紫外诱导高光谱成像的海洋溢油及乳化探测方法

针对夜间溢油探测问题,提出了一种通过紫外(UV)LED诱导并基于高光谱波段差辐射指数的探测方法。通过高光谱成像仪,同步采集了紫外LED和卤素灯两种照明方式下的原油、乳化油和本底海水的高光谱图像。基于33个波段(400~720 nm)辐射值构建了波段差指数作为溢油鉴别特征。特征优化方面,通过增L减R法、Fisher法进行了有效波长的选择,通过多维尺度分析、主成分分析(PCA)、独立分量分析进行了波段特征提取,通过径向基函数-支持向量机模型对结果进行识别。结果表明,基于紫外LED的高光谱波段差指数的溢油探测模式,比卤素灯的波段均值识别率分别提高了6.01%和8.17%,因此紫外LED光源更适合夜间溢油及乳化的准确探测。并且,通过Fisher有效波长选择和通过PCA得到的特征组合两种方法识别效果相当,优选的3波段特征的紫外识别率分别达到了85.89%和87.02%,12特征的溢油准确率均达到了100%,通过Fisher法提取的有效波长(400~420 nm),更适合于实际在线溢油探测。紫外诱导下高光谱的成像的海洋溢油鉴别模型,为夜间海洋溢油探测提供了一种快速鉴别方法。     

一种基于区域的NSCT域多光谱与高分辨率图像融合算法

提出了一种基于多阈值分割和无下采样Contourlet变换(Nonsubsampled Contourlet Transform,NSCT)的多光谱与高分辨率图像融合算法.对多光谱图像进行多阈值分割,并利用提出的区域均值比指标将多光谱图像划分为需要进行空间细节增强及需要保持光谱特征的区域;然后利用NSCT对高分辨率图像和多光谱图像的强度分量进行多尺度、多方向分解.分解后的低频部分采用基于窗口邻域的融合规则和算子进行融合,高频部分按区域均值比指标进行区域融合;最后进行重构得到融合后的多光谱图像的强度分量,经IHS逆变换后得到高分辨率的多光谱图像.实验结果表明,该算法可获得较理想的融合图像,融合效果优于IHS变换法、基于像素的à trous小波变换法以及基于像素的NSCT法.     

基于FFT奇异值分解的光谱信号去噪算法

微型光谱仪在采集光谱信号过程中,光谱数据经常受到来自仪器光学系统和电子电路中的干扰出现噪声和光源特征峰,严重干扰了真实光谱信号的图谱特征,因此需要使用合理的预处理方法保留光谱信号中有用信号并尽可能过滤噪声信号同时将光源特征峰滤除,从而提高光谱信息定量分析的稳健性和准确性。并且在线检测系统要求尽可能减少人为参数选择对去噪效果的影响,奇异值分解经常应用于由系统电路引起的噪声去噪,奇异值降噪阶次的选取对提高信号信噪比十分关键,但是往往参数选取主要依赖经验调试和实验验证。因此,提出了一种基于奇异值重构信号分量频率的光谱信号去噪算法。该算法首先重构原始光谱信号单个奇异值分量信号,然后对每个奇异值分量信号作快速傅里叶变换,得到每个奇异值分量信号快速傅里叶变换结果中振幅最大所对应的频率值,最后按照奇异值递减方式对相应分量信号频率值进行一阶滞后差分,得到频率差分谱,研究表明,差分谱第一个谱峰值在大于设定阈值处所对应的奇异值即为奇异值分解降噪的有效阶次。结果表明：对包含多种重金属离子的溶液在线测量的紫外可见光谱信号,添加不同强度的随机噪声,并进行去噪处理,使用信噪比和均方根误差两个性能指标进行对比。所提算法相较于SG滤波算法和小波变换去噪算法信噪比分别提高了22.05%,10.88%,均方根误差分别降低了74.28%,41.29%。所提算法完全基于数据驱动,在处理真实紫外可见光谱信号中不仅抑制了噪声影响,而且将微型光谱仪的光源特征峰有效滤除,在紫外可见光谱信号的定量分析中具有较好的应用前景。     

