放大圖。參照?qǐng)D5A，發(fā)現(xiàn)包含噪聲(高頻 噪聲)。相對(duì)照地，參照?qǐng)D5B，發(fā)現(xiàn)由于噪聲被減少，因此波形是平滑的。圖6是用于上述處理的流程圖。在步驟601中，選擇適當(dāng)?shù)哪感〔?。在步驟602 中，波形獲取單元獲取電磁波的時(shí)間波形。通過小波變換來轉(zhuǎn)換獲取的時(shí)間波形，使得波形 被分解成小波展開系數(shù)。在步驟603中，確定用于小波變換(小波收縮)的閾值。在步驟 604中，從小波展開系數(shù)提取單個(gè)值，并且，小波展開系數(shù)的其它值被設(shè)為0。在步驟605中， 通過逆小波變換來轉(zhuǎn)換提取的小波展開系數(shù)，并且，產(chǎn)生時(shí)間波形。在步驟606中，通過傅 立葉變換來轉(zhuǎn)換該時(shí)間波形。在步驟607中，計(jì)算對(duì)于頻譜的影響程度(頻譜分析所需要 的程度)。對(duì)于所有的小波展開系數(shù)執(zhí)行步驟604至607?；诮Y(jié)果，在步驟608中，執(zhí)行小 波收縮，而其對(duì)于頻譜的影響程度為某一值或更高的小波展開系數(shù)不被操作。在步驟608 中，至少基于小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度來將小波展開系數(shù)加權(quán)，并且，執(zhí)行小波收 縮。然后，通過逆小波變換將加權(quán)的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。因此，可獲得保持頻譜 分析所需要的頻譜信息而噪聲被減少的電磁波的時(shí)間波形。第二實(shí)施例接下來，將描述第二實(shí)施例。圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的流程圖。在第一實(shí)施例中， 在測(cè)量期間計(jì)算小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處 在于，事先計(jì)算小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度。在第二實(shí)施例中，關(guān)于用于小波變換的 小波展開系數(shù)的信息事先被作為數(shù)據(jù)庫(kù)而保存，并且，通過使用該信息執(zhí)行小波變換。將參照?qǐng)D7給出描述。在步驟701中，確定母小波。在本實(shí)施例中，選擇Daubechies 10(dbl0)，并且，級(jí)別為10。在步驟702中，對(duì)于某一太赫波的時(shí)間波形執(zhí)行小波變換，并 且，波形被分解成展開系數(shù)。這里，通過程序?qū)⒉ㄐ畏纸獬尚〔ㄕ归_系數(shù)是重要的。因此， 太赫波的時(shí)間波形可以是任何類型的波形。在步驟703中，從分解的展開系數(shù)提取單個(gè)值， 將該值正則化，并且，展開系數(shù)的其它值被設(shè)為0。在本實(shí)施例中，提取的值被正則化為1。 為了提取一系列的展開系數(shù)，執(zhí)行該操作。因此，展開系數(shù)的值是不必要的。在替換展開系 數(shù)的值之后，在步驟704中，執(zhí)行逆小波變換以產(chǎn)生時(shí)間波形。在步驟705中，對(duì)于時(shí)間波 形執(zhí)行傅立葉變換。然后，與在第一實(shí)施例中描述的方法類似，在步驟706中，計(jì)算對(duì)于頻 譜的影響程度(頻譜分析所需要的程度)。對(duì)于所有的小波展開系數(shù)計(jì)算影響程度，從而 計(jì)算對(duì)于頻譜的影響程度(頻譜分析所需要的程度)。對(duì)于所有的小波展開系數(shù)執(zhí)行步驟 703 至 706。然后，在步驟707中，其對(duì)于頻譜的影響程度比某一值(與在第一實(shí)施例中描述的 且為本發(fā)明的特征性的閾值B對(duì)應(yīng))低的小波展開系數(shù)的標(biāo)記被設(shè)為0，并且，其影響程度 為該某一值或更高的展開系數(shù)的標(biāo)記被設(shè)為1。標(biāo)記0指示影響程度為無(wú)。標(biāo)記1指示影 響程度保持不變。該信息作為設(shè)置在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)庫(kù)被保存。在測(cè)量對(duì)象被測(cè)量之前， 通過離線(off-line)處理執(zhí)行步驟703至707。接下來，將描述在線(on-line)處理。