傅里叶变换红外光谱分析技术在预防医学领域的应用

本文从环境污染、生命科学、应用开发及最新红外分析方法四方面阐述了傅里叶变换红外光谱分析技术在预防医学领域的具体应用：在环境污染领域主要叙述了气红联用（GC/FTIR）技术在环境复杂有机污染体系分析中的优势、局限性及解决途径；在生命科学领域主要叙述了红外光谱分析技术在蛋白质二级结构、膜蛋白、脂、核酸及细胞、组织等复杂体系研究中的具体应用；另外，还介绍了的红外光谱分析技术在食品、化妆品及保健药品等领域的具体应用及几种最新红外分析方法。     

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。     

红外光谱法检测生物大分子损伤的研究进展

红外光谱技术由于其灵敏度高和对样品的非破坏性等优点已成为研究生物大分子损伤的重要工具。蛋白质、脂质和核酸等受到损伤时,其红外光谱特征吸收峰的峰位、峰型和峰强会发生变化,这为检测生物大分子损伤并进一步揭示相关疾病的发生、发展及早期预防提供了依据。还综述了近年来使用红外光谱法检测生物大分子损伤的研究进展,介绍了利用傅里叶变换红外光谱、衰减全反射傅里叶变换红外光谱和傅里叶红外显微等技术在蛋白质二级结构、膜脂流动性和离子通透性以及药物对DNA的作用机制等领域的应用,以及相关的定性和定量分析方法进行了评述,提出了目前红外光谱分析技术中存在的问题,并对今后红外光谱在生物医学领域中的应用前景作了展望,指出疾病早期诊断、红外光谱联用以及定量分析技术等将成为红外光谱领域未来的研究热点。     

广义二维相关光谱技术及其应用

广义二维相关光谱技术目前逐渐成为光谱分析中广泛应用的研究方法,综述了其历史发展、基本原理、获取谱图方法、数学计算过程、谱图性质及其解释规则,并介绍了二维红外、近红外、拉曼和荧光光谱相关光谱技术在各个领域中的应用,展望了广义二维相关光谱技术的发展趋势。     

红外光谱技术在饮料酒鉴别中的应用进展

红外光谱作为鉴别技术被广泛地用于各种饮料的品质检测和定性鉴别中。文章对比了各种用于饮料酒鉴别的技术的优缺点,介绍了红外光谱技术鉴别饮料酒的技术流程,以及红外光谱技术在葡萄酒、啤酒、威士忌、白兰地、日本清酒、中国黄酒等饮料酒的产地、酒龄以及分级等方面的国内外研究现状,分析了红外光谱技术应用于饮料酒鉴别的种种优势和需要解决的问题,并展望了其在我国饮料酒鉴别中的应用前景。     

无人机光谱成像技术在大田中的应用研究进展

传统大田农作物生长环境监测的方法,需要在环境恶劣的田间布设各种传感器,铺设复杂电路,通常会出现耗时费力、维护成本高、且或多或少的损坏到植株的问题。无人机光谱成像技术是一种融合了无人驾驶飞行器技术、空间遥感和图像实时传输等多种手段的快捷新型农田环境监测技术,能够快速获取农田作物的即时光谱图像,通过分析图像获取大田作物的生长信息,这一技术的应用弥补了上述问题。首先对无人机光谱成像技术进行了概述,介绍了无人机应用的优势。和传统卫星遥感监测平台相比,无人机可以工作在较低的高度,即80～400 m,能够抵消极端天气和云层影响,实现快速、准确地获取高精度图像。目前,国内外小型无人机的应用主要集中在灾害监测、自然资源监测、城市规划和植被监测等领域。由于其低成本、近实时图像采集等特点,在精准农业的发展过程中,无人机光谱图像的应用也愈加广泛。分析了常见光谱图像的特点和应用场景。全色图像由于分辨率高,多用于数据融合;多光谱及高光谱影像由于丰富的光谱信息,与农作物的光谱特征结合,可用于农作物的生物理化指标的检测、农业灾害预警、产量预测和精细分类制图等;热红外图像可以获得农作物温度信息,可用于监测田间旱灾。总结了无人机光谱图像技术在大田中的主要应用途径。目前利用无人机光谱图像技术对农作物进行监测的方法主要有:利用光谱反射率构造植被指数或红边参数,研究植被的反射特点,构建农作物时间层面上与光谱特征对应的生长模型,利用新兴数学方法与农作物生化参数结合建立模型进行反演。探讨了无人机光谱图像技术在大田的应用中尚且存在着的一些技术空白及难点,以期为无人机光谱成像技术在大田中的衍生应用发展提供参考。     

