基于神经网络的生物表面颜色特性的识别

介绍了一种光纤探头式生物表面颜色测试系统 ,利用此系统测量小区域生物表面反射光谱和确定其色坐标。通过正常生物表面反射光谱与反常生物表面反射光谱的比较 ,利用BP神经网络模型 ,实现了生物表面特性的自动分类和识别。实际应用表明 ,对于一些直观的难以区分的、差异较小的生物表面特性来说 ,采用BP神经网络方法 ,对其反射光谱曲线有较好的识别能力 ,可以识别一些小区域、小差别的生物表面特性     

皮肤组织血液含量对皮肤光谱的影响

在分析皮肤组织结构、皮肤荧光光谱与反射光谱产生机制的基础上,改变皮肤真皮上、下血管丛的血液含量,依此建立相应的皮肤六层光学模型,并进行 Monte Carlo模拟计算。结果表明：皮肤荧光光谱与反射光谱均可反映皮肤组织内血液含量的变化;皮肤的真皮上层血管丛的血液含量对光谱强度的影响大,深部血管丛血液含量对光谱强度的影响小;荧光光谱和反射光谱可用于探测或分析皮肤组织中血液含量的变化,特别可能用于真皮上层血管血液病变的皮肤疾病的病患程度及治疗效果的检测。     

用于植物病虫害诊断的多光谱成像系统

准确重建被测目标的颜色信息对实现可靠的植物病虫害诊断具有十分重要的意义。文章提出把多光谱成像技术应用于植物病虫害诊断,所采集的多光谱图像可以从光谱维和图像维反映被测目标的特征信息。在此基础上,实验采用16个窄带滤色片、单色面阵CCD、积分球混合光源照明和标准观测环境建立了能进行适时、无损检测的多光谱成像系统。并利用该设备对Macbeth色卡中8个色卡进行光谱和颜色重建,重建的结果与光谱辐射度计的测量结果进行了比较。通过对光谱匹配角度和CIE标准色差分析,证明这种多光谱成像系统能够准确、稳定地重建出目标的光谱信息和颜色信息。     

基于独立成分分析法ICA的多光谱重建

构造了一个6通道,8-bit多光谱相机(MSC)模型作为图像采集装置(包括一个三色数码相机和一个滤光片),在多光谱成像技术基础上,通过模拟相机的数码响应,对物体表面的反射光谱进行重建。由数码相机的响应值得到物体的光谱反射比。使用独立成分分析法来进行数据压缩,光谱重建结果分别用CIE1976色差,光谱反射比RMS误差和反射比相对误差进行评价。20例训练样本的平均CIE1976色差为0.1579,平均反射比均方差为0.0099,平均反射比相对误差为0.0107;12例待测样品的平均CIE1976色差为0.7150,平均反射比均方差为0.0309,平均反射比相对误差为0.0312。结果说明,基于独立成分分析法的光谱重建是一种有效的光谱重建方法。     

光照光谱功率分布的估计和颜色分割

提出了应用有限维线性模型和双色反射模型和双色反射模型抽表示而物体颜色的本征特性的方法，首先估计出光照的光谱功率分布，再获取物体的表面光谱反射率，从而得到和光照与几何条件无关的归一化偏差光谱反射率，它仅反映物体的表面反射特性，可作为颜色分割和识别的可靠特征。     

光谱技术检测鲜红斑痣病变程度的MC模拟

在分析鲜红斑痣病理的基础上,根据病变程度改变真皮上层血液层的厚度,并建立相应的光学模型,确定其组织光学参数.通过Monte Carlo模拟,得出：鲜红斑痣皮肤反射光谱与荧光光谱均可反映鲜红斑痣皮肤病变程度,特别是血管直径的变化;当血管直径增大时,鲜红斑痣皮肤反射光谱反射率与荧光光谱强度均明显下降.研究表明反射光谱和荧光光谱可能应用于判断或分析鲜红斑痣皮肤的病变程度,从而为鲜红斑痣的临床治疗方案及治疗效果提供参考.     