一种多光谱与高分辨率全色图像融合新算法

提出了一种新的基于小波变换的多光谱与高分辨率图像融合方法.该方法通过强度因子有效地将高分辨率图像经小波分解的低频分量信息融合到多光谱图像经小波分解的低频分量中去,使得经过小波反变换的融合图像较大程度地保留了多光谱图像的光谱信息和高分辨率图像的空间分辨率.给出了该方法的融合结果,并与小波变换法(WT方法)进行了比较,证明了该图像融合方法的正确和有效性.     

基于主特征提取的Retinex多谱段图像增强

根据Retinex视觉模型中照射分量和反射分量的统计特性,融合多尺度主特征提取法、平台直方图算法、非局部均值滤波及局部细节增强算法可对多谱段图像进行有效增强.首先利用多尺度主特征提取法估计照射分量,对照射分量进行平台直方图操作,增强全局对比度及图像主结构边缘细节;然后将原图与照射分量相除获取反射分量,对反射分量进行非局部均值滤波抑制噪声,再进行基于局部方差的局部细节增强;最后将增强后的照射分量与反射分量相乘,即为增强图像.从主观和客观两方面,对X光图像、紫外图像、可见光图像、低照度可见光图像和红外图像实验结果的分析表明,本文算法能够有效地抑制图像噪声、增强图像对比度及细节、改善图像视觉效果,是一种通用有效的多谱段图像增强算法.     

基于线指数特征的海量恒星光谱聚类分析研究

聚类分析是数据挖掘中用以发现数据分布和隐含模式的一种重要算法,能简单有效地研究大样本、多参量和类别未知的光谱数据。以线指数作为光谱数据的特征值能够在尽可能多的保留光谱物理特征的同时,有效解决高维光谱数据聚类分析中运算复杂度较高的问题。本文提出了基于线指数特征的海量恒星光谱数据聚类分析的方法,提取恒星光谱中的Lick线指数作为海量巡天光谱数据的特征,使用k均值聚类算法完成对光谱数据的聚类,然后对聚类结果进行有效的分析。实验结果证明该方法能够快速有效地将具有相似物理特征的恒星光谱数据聚集到一起,该方法可以应用到巡天数据的研究中。     

用卤钨灯对激光诱导击穿光谱探测系统进行绝对效率标定（英文）

基于辐射度学理论搭建了用于激光诱导击穿光谱探测系统的绝对效率标定装置.用卤钨灯配备紫外玻璃滤光片和熔融石英漫射片作为标定的标准光源,标定了配备Czerny-Turner型紫外波段光谱仪的激光诱导等离子体光谱探测系统.测得了系统在310~385nm波长范围内的绝对光谱响应,不确定度小于7%(在标准偏差为2的条件下).绝对效率标定可为激光诱导击穿光谱探测系统硬件评估提供一种手段.     

基于高光谱特征的迷彩伪装评价

伪装效果分析是伪装设计和识别的重要环节,为了对高光谱探测下的目标伪装效果进行有效评价,结合高光谱图像光谱分辨率较高的特点,提出了一种基于高光谱特征的迷彩伪装评价方法。在光谱维,分析并提取伪装目标的光谱特征。在空间维,对图像第一主成分进行多层小波分解,提取高频分量和低频分量的比值、水平分量和垂直分量的比值以及低频图像的对比度、相关性、能量、同质性等6个特征作为纹理特征。利用欧氏距离分别计算光谱特征距离与纹理特征距离,最后将二者进行综合,距离越小说明伪装效果越好。实验数据表明:本文的方法可以量化高光谱成像下的迷彩伪装效果,评价客观。得到迷彩雨衣与草坪背景之间的综合距离为1.3225,两者融合效果最好。     