基于Vega的红外图像仿真

介绍了红外成像仿真的基本理论,讨论了利用Vega传感器模块将输入的可见目标图像生成红外图像的技术。该技术使用Creator软件进行三维几何建模和纹理映射,使用TMM软件进行红外材质建模;然后,用Mat软件进行大气衰减的计算;最后,用SensorWorks软件进行传感器特性建模,通过光电转换生成红外图像。以阿帕奇AH6直升机为例进行了红外图像仿真,结果表明,利用Vega传感器模块进行传感器建模,建模效果较好,成本低,易于工程实现。     

基于Vega的红外图像仿真

介绍了红外成像仿真的基本理论,讨论了利用Vega传感器模块将输入的可见目标图像生成红外图像的技术。该技术使用Creator软件进行三维几何建模和纹理映射,使用TMM软件进行红外材质建模;然后,用Mat软件进行大气衰减的计算;最后,用SensorWorks软件进行传感器特性建模,通过光电转换生成红外图像。以阿帕奇AH6直升机为例进行了红外图像仿真,结果表明,利用Vega传感器模块进行传感器建模,建模效果较好,成本低,易于工程实现。     

生物物理新技术在ATP合成酶超分子结构中的应用

现代物理技术与方法的发展为腺苷三磷酸(ATP)合成酶分子的研究提供了丰富而有效的手段。 介绍了ATP合成酶研究中常用的物理技术与方法如质谱技术、 核磁共振技术、 X射线衍射技术、 红外光谱和紫外光谱技术的物理原理及其在ATP合成酶研究中的应用, 并重点介绍了新兴非常规手段如原子力显微镜、 荧光共振能量转移技术在ATP合成酶研究中的最新研究成果; 通过对比诸多技术与方法近年来在国内外研究中的进展情况, 对各种技术与方法的优缺点进行了阐述。     

国外红外光谱连续变焦成像系统的研究进展

相比红外光谱定焦成像系统和红外光谱两档成像系统而言,红外光谱连续变焦成像系统具有连续变化的视场,可对目标进行连续成像,是未来红外光谱成像技术的发展方向。为了提高红外光谱连续变焦成像系统的探测性能、实现低成本、良好的消热差性能,近年来国外开发了一些新技术。概述了国外红外材料、红外探测器、冷光阑等方面的新技术,及这些新技术在红外光谱变焦成像系统中的具体应用,列举了使用新型红外材料实现消热差的红外目标探测连续变焦系统,中波红外、长波红外光谱双波段连续变焦系统,高变焦比红外光谱连续变焦系统,应用可变冷光阑技术的红外光谱连续变焦系统设计实例,作为国内红外光谱变焦成像系统发展的借鉴。     

