双波长比值光谱差异度指数用于人体舌苔舌质分离

舌苔舌质信息定量描述作为中医舌诊的重要内容,直接影响到中医临床舌诊的准确性。基于生物医学光子学理论,利用高光谱技术,提出一种基于双波长比值光谱差异度指数进行人体舌质舌苔分离的光谱分析新方法。首先采集被测对象371.200～992.956 nm之间共343个波长的舌体高光谱信息,随机选取15位被测对象进行光谱特征分析。绘制15位被测对象舌质舌苔全波段光谱曲线并进行比较,通过观察发现,舌质舌苔反射光特征差异与血红蛋白在该波段的光学特征变化相吻合,在500～750 nm之间,水对光的吸收很少,而舌体表面布满血管,光的吸收主要受到血红蛋白的影响,基于舌质舌苔在573和700 nm两波段光谱吸收差异,计算双波长比值,提取舌质舌苔光谱特征差异度指数,根据个体差异,分别提取不同被测对象舌质舌苔光谱特征差异指标,进行舌质舌苔区域分离,实验结果发现,对同一被测对象舌体苔质提取光谱差异度指数SDI,舌苔舌质光谱差异度指数存在一定差异性,由于个体的不同,具有各自明显的舌质、舌体差异度指数分割线,实验结果表明,运用双波长比值光谱差异度指数的光学表达形式能够用于舌质舌苔分离,同时该方法也能够为进一步中医临床舌诊提供客观依据。     

高光谱成像用于中医舌诊舌苔信息提取

舌苔信息的提取对于中医舌诊客观化起着非常重要的作用,目前中医舌苔信息提取多基于图像处理技术,用数码相机拍摄舌体RGB彩色图像,然而,现有的方法在信息量方面还不能满足中医临床的需要,为了探究舌体更多信息,本研究将高光谱成像技术用于中医舌诊舌苔信息的提取中,以获得在全波段内舌体信息进而为中医舌诊诊断方式以及客观化提供一种新途径。首先运用高光谱采集系统采集来检者舌体在371.200 0～992.956 0 nm之间的343个波长的高光谱信息,并且记录来检者的中医舌诊的临床诊断结果,然后对采集到的16例来检者的高光谱图像进行感兴趣区域提取,即将舌体信息与背景信息进行分离,进而对提取的感兴趣区域舌质与舌苔光谱信息和图像信息进行处理。由实验结果分析发现,16例来检者舌苔和舌质部分光谱差异最大波段位于525～600 nm之间,对382.108 0～963.668 0 nm之间均匀提取9个波长处的舌体单一波长的二维图像信息并进行图像绘制,通过对比来检者舌体实际情况发现在527.548 0 nm处能够很好的真实反映舌体表面舌苔附着情况,实验结果表明,高光谱技术在中医舌苔信息提取方面具有一定的可行性,能够为中医舌诊舌苔分离以及舌苔信息提取提供一种快速、简便的检测手段。     

X-Y振镜扫描式舌诊高光谱采集系统

针对目前舌诊研究中在舌体信息全面获取方面存在严重不足,将高光谱技术用到舌诊的研究中来,提出了一种基于X-Y振镜扫描式舌诊高光谱采集系统.通过模拟实验,采集与舌体大小相似图片的高光谱信息,验证了该系统可以用于舌体高光谱信息采集,实验结果表明,与现有舌诊客观化研究相比,该系统可以获得更多的舌体信息,为舌诊客观化研究提供了一...     

