不同病害胁迫下大豆的光谱特征及识别研究

在英国诺丁汉大学Sutton Bonington校区(52.8°N, 1.2°W)实测感染锈病与普通花叶病大豆的单叶光谱数据,利用连续统去除法对原始光谱数据进行处理,筛选对病害及锈病严重度敏感的波段,构建植被指数对感染锈病与普通花叶病及不同严重度锈病的大豆进行识别研究。研究发现普通花叶病胁迫下的大豆光谱反射率在可见光区域均大于健康大豆的,而锈病胁迫的大豆光谱反射率在绿光区随病情严重度增加而减小,在红光区随病情严重增强而增大。根据大豆光谱变化特征设计了一个植被指数R₅₀₀×R₅₅₀/R₆₈₀对大豆病害进行识别,通过计算不同病害及不同严重度之间的J-M距离对指数识别病害能力进行检验,结果表明指数R₅₀₀×R₅₅₀/R₆₈₀能够较好的识别出大豆锈病与普通花叶病,且该指数在识别大豆锈病严重度方面也有较强的能力。研究结果对农作物病害遥感监测与防治具有重要的理论价值与实际应用意义。     

基于BPLT模型的小麦叶片背景扣除方法的研究

为准确且无损测定小麦叶片的反射光谱,研究了不同背景对叶片表面反射光谱的影响,在400～1 000 nm波段范围测定了小麦叶片8种背景下的反射光谱以及叶绿素含量。以PLATE模型为基础,首次提出了BPLT(background plate)模型,扣除由不同背景导致的叶片反射光谱的变化。模型以背景下叶片的反射率R₀,不同背景反射率σ为输入,空气和致密叶片的界面反射比R₁₂,致密叶片和空气的界面反射比R₂₁,致密叶片的透射系数τ三参数中间变量,得到最终无背景时叶片反射率R值的2-3-1模型。采用方差分析法(analysis of variance, ANOVA)进行了BPLT模型验证,对比分析了背景扣除前后10种叶绿素指数值的变化。结果表明,当反演的确定系数DC(determination coefficients)>0.90且残差平方和SSE<1时,反演的灵敏度较高,对小麦叶片不同叶绿素浓度的背景扣除有着较好的效果;采用BPLT模型背景扣除后,背景因素所占的百分比低于5%;优选了NDI&MCARI的函数关系,NDI&MCARI的斜率和叶绿素浓度的R2由背景扣除前的0.847 4提高到背景扣除后的0.977 8。为真实测定不同背景下小麦叶片的反射光谱提供了依据。     

近红外等效光谱测量方法研究

便携式近红外光谱仪器测量低反射率或透过率样品的漫反射率或透过率光谱时,由于仪器噪声的影响,光谱数据小、信噪比低,即使采用降噪数据处理,所得光谱数据仍无法满足分析精度的要求。因此研究了近红外等效光谱测量方法：根据低反射率或透过率样品在常规测量条件下反射信号的强度,增大仪器测量时光源电流以增大样品扫描信号、减小参比反射或透射光强以避免参比信号超量程,并计算得与常规测量方法相同的等效光谱,以提高样品近红外反射率或透过率光谱数据的信噪比。理论分析和实验结果表明采用近红外等效光谱测量方法,可获得与常规测量方法的光谱数据相同、且信噪比增大的等效光谱。     