一种色度自适应投影标记点的选取方法

近年来,对物体的颜色显现力、光源光谱功率分布和自身表面反射光谱三者的定量关系方面的研究备受大家关注。在三维扫描测量领域,由于颜色特征具有反映物体材料和纹理等丰富信息的优势,提出了一种主要由彩色相机、投点光源和PC机组成的色度自适应投点仪结构,其中数字微镜(DMD)作为投点光源的核心元件用于调制R,G,B 三个LED光源的光谱功率分布。然而主动式标记点的颜色显现力因受未知反射光谱投影接受面的影响,其颜色特征往往难以识别和区分。为了提高投影标记点与不同反射光谱的投影接收面作为背景的分辨力,描述了一种色度自适应投影标记点的选取方法。在高维线性反射光谱建模的基础上,用光谱响应的方法对彩色投点仪设备特征化,以解决三通道彩色相机设备特征化精度低的问题。并通过样本训练为高维线性反射光谱的求解提供条件约束。继而,在CIE1931色度坐标空间下,选取与投影接收面背景色度坐标欧氏矩最大的色度坐标点。根据投点仪设备特征化结果,推导其LED最优设定值。最后,采用24孟塞尔色卡作为被投影对象,主动标记点与色块的色差作为其颜色显现力的评价参数,通过与激光二极管投点仪做对比性实验。实验结果表明对各不同色度的投点接受面,提出的色度自适应投影标记点的选取方法均有较好表现。     

基于多光谱和sRGB空间的自然植物色的重现

多光谱成像技术在颜色科学方面的应用主要在于准确的记录和复制拍摄场景的颜色信息。针对目前基于光谱的颜色重现设备昂贵、复杂和实现起来困难的问题,提出了物体颜色从反射光谱空间向sRGB颜色空间变换的方案。在遵循sRGB标准的设备上重现了D65光源下的218种自然植物颜色,所显示的颜色与植物反射光谱实物对应的名称一致。对8个自然植物在9种不同光源下和在sRGB空间下的颜色进行了预测显示。所提出的方案对在网络环境下实现相同实物在不同照明环境下的场景显示提供了可行的途径。     

基于反射光谱吸收特征勘探天然气的方法研究

反射光谱学提供了一种高效和低成本的鉴别物质成分和结构的方法;油气微渗漏理论则建立了油气藏与其上部地表的特定异常之间的因果关系。因此,可以通过检测地表异常的反射光谱来勘探油气。野外实地测量和高光谱遥感均能够实现反射光谱的检测。文章通过对青海某地区野外测量的反射光谱的分析,首先提出了典型气田区测点的光谱曲线的宏观吸收特征;然后,完成了反射光谱中的吸收特征的提取,包括吸收波段深度、位置、宽度和对称度,以此分析测区采集的样品光谱,建立了该地区的特征光谱库;提出了检测地表烃类物质的方法;最后基于线性解混模型,实现了半定量地提取测区主要蚀变矿物的丰度信息。     

皮肤颜色检测仪的研究

皮肤颜色检测仪可用来对正常皮肤和病变皮肤进行对比测量,经过数据分析为医生对皮肤病的诊断及治疗提供科学的依据。皮肤颜色检测仪由衍射光栅分光式单色系统及单片计算机系统构成。为提高仪器的实用性,采用了光纤探头装置。光纤探头具有体积小、不怕弯曲等特点,可方便地对人体各部位进行检测。其检测数据可由打印机打印,也可由显示器显示。本仪器通过临床应用收效良好,并通过了省级科研成果鉴定,为国内首创。本仪器不仅适用于皮肤颜色的检测,而且可用于布匹等其它物体表面的测色。     

基于LabPQR降维的多色打印机光谱特征化模型研究

研究多色打印机的光谱特征化,提出了一种基于降维的光谱特征化模型,保证了多色打印机颜色转换的精度,同时也提高了特征化的运行效率。该模型结合颜色分区理论和LabPQR非线性降维方法,首先将高维光谱数据降低至LabPQR六维空间中,然后通过胞元搜索算法查找目标颜色所属的胞元空间,最后利用反向四面体插值算法对目标的LabPQR值进行计算,得到打印机最终的通道信号输出值。检测颜色样本的实验数据表明,正向模型和反向模型的平均色差达到0.714和1.016 NBS,模型的运行时间为2.03和9.05 s。新算法能够实现多色打印机光谱数据与通道信号值间的准确转换。     

