光谱成像信息的数据融合技术在储层表征中的应用

光谱成像技术在矿物学和岩石学方面已得到广泛应用,然而,面对数量巨大、覆盖范围广阔的目标成像光谱数据,如何从中获取所需要的信息,并对其进行信息增强是需要亟待解决的问题。将显微红外光谱成像分析系统得到的实验结果,利用显微光谱成像信息的数据融合技术进行了数据处理,得到岩心样品中不同化学组分、基团的空间分布图。结果表明,利用该技术更好地揭示了不同烃类在岩石中的分布情况、孔隙的连通性等信息,显微光谱成像信息的数据融合技术为储层表征提供了一种新方法。     

ZnO纳米棒的拉曼和发光光谱研究(英文)

本文对采用湿化学方法合成的ZnO纳米棒样品的拉曼光谱和发光光谱进行了研究。由扫描电镜结果可知,合成的ZnO纳米棒具有很好的尺寸发布均匀性,直径在30 nm左右,长度大于1微米。采用显微拉曼光谱技术,得到了632.8 nm波长激发的拉曼光谱,并和体相样品的拉曼光谱进行了对比分析;由325 nm激光波长激发得到的荧光光谱可知样品具有很好的紫外发光性质。     

多色双光子激发荧光显微技术实验研究

双光子激发荧光(two-photon excited fluorescence, TPEF)显微是一种非线性光学显微技术, 具有高的时间分辨率和空间分辨率、高的信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点. 传统的TPEF显微一般采用波长可调谐的超短脉冲激光器作为光源. 在实际应用中, 利用TPEF显微技术研究含有多种荧光团或未知成分的待测样品, 往往需要多次改变激发光的波长以获得对各种荧光团的最佳激发. 为了同时获取不同荧光团的荧光信号, 利用超连续谱激光光源实现了多色TPEF显微成像, 实验中无需调节波长, 能够同时获得具有两种不同发射波长的荧光标记的铃兰根茎切片样品的TPEF图像. 实验结果表明, 与传统的TPEF显微相比, 该方法能够同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度TPEF图像, 具有系统结构简单、操作简便、信息量大等优点, 在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景.     

MOCVD生长InxGa1-xN合金微观结构和光学特性

利用发光光谱、X射线衍射(XRD)、原子力显微(AFM)等实验方法对MOCVD生长的InxGa1-xN合金进行了研究。原子力显微图样表明样品表面出现纳米尺度为微岛状结构。样品PL和PLE谱表明,其主要吸收峰位于波长为365,474nm,发光峰的位置位于波长为545,493nm处,其中545nm发光峰半高宽较493nm发光峰宽,这两个峰分别起源于In(Ga)N浸润层和InGaN层发光,浸润层局域化激子和岛状微观结构弛豫特性是产生发光峰Stokes移动的重要原因。     

含油岩心显微荧光成像光谱研究

发展了一种显微荧光光谱成像技术,并将其应用于天然岩心进行显微荧光成像光谱研究。利用这种技术同时采集含油岩心表面的荧光光谱信息和空间信息．并对获得的光谱图像给予光谱学和地质学解释。结果表明,不但能显示岩心形貌和组分的大致趋势,而且能揭示其精细细节．为石油地质研究提供了一种新方法,为今后的石油勘探开发工作提供了一种先进的指导手段。     

阿达玛变换光谱显微成像分析乳腺癌组织肿瘤标志物的分布

自行研制的多功能阿达玛变换光谱成像显微系统具有获取微小组织样品的高分辨荧光光谱和荧光图像的能力。由于量子点具有激发区域宽、可以一元激发多元发射、荧光峰形狭窄、亮度高、抗光漂白能力强等特点,非常适合作为荧光标记物应用于光谱显微成像分析领域。采用荧光发射波长为610 nm的量子点荧光探针分别免疫标记乳腺癌标志物人表皮生长因子受体2(HER2) 和雌激素受体(ER),通过激光诱导荧光法和荧光原位光谱成像法分析癌组织中HER2和ER的光谱特征和定量信息,采用阿达玛变换光谱显微成像系统对阳性乳腺癌组织与阴性正常乳腺组织进行对比分析,其结果表明该仪器可有效用于肿瘤标志物在癌组织内的定量研究,是定量检测乳腺癌HER2和ER分布的新技术。该技术建立的针对肿瘤标志物的半定量和定量分析方法,所得结果优于常规的定性分析方法。     

