Распознавание сортов древесины с использованием терагерцового спектра и гиперспектральной технологии

Для распознавания сортов древесины использованы терагерцовая спектроскопия во временной области (THz-TDS) и гиперспектральная технология. Десять образцов древесины различных пород, в том числе пять видов хвойных (Pinus sylvestris, Pinus tabulaeformis, Pinus massoniana, Larix gmelinii и Pinus koraiensis) и пять видов лиственных (Xylosma racemosum, Populus davidiana, Fraxinus rhynchophylla, Betula platyphylla и Tilia tuan Szyszyl), выбраны в качестве экспериментальных. Исследование спектральных характеристик проведено на наборах из 400 ТГц-спектров поглощения и гиперспектральных данных. Использованы три метода предварительной обработки спектра: алгоритм сглаживания Савицкого–Голея, стандартное нормальное переменное преобразование и коррекция многомерного рассеяния. Созданы модели распознавания методом опорных векторов и анализа эффектов распознавания. Показано, что с помощью THz-TDS и гиперспектральной технологии можно идентифицировать лиственные породы из разных семейств и родов с наивысшими показателями точности 92 и 94 %. Уровень распознавания THz-TDS для пяти образцов древесины хвойных пород из одного семейства 92 %, что является хорошим показателем, в то время как гиперспектральная технология не дает таких результатов.

1. E. A. Wheeler, P. Baas, IAWA J., 19, No. 3, 241–264 (1998).

2. M. Yu, K. Liu, L. Zhou, L. Zhao, S. Q. Liu, Holzforschung, 70, No. 2, 127–136 (2016).

3. L. Pang, J. Xiao, J. J. Ma, L. Yan, J. For. Res., 32, No. 2, 461–469 (2021).

4. V. Shenbaga Priya, D. Ramyachitra, Cluster. Comp., 22, No. S6, 13569–13581 (2019).

5. G. J. Qiu, E. L. Lu, H. Z. Lu, S. Xu, F. G. Zeng, Q. Shui, Sensors, 18, No. 4, 1010–1025 (2018).

6. J. Sun, Y. C. Zhang, H. P. Mao, S. L. Cong, X. H. Wu, P. Wang, Optik, 153, 156–163 (2018).

7. S. Nisgoski, A. A. de Oliveira, G. I. B. de Muñiz, Wood. Sci. Technol., 51, No. 4, 929–942 (2017).

8. G. Y. Shi, J. Cao, C. Li, Y. L. Liang, J. For. Res., 31, No. 3, 1061–1069 (2020).

9. L. Yu, Y. L. Liang, Y. Z. Zhang, J. Cao, J. For. Res., 31, No. 3, 1053–1060 (2020).

10. M. Peccianti, R. Fastampa, A. M. Conte, O. Pulci, C. Violante, J. Łojewska, M. Clerici, R. Morandotti, M. Missori, Phys. Rev. Appl., 7, No. 6, 064019 (2017).

11. T. Trafela, M. Mizuno, K. Fukunaga, M. Strlič, Appl. Phys. A Mater., 111, No. 1, 83–90 (2013).

12. F. S. Vieira, C. Pasquini, Anal. Chem., 86, No. 8, 3780–3786 (2014).

13. M. Naftaly, R. E. Miles, IEEE, 95, No. 8, 1658–1665 (2007).

14. K. Okada, Q. Cassar, H. Murakami, G. MacGrogan, J. P. Guillet, P. Mounaix, M. Tonouchi, K. Serita, Photonics, 8, No. 5, 151 (2021).

15. F. F. Qu, L. Lin, Y. He, P. C. Nie, C. Y. Cai, T. Dong, Y. Pan, Y. Tang, S. M. Luo, Molecules, 23, No. 7, 1607 (2018).

16. S. Tsuzuki, N. Kuzuu, H. Horikoshi, K. Saito, K. Yamamoto, M. Tani, Appl. Phys. Express, 8, No. 7, 072402 (2015).

17. H. Wang, Y. Horikawa, S. Tsuchikawa, T. Inagaki, Cellulose, 27, No. 17, 9767–9777 (2020).

18. T. Inagaki, I. D. Hartley, S. Tsuchikawa, M. Reid, Holzforschung, 68, No. 1, 61–68 (2014).

19. K. Krügener, S. Sommer, E. Stübling, R. Jachim, M. Koch, W. Viöl, J. Infrared. Millim. Terahertz. Waves, 40, No. 7, 770–774 (2019).

20. M. Reid, R. Fedosejevs, Appl. Opt., 45, No. 12, 2766–2772 (2006).

21. S. Tanaka, K. Shiraga, Y. Ogawa, Y. Fujii, S. Okumura, J. Wood. Sci., 60, No. 2, 111–116 (2014).

22. Y. Wang, S. She, N. Zhou, P. X. Jia, J. G. Zhang, Spectrosc. Spectr. Anal., 39, No. 9, 2719–2724 (2019).

23. A. Subasi, Comp. Biol. Med., 43, No. 5, 576–586 (2013).

24. R. Pouteau, A. Collin, Remote Sens. Lett., 4, No. 7, 686–695 (2013).

25. C. M. Salvador, C. C. K. Chou, Atm. Environ., 95, 288–295 (2014).

26. J. W. Zhang, W. L. Song, B. Jiang, M. B. Li, J. For. Res., 29, No. 2, 557–564 (2018).

27. Y. Wang, S. She, N. Zhou, J. G. Zhang, H. Yan, W. B. Li, Bioresources, 14, No. 1, 1033–1048 (2019).

28. T. D. Dorney, R. G. Baraniuk, D. M. Mittleman, J. Opt. Soc. Am. A, 18, No. 7, 1562–1571 (2001).

29. L. Duvillaret, F. Garet, J. L. Coutaz, Appl. Opt., 38, No. 2, 409–415 (1999).

30. M. Kamruzzaman, Y. Makino, S. Oshita, J. Food. Eng., 170, 8–15 (2016).