基于光谱的中医舌色客观化方法初探

为了更加客观地反映舌的生理、病理变化,探讨了基于光谱的舌色客观化的新方法。按照国际照明委员会推荐的测色标准照明和观测条件测量舌体的反射光谱,并将测量得到的反射光谱进行归一化处理,以尽可能地除去光源等测量条件变化带来的影响。将光谱学的方法应用于舌诊领域,在多个波长上精确分析舌色信息,能够更加客观准确地刻画舌的颜色,提供更多与人体健康状况相关的微观信息,如舌组织成分、微循环状态和舌组织结构等,克服了以往方法不能准确、祥实反映组织成分、结构以及微循环状态,量化指标不精确、实用性差的缺点。通过对物体和人舌光谱数据进行的初步采集实验,证明相比于现有的比色法,光谱法既可以更全面、深入、客观地反映人舌所携带的生理和病理信息,突出舌色的细微区别,又可以用特征参数准确度量来表征,与现有物理基准相衔接,从而促进舌色客观化的研究进程。     

舌体高光谱的高血压患者中合并冠心病的筛查方法

高血压合并冠心病是高血压疾病的一类严重合并症。目前高血压患者对合并冠心病的情况检测不及时,容易导致严重事件的发生,其致残率、致死率极高,严重影响患者的生活质量。因此对高血压患者合并冠心病的早期发现对预防更严重事件的发生显得尤为重要。舌体信息与心血管功能关系密切,为此,提出一种基于舌体高光谱用于高血压患者中合并冠心病筛查新方法。采集154例心血管科门诊患者舌体377.8～1 049.1 nm高光谱数据并记录临床诊断信息。对高血压患者组及高血压合并冠心病患者组舌体光谱比较发现,在500～600 nm波段之间,两组光谱存在显著性差异。基于中医舌诊分区理论,对舌体进行区域划分,划分为舌尖、舌左、舌中、舌右以及舌根五个区域。各舌体分区在波长509.6和561.2 nm以及540.5和576.7 nm均存在极大和极小值,这与血红蛋白对光的吸收特征相吻合。对组间各舌体区域光谱特征进行差异性分析。T检验分析结果显示高血压患者组与高血压合并冠心病患者组舌尖与舌中区域光谱具有显著性差异。基于高血压患者组与高血压合并冠心病患者组舌体不同区域光谱特征的差异性,利用神经网络,选取500～600 nm舌尖与舌中光谱数据进行后续高血压患者组与高血压合并冠心病患者组分类辨识模型的建立。选用准确度、灵敏度以及特异性作为模型预测能力的评价指标。最终获得模型的预测准确度、灵敏度以及特异性分别为84.78%,86.95%和82.61%。实验结果表明高血压患者与高血压合并冠心病患者舌体高光谱信息之间存在显著性差异。利用舌体高光谱所建立的分类模型能够用于高血压以及高血压合并冠心病患者的无创辨识,为高血压患者中高血压合并冠心病的早期发现提供一种有效筛查手段。     

光调制技术用于提高光谱法舌诊的测量信噪比

为了解决光谱采集受环境光干扰严重的问题,首次将光调制技术用于提高光谱法舌诊测量的信噪比。系统采用调制盘对参考光信号强度进行调制,运用此装置采集同一被测体在分别叠加绿色、紫色、红色激光以及自然环境光干扰情况下的反射光谱,对采集来的数据运用离散傅里叶变换进行解调,提取最大谐波分量,然后对提取的最大谐波分量进行归一化,绘制解调后的光谱曲线,通过比较发现,不同干扰情况下所测同一被测体经过调制解调后的反射光谱曲线走向基本一致,结果表明光调制技术能够去除舌体反射光谱采集中环境杂散光的干扰,为高信噪比舌诊光谱数据采集提供了一种新途径。     

舌诊归一化反射光谱用于红细胞数无创测量

利用舌诊归一化反射光谱对人体血液中红细胞总数(RBC)进行了无创检测研究.采集240名志愿者舌尖反射光谱并进行反射率归一化同时用数码相机记录志愿者舌象.将样本分为两组:校正集和预测集,以血液成分含量生化分析值为参考,建立红细胞总数与光谱数据的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型.所建模型的相关系数为0.991,用所建模型...     