岩心显微拉曼光谱成像方法的研究

虽然用激光拉曼光谱显微探针研究岩心中碳质物的工作已有很大进展,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学(红外、拉曼和荧光等)微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别点得到的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别,但是用拉曼显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用“串行-成像”(series-or indirect-imaging,Mapping)和“并行-成像”(parallel-or direct-imaging, Imaging)两种方式对含油岩心进行了显微拉曼光谱成像的研究。从光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得试验结果进行了比较和评估。     

用于可见照明的超宽带黄色荧光玻璃

报道了一种新的可用蓝光发光二极管（LED）有效激发的黄色发光玻璃.这种超宽带黄色荧光玻璃样品是在低硅钙铝酸盐玻璃基质中掺杂Ce³⁺,并采用熔融法制备的.通过对吸收光谱、激发光谱、荧光光谱以及不同激发源下荧光强度和峰值波长的测试,分析了样品的发光特性.并利用蓝光LED来激发样品,获得白光发射.从色坐标的计算和玻璃本身的优势来看,这一发光体系在照明和显示等方面具有很大的潜在应用价值.     

利用显微红外光谱技术表征非均质油气储层裂缝特征——以任丘潜山蓟县系雾迷山组碳酸盐岩储层为例

油气储层裂缝既是重要的储油空间,又是油气运移的主要通道,因此,裂缝表征非常重要。然而储层岩石具有强烈的非均质性,如何精确表征非均质储层裂缝是需要亟待解决的问题。利用显微红外光谱技术可以对矿物分子的光谱曲线进行分析,得到不同的峰值特征,精确获得岩石介质成分、裂缝的大小、裂缝充填物特性等。以任丘潜山型碳酸盐岩非均质储层为例,基于显微红外光谱技术,通过分析岩心光片显微红外成像光谱图和不同特征区域的光谱曲线,获得了目标样品岩石介质的物化特性和空间分布特征,预测了裂缝可能发育的区域, 并分析了裂缝的有效性。结果表明,岩心样品主要介质为白云岩;储层裂缝中含有烃类有机物和盐水包裹体,它们主要赋存于白云岩介质中;裂缝充填物中盐水包裹体所占比例为51.7%,烷烃有机物所占比例为26.0%,裂缝发育从岩心样品左上方区域延伸至右下方区域,表明该延伸区域可能是流体运移的通道;盐水包裹体会阻碍油气的运移,导致裂缝的渗透率降低;实验测得岩石裂缝宽度为1~1.5 mm,属于大裂缝,油气可以顺利通过,因此,裂缝的有效性好。研究表明利用显微红外光谱成像技术表征非均质储层裂缝特征是切实可行的,为非均质油气储层精确表征提供了一种新方法。     

光学移频超分辨成像技术进展

光学显微镜具有无损、样品友好、速度快等优点,一直是人类探索微观世界的主要手段。但是,由于受到衍射极限限制,长期以来,光学成像系统的分辨率最高仅能达到可见光半波长量级,逐渐成为科学技术发展的桎梏。对于荧光标记样品,可以利用荧光超分辨光学显微成像技术打破光学衍射极限,填补电子显微镜(约为1 nm)和普通可见光学显微镜(200~250 nm)之间的空缺。然而,对于大多数样品特别是非荧光标记样品而言,利用现有技术进行超分辨成像依旧存在相当难度。近年来,科研人员从合成孔径成像原理出发,提出了光学移频超分辨成像方法,开辟了光学超分辨成像的新思路。光学移频超分辨成像不拘泥于荧光非线性效应的限制,兼具非荧光标记样品以及荧光标记样品的超分辨成像能力,而且因为其成像速度快、样品普适性高和光毒性低等优点,在材料学、生物学和医学等领域展现了很好的应用前景。本文从原理和方法上详细综述了移频超分辨光学显微成像技术,并对未来发展方向进行了评述和展望。     