基于自适应差分滤波的干涉图基线校正方法

基线校正是傅里叶变换成像光谱仪光谱反演的重要环节,因为干涉曲线切趾、相位校正等光谱反演预处理步骤均需要在基线校正完成后进行。提出了一种用于基线校正的自适应差分滤波方法。该方法使用迭代算法动态调整加权均值滤波窗口。仿真结果表明,该滤波方法对直流趋势项的滤除更为彻底。利用实验室仪器获取的紫外潜指纹残留物光谱数据进行分析,结果说明,在仪器工作光谱范围内,使用该方法进行基线校正后得到的光谱曲线与有效光谱曲线基本一致。该方法无需提前选择滤波窗口,具有自适应性。并且基于均值滤波算法的自适应差分滤波方法计算流程简单,迭代效率较高。     

融合加权均值滤波与流形重构保持嵌入的高光谱影像分类

高光谱影像中波段数过多易导致"维数灾难",而传统高光谱影像维数约简算法仅利用光谱特征而忽略了空间信息.针对上述问题,提出一种融合加权均值滤波与流形重构保持嵌入的维数约简算法.该方法利用影像中地物分布的空间一致性特点,对所有像素进行加权均值滤波,消除同类光谱差异性较大的像素影响,并在流形重构过程中增大空间近邻点的权重,提取出更为有效的鉴别特征,实现维数约简.在PaviaU和Urban高光谱数据集上的实验结果表明:相比于其它相关方法,该方法能获得更高的分类准确度,在分别随机选取5%和1%的训练样本情况下,其总体分类准确度分别提高到98.76%和80.21%.该方法在发现内在低维流形结构的同时,有效融入了影像中的空间信息,改善了分类性能.     

紫外/可见光下海洋溢油油种光谱识别方法

为了考察高光谱技术对海洋溢油种类的鉴别能力,进行了模拟溢油实验。利用紫外三种波长光源(254nm、302nm、365nm)和可见光两种光源(日光灯和阳光)照射海水上的油墨,使用AvaSpec-2048地物光谱仪采集5个油种(汽油、柴油、煤油、机油、花生油)的高光谱数据(200~1160nm),基于这些数据,通过PCA进行特征优化,使用前10个主分量构建了支持向量机的油种识别模型,使用网格法对支持向量机参数C和gamma进行参数寻优,通过5折交叉验证法进行了结果测试。结果表明,阳光下的光谱识别率最高,日光灯下的识别效果最差,三种紫外灯在波长302nm透射下识别率较高,在254nm和365nm下的识别效果相当。由此可见,在油种鉴别过程中光源的类型、照射方式、光强都会影响到油种的识别效果。     

基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测研究

针对柴油机润滑油被燃油稀释的状态监测的问题,研究了基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测方法,设计搭建了检测实验装置。利用峰值发射波长为365 nm的紫外LED作为发射光源,发射的紫外光通过400 nm低通滤光片过滤后进入石英比色皿中的油样,并激发油样产生荧光,产生的荧光通过400 nm高通滤光片过滤后,利用探测波长范围为400～800 nm的光电传感器采集油样的荧光信号,利用万用表读取油样的荧光强度。设计开发了信号的放大和测量系统。高、低通滤光片的组合使用,减少了紫外光源所发射的紫外光对油样的荧光强度测量的干扰。利用该实验装置,测量了润滑油中柴油含量分别为20.3 Wt.%,10.0 Wt.%,5.0 Wt.%,2.5 Wt.%,1.5 Wt.%和0.7 Wt.%以及不含柴油的空白油样的荧光强度,经拟合得到柴油含量与荧光强度的方程。最后,为了检验该方法测量润滑油中柴油含量的准确性,采用柴油含量为7.5 Wt.%油样进行验证,利用该实验装置,测量了验证油样的荧光强度,代入拟合方程,计算得到油样中的柴油含量,结果表明通过该方法测量的油样中柴油含量与油样的实际柴油含量的相对误差为0.5%,实现了实验室条件下润滑油被燃油稀释的精确测量。     