多光束非定域干涉反射光强分布

研究了多光束非定域干涉现象,得到了多光束非定域干涉的反射光强分布函数.数值计算结果表明:随着镜面反射系数的增加,多光束非定域干涉条纹半值宽度降低,条纹变得更加锐细,光谱分辨率提高;当镜面反射率较高时,除了暗条纹外,在低干涉级次处紧邻暗条纹还有很窄的亮条纹存在;亮条纹振幅逐渐衰减至背景光强度,干涉级次越低亮条纹振荡越明显;第一束反射光提供了一个均匀的背景,第二束反射光的加入产生了双光束干涉,干涉条纹较粗,对比度较低,更多光束的加入使干涉暗条纹变得锐细,在相邻暗条纹间出现了明暗相间的低强度明暗条纹;足够多光束的加入使相邻暗条纹间低强度变化的明暗条纹消失,同时在紧邻暗条纹处出现了振幅振荡衰减的亮条纹.最后,将多光束非定域干涉理论应用于光学滤波器的研究,结果表明:提高镜面反射率,可以显著降低多光束非定域干涉的滤波带宽;改变镜面间距,可以灵活调整多光束干涉仪滤波波长和相消波长间距.     

物理光学 光的偏振与色散

O436.3 2006042881云母1/4波片光谱性能分析=Analysis of the 1/4 waveplate's spectral performance[刊,中]/吴福全(曲阜师范大学激光研究所.山东,曲阜(273165)) ,赵培…∥光电子·激光.—2006 ,17(4) .—434-437为了研究多次相干反射对云母1/4波片延迟量及透过率光谱性能的影响,根据光学薄膜干涉理论推导出考虑波片多次相干反射后的琼斯矩阵,讨论了镀增透膜前后波片延迟量及透过率光谱性能的变化。用椭偏仪和分光光度计测量了波片镀增透膜前后延迟量及透过率的光谱曲线,发现镀膜前波片的延迟量和透过率有明显的周期性振荡现象且曲线振荡…     

考虑入射光场光谱分布和损耗的Fabry-Perot干涉仪透射函数

运用部分相干光理论,分析了多光束干涉,得到了考虑损耗和入射光光谱函数分布的Fabry-Perot干涉仪透射函数。并就损耗和入射光场光谱宽度对透射函数的透过峰高度、对比度、精细常数,即Fabry-Perot干涉仪的性能的影响做了分析、讨论。     

157 nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157 nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157 nm高反膜和增透膜|讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3 材料对设计制备的157 nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当|以AlF3/LaF3材料对设计制备的157 nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

157nm氟化物光学薄膜制备

为了研制低损耗、高性能的157nm薄膜,研究了常用的六种宽带隙氟化物薄膜材料.制备和研究了六种氟化物单层膜,并以不同高低折射率材料对,设计制备了157nm高反膜和增透膜;讨论和比较了不同氟化物材料对所组成的高反膜和增透膜的反射率、透射率、光学损耗等特性.结果表明,采用NdF3/AlF3材料对设计制备的157nm高反膜的透过率为1.7%,反射率接近93%,散射损耗为2.46%,已经与吸收损耗相当;以AlF3/LaF3材料对设计制备的157nm增透膜的剩余反射率低于0.17%.     

透射式镀膜牛顿环实验的研究

牛顿环具有反射式和透射式干涉环,透射式干涉环对比度不高,实验效果差,文章对牛顿环装置进行了镀膜处理,研究了薄膜对透射式牛顿环的影响,结果表明,反射率为20%及40%的单侧薄膜均能很好地提高透射式牛顿环的对比度,且对比度随着单侧薄膜反射率的增加而提高,反射率为20%的双侧膜所获得的牛顿环对比度要优于反射率为40%的单侧膜。研究改善了透射式牛顿环实验的观察效果,提高了测量精度,为牛顿环实验装置提供了更好的观察环境。     

空间调制傅里叶变换红外光谱仪分束器楔形误差分析

由于空间调制傅里叶变换红外光谱仪中分束器加工精度的限制,分束器基片会存在一定的楔形误差。通过对光束在分束器中传播特性的分析,计算得到楔形误差的楔角引入的光程差改变,进而获得干涉光强和复原光谱与楔角之间的函数关系;通过数值仿真发现,楔形误差会导致复原光谱中谱线向低频方向发生频移,并且会降低光谱的分辨率。通过理论分析,得到波数精度与光谱分辨率所对应的楔角误差容限。针对于楔形误差导致的干涉图像光强分布变化,提出了利用离散光谱序列解线性方程组的光谱校正方法,取得了满意的光谱校正效果。     