在步驟708中，通過THz-TDS由波形獲取單元測(cè)量(獲取)來自測(cè)量對(duì)象的太赫波的時(shí)間波形。通過使用選擇的母小波執(zhí)行小波變換， 并且，將波形分解成小波展開系數(shù)。然后，在步驟709中，從數(shù)據(jù)庫(kù)提取關(guān)于要被小波變換 使用的小波展開系數(shù)的信息(與測(cè)量對(duì)象以及諸如濕度、氣壓和波形獲取單元的元件特性 的環(huán)境條件對(duì)應(yīng)的信息)。具體而言，提取標(biāo)記信息。標(biāo)記信息指示哪個(gè)展開系數(shù)被0替換 以及哪個(gè)展開系數(shù)在不變的狀態(tài)下被使用。使用不變的展開系數(shù)等同于基于在線處理中獲 取的太赫波的傅立葉頻譜的頻率功率來執(zhí)行加權(quán)。特別地，通過對(duì)于執(zhí)行小波變換之前的 太赫波的時(shí)間波形執(zhí)行傅立葉變換，獲得圖3B (圖4B)中的細(xì)線。如細(xì)線所示，元件特性使 得從0. 1至ITHz的范圍中的頻譜的功率向著ITHz減小。由于此，可通過校正(即，基于頻 率的加權(quán))計(jì)算對(duì)于頻譜的影響程度(頻譜分析所需要的程度)，使得該范圍中的頻率的功 率變得彼此等同。但是，在本實(shí)施例中，采用單純的積分而不進(jìn)行校正。因此，僅基于元件 特性的傅立葉頻譜中的頻率功率來執(zhí)行加權(quán)。然后，在步驟710中，通過逆小波變換將利用標(biāo)記信息的處理之后的展開系數(shù)轉(zhuǎn) 換成時(shí)間波形。以這種方式，可保持頻譜分析所需要的頻譜信息，而噪聲通過小波變換被減 少。在本實(shí)施例中，當(dāng)執(zhí)行小波變換時(shí)，不使用被已知為小波收縮的閾值A(chǔ)。作為替代方案， 可以使用閾值A(chǔ)，并且，來自數(shù)據(jù)庫(kù)的信息可僅被反映到作為閾值A(chǔ)或更小的展開系數(shù)。將描述用于展開系數(shù)的標(biāo)記。圖8A示出提取展開系數(shù)200、展開系數(shù)200的值被 設(shè)為1、并且執(zhí)行逆小波變換時(shí)的時(shí)間波形(參照上述的步驟703和704)。圖8B是圖8A 中的時(shí)間波形的頻譜(參照上述的步驟705)。圖9A是展開系數(shù)800的情況下的時(shí)間波形。 圖9B是圖9A中的時(shí)間波形的頻譜。如果頻率范圍為從0.3THz至ITHz以計(jì)算對(duì)于頻譜的 影響程度，那么，參照?qǐng)D8B，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)展開系數(shù)200的對(duì)于頻譜的高影響程度(參照上述 的步驟706)。相對(duì)照地，參照?qǐng)D9B，發(fā)現(xiàn)不出現(xiàn)展開系數(shù)800的對(duì)于頻譜的影響。因此， 通過設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝礏，用于被作為數(shù)據(jù)庫(kù)而保存的展開系數(shù)的標(biāo)記對(duì)于展開系數(shù)200可 為1，并且對(duì)于展開系數(shù)800可為0(參照上述的步驟707)。該操作被應(yīng)用于所有的展開系 數(shù)，由此，對(duì)于所有的展開系數(shù)設(shè)定標(biāo)記。設(shè)定的標(biāo)記信息在計(jì)算機(jī)中被作為數(shù)據(jù)庫(kù)而保存 (參照上述的步驟707)。其它的處理與第一實(shí)施例的類似。圖IOA示出結(jié)果。通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換其中通過本實(shí)施例減少噪聲的時(shí)間波 形，獲得圖IOA中的粗線。圖IOA中的細(xì)線與圖;3B中的細(xì)線相同。比較圖IOA中的粗線與 細(xì)線，發(fā)現(xiàn)在粗線中，位于0. 4THz附近的吸收頻譜(麥芽糖的特征性的頻譜)被保存，并 且，ITHz或更高的范圍中的噪聲(作為不必要的信息的噪聲)被減少。在以上的描述中， coif4或dblO被用作母小波的基礎(chǔ)(basis)。但是，可以應(yīng)用諸如Symlets的其它基礎(chǔ)。當(dāng) 測(cè)量麥芽糖時(shí)，即使使用 Coiflets 1 至 4 (coif 1 至 coif4) ,Symlets 2 至 5 (sym2 至 sym5)、 以及Daubechies5至12(db5至dbl2)中的任一個(gè)，也可有效地減少包含噪聲的不必要的信 肩、ο第三實(shí)施例圖IOB示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的裝置的配置例子。