Testing technology of vacuum ultraviolet spectral radiance北大核心CSCD

The spectral radiance of vacuum ultraviolet (UV) target is of crucial significance to plenty of researches including deep space exploration and spacecraft damage test. Two types of test systems and methods for vacuum UV light sources were studied. Through the research of test method for vacuum UV spectral radiance, a corresponding test system was developed, which included vacuum UV standard light source, optical imaging system, light splitting module, vacuum UV detector module, vacuum chamber and data processing system. According to the direct measurement method and the comparative method, the spectral radiance of deuterium lamps was tested and analyzed, the influencing factors and the relative index error of vacuum UV spectral radiance were discussed, and the accurate measurement of vacuum UV spectral radiance in the five wavelength ranges of 121.2 nm, 135.6 nm, 160 nm, 180 nm, 200 nm at 0.01 μW/cm2·nm·sr~1 μW/ cm2·nm·sr was realized. The repeatability of the measurement is 0.001 34, which shows that the proposed test system can realize the test of vacuum UV signal. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

融合拉曼散射光和荧光信号反演海面溢油厚度的算法研究

随着海洋溢油问题的日益严重,多种遥感技术被用于海面溢油监测,其中激光诱导荧光(LIF)技术是目前被认为最有效的海面溢油探测技术之一。Hoge等基于LIF技术提出了一种利用拉曼散射光评估薄油膜厚度的积分反演算法并广泛应用于海面溢油探测,针对该算法存在误差较大的问题,提出一种融合拉曼散射光和荧光信号评估海面溢油厚度的反演算法。首先利用拉曼散射光信号反演油膜厚度,然后利用该反演结果计算获取溢油油品的荧光特征光谱,最后利用荧光信号反演油膜厚度。文中推导了利用荧光信号反演油膜厚度的算法,给出了油品荧光特征光谱的逼近算法,并给出了利用荧光信号反演油膜厚度的误差分析。通过实验对该方法进行了验证,选用原油和柴油为实验油品,以波长405 nm的激光作为激发光源,采集波长范围为420～700 nm,采集了海水的背景荧光和拉曼散射光信号、实验油品2,5,10和20 μm等不同厚度油膜的光谱信号。将采集数据分为训练集和测试集,利用训练集数据采用梯度下降法获取油品的荧光特征光谱,利用测试集数据分别采用积分拉曼法和该方法反演油膜厚度。采用积分拉曼法,原油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为12.6%,4.6%,4.4%和2.3%,柴油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为14.0%,7.0%,4.2%和3.6%;采用本文方法,原油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为2.5%,2.2%,1.2%和1.1%,柴油不同厚度油膜反演结果的平均误差分别为3.0%,2.4%,2.7%和1.6%。实验结果表明,2 μm油膜反演结果的误差降低最多,原油和柴油2 μm油膜的反演结果误差分别由12.6%和14.0%降低为2.5%和3.0%,其他厚度油膜反演结果的误差也有较大程度的降低,油膜厚度反演结果的误差均小于3%,采用本文算法可以有效提高油膜厚度反演结果的精度。     

Design of resolution testing facility for ultraviolet imager

We present a resolution testing system of ultraviolet （UV） imager. In this system, an UV Czerny-Turner monochromator with a small f-number is designed to get more energy as an UV radiation source, and its stray light is rejected effectively by light traps. And UV diffuser is employed in order to get uniform light distribution on the resolving power test target. We also design a novel UV collimator which makes infinite UV testing targets. It can reduce the difficulty of optical design and the machining cost, and utilize UV energy at maximum extent. This facility has been applied in the imaging quality evaluation of the UV instrument, and the results accord with the theoretical analysis.     

Microfabrication by use of a spatial light modulator in the ultraviolet: experimental results

We report the development of a new microstereophotolithography technique for creation of three-dimensional microcomponents by use of a planar, layer-by-layer process of exposure, in which a spatial light modulator is used as a dynamic lithographic mask. The system operates in the UV to take advantage of the wide supply of commercially available photopolymers designed for conventional stereolithography. With this novel procedure it is possible to build components with feature sizes as small as a few micrometers. The experimental setup is briefly described, and the first microcomponent fabricated by this system is shown.     