遥感光谱信息提取不同覆盖下植被水分信号的研究进展

综述了基于遥感光谱信息的植被水分信号提取的研究进展,包括直接利用光谱反射率反演植被水分信息到建立植被水分指数(WI),再发展至利用辐射传输模型来获取植被冠层水分信息。着重评述了针对低植被覆盖条件下的提取其冠层水分信息的方法,包括利用冠层生理参数估算植被水分信号;基于去除土壤背景影响的光谱植被水分指数或辐射传输模型估算植被水分信息,以及基于多角度的星-地观测提取稀疏条件下的植被水分信息。最后讨论了针对提取低覆盖植被冠层水分信息方法的可能发展趋势。     

整个生育期玉米叶片SPAD高光谱预测模型研究

以两年完整生育期玉米田间试验为基础,利用便携式地物光谱仪和叶绿素仪(SPAD-502)分别测定了叶片高光谱数据和叶绿素含量(SPAD),在两者相关分析的基础上,选取多种光谱参数分别构建了每年的叶片SPAD预测模型,并对模型进行了详细的验证和评价。结果表明：两年间叶片光谱反射率及其一阶导数的平均值曲线差别很小;两年间叶片SPAD与光谱反射率及其一阶导数的相关系数曲线的敏感区域基本相同;以一阶导数为光谱参数构建的预测模型效果不稳定;以LCI和DSI(R_550附近,R_680附近)和DSI(R_680附近,R_710附近)构建的预测模型效果良好,能有效预测玉米叶片SPAD。     

基于高光谱成像技术的油菜叶片SPAD值检测

以油菜叶片为研究对象,利用高光谱成像技术,成功建立了叶绿素相对值SPAD值的预测模型。共采集了160个油菜叶片样本在380～1030 nm范围内的高光谱图像。选择500～900 nm之间的平均光谱作为油菜叶片样本的光谱。利用蒙特卡罗最小二乘法(monte carlo partial least squares, MC-PLS)剔除了13个异常样本,基于剩余的147个样本光谱数据与SPAD测量值进行分析,采用了不同的方法建立了多种预测模型,包括：全光谱的偏最小二乘法(partial least squares, PLS)模型,连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)选择特征波长的PLS预测模型,“红边”位置(λ_red)的简单经验估测模型,三种植被指数R₇₁₀/R₇₆₀,(R₇₅₀-R₇₀₅)/(R₇₅₀-R₇₀₅)和R₈₆₀/(R₅₅₀*R₇₀₈)分别建立的简单经验估测模型,以及基于这三种植被指数的PLS预测模型。建模结果显示,全光谱的PLS模型预测效果最为精确,其预测相关系数r_p为0.833 9,预测均方根误差RMSEP为1.52。而使用SPA算法选出的8个特征波长所建立的PLS模型其预测结果可达到与全光谱的PLS模型非常接近的水平,而且在保证一定精度的条件下减少了大量运算,节省了运算时间,大幅提高了建模的速度。而基于红边位置和选择的三种植被指数而建立的简单经验估计模型其预测结果虽与基于全光谱的PLS预测模型有一定差距,但模型简单、运算量小,适合用于对精度要求不高的场合,对后续的便携仪器设备开发有一定的指导作用。     