基于时空双流卷积神经网络的红外行为识别

针对红外视频人体行为识别问题,提出了一种基于时空双流卷积神经网络的红外人体行为识别方法。通过将整个红外视频进行平均分段,然后将每一段视频中随机抽取的红外图像和对应的光流图像输入空间卷积神经网络,空间卷积神经网络通过融合光流信息可以有效地学习到红外图像中真正发生运动的空间信息,再将每一小段的识别结果进行融合得到空间网络结果。同时将每一段视频中随机抽取的光流图像序列输入时间卷积神经网络,融合每一小段的结果后得到时间网络结果。最后再将空间网络结果和时间网络结果进行加权求和,从而得到最终的视频分类结果。实验中,采用此方法对包含23种红外行为动作类别的红外视频数据集上的动作进行识别,正确识别率为92.0%。结果表明,该算法可以有效地对红外视频行为进行准确识别。     

The Effect of Superficial Tissue of the Head on Spatial Sensitivity Profiles for Near Infrared Spectroscopy and Imaging

Near infrared spectroscopy and imaging have been used in measurements of brain activity. The scatter of light in biological tissue which causes ambiguity in the volume of tissue interrogated with near infrared instruments is a serious problem for near infrared spectroscopy and imaging. The heterogeneity of superficial tissue of the head, especially the presence of non-scattering clear cerebrospinal fluid, affects the light propagation in the brain. In this paper the theoretical results of the effect of superficial tissue on the spatial sensitivity profile in the head for near infrared spectroscopy and imaging are reviewed. Simplified homogeneous and heterogeneous models are used to investigate the effect of the non-scattering clear layer on the spatial sensitivity profile in the head. Time resolved spatial sensitivity profiles reveal the effect of this layer on the early and late detected light. Finally, the author presents the spatial sensitivity profiles in the sophisticated adult and neonate head models to discuss the effect of superficial tissue on the near infrared measure of brain activity bydetecting the two heads.     

核密度估计时-空域滤波红外背景抑制方法

提出一种基于核密度估计的时-空域滤波算法,用于红外搜索跟踪系统图像的背景抑制。算法分为空域滤波和时域滤波两部分。在空域滤波中,采用核密度估计算法对背景进行平滑;在时域滤波中,采用核密度估计算法对经过空域滤波后的图像灰度值进行概率计算,判别属于背景残差的灰度值,然后做进一步的滤除。核方法对背景有很好的光滑性且易于计算机实现,实验表明,这种非参方法设计的时-空域滤波算法对背景杂波有非常良好的抑制效果,信噪比也得到明显提高。     

Infrared super-resolution imaging method based on retina micro-motion

With the wide application of infrared focal plane arrays (IRFPA), military, aerospace, public security and other applications have higher and higher requirements on the spatial resolution of infrared images. However, traditional super-resolution imaging methods have increasingly unable to meet this requirement in technology. In this paper, we adopt the achievement that the human retina micro-motion is the important reason why the human has the hyperacuity ability. Based on the achievement, we bring forward an infrared super-resolution imaging method based on retina micro-motion. In the method, we use the piezoelectric ceramic equipment to control the infrared detector moving variably within a plane parallel to the focal plane. The motion direction is toward each other into a direction of 90°. In the four directions of the movement, we get four sub-images and generate a high spatial resolution infrared image by image interpolation method. In the process of the shifting movement of the detector, we set the threshold of the detector response and record the response time difference when adjacent pixel responses are up to the threshold. By the method, we get the object’s edges, enhance them in the high resolution infrared image and get the super-resolution infrared image. The experimental results show that our proposed super-resolution imaging methods can improve the spatial resolution of the infrared image effectively. The method will offer a new idea for the super-resolution reconstruction of infrared images.     