天然植物花卉的反射光谱在显示器中的颜色复制特征

基于sRGB颜色空间作为显示器的色彩显示的重要颜色空间,首次对天然植物花卉反射光谱在sRGB颜色空间的复制特征进行了研究。针对天然植物花卉颜色由CIE1931XYZ向sRGB颜色空间转换过程中在sRGB空间中的“剪切”现象,分析了九种典型光源下218种天然植物花卉的反射光谱在sRGB颜色空间的颜色复制误差。考虑到D65光源的特殊性,对D65下的复制做了重点研究。研究结果表明,天然植物花卉颜色由CIE1931颜色空间向sRGB颜色空间转换时,“剪切现象”是造成空间转换误差的主要原因,存在剪切现象时,如果颜色分量剪切程度较小,同样可以不会带来大的色差,仍可能得到较好的颜色复制效果;D65光源下,218个天然植物花卉光谱中有8个“橙黄色”光谱的颜色在sRGB颜色空间中存在“剪切现象”,占总光谱数目的3.7%;D65下天然植物花卉颜色在sRGB中颜色复制效果最好,而在A光源下最差。     

基于液晶可调变滤色器的光谱图像获取及颜色重建方法

基于液晶可调变滤色器(LCTF)的光谱成像系统具有光谱分辨率高、结构紧凑、控制灵活等特点。搭建了一套可见光波段的高分辨率LCTF光谱成像系统,对系统的光谱图像获取及彩色图像重建方法进行了研究;建立了系统的光谱及颜色重建模型;基于标准色卡及标准测色系统,对该系统的颜色复现效果进行了实验验证;实验结果表明,该LCTF光谱成像系统的彩色图像颜色复现精度达可到较小色差水平。     

基于LabPQR降维的多色打印机光谱特征化模型研究（英文）

研究多色打印机的光谱特征化,提出了一种基于降维的光谱特征化模型,保证了多色打印机颜色转换的精度,同时也提高了特征化的运行效率。该模型结合颜色分区理论和LabPQR非线性降维方法,首先将高维光谱数据降低至LabPQR六维空间中,然后通过胞元搜索算法查找目标颜色所属的胞元空间,最后利用反向四面体插值算法对目标的LabPQR值进行计算,得到打印机最终的通道信号输出值。检测颜色样本的实验数据表明,正向模型和反向模型的平均色差达到0.714和1.016NBS,模型的运行时间为2.03和9.05s。新算法能够实现多色打印机光谱数据与通道信号值间的准确转换。     

基于差分反射高光谱成像的薄层TMDC材料检测技术研究

二维过渡金属硫化物(TMDC)材料因为独特的激子效应和材料学性质，在太阳电池、光催化、传感器、柔性电子器件等领域得到广泛的应用。层数对其性质有显著的调控作用，自动检测识别所需层数的样品是其从实验室走进半导体制造工业的重要技术需求。本文结合反射高光谱成像技术与图像处理算法，发展了一种二维TMDC薄层样品的显微成像自动检测技术。基于自主搭建的反射高光谱成像系统，对制备的不同层数TMDC标准样品进行了光学对比度的系统研究，阐明了层数的差分反射光谱机理，提出了可靠的层数判定方法。基于传统边缘检测技术优化设计了一套图像处理算法，实现了TMDC样品的图像检测及层数鉴定。本文方法具有普遍性、实用性，结合自动对焦的扫描控制，能够实现大规模的自动化样品检测，这也为其他表面目标的显微识别和检测提供了新的灵感和参考。     

使用非侵入性的组织识别成像术于真皮组织与水晶矿石之深层造影

欲了解皮肤深层的状况,使用三维医学影像技术实属必要,作者提出(组织识别成像术)的新技术,以减低扫描光源对组织之侵入性.先建立皮肤内各种不同组织如黑色素、胶原蛋白、血红素的反射光谱以组成组织数据库;于实际扫描待测皮肤时.依序读出样本组织深层中各空间点的反射光谱,将各点的反射光谱与组织数据库中各种组织的反射光谱做交叉相关程度之运算.可侦测出扫描的各点属于肌肤中的何种组织.其次,再于成像程序中依序给予各点以各对应组织的颜色,即可产生彩色的肌肤衫深层显像.组织识别成像术具有系统简单、成本低廉、彩色成像等优点,且对组织达到真正的非侵入性,将可将之微小化成为个人式、可携式的肌肤检测仪,对于美容市场极具潜力.     