雪-土混合像元微观/宏观尺度光谱混合机制差异分析

为探索微观和宏观尺度下混合像元光谱混合机制的差异,在人工设置试验环境下,以人工制作雪-土混合像元表征微观尺度混合像元,固定全波段光谱仪探头距离,完成不同面积比的雪-土混合像元和雪、土端元反射光谱的采集,并对采集得到的光谱数据进行全波段反射光谱、350～2 500 nm归一化反射光谱和剔除噪声后350～1 815 nm再归一化反射光谱数据定性定量分析。同时,分析同期MODIS和环境与灾害监测卫星B星(HJ-1B CCD/IRS)影像中可见光、近红外和短波红外通道反射率相关性及MODIS影像中雪-土混合像元光谱与端元光谱的关系。结果表明;(1)微观尺度时,全波范围内混合像元反射光谱与端元光谱存在非线性关系,分波段范围内存在线性关系;(2)宏观尺度时,可见光范围内,CCD 1,2,3通道与MODIS 3,4,1通道相关系数在0.76～0.89间;短波红外范围内,IRS通道2与MODIS通道6相关系数为0.35。(3)MODIS影像中雪-土混合像元光谱与端元光谱关系为混合像元与雪端元光谱间正线性相关,与裸土端元光谱负线性相关。     

基于光谱法舌诊的脂肪肝快速诊断

提出了一种基于光谱技术的脂肪肝无创、快速诊断新方法。由于舌体能较客观的反映人体生理、病理变化,因此采集志愿者舌体舌尖部位的反射光谱,然后对数据进行分析,计算反射光谱的归一化反射率。建立3层BP网络模型,从采集来的115例样本中抽取32例健康人和44例脂肪肝患者的光谱归一化反射率作为神经网络的输入,再对未知的14例健康人样本和25例脂肪肝患者样本进行分类预测,分类正确率达到89.7%,实验结果表明了光谱法运用于脂肪肝快速无创诊断的可行性。同时,实验结果说明光谱法能更客观全面地反映人舌所携带的组织细胞、微循环等方面的信息,有可能为临床提供一种快速、简便的诊断手段,也为今后的中医证侯的度量提供借鉴。     

高光谱成像技术在中医证候客观诊断中的应用

因高光谱成像技术具有灵敏度高、蕴含图谱信息丰富等特点,使其有望被作为突破口来解决中医证候诊断缺乏客观指标的困境。鉴于舌与证候之间存在复杂且模糊的映射关系,针对当前舌信息采集方式的局限性以及现有处理模式存在将混合信息体割裂提取以致重要内涵丢失的缺陷,提出了一种新思路:采用高光谱技术进行舌象采集并将舌体交叠混合的图谱信息作为一个整体进行分析,结合多种线性与非线性数据挖掘算法以黑箱模式关联证候,提取特异性光谱指标群。并将所提取的光谱指标群综合临床的生理、生化及中医症征指标,从多角度分析病因病机的机理,找到一种证候客观诊断的新模式。     

多种薄油膜光谱反射率特性外场测试方法及结果分析

水面溢油机载航测工作需要以全面的溢油模拟目标的光谱反射率特性数据作为支撑,选择合适的工作波段,并通过获得的数据对溢油情况进行分析与判断。针对汽油、柴油、润滑油、煤油与原油五种目标样本,油膜从紫外波段到近红外波段进行了反射光谱测量,并将结果与相同实验环境下的水的反射光谱对比。实验结果表明油膜的光谱反射特性与油品类型以及油膜的厚度相关。不同种类的油膜在相同厚度的情况下,光谱反射率曲线的差异很大,而同一种类的油膜,随着油膜厚度的改变,光谱反射率曲线亦随之发生改变,因而就单一油膜而论,可以通过反射率曲线区分不同的油膜厚度。以相同的油膜厚度而论,柴油,煤油,润滑油在380 nm附近存在反射率峰值,与水的反射率差异明显,原油在大于340 nm波长的反射率远小于水,所得到的反射光谱能够在一定程度上区分不同类型油膜。实验涉及主要溢油油种,数据全面覆盖探测常用的光谱波段,定量化描述了油膜光谱反射率特性,为机载水面溢油探测工作的波段选择与水面溢油的早期发现与分析提供了全面的理论与数据支持。     