基于时空信息的红外成像系统在探测识别目标时所面临的问题及分析

具体分析了新型激光调制气溶胶红外诱饵对红外成像导引头的干扰。分析了EKV导引头在超远距离点目标的探测识别中,在应用基本识别方法识别时的失效性。归纳出了基于传统的空间和时间信息的红外成像系统在探测识别真假目标时所面临的问题,并对光谱探测识别的未来发展方向进行了初步探讨。     

纳秒激光诱导空气等离子体的红外辐射特性研究

纳秒激光诱导空气等离子体存在从紫外、可见、近红外乃至射频微波的宽谱段辐射,但目前的研究大多关注紫外到可见波段的光谱辐射。激光等离子体作为一种新型的红外辐射源具有很多优势,相比于红外干扰弹以及红外干扰手段而言,空气等离子体红外辐射源可以灵活布置,成本低廉,因此研究空气等离子体的红外辐射特性就很有必要。针对目前脉冲激光诱导空气等离子体的红外干扰研究需要,对激光波长为532 nm的纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的红外辐射特性进行实验研究,探讨激光能量对空气等离子体红外辐射强度的影响规律,以及空气等离子体红外辐射的角度分布特性,分析了等离子体红外辐射的可能产生机制。实验结果表明,激光诱导空气等离子体在950～1 700 nm范围内的红外光谱为线状谱和连续谱的叠加。其中线状谱主要是氮和氧的中性原子谱线,并且氮原子红外辐射占主导。随着激光能量的增加,由于空气击穿产生的氧和氮原子数量增加,导致空气等离子体红外辐射的谱线强度逐渐增大。随着红外探测角度的变化,在探测角度为75°时,OⅠ 1 128.63 nm和NⅠ1 246.96和1 362.42 nm谱线强度达到最大,在探测角度为120°时,NⅠ 1 011.46和1 053.96 nm谱线强度达到最大,这是因为空气等离子体红外辐射强度随探测角度变化呈现空间非对称性,表明空气等离子体内不同粒子的空间分布呈现非对称性。     

Laboratory demonstration of an infrared-to-visible up-conversion interferometer for spatial coherence analysis

We experimentally demonstrate the possibility of retrieving the spatial coherence of an infrared source by using an up-conversion interferometer. Sum-frequency generation in Ti-diffused periodically poled lithium-niobate waveguides in both arms of the interferometer is used to convert the infrared into the visible domain. The fringe contrast of the interference pattern in the visible domain permits us to resolve the spatial separation of two uncorrelated pointlike infrared sources, which simulate a binary star. The validity of these measurements is confirmed through a simultaneous comparison with a reference interferometer working in the infrared domain.     

Increasing FTIR spectromicroscopy speed and resolution through compressive imaging

At the Advanced Light Source at Lawrence Berkeley National Laboratory, we are investigating how to increase both the speed and resolution of synchrotron infrared imaging. Synchrotron infrared beamlines have diffraction-limited spot sizes and high signal to noise, however spectral images must be obtained one point at a time and the spatial resolution is limited by the effects of diffraction. One technique to assist in speeding up spectral image acquisition is described here and uses compressive imaging algorithms. Compressive imaging can potentially attain resolutions higher than allowed by diffraction and/or can acquire spectral images without having to measure every spatial point individually thus increasing the speed of such maps. Here we present and discuss initial tests of compressive imaging techniques performed with ALS Beamline 1.4.3’s Nic-Plan infrared microscope, Beamline 1.4.4 Continuum XL IR microscope, and also with a stand-alone Nicolet Nexus 470 FTIR spectrometer.     

基于灰度相关的高分辨率红外图像重建

介绍了提高空间分辨率的受控和不受控的微扫描法。基于空间灰度相关分布特性,提出了一种微扫描误差修正算法,该算法利用灰度相关特性匹配低分辨率图像的位置关系。为准确评估成像质量,利用高精度METS-L型红外测试系统对MTF进行了测试。测试结果显示,该算法能较好抑制微扫描位移误差引起的图像模糊,有效提高了空间分辨率。     

Frequency conversion of broadband laser radiation distorted by spherical aberration in uniaxial crystals

Mechanisms of the frequency conversion of broadband infrared laser radiation in a uniaxial crystal with the radiation focused by a lens with spherical aberration are investigated. A mathematical model is presented. Computer modeling of the spatial–angular structures of frequency-converted focused broadband infrared radiation is performed.