波形獲取單元1獲取電磁 波的時(shí)間波形。通過THz-TDS執(zhí)行獲取，并由此可獲取太赫波的時(shí)間波形。分解單元2通過 小波變換將太赫波的時(shí)間波形分解成小波展開系數(shù)。計(jì)算單元3計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì) 于頻譜的影響程度。計(jì)算方法與在第一實(shí)施例中描述的計(jì)算方法類似。加權(quán)單元4基于小 波變換使用的閾值和小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度(或僅基于對(duì)于頻譜的影響程度)將小波展開系數(shù)加權(quán)。保存單元5基于測(cè)量對(duì)象將加權(quán)的小波展開系數(shù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)保存。 調(diào)整單元6依賴于測(cè)量對(duì)象來調(diào)整小波展開系數(shù)的權(quán)重。必須依賴于測(cè)量對(duì)象對(duì)于小波展 開系數(shù)適當(dāng)?shù)剡x擇權(quán)重。因此，從數(shù)據(jù)庫(kù)選擇依賴于測(cè)量對(duì)象的小波展開系數(shù)的權(quán)重。并 且，依賴于諸如測(cè)量條件等的環(huán)境條件來調(diào)整小波展開系數(shù)的選擇的加權(quán)值。轉(zhuǎn)換單元7對(duì)于調(diào)整之后的小波展開系數(shù)執(zhí)行逆小波變換，以將小波展開系數(shù)轉(zhuǎn) 換成時(shí)間波形。在本實(shí)施例中，通過計(jì)算機(jī)操作分解單元2、計(jì)算單元3、加權(quán)單元4、保存單 元5、調(diào)整單元6和轉(zhuǎn)換單元7。在與個(gè)人計(jì)算機(jī)連接的顯示器8上顯示通過轉(zhuǎn)換單元7獲 取的時(shí)間波形。其它的實(shí)施例并且，可通過執(zhí)行以下的處理實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。特別地，可通過網(wǎng)絡(luò)或通過任何類型的 存儲(chǔ)介質(zhì)，給系統(tǒng)或裝置供給實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述實(shí)施例中的任一個(gè)的功能的軟件(程序)。包含 于該系統(tǒng)或裝置中的計(jì)算機(jī)(或者計(jì)算機(jī)處理單元(CPU)和/或微處理單元(MPU)等)讀 取并執(zhí)行該程序?？墒褂萌魏晤愋偷拇鎯?chǔ)介質(zhì)，只要該介質(zhì)可存儲(chǔ)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序即 可。存儲(chǔ)介質(zhì)是存儲(chǔ)程序以使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述電磁波測(cè)量方法的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但要理解，本發(fā)明不限于公開的示例性 實(shí)施例。隨附的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的 結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量電磁波的電磁波測(cè)量方法，所述方法包括 獲取電磁波的時(shí)間波形；通過小波變換將電磁波的時(shí)間波形分解成小波展開系數(shù)； 計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于預(yù)定測(cè)量范圍中的頻譜的影響程度； 至少基于各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度將小波展開系數(shù)加權(quán)；以及 通過逆小波變換將加權(quán)的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁波測(cè)量方法，還包括將基于測(cè)量對(duì)象的通過加權(quán)獲取的小波展開系數(shù)的權(quán)重作為數(shù)據(jù)庫(kù)保存；以及 