Nanopatterned surface with adjustable area coverage and feature size fabricated by photocatalysis

We report an effective approach to fabricate nanopatterns of alkylsilane self-assembly monolayers (SAMs) with desirable coverage and feature size by gradient photocatalysis in TiO₂ aqueous suspension. Growth and photocatalytic degradation of octadecyltrichlorosilane (OTS) were combined to fabricate adjustable monolayered nanopatterns on mica sheet in this work. Systematic atomic force microscopy (AFM) analysis showed that OTS-SAMs that have similar area coverage with different feature sizes and similar feature size with different area coverages can be fabricated by this approach. Contact angle measurement was applied to confirm the gradually varied nanopatterns contributed to the gradient of UV light illumination. Since this approach is feasible for various organic SAMs and substrates, a versatile method was presented to prepare tunable nanopatterns with desirable area coverage and feature size in many applications, such as molecular and biomolecular recognition, sensor and electrode modification.     

A method for measuring the thickness of transparent oil film on water surface using laser trigonometry

We present a method for measurement of thickness of transparent oil film on water surface based on laser trigonometry. With an oblique incident mode of single-point laser triangulation ranging system, laser light is incident on the upper and lower surfaces of the oil film being measured and an ellipse light spot is formed on the upper and lower surfaces of the oil film. The two light spots are imaged on an image plane CCD by an imaging lens and the image spot is formed and stored in a computer. The thickness of oil film being measured can be obtained by displacement of the image spot and the configuration parameter of the imaging system. The experiment is conducted using edible peanut oil and diesel oil. The research results show that the method presented in this paper is feasible and applicable to dynamic on-line measurement of oil film thickness of oil spill on sea surface.     

Development of Fluorescence-Linked Immunosorbent Assay for Icariin

We have been looking for a faster and simpler method for traditional Chinese medicine and natural product assay. In this study, we developed a fluorescent immunoassay approach to detect icariin (ICA) using a fluorescently labelled monoclonal antibody. The ICA-specific antibody was purified by the caprylic acid-ammonium sulphate method and then labelled with rhodamine B isothiocyanate (RBITC). Subsequently, an indirect competitive fluorescence-linked immunosorbent assay (icFLISA) was developed to detect ICA using RBITC-labelled anti-ICA MAbs. The RBITC-labelled monoclonal antibody was highly specific for ICA. The fluorescence assay demonstrated an effective ICA measurement range of 1.28 ng/mL to 20 μg/mL (R² = 0.9946) with relative standard deviations below 10% for both intra-assay and inter-assay repeatability and precision. This icFLISA for ICA is simple, rapid, and sensitive, with a 20-fold greater linear range and a 10-fold lower limit of detection than with the previously developed indirect competitive enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Thus, this study establishes a useful method for detecting ICA, enabling in vivo visualization research. In the future, FLISA can be also used to assay the concentrations of ICA in biological samples, as well as to investigate the pharmacokinetics of ICA in different tissues to explore the targets of ICA in vivo.     

紫外像增强器光谱响应特性测量方法研究

为了能及时测量自制紫外像增强器的光谱响应特性，设计了一套简便的测量紫外像增强器光谱响应的系统。该系统由专用光源室、光栅光谱仪、直流稳压电源、皮安电流计4部分构成。用光栅光谱仪配套软件直接读出光源每个波长对应的辐射功率；用皮安电流计直接测量出各个波长的光照射光阴极时光阴极产生的光电流，然后求出这2个比值并用Microsoft Excel 2003进行处理，得到光电流与波长变化的曲线，即相对光谱响应曲线。从曲线可以看出，该紫外像增强器的光谱响应范围为200nm～340nm，峰值响应在270nm附近，表明该紫外像增强器具有日盲特性。测试结果表明：系统不确定度＜10%。