基于高阶残差量化的光谱二值编码新方法

光谱二值和多值编码技术能够实现目标光谱的快速匹配、识别和分类等应用,但这类量化编码方法会损失大量的光谱细节信息,且不能解码出与原始光谱近似的重构光谱,应用有限。为了解决上述问题,提出一种高阶残差量化的光谱编码新方法HOBC(high-order binary coding)。首先,对光谱向量进行去均值的规范化处理,得到值域为(-1, 1)的光谱序列;然后,求解规范化光谱的±1编码、编码系数和残差（即一阶残差）;基于一阶残差,逐阶解算2至K阶残差的±1编码及其系数;最后得到K个编码序列及其系数,即为HOBC的编码结果。选择典型波谱库数据集,对比光谱0/1二值编码BC01(binary coding with 0 and 1)、光谱分析编码SPAM(spectral analysis manager)、二值/四值混合编码SDFC(spectral derivative feature coding)和DNA四值编码等4种方法,进行了光谱量化编码和解码重构实验,分别统计了光谱形状特征和斜率特征编码的信息熵和存储量、光谱形状特征编码与原始光谱之间的光谱矢量距离SVD (spectral vector distance)、谱间Pearson相关系数SCC (spectral correlation coefficient)和光谱角SAM (spectral angle mapping)。结果表明,在编码存储量上,HOBC的1～4阶编码分别与以上4种编码相等;在编码信息熵上,HOBC的1～2阶编码分别与BC01和SPAM相等,而HOBC的3～4阶编码分别高于SDFC和DNA编码;在SCC上,HOBC1阶编码与BC01相等,而2～4阶编码均分别优于SPAM,SDFC和DNA编码;在SAM方面,HOBC 1～4阶编码均分别明显优于4种对比方法;4种对比方法不能明确解码重构,而HOBC可简便重构出与原始光谱近似的解码序列,且SVD逐阶递减。进一步,基于临泽草地试验站公开光谱数据集,进行了10类地物目标的光谱编码和监督分类实验,实验结果表明,在Kappa系数,总体分类精度和平均分类精度等3种性能评价指标上,HOBC均明显优于4种对比方法,尤其是,HOBC 4阶编码优于原始光谱的分类性能;对样本数量较少且类间相似性较高的难分类地物,HOBC亦具有优于其他算法的鲁棒性。说明HOBC编码在大幅压缩数据量的同时,其编码序列能保留较高的信息量,且具有较高的光谱可分性,可用于光谱高精度快速识别和分类;其解码重构序列与原始光谱序列具有较高的相似性,理论上可适用于目标识别和分类等应用。     

拉曼光谱编码的荧光液相生物芯片检测系统研究

随着医疗诊断需求的增加,生物分子检测技术越来越受到人们的重视,液相生物芯片技术作为一种高通量,多通道的分子检测手段在近几年得到了飞速发展。通过层层自组装方法制备以微片为载体的拉曼光谱编码液相生物芯片,并利用自行搭建的一套高灵敏度、高分辨率的光学系统,实现对液相生物芯片的定性与定量分析。光学系统由拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统耦合而成。在拉曼光谱检测系统中激光器发射出785 nm波长的激光,通过二向色镜,带反反射镜与物镜汇聚到样品上,样品产生的拉曼散射光,经物镜,带反反射镜,二向色镜与拉曼滤波片,最后通过凹透镜聚焦到光谱仪的狭缝上,光谱仪色散实现在线阵CCD上拉曼光谱的获取。荧光显微成像系统应用光学成像原理,通过调节凹透镜与405 nm的激发光之间的距离,使激发光通过物镜均匀的照射到样品之上,样品激发出的荧光,通过物镜,带反反射镜,二向色镜,滤波片与相应的凹透镜,最后成像到面阵CCD上。改进传统便携式拉曼光谱检测系统光路并选用相应波段的带反反射镜与焦距20倍的物镜完成拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统的耦合。为了减少两路系统之间的相互影响选用合适的二向色镜以及滤波片,在提高耦合系统获取数据的准确性中有着重要的作用。该系统通过对反应之后的液相生物芯片进行拉曼光谱检测,以完成对每个编码玻片的定性识别,即解码;同时激发反应后液相生物芯片的荧光并采集荧光强度图,根据每个解码玻片上的荧光强度值完成对目标检测物的定量分析。区别于传统荧光编码液相生物芯片, 拉曼光谱编码具有稳定性更强,光谱分辨率更高等优点。该光学系统集拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统于一体,解决了目前未有基于拉曼编码的液相生物芯片的检测系统的问题,并且可同时对多种目标物进行识别和定量分析,提升了实验结果的准确性。     

一种鲁棒性强的OFDM 水声通信系统*

为了在不同衰落水声信道下实现正交频分复用水声通信,该文提出了一种鲁棒性强的正交频分复用水声通信方案,方案包括编码调制、信道估计和多普勒估计等内容。为了使该系统更稳健,整个信道编码分为两个步骤。首先,循环冗余校验编码器和里德-所罗门编码器用于编码整个数据包,然后循环冗余校验编码器和Turbo 编码器用于编码每个数据帧,其中比特交织编码调制技术用来对抗信道的时变特性。为了得到水声信道估计,使用线性最小均方误差估计器来处理导频数据得到信道估计值。多普勒估计包括帧的多普勒估计和符号的多普勒估计。实验结果表明该系统在不同的衰落信道下都能实现正确的跟踪和译码,系统的鲁棒性能优越。此外,该系统算法计算简单,易于实现,具有良好的工程应用价值。     