傅里叶变换红外光谱实时监测乳腺癌细胞化疗反应性的研究

应用傅里叶变换红外光谱技术监测乳腺癌细胞株MCF-7在化疗药物5氟尿嘧啶(5-FU)干预过程中相应的红外光谱变化,验证其与药物作用的时间和剂量相关性。对数据结果整理发现,在时间相关性方面,随药物作用时间的延长,乳腺癌细胞株MCF-7对脂类的利用率下降,细胞中脂类含量增加,同时肿瘤细胞分裂增殖受阻,细胞内DNA和RNA的含量降低,实验中观察到,48 h内,乳腺癌细胞MCF-7的红外光谱中代表脂类变化的峰强比I_{2 920}/I_{1 460}逐渐升高,I_{1 400}/I_{1 460}逐渐降低,代表细胞内核酸变化的峰强比I_{1 080}/I_{1 550},I_{1 240}/I_{1 550}逐渐降低;在剂量相关性方面,癌细胞红外光谱中峰强比I_{1 640}/I_{1 550}较正常升高,实验中观察到峰强比I_{1 640}/I_{1 550}随药物浓度的增加而呈现逐渐降低的趋势。以上这些变化与乳腺癌细胞在化疗药物干预过程中的生物学改变相符,可作为FTIR实时监测乳腺癌细胞化疗反应性的参考指标。     

水性涂料施工过程中微观结构的FTIR研究

以市售立邦水性涂料作为研究对象,溶剂水作为变量因子。配制不同水料比的涂料系列样品,分别用FTIR/ATR、FTIR/漫反射光谱表征湿料、涂膜的微观结构特征,湿料抽滤得到的固型物用FTIR/漫反射光谱表征。分析其官能团变化情况,研究施工过程,溶剂对涂膜的影响。结果显示：随着加水量的增加,湿料的FTIR/ATR光谱中,1 727 cm-1对应的羰基吸收峰,逐渐转为肩峰,871 cm-1吸收峰发生蓝移,峰强度逐渐减弱;涂膜的漫反射红外图谱,3 400 cm-1的—OH吸收峰、3 030 cm-1不饱和—CH吸收峰强度逐渐变弱,2 962和2871 cm-1的甲基和亚甲基的吸收峰强度逐渐增强,2 516 cm-1吸收峰位移至2 603 cm-1形成肩峰,1 647 cm-1吸收峰逐渐位移至1 455 cm-1,1 107 cm-1对应的C—O伸缩振动吸收峰发生红移。在水性涂料施工过程中,溶剂水与涂料分子间存在相互作用,对涂层分子中电子云的密度分布有显著的影响,此结果对涂料的生产及施工有参考意义。     

金色海水养殖珍珠异常的UV-Vis反射与FTIR光谱特征

采用紫外-可见(UV-Vis)反射光谱对天然与改色处理的金色海水养殖珍珠进行了谱图对比性研究,并进一步探究了上述天然与经改色处理金珠中外层的珍珠层及内核中文石型碳酸钙的ν₃,ν₁,ν₂和ν₄特征吸收峰位的频率改变特征。 结果表明：(1)基于金珠样品的UV-Vis反射谱图的测试,天然金珠样品由于表面微结构的差异,同一颗天然金珠的UV-Vis反射光谱存在一定的差异性。 同时,依据改色处理金珠的UV-Vis反射谱图的吸收峰的峰位及其谱图特征,首次将目前较常见的改色处理金珠归纳为四类。 (2)天然的或者经改色处理的金珠的外层珍珠层中的文石ν₂振动频率相对内核中文石的ν₂振动频率而言,前者出现明显的蓝移特征。 但两者中文石的ν₃, ν₁, ν₄振动频率则表现出一致性, 且与合成文石的相关谱带频率一致。 此外,天然与改色处理的金珠珍珠层中文石的红外特征吸收峰峰位一致,结果表明改色处理工艺对珍珠层中文石的晶体结构无直接影响。     

DTPA双酰胺杂环钆(Ⅲ)配合物的合成、表征与弛豫效能

通过二乙三胺五乙酸(DTPA)酸酐与一种新型杂环化合物的酰化反应,得到了双酰胺共价键链接、杂环化合物修饰的DTPA配体。再与GdCl₃·6H₂O反应得到相应的顺磁性钆(Ⅲ)配合物。通过元素分析、FTIR、1H NMR等手段表征了配体和金属配合物的结构,进而测定了配合物的纵向弛豫率(R₁)。结果表明,配合物分子稳定性很好,且在同等含钆量条件下,这种新型钆(Ⅲ)金属配合物的R₁(5.12 mmol·L-1·s-1)高于临床应用的磁共振成像对比剂Gd-DTPA(3.64 mmol·L-1·s-1)。     

