In this study, we develop a three-dimensional (3D) terahertz time-of-flight (THz-TOF) imaging technique with a large depth range, based on asynchronous optical sampling (ASOPS) methods. THz-TOF imaging with the ASOPS technique enables rapid scanning with a time-delay span of 10 ns. This means that a depth range of 1.5 m is possible in principle, whereas in practice it is limited by the focus depth determined by the optical geometry, such as the focal length of the scan lens. We characterize the spatial resolution of objects at different vertical positions with a focal length of 5 cm. The lateral resolution varies from 0.8-1.8 mm within the vertical range of 50 mm. We obtain THz-TOF images for samples with multiple reflection layers; the horizontal and vertical locations of the objects are successfully determined from the 2D cross-sectional images, or from reconstructed 3D images. For instance, we can identify metallic objects embedded in insulating enclosures having a vertical depth range greater than 30 mm. For feasible practical use, we employ the proposed technique to locate a metallic object within a thick chocolate bar, which is not accessible via conventional transmission geometry.
Li, Shanggeng;Zhang, Shuai;Xie, Mengmeng;Li, Jing;Li, Ning;Yin, Qiang;He, Zhibing;Zhang, Lin
Current Optics and Photonics
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v.6
no.4
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pp.381-391
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2022
Two-photon-polymerization additive-manufacturing systems feature high resolution and precision. However, there are few reports on specific methods and possible problems concerning the use of small lasers to independently build such platforms. In this paper, a femtosecond-laser two-photon-polymerization additive-manufacturing system containing an optical unit, control unit, monitoring unit, and testing unit is built using a miniature femtosecond laser, with a detailed building process and corresponding control software that is developed independently. This system has integrated functions of light-spot detection, interface searching, micro-/nanomanufacturing, and performance testing. In addition, possible problems in the processes of platform establishment, resin preparation, and actual polymerization for two-photon-polymerization additive manufacturing are explained specifically, and the causes of these problems analyzed. Moreover, the impacts of different power levels and scanning speeds on the degree of polymerization are compared, and the influence of the magnification of the object lens on the linewidth is analyzed in detail. A qualitative analysis model is established, and the concepts of the threshold broadening and focus narrowing effects are proposed, with their influences and cooperative relation discussed. Besides, a linear structure with micrometer accuracy is manufactured at the millimeter scale.
Liyun Tang;Yang Du;Liujun Yang;Xin Wang;Long Jin;Miaomiao Bai
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.663-671
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2023
Freeze-thaw cycles induce strength loss at the frozen soil-concrete interface and deterioration of bonding, which causes construction engineering problems. To clarify the deterioration characteristics of the interface under the freeze-thaw cycle, a frozen soil-concrete sample was used as the research object, an interface scanning electron microscope test under the freeze-thaw cycle was carried out to identify the micro index information, and an interface shear test was carried out to explore the loss law of interface shear strength under the freeze-thaw cycle. The results showed that the integrity of the interface was destroyed, and the pore number and pore size of the interface increased significantly with the number of freeze-thaw cycles. The connection form gradually deteriorates from surface-to-surface contact to point-to-surface contact and point-to-point contact, and the interfacial shear strength decreases the most at 0-3 freeze-thaw cycles, with small decreases from to 3-8 cycles. After 12 freeze-thaw cycles, the interfacial shear strength tends to be stable, and shear the failure occurs internally in the soil.
Considering that decision in conservation treatment for damaged objects should consider not only various options of methodology of intervention but also possible consequences of different types of intervention, it is a difficult task to decide and propose clear and safest solution of preserving an object. In addition, it should be constantly challenged by conservators even if it is proved technique or methodology in a past treatment. Therefore, there is no absolute solution which can be applied to all practice but each decision can be different case by case. It is not possible to estimate the way how the present condition of material and environmental aspects would affect to the condition of an object in future. However if conservators keep trying to set out various ways of analysing pro and against effect of past treatments, it would be able to provide useful logics of proving efficiency and appropriateness of a certain treatment. Understanding that the advantage of laser technique is to adopt a way of cleaning an object without making a direct contact, which is different from other techniques, this paper aims at securing stability of laser techniques, although it remains a limitation in the compatibility to all other materials. This study has examined reacting process on the painted pigments against laser beam by using CLSM in order for it to display both the problems from such reacting process and the efficiency of it as a cleaning methodology. It has intended to estimate the result of laser techniques and propose the range of applicability.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.8
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pp.2043-2050
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2014
As most the scanning systems developed until now provide radiation scan plane images of the inspected objects, there has been a limitation in judging exactly the shape of the objects inside a logistics container exactly with only 2-D radiation image information. As a radiation image is just the density information of the scanned object, the direct application of general stereo image processing techniques is inefficient. So we propose that a new volume-based 3-D reconstruction algorithm. Experimental results show the proposed new volume based reconstruction technique can provide more efficient visualization for X-ray inspection. For validation of the proposed shape reconstruction algorithm using volume, 15 samples were scanned and reconstructed to restore the shape using an X-ray stereo inspection system. Reconstruction results of the objects show a high degree of accuracy compared to the width (2.56%), height (6.15%) and depth (7.12%) of the measured value for a real object respectively. In addition, using a K-Mean clustering algorithm a detection efficiency of 97% is achieved. The results of the reconstructed shape information using the volume based shape reconstruction algorithm provide the depth information of the inspected object with stereo X-ray inspection. Depth information used as an identifier for an automated search is possible and additional studies will proceed to retrieve an X-ray inspection system that can greatly improve the efficiency of an inspection.