光谱仪动态采样时间特性的研究

在实时传输的光谱仪数据采样中,通常存在采样时间间隔不等的现象,这使得实时传输光谱仪在一些特殊场合的应用受到较大的限制,如在预测能力更强,检测精度更高的动态光谱分析法中。而恰恰在动态光谱法等时间分辨光谱分析中对光谱信号的采样定时特性要求更高,时间间隔不等会直接影响光谱分析的结果,得到失真的结论。同时与一般采样所不同的是,光谱仪是一定时间的积分采样,这无形中增加了对光谱仪定时采样特性研究的难度。因此,巧妙地利用锯齿波的幅值与时间存在一线性编码的关系,对某一型号的光谱仪进行采样时间及采样时间间隔的测试与分析,测试表明采样时间与积分时间的设置相关,同时时间间隔与积分时间也息息相关,进一步探究了该型号光谱仪在不同积分时间下采样时间间隔波动的范围。研究对注重光谱时间特性的分析法提供积分时间选取的参考依据,同时也提出了一种评估动态时间特性的方法,有利于光谱的动态特性的评估与应用。     

不均匀不稳定磁场下高分辨液体核磁共振新技术的研究进展

高分辨核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）谱的获得通常需要高度稳定且均匀的强静磁场. 阻抗磁体或阻抗－超导混合磁体可获得比超导磁体高得多的磁场, 但它们的磁场的稳定性与均匀性比较差;另一方面, 在活体定域波谱研究中,样品内部组分的磁化率差异,运动或生理活动等作用将不可避免地导致磁场的不均匀不稳定,并且这些不稳定不均匀性无法通过锁场匀场等传统的方法消除. 基于分子间零量子相干的方法、空间编码单扫描快速方法、反卷积技术等日渐成为在不均匀不稳定磁场下获取高分辨率的NMR谱的研究热点.     

基于0-1编码谱技术检测旋转对称函数

分析了旋转对称函数的0-1编码Hadamard变换谱系数的特点,给出了变量数n为素数的旋转对称函数的必要条件,提出了基于0-1编码Hadamard变换检测旋转对称函数的方法,该方法具有可编程操作以及同时可检测其他特殊布尔函数等优点.     

MICROMEGAS一维位置编码读出初步测试

介绍了微型网状结构的气体探测器一维位置编码读出的基本原理和实现方法。设计了一块灵敏面积为10 cm×10 cm的一维位置编码PCB读出电极。测试表明: 感应读出是可行的, 电荷按1∶2分配最为理想; 利用55Fe放射源X射线通过200 μm狭缝对准读出电极PCB板的正面中任意一条, 位置编码读出能很好地再现源所在狭缝的位置。针对其局限性, 提出了一维位置分组编码读出技术, 以解决相邻多条同时点火的情况。使用该读出技术, 使一维读出电子学路数节省量达到75%以上。The basic principles and implementation of one dimensional position encoding read out for MICROMEGAS have been introduced in this paper. A 10 cm×10 cm prototype of one dimensional position encoding read out electrode based on printed circuit board was designed. Preliminary test indicates that the induction read out is feasible and the ideal charge distribution is 1∶2. X rays emitted from 55Fe source were collimated to one of strips on the read out electrode through a slit of 200 μm, position decoding well reproduced the position of the 55Fe source. For its limitations, we have proposed a one dimensional grouped position encoding read out technique to address a neighboring strips simultaneously fired situation. The amount of read out electronics is very easy to approach a obduction of 75% with position encoding read out technology.     

基于MAS问题编码的化学教师多重表征转换能力的调查研究——以“化学平衡”主题为例

利用由Yehudit J.Dori提出的多维分析系统(MAS),对有关化学平衡知识的化学问题进行编码,以纸笔测试与个别访谈相结合的方法调查在职教师的3种表征转换能力,并根据调查结果提出相应的建议,为教师三重表征教学策略的实施和“化学平衡”的教学提供有益的参考。     

lncRNA在癌细胞生长和代谢中的作用研究进展

从长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)与癌细胞生长和代谢的关系角度, 系统地分析和综述了lncRNA如何通过促进或抑制细胞周期进程调节癌细胞生长, lncRNA如何通过调节上皮间质转化影响癌细胞迁移, 以及lncRNA在肿瘤细胞糖类和脂类代谢中如何发挥其作用.     

硬X射线焦斑环孔编码成像的理论与实验研究

针对几十~百keV能量的低强度X射线焦斑源测量,建立了高探测效率环孔编码成像技术。研究给出了环孔成像效率和信噪比与环孔结构参数的关系,采用微联结的环孔结构设计并模拟了联结区尺寸对成像质量的影响,解决了环孔结构同轴成像技术难题。所建立环孔成像系统应用于Unique-II X射线焦斑源成像实验。结果表明,X射线焦斑的空间分布近似为‘马鞍’形状,而且中间部分的强度低于两侧的强度,与针孔成像结果相似,但环孔的探测效率明显高于针孔的效率。最后,分析了维纳滤波与R-L两种复原图像方法的效果。