双光子阵列点激发同时多维荧光信息的处理

五维同时荧光信息显微成像方法是一种新的荧光信息获取技术，它采用了双光子阵列点激发方式.这一方法可同时获取激发阵列点每点荧光的位置信息、荧光光谱信息和荧光寿命信息，弥补了现有荧光检测技术的不同功能信息不具有同时性的缺陷.给出了从这种技术的复合信息中提取复合光谱几何强度结构图像、不同光谱几何强度结构图像、不同光谱寿命图像的方法.提出了一种激发荧光强度修正系数矩阵方法，消除阵列点激发光强不均匀对激发荧光强弱产生的不利影响，取得明显效果.实验对实际样品做了数据采集和处理，给出图像结果，表明处理的效果良好.对存在的问题也作了讨论. 关键词： 荧光信息处理 双光子 荧光光谱 荧光寿命     

基于小波变换的藻类显微光谱成像分类技术

通过显微成像光谱技术对淡水藻类进行成像光谱的测量,并试图同时从形貌和化学成分两个方面给出藻类识别的综合方法。首先利用显微图像技术对单个藻种进行观察测量,进行形貌学分类,再通过成像光谱仪获得藻类的吸收光谱立方体,然后利用小波变换对光谱进行处理,得到区分形貌相近的不同藻类的光谱特征参数,在化学成分上将其区分。本方法对准确进行藻类识别具有重要的指导意义。     

基于矩阵分析的STR荧光解谱技术

用多种荧光标记物进行STR检测时,由于荧光光谱的谱带展宽特性,各个荧光光谱之间有重叠部分,如何实现将相互重叠的各个波长上的能量有效利用起来,对提高荧光利用效率至关重要。本文给出了一种基于矩阵分析的数据处理方法,该方法在进行荧光探测前首先要对荧光谱进行光谱校正,即要得到每种所用标记染料受激发射荧光的光谱分布,根据光谱分布建立染料组合荧光信号矩阵,然后对矩阵进行归一,利用归一后的矩阵对所探测的荧光谱进行解谱,从而得到所期望的荧光谱图。理论分析和实验结果表明,该方法可以有效的利用各个波长的荧光光谱能量,并实现对不同荧光重叠谱的有效光谱解谱。     

基于FCM的煤矿突水激光诱导荧光光谱分析

快速识别煤矿突水水源类型对于矿井水害防治意义非凡。鉴于传统水化学方法水源识别耗时较长等诸多不足,提出了将模糊C均值聚类(FCM)算法和多维标度分析(MDS)用于激光诱导荧光光谱识别煤矿突水水源这一新思路。由于FCM算法在光谱分析和模式识别等方面都有着成功的应用,况且激光光谱具有时间响应快、灵敏度高、干扰小等优点,通过实时采集水样的荧光光谱数据,利用FCM和MDS对光谱数据分析后就可以辨别水样类型。以华东地区某矿的老空水和奥灰水以及按比例混合得到水样共7种(每种水样各20个样本)为实验材料,利用405 nm激光打入被测水体,一共采集了140组荧光光谱数据,随后选择合适的波长区间进行分析。取每种水样各15组共105组光谱数据用作训练集,其余35组光谱数据用作测试集。使用MDS建立七种不同水样的模型,再利用FCM算法进行聚类分析得到七种水样的簇中心,最后使用得到的簇中心对测试集进行验证。实验结果表明,不同水样的光谱图有着较大差异,选取合适的波长区间下的光谱数据,在MDS下选择维度为2,利用FCM算法对水样进行分类,全部140组样本的准确率是100%。     

同步辐射X射线荧光光谱国内外研究进展

同步辐射光源是带电粒子在加速器储存环中以接近光速的速度运动时,沿轨道切线方向发射出的辐射,同步辐射X射线荧光分析(SR-XRF)是以同步辐射X射线作为激发光源的X荧光光谱分析技术.同步辐射X射线荧光分析包括了用于微区及微量元素分析的同步辐射XRF、用于表面及薄膜分析的同步辐射全反射X射线荧光(SR-TXRF)以及用于三...     