Integrating 3D data acquired in multiple views is one of the most important techniques in 3D modeling. However, due to the presence of surface scanning noise and the modification of vertices consisting of surface, the existing integration methods are inadequate to some applications. In this paper, we propose a method of integrating surfaces by using the local surface topology. We first find all boundary vertex pairs satisfying a prescribed geometric condition on adjacent surfaces and then compute 2D planes suitable to each vertex pairs. Using each vertex pair and neighbouring boundary vertices projected to their 2d plane, we produce polygons and divide them to the triangles which will be inserted to empty space between the adjacent surfaces. A proposed method use local surface topology and not modify the vertices consisting of surface to integrate several of surfaces to one surface, so that it is robust and simple. We also integrate the transformed textures to a 2D image plane computed by using a cylindrical projection to composite 3D textured model. The textures will be integrated according to the partition lines which considering attribute of face object. Experimental results on real object data show that the suggested method is simple and robust.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.7
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pp.138-143
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2016
The designed and fabricated millimeter-wave security screening system receives radiation energy from an object and a human body. The imaging system consist of sixteen array antennas, sixteen four-stage LNAs, sixteen detectors, an infrared camera, a CCD camera, reflector, and a focusing lens. This system requires high sensitivity and wide bandwidth to detect the input thermal noise. The LNA module of the system has been measured to have 65.8 dB in average linear gain and 82 GHz~102 GHz in bandwidth to enhance the sensitivity for thermal noise, and to receive it over a wide bandwidth. The detector is used for direct current (DC) output translation of millimeter-wave signals with a zero bias Schottky diode. The lens and front-end of the millimeter-wave sensor are important in the system to detect the input thermal noise signal. The frequency range in the receiving sensitivity of the detectors was 350 to 400 mV/mW at 0 dBm (1 mW) input power. The developed W-band imaging system is effective for detecting and identifying concealed objects such as metal or plastic.
Recently, thank to the popularization of light-weight drone through the significant developments in computer technologies as well as the advanced automated procedures in photogrammetry, Unmanned Aircraft Systems have led to a growing interest in industry as a whole. Documentation, maintenance, and restoration projects of large scaled cultural property would required accurate 3D phenomenon modeling and efficient visual inspection methods. The object of this study verify on the accuracies achieved of 3D phenomenon reconstruction as well as on the validity of the preservation, maintenance and restoration of large scaled cultural property by UAS photogrammetry. The test object is cltural heritage(treasure 1324) that is the rock-carved standing Bodhisattva in Soraesan Mountain, Siheung, documented in Goryeo Period(918-1392). This standing Bodhisattva has of particular interests since it's size is largest stone Buddha carved in a rock wall and is wearing a lotus shaped crown that is decorated with arabesque patterns. The positioning accuracy of UAS photogrammetry were compared with non-target total station survey results on the check points after creating 3D phenomenal models in real world coordinates system from photos, and also the quantified informations documented by Culture Heritage Administration were compared with UAS on the bodhisattva image of thin lines. Especially, tests the validity of UAS photogrammetry as a alternative method of visual inspection methods. In particular, we examined the effectiveness of the two techniques as well as the relative fluctuation of rock surface for about 2 years through superposition analysis of 3D points cloud models produced by both UAS image analysis and ground laser scanning techniques. Comparison studies and experimental results prove the accuracy and efficient of UAS photogrammetry in 3D phenomenon modeling, maintenance and restoration for various large-sized Cultural Heritage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.5
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pp.803-812
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2002
Reverse engineering has been widely used for the shape reconstruction of an object without CAD data and the measurement of clay or wood models for the development of new products. To generate a surface from measured points by a laser scanner, typical steps include the scanning of a clay or wood model and the generation of manufacturing data like STL file. A laser scanner has a great potential to get geometrical data of a model for its fast measuring speed and higher precision. The data from a laser scanner are composed of many line stripes of points. A new approach to remove point data with Delaunay triangulation is introduced to deal with problems during reverse engineering process. The selection of group of triangles to be triangulated based on the angle between triangles is used for robust and reliable implementation of Delaunay triangulation as preliminary steps. Developed software enables the user to specify the criteria for the selection of group of triangles either by the angle between triangles or the percentage of triangles reduced. The time and error for handling point data during modelling process can be reduced and thus RP models with accuracy will be helpful to automated process.
The point-cloud representation of an object is performed by scanning a space through a laser scanner that is extracting a set of points, and the points are then integrated into the same coordinate system through a registration. The set of the completed registration-integrated point clouds is classified into meaningful regions, shapes, and noises through a mathematical analysis. In this paper, the aim is the matching of a curved area like a cylinder shape in 3D point-cloud data. The matching procedure is the attainment of the center and radius data through the extraction of the cylinder-shape candidates from the sphere that is fitted through the RANdom Sample Consensus (RANSAC) in the point cloud, and completion requires the matching of the curved region with the Catmull-Rom spline from the extracted center-point data using the Principal Component Analysis (PCA). Not only is the proposed method expected to derive a fast estimation result via linear and curved cylinder estimations after a center-axis estimation without constraint and segmentation, but it should also increase the work efficiency of reverse engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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