伽马辐照对掺铒光纤性能影响的研究

为了推进掺铒光纤抗辐射性能的研究,全面掌握掺铒光纤性能在辐照条件下的变化规律。基于色心模型对掺铒光纤的辐照作用机理进行了分析,并据此对掺铒光纤在辐照中的性能变化趋势进行了预测推断。然后根据掺铒光纤的工作原理和应用特性,在伽马辐照条件下对两种不同型号(EDF-L-980和MP980)掺铒光纤的980 nm波段损耗谱、1 530 nm波段损耗谱以及发射光谱的特性进行了在线实时监测,并在辐照停止后进行了恢复测量。研究表明,在辐照中两种掺铒光纤的性能变化趋势一致。在损耗谱方面,980 nm波段和1 530 nm波段的损耗随辐照单调增加,980 nm吸收峰与1 530 nm吸收峰处的损耗与辐照剂量呈近似线性关系;在发射光谱方面,发射光谱强度随辐照单调降低,光谱能量向长波方向转移,平均波长和光谱带宽大幅增加,1 530 nm发射峰处的发光强度与辐照剂量也呈近似线性关系。辐照停止后,掺铒光纤体现出了一定的恢复能力,但是各项参数的恢复均不到40%。各项实验结果与理论模型和分析预测匹配良好,证明了辐照对掺铒光纤性能影响理论解释的合理性。     

基于人眼视觉和残差补偿的光谱降维模型的研究

传统主成分(PCA)光谱降维方法利用数学的方法,保证降维后的重构光谱与原光谱在形状上尽可能相似, 但是传统PCA降维过程中无差别的对待每一个波段的光谱数据,而人眼视觉对不同波段的光谱敏感程度不同,会造成有时候虽然光谱误差较小,但是人眼看上去色差较大的情况。在保证光谱误差的同时,为了能够有效的减少源光谱与重构光谱的色度误差,提出了两种基于人眼视觉的加权函数对传统PCA降维方法进行优化,并利用残差光谱对模型进行补偿。实验过程以Munsell色卡作为训练样本,Munsell色卡和多光谱图像“young girl”作为测试样本,然后利用本文提出的加权函数进行PCA降维并重构,并与相关文献提出的方法进行了对比。实验结果表明, 提出的两种加权算法,与其他算法相比,无论是色度精度还是在变光源的稳定性方面,都有显著地提高。     

基于LCTF调谐的高光谱成像系统设计

提出一种新的轻小型高光谱成像系统,将液晶可调谐滤光片LCTF应用于高光谱成像技术,用电调谐的LCTF代替传统的机械滤光片转轮,在可见-近红外波段上可快速地实现波长的任意调谐。系统由光学镜头、LCTF和CCD探测器组成。文章首先详细描述了系统结构、光学设计及其工作原理;再利用该成像系统,以飞艇为平台进行了野外试验,获取了高光谱立体图像,所获取的图像有较高的空间分辨率和光谱分辨率;文章给出16个波段中546～600 nm的局部图像数据,最后对图像进行初步的数据处理,推导出地物420～720 nm的光谱反射率。试验验证了该成像系统的高光谱数据成像获取能力,成像数据可应用于光谱分析。     

Anodized aluminum oxide membranes of tunable porosity with platinum nanoscale-coating for photonic application

We fabricate anodized aluminum oxide (AAO) membranes with platinum (Pt) coating of various thickness ranging from 0 nm to 12 nm. We also demonstrate the tunability of membrane porosity, to add a degree of freedom in addition to the Pt coating, for optical modulation that can be used in photonic application. The reflectance measurement and its analysis are provided based on Fabry–Perot etalon optics that takes into account spectral dependence of optical absorption and loss in the AAO membrane. It is revealed that the frequency-dependent optical finesse (color purity) enhances nonlinearly with the Pt thickness, by the quantitative estimation, while the effective refractive index is substantially governed by the membrane porosity. These features can allow for the AAO membrane to be used as a dye-free color displaying film with efficient tunability of both displaying color and its color purity. In particular, the strong dependence of an effective refractive index on porosity is demonstrated such that the AAO membrane can have the effective refractive index down to about 1.2, making it a possible candidate for a single layer anti-reflection coating material deposited on optical components including low-index glass. We also fabricate, by facile dipping method, an AAO membrane whose pore size changes gradually along a direction on its surface. This intra-membrane modulation of porosity allows it to find application in an optical grating or band-pass filter whose transmission wavelength varies with position on the device surface.     