依賴于測(cè)量對(duì)象來調(diào)整小波展開系數(shù)的權(quán)重，其中，在所述轉(zhuǎn)換中，其權(quán)重通過所述調(diào)整被調(diào)整的小波展開系數(shù)通過逆小波變換被 轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁波測(cè)量方法，其中，在所述加權(quán)中，基于小波變換所使用的閾 值和小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度，將小波展開系數(shù)加權(quán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁波測(cè)量方法，其中，對(duì)各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度的所述計(jì)算包括從分解的小波展開系數(shù)提取單個(gè)值，通過逆小波變換將所述單個(gè)值重構(gòu)成時(shí)間波形，通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換獲取的時(shí)間波形，通過將至少單個(gè)頻率的信號(hào)強(qiáng)度相加來計(jì)算值，以及對(duì)于各個(gè)小波展開系數(shù)重復(fù)計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁波測(cè)量方法，其中，對(duì)各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度的所述計(jì)算包括 提取事先分解的小波展開系數(shù)中的單個(gè)值， 將所述值正則化，通過逆小波變換將正則化的值重構(gòu)成時(shí)間波形， 通過傅立葉變換來轉(zhuǎn)換獲取的時(shí)間波形， 通過將至少單個(gè)頻率的信號(hào)強(qiáng)度相加來計(jì)算值，以及 對(duì)于各個(gè)小波展開系數(shù)重復(fù)計(jì)算。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電磁波測(cè)量方法，其中，通過將所述至少單個(gè)頻率的信號(hào)強(qiáng)度相 加所獲得的所述值是通過基于頻率將頻率的信號(hào)強(qiáng)度加權(quán)并將信號(hào)強(qiáng)度相加所獲得的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁波測(cè)量方法，其中，所述電磁波是包含從30GHz至30THz的范 圍中的頻率分量的太赫波。
8.一種測(cè)量電磁波的電磁波測(cè)量裝置，所述裝置包括 波形獲取單元，被配置為獲取電磁波的時(shí)間波形；分解單元，被配置為通過小波變換將電磁波的時(shí)間波形分解成小波展開系數(shù)； 計(jì)算單元，被配置為計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于預(yù)定測(cè)量范圍中的頻譜的影響程度； 加權(quán)單元，被配置為至少基于各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度將小波展開系數(shù) 加權(quán)；以及轉(zhuǎn)換單元，被配置為通過逆小波變換將加權(quán)的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測(cè)量電磁波的方法和裝置。波形獲取單元獲取電磁波的時(shí)間波形。通過小波變換將時(shí)間波形分解成小波展開系數(shù)。計(jì)算各個(gè)小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度。至少基于小波展開系數(shù)對(duì)于頻譜的影響程度將小波展開系數(shù)加權(quán)。通過逆小波變換將加權(quán)的小波展開系數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間波形。因此，保持頻譜分析所需要的頻譜信息并具有減少的噪聲的時(shí)間波形被提供。
文檔編號(hào)G01N21/35GK102135447SQ20111000244
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者鹽田道徳 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社