鲁米诺的合成与振荡化学发光

鲁米诺的合成与化学发光是一个极具展示度的基础化学实验。近年来，国内部分高校陆续开设了这一实验，引起不错的反响。为进一步丰富和提升该实验的科学理论内涵，我们进行了如下改进：1)在合成部分引入机械搅拌、硫粉还原和微波合成，实现安全、快速、高效制备高纯度鲁米诺的目的；2)在单次化学发光的基础上，特别引入宛如星辰闪烁般的振荡化学发光反应(鲁米诺/H2O2/SCN-/Cu2+/OH-振荡体系)，该反应涉及非平衡态热力学和非线性化学等重要概念与基础理论知识，激发学生的求知欲；3)设计并搭建了可与荧光光谱仪配套使用的简易微型磁力搅拌加热装置，实现了对振荡化学发光的光强和振荡周期等数据的实时定量监测，使学生可以自行设计对比实验，探究影响振荡反应过程的因素，并总结振荡反应规律。该实验涵盖了多学科的重要知识点，兼具科学性与趣味性，对培养学生的探索精神和创新意识具有重要意义。     

紫色球杆菌视紫红质光谱特性的机器学习研究

近年来，机器学习等人工智能技术被应用于蛋白质工程，其在蛋白质结构、功能预测、催化活性等研究中具有独特优势。在未知蛋白质结构的情况下，将蛋白质序列和功能特性与机器学习相结合，基于序列-活性关系（innovative sequence-activity relationship，ISAR）算法，将蛋白质氨基酸序列数字化，用快速傅里叶变换（fast four transform，FFT）进行预处理，再进行偏最小二乘回归建模，可在数据集较少情况下拟合得到最佳模型。通过机器学习对紫色球杆菌视紫红质（gloeobacter violaceus rhodopsin，GR）的突变体蛋白质氨基酸序列与光谱最大吸收波长进行建模，获得了最佳模型。用最佳索引LEVM760106建模得到的确定系数R² 为0.944，均方误差E为11.64。用小波变换进行的预处理，其R² 虽也约为0.944，但E大于11.64，不及FFT进行的预处理。方法较好地解决了蛋白质序列与功能特性之间的数学建模问题，在蛋白质工程中可为预测更优的突变体提供支持。     

二维解卷积波束形成水下高分辨三维声成像

针对水下三维成像的空间分辨率难以提高,且具有较高旁瓣级的问题,提出了一种二维解卷积波束形成高分辨三维声成像算法,该算法首先完成任意距离切片的平面阵波束形成,近场情况下采用菲涅尔近似实现近场平面阵波束形成,然后通过二维解卷积技术对任意距离切片的二维波束形成结果进行解卷积处理,去除阵列指向性函数的影响,改善波束响应非理想冲击函数所造成波束形成主瓣宽及旁瓣级高的问题。通过计算机仿真分析,新算法可以有效的提高水下三维成像的空间分辨率,抑制旁瓣级,并能够在较宽频带和不同阵列孔径内保持与常规波束形成相当的稳定性。通过试验研究,新方法比常规波束形成实际目标成像分辨率提高一倍,最高旁瓣级下降20 dB,验证了该算法在实际系统中的有效性.      

基于FPGA的雾霾视频图像实时复原系统研究

针对雾、霾等恶劣气象条件下, 视频监控等户外视频设备对视频图像实时复原的需要, 提出一种快速图像复原算法的FPGA实现方法, 通过适当降低算法复杂度达到了降低时间开销和硬件实现复杂度的目的。通过将一帧视频分解成3×3小窗口进行运算, 以窗口中心像素的流水计算替代一帧视频像素计算, 使每个像素在3个时钟周期内完成全部运算, 确保了系统能够实时复原, 降低了复原模块对硬件的开销。实验证明:FPGA处理结果和MATLAB处理的结果相符, 可以在保证除雾效果的前提下, 实时处理分辨率为640×480视频并以29帧/s速度流畅显示。     