基于高光谱技术建筑反射隔热涂料光谱特征减损规律的分析

受太阳辐射、气象等外界不可控因素的影响,建筑反射隔热涂料的反射隔热性能会逐渐减损。建筑反射隔热涂料性能在时间维度的变化是评价建筑在特定时段内节能效果的关键基础数据,明确建筑反射隔热涂料性能在时间维度的减损规律具有重要的现实与理论意义。建筑反射隔热涂料的反射、吸收特征是其性能的直观体现,借助高光谱技术定量分析涂料反射、吸收特征可正确揭示涂料性能在时间尺度的变化特征。为研究分析建筑反射隔热涂料性能在时间尺度上的减损规律,该研究利用高光谱技术,联合进行室内与外置实验采集涂料样本不同时期的光谱数据,并结合吸收峰深度、图谱分析法等光谱处理方法,定量分析涂料光谱反射特征、吸收特征在时间维度的变化特征,以研究分析涂料光谱反射率在外界环境影响下的减损规律。研究结论如下：（1）在350～2 250 nm波段区间内,建筑反射隔热涂料的光谱反射率随时间的增加而降低;光谱反射率的降低幅度在1月—5月内呈增加趋势,而在5月—10月内呈递减规律,且光谱反射率在可见光区间的降低幅度明显高于近红外区域。（2）建筑反射隔热涂料的吸收峰深度随时间的增加而降低,降低幅度在0~0.163范围内。（3）涂料厚度对涂料光谱反射率（涂料性能）及其在时间尺度的变化规律具有重要影响,且该影响拥有较强的稳定性;涂料厚度对涂料光谱反射率的减弱幅度具有较强影响,单一厚度的建筑反射隔热涂料的光谱反射率随时间的变化具有一致性,随时间的增加而变弱。     

颜色不稳定黄色蓝宝石的谱学特征与颜色成因

颜色不稳定黄色蓝宝石广泛存在市场中,如何有效鉴别颜色不稳定黄色蓝宝石的特征是当前宝石学研究的热点。利用改色实验、紫外-可见光谱（UV-Vis）、三维荧光光谱对颜色不稳定黄色蓝宝石进行深入的谱学特征研究。改色实验表明斯里兰卡黄色蓝宝石中部分存在光致变色的现象,短波紫外光会导致样品着色,而太阳光会导致样品褪色。紫外光照后黄色蓝宝石的颜色由稳定部分和不稳定部分共同组成。颜色不稳定蓝宝石的“着色态”和“褪色态”紫外-可见光谱可见明显的蓝紫区吸收,这可能与蓝宝石中O2--Fe3+的电荷转移有关,导致了蓝宝石稳定的黄色调。蓝宝石的紫外-可见光谱在“着色态”相比“褪色态”可见明显的蓝紫区吸收增强,可能由于紫外光照射增强了O2--Fe3+之间的电荷转移。紫外-可见光谱测试表明样品中具有弱的与Fe有关的吸收峰,这与样品含有较低的Fe含量一致,不足以产生稳定黄色调。三维荧光光谱分析结果表明颜色不稳定黄色蓝宝石的“着色态”和“褪色态”具有一致的激发光波长Ex=325～335 nm、发射光波长Em=560～570 nm的特征荧光中心,在“着色态”时的荧光强度明显高于“褪色态”。含铁黄色蓝宝石具有荧光效应且特征的荧光中心可作为识别这种颜色不稳定黄色蓝宝石的潜在鉴定手段。综合报道了颜色不稳定黄色蓝宝石的谱学特征与可能的颜色成因,为识别颜色不稳定的蓝宝石提供了鉴定依据,同时为后续改色处理的工艺提供了理论基础。