利用动态微纳结构调控颜色方法的仿真研究

随着微纳米技术的进步,利用人工制备的微纳米结构实现颜色的呈现成为了可能,开辟了无油墨印刷的新思路,“结构色”的研究迅速成为该领域的焦点。提出了一种基于动态周期性微纳结构阵列的颜色调控新方法。设计在周期性微结构阵列中,填充一定厚度的功能材料薄膜,通过实时控制功能材料的外部电压,精确调控微结构上下表面的高度差,以实现在同一器件表面不同预期颜色的呈现和切换。建立了微结构的物理模型,并用时域有限差分方法(finite difference time domain,FDTD)进行了仿真研究,光源采用垂直入射的线偏振光,对微纳结构阵列上下表面高度差及结构周期进行了参数扫描,获得了系列反射光谱,并用光谱功率积分的方法计算得到了相应的颜色系列,直观地标注在CIE1931颜色空间色品图上。仿真结果表明,当微纳结构阵列周期在100~300 nm范围内时,通过调节电压改变填充的功能材料的高度,可实现全光谱范围的颜色动态调控,且反射光谱的相对峰值强度在60%左右,效率可观。该方法原理新颖,为研制动态颜色调控微器件提供了理论基础,有望在无油墨印刷、显示技术等领域获得广泛应用。     

芯片式流通池顺序注射可更新表面反射光谱分析系统的研究

本文提出一种用于流动注射或顺序注射分析进样可更新表面反射光谱法检测的芯片式流通池 ,并将此流通池与顺序注射系统及检测系统相匹配。流通池采用三层组合结构 ,流通池通道刻在中间层的硅橡胶膜上 ,多孔滤层横嵌于硅橡胶膜上的通道处以实现对微珠的截留。流通池检测窗口面积约为 3 6mm2 ,填充微珠体积 2 2 μL ,微珠层厚度 6 0 0 μm。与流通池相接的多股双岔光纤分别与光源、检测器相耦合 ,以实现对微珠表面的反射光谱检测。工作中采用Cr(Ⅵ )与固定在PolysorbC 18微珠表面的DPC的显色反应做为模型系统对流通池和仪器系统进行优化。微珠表面反射光谱在 5 40nm处检测 ,Cr(Ⅵ )采样量 10 0 μL ,载流流速为 1 0mL·min- 1 时 ,线性范围为 0～ 0 6 μg·mL- 1 Cr(Ⅵ ) ,检测限为 6ng·mL- 1 ,分析精度RSD(n =11)为1 5 % ,进样频率 6 4样·h- 1 。文中讨论了分析体系的设计思路 ,微珠层厚度、微珠注入量、载流流速、采样量等因素对检测的影响     

基于微纳结构与金属纳米层的颜色调控技术研究

本文提出一种基于微纳结构及金属纳米层的颜色调控方法. 通过理论分析研究, 建立了基于多孔氧化铝(PA) 微纳结构与金属纳米层的颜色调控物理模型. 以此为基础, 在孔深分别为250 nm和410 nm的PA模板表面磁控溅射铝(Al)金属纳米层, 对其反射干涉光谱分析可知, 通过控制PA模板的孔深可实现可见光谱范围内的颜色调控. 此外, 基于掩膜在孔深为410 nm的PA模板表面局域溅射铬(Cr)金属纳米层, 通过对其反射干涉光谱分析并与相同孔深的镀Al金属纳米层的PA颜色进行对比, 可以发现改变金属纳米层的材料和厚度同样可以实现颜色调控, 并通过局域颜色调控制备出彩色图案. 研究结果表明, 基于微纳结构及金属纳米层的颜色调控是一种切实可行和有效的方法.     

基于视觉感知的光谱评估尺度

光谱颜色复现和色度精度是评价光谱重建算法准确的基础。简单而直观的评价指标对颜色复现控制是必不可少。该指标需要同时表征复现颜色的光谱差和色度差。在研究光谱匹配评估的方法基础上,提出基于颜色视觉感知的三种光谱评估指标,通过加权人眼视觉匹配函数,实现颜色光谱差与色度的评估。通过孟塞尔颜色系统的光谱数据,该论文分析与验证三种视觉加权的评估指标的有效性。通过孟塞尔颜色系统数据,这些指标在CIELab均匀色空间中分布均匀而稳定,从而证明加权算法的评估指标是既表征到颜色感知又反映出颜色的光谱相似度。实证结果表明,加权的指标可以实现同时表征实际人眼的颜色感知和颜色光谱差异。基于人眼视觉感知的评估指标解决了颜色的原始光谱和重建光谱的光谱匹配精度的定量评价问题。所提出评价指标通过一个简单而直观的数值实现对复现颜色光谱与色度评估。