温度对二氧化硫紫外吸收特性的影响

以氘灯为激发源,获得了不同温度、大气压条件下SO₂分子在285.0～320.0 nm波长区间的吸收谱。光谱图由弥散谱叠加分离谱组成,弥散谱产生于SO₂分子由基态向密集的高振转能级的吸收跃迁,分离谱主要产生于B1B₁←X1A₁跃迁,由分离谱带的间隔,获得了B1B₁激发电子态的对称拉伸和弯曲振动频率分别为：ω₁=(665±29) cm-1,ω₂=(448±17) cm-1。通过观测不同温度下的吸收谱,发现不同温度下吸收谱的结构基本相同,但吸收截面随温度升高而下降,不同吸收峰对应的吸收截面随温度呈现三次方规律变化,但比例系数不同。所以,在以吸收截面为基础的SO₂差分吸收光谱探测中,必须考虑温度变化对测量结果的影响。     

黑龙江穆棱地区宝石级石榴石的宝石学及谱学特征

对黑龙江穆棱新生代玄武岩产出的宝石级石榴石进行了宝石学常规测试、电子探针测试、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱测试,以获得该区石榴石的宝石学特征和谱学特征。化学成分分析表明,该区石榴石为镁铝榴石,含有Fe,Ca,Mn,Cr,Ti等杂质元素。其平均晶体结构化学式为 (Mn_0.022Ca_0.455, Fe2+_0.720, Mg_1.793)_∑=2.990(Ti_0.003Cr_0.009Fe3+_0.062Al_1.951)_∑=2.025(SiO₄)₃。拉曼光谱分析表明该区石榴石存在混合相,由石榴石桥氧振动引起的拉曼位移峰反映出该特征。镁铝榴石桥氧弯曲振动拉曼位移峰位于560 cm-1(A₁g模)和641 cm-1(E_g+F₂g模),钙铝榴石和铁铝榴石桥氧弯曲振动E_g+F₂g模形成的拉曼位移峰分别位于507和486 cm-1。官能团区红外光谱显示该区镁铝榴石中不存在分子水,但少数镁铝榴石中存在少量的结构水,它们在3 585,3 566和3 544 cm-1处形成阶梯状的弱小吸收峰。该区镁铝榴石多为褐红色,其颜色由杂质离子Cr3+,Fe3+,Mn2+产生。紫外-可见吸收光谱显示,Fe3+的电子跃迁致570,521和502 nm吸收峰,Mn2+的电子跃迁致460和430 nm吸收峰,Cr3+电子跃迁致690和367 nm吸收峰。     

辽东湾海冰反射特性

海冰反照率是研究海冰表面特性、海冰分布、海冰厚度和极地气候的重要光学量之一。将卫星于不同位置所测量到的海冰双向反射率准确地转化为相应的反照率的值,对于获得大规模海冰的时空特性是非常重要的。研究了辽东湾海冰反照率与海冰双向反射分布函数之间的相关关系。结果表明：(1)反照率与海冰组分密切相关,海冰表层颗粒物浓度越高,反照率α(λ)的值越小,气泡的含量越高,α(λ)越大;(2)当仪器探头天顶角θ为0°时,所测量的双向反射因子R_f与反照率α(λ)的值是相似的;随着θ的增大,R_f的值逐渐增大,且与探头方位角的相关性逐渐增强;当θ的值等于太阳天顶角63°时,R_f的值最大,且与探头方位角的相关性最强;(3)不同类型的冰具有不同的各向异性反射因子。