干涉成像光谱仪等波长光谱重建方法研究

干涉型成像光谱仪是嫦娥1号(CE-1)卫星的重要设备,用于分析月球表面物质成分含量及其分布,目前所得到的2B级科学数据的光谱分辨率为325 cm-1,转化为波长分辨率表示后各谱段不一样,第一个波段为7.6 nm,最后一个波段为29 nm,这引入两个问题：(1)与地面波谱库中用于标定和比对的光谱分辨率描述方式不一致;(2)由于波段窄而进入的信号少,造成短波光谱信噪比差。基于CE-1干涉成像光谱仪光谱重建模型,讨论了波长分辨率与截止函数的关系,提出了一种随波长及波长分辨率变化的可调截止函数,并选取相应Sinc函数进行切趾,实现了波段覆盖范围内任意指定波长分辨率的光谱数据重建。利用该方法对CE-1号在轨0B数据进行处理,得到了29 nm等波长高光谱图像,采用光谱信噪、主成分分析和无监督分类等方法对重建结果与同区域2级科学数据进行比对,结果表明：短波波段光谱信噪比提高了4倍,平均提高了2.4倍,基于光谱特征的分类结果一致,数据质量大大改善。EWSR方法的优点有：(1)在保持光谱信息量的情况下,虽然牺牲部分光谱分辨率,但提高短波波段的光谱信噪比;(2)实现了在波段覆盖范围内任意指定波长位置或任意设定波长分辨率的光谱数据重建。     

红外光谱法与荧光光谱成像技术结合神经网络对正毛化橘红的快速鉴别

为探究一种快速、可靠的化橘红检测方法,本实验分别采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱法和荧光光谱成像技术结合多层感知器(MLP)神经网络所构建的模式识别方法,对化橘红进行鉴别,并对两种方法进行了比较。实验以81个正毛化橘红,37个其他品种橘红共118个样品为研究对象,采集所有样品的红外光谱和荧光光谱图像。根据光谱曲线中不同样品间的差异,取红外光谱中550-1800 cm-1区段范围内的光谱数据和荧光光谱曲线中的400～720 nm区段的光谱数据进行分析,应用主成分分析法(PCA)对化橘红的光谱数据进行降维处理,再结合MLP神经网络对化橘红样品进行判别分析。实验中分别使用多元散射校正(MSC)、标准正态变量校正(SNV)、一阶导(FD)、二阶导(SD)以及Savitzky-Golay(SG)平滑数据预处理方法,并比较他们对鉴别模型的影响。分析结果表明：利用红外光谱法(FTIR/ATR),经由Savitzky-Golay(SG)平滑预处理得到的数据,通过隐层函数为sigmoid的三层MLP模型,能够得到最优正毛化橘红识别率,其结果训练集和测试集的识别率都为100%;利用荧光光谱成像技术,由多元散射(MSC)预处理的结果是最理想的。经过预处理的数据,通过隐层函数为sigmoid函数的三层MLP模型,训练集识别率达到100%,测试集识别率达到96.7%。由此可见,衰减全反射红外光谱法(FTIR/ATR)和荧光光谱成像技术分别与MLP神经网络构建的识别模式,均可对化橘红的判别达到快速、可靠的效果。     

基于主成分分析-二阶导数光谱成像的红外显微图像分析

红外显微成像技术将红外光谱技术和显微技术相结合,不仅可以提供测试样品的光谱信息而且能够提供测试样品的空间分布信息。然而复杂样品的红外显微图像谱峰重叠严重,无法直接获得目标组分的分布信息。将因子分析与光谱分离技术相结合提出了主成分分析-二阶导数光谱成像方法。通过兔子动脉红外显微图像中胆固醇分布的成像实验,验证该方法的可行性和有效性。实验结果表明,该方法可以提高光谱分辨率,挖掘隐藏于重叠谱峰中的有用信息,是一种有效的红外显微图像分析方法。