智能手机的主要叶类蔬菜品质和新鲜度指标的光谱检测

蔬菜品质和新鲜度的高低不仅影响食用时的口感，而且营养程度也不一样。作为蔬菜品质和新鲜度重要参考指标之一的叶绿素和含水量的检测，已经越来越受到国内外学者的重视。相比于传统的肉眼目视判断的检验方法，可见-近红外光谱分析具有快速高效、无损、非接触等独特的优势，更加适合蔬菜的实时检测。目前相关研究主要集中在生长中植被叶绿素和含水量的反演，对市场上成品蔬菜的研究较少，或者研究对象单一，缺乏市场普适性。此外，光谱数据的获取需要专业的光谱仪采集，费时费力，各种生理生化指标的研究离实用化还有很长的距离。为了与实际相结合，基于智能手机光谱系统（SCSS)建立了快速、准确、普适性强的反演蔬菜叶绿素和含水量的模型，并通过地面光谱仪SVC数据验证了该系统的可靠性。选取市场典型的五种蔬菜（菠菜、小油菜、油麦菜、生菜和娃娃菜）作为实验样本，分别进行常温保存和冷藏保存来模拟现实中菜市场和超市的蔬菜储存环境。每隔24 h进行一次数据采集。对获取的原始光谱数据进行波段选择和小波变换去噪的预处理。构建蔬菜叶绿素反演指数(VCRI_{（m, n）})和蔬菜含水量反演指数(VWRI_{(i, j)})，分别提取该两个指数与叶绿素和含水量实测值的相关系数R作为权重系数，最终建立了叶绿素和含水量的加权平均反演模型。实验结果表明，SVC仪器和SCSS两者数据针对蔬菜叶绿素和含水量的敏感波段基本一致，叶绿素反演的敏感波段在730~980 nm之间，反演精度R2分别为0.863和0.808 1，标准差为8.679 5和8.892 5；含水量反演的敏感波段在水汽吸收波段950~1 000 nm之间，反演精度R2分别为0.742 9和0.712 9，标准差为8.789 9%和8.861 4%。SVC实验数据跟SCSS实验数据结果十分接近，验证了新型智能手机光谱系统实时监测蔬菜叶绿素和含水量的有效性。智能手机光谱系统具有体积小、价格便宜的优势，结合网络云端服务和实时数据反馈的特点，能够实现蔬菜品质和新鲜度指标的智能检测，让光谱分析真正应用于人们日常生活中。     

一种动态实时的遥感专题应用系统定制框架

遥感专题应用系统广泛用于遥感影像的加载、分析、专题提取、出图等.为实现遥感专题应用系统动态、实时和可扩展的定制化开发，设计了一套基于组件的遥感专题应用系统定制框架：定义了组件划分方式，将专题系统划分为功能类组件和容器类组件，建立了组件属性和组件间的关系；采用XML文件描述遥感专题应用系统中的组件，并提供从XML到遥感专题应用系统的解析方法；设计了遥感专题应用系统定制平台，提出一种动态实时的软件设计方法，可以“所见即所得”地定制遥感专题应用系统，并将其保存为XML文件.采用该定制平台定制的多个专题系统已应用于相关部门.该框架为快速高效定制遥感专题应用系统提供了一种新的开发设计模式，降低了遥感数据在多行业应用的技术门槛，减少重复性开发工作.     

单颗粒稀土纳米晶的三基色上转换发光

可调谐发光颜色的上转换荧光纳米粒子具有广阔的应用前景。本文设计并成功合成了结构紧凑的多层核-壳纳米颗粒。在不同波段激光的泵浦下,该颗粒中不同壳层分别产生红、绿、蓝3种颜色的上转换荧光。光谱测试结果表明,样品三基色发光的颜色纯度较好,并且可以实现全色域的颜色实时调节。此外,还测试了样品发光强度与泵浦功率之间的依赖关系,用于研究其中的上转换发光机理。这种在单颗粒水平上具有全色域可调发光的紧凑核-壳结构纳米晶体在多通道生物检测及成像、超高分辨率显示器件、高端防伪应用等领域显示出巨大的潜力。     

基于没食子酸和对硝基酚双功能化银纳米粒子检测水中Cr3+

采用硼氢化钠还原法合成没食子酸和对硝基苯酚双功能化的银纳米粒子（GA-PNP-AgNPs）,并通过紫外-可见光谱法、透射电子显微镜和粒度仪对合成的银纳米粒子进行了表征。GA-PNP-AgNPs呈分散的球形,粒径约为21 nm,且在390 nm处有一个特征吸收峰。当Cr3+存在时,GA-PNP-AgNPs发生聚集,溶液颜色由淡黄色变为橙红色。基于此,构建了一种检测Cr3+的比色传感器,线性范围为（0.04～2.0）μmol·L-1,检测限为0.013μmol·L-1。该方法选择性较好、经济简便,能够用于水样中Cr3+的实时检测,检测结果与石墨炉原子吸收光谱法测得的结果吻合。     

低失真爆炸冲击信号零漂分析和处理方法

短时的爆炸瞬态冲击信号，具有冲击频带宽、幅值高特点，在测试过程中，常常会有信号失真的零漂现象。本文中详细分析零漂现象产生的原因，对比各种修正方法的优缺点，提出基于经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）改进高效算法，结合频域窗函数滤波方法，这种新修正方法，能够较好弥补现行修正方法的缺陷，可为瞬态冲击信号时域模拟提供失真较小的环境条件数据。