基于二维红外相关谱欧氏距离判别掺杂牛奶

基于纯牛奶、掺杂牛奶样品间二维红外相关谱欧氏距离,依据未知样品与校正集中“极值样品”欧氏距离平均值、组内、组间样品欧氏距离平均值,提出了一种掺杂牛奶判别的新方法。分别配置掺杂尿素牛奶(0.01～0.3 g·L-1)和掺杂三聚氰胺牛奶(0.01～0.3 g·L-1)样品各16个,采集纯牛奶及掺杂牛奶样品的红外光谱。以牛奶中掺杂物浓度为外扰,构建纯牛奶与掺杂牛奶的同步二维红外相关谱,并计算了各样品相关谱矩阵间的欧氏距离。在此基础上,分别建立掺杂尿素牛奶、掺杂三聚氰胺牛奶与纯牛奶的判别模型,确定模型中的“极值样品”,组内、组间样品欧氏距离平均值。利用所建模型,计算未知样品与“极值样品”的欧式距离,并依据判别规则,对未知样品进行判别。研究结果表明： 基于样品红外相关谱矩阵间欧氏距离可实现掺杂牛奶的判别,其判别正确率为100%,验证了该方法的有效性。该研究为掺杂牛奶的检测提供了一种新的可能方法。     

基于烟叶近红外光谱主成分数据的投影方法研究及其在复烤配方中的应用

对近红外技术在烟草中的应用作了简要的概述,报道了两种基于近红外光谱主成分的投影矢量求解方法,分别简称为PPF_PCA和PPF_Eig,并对两种方法在复烤配方中的应用与评价做了比较研究.对9类烟叶工业分级样品光谱进行一维投影分析的结果表明:PPF_PCA方法得到的一维投影值的类间差异性和类内差异性均大于PPF_Eig方法,其中各类间投影均值的平均绝对偏差前者约为后者的1.26倍.同时应用第一维投影值所占贡献率的情况对此结果进行了解释,PPF_PCA方法一维投影值所占贡献率为93%,PPF_Eig方法一维投影值所占贡献率为77%,前者约为后者的1.21倍,因此,PPF_PCA方法得到的一维投影值中包含更多类间和类内的差异性信息.应用烟叶各类工业分级样品的一维投影图能客观的评价各类样品之间的相似性及各类内样品之间的差异性,可方便的作为烟叶复烤配方的参考依据,同时在其他农产品(如中药等)配方中也具有较好的应用前景.     

应用近红外光谱分析不同产区工业分级烟叶样品的特性

以红塔集团2010年玉溪、楚雄、昭通产区内经工业分级后不同部位及色组的中上等烟叶样品为试验对象,其烤烟品种为K326,共计3个产区、六种中上等工业分级17类样品的近红外光谱6 064条;应用光谱特征投影及相关分析等方法对17类烟叶样品近红外光谱的分析结果表明：第1维光谱特征投影均值区分不同分级类型的概率为84%,第2维光谱特征投影均值区分不同产区类型的概率为71%。因此,通过光谱特征投影能够重现性较好地量化解释分级和产区造成烟叶品质的差异,其量化数据可以作为烟叶跨区模块组合的参考。     

最小角回归结合竞争性自适应重加权采样的近红外光谱波长选择

近红外光谱分析技术对检测样品无损伤且检测速度快、精度高,因此被广泛应用在了药品检测、石油化工等领域,尤其近年来机器学习和深度学习建模方法的深入应用使其具备了更准确的检测性能。然而,样品的近红外光谱数据具有比较高的维度且存在谱间重合、共线性和噪声等问题,对近红外光谱模型的性能产生消极影响,此时样品有效特征波长的筛选极为重要。为了提高近红外光谱定量和定性分析模型的准确性和可靠性,提出了一种近红外光谱变量选择方法,其结合了最小角回归（LAR）和竞争性自适应重加权采样（CARS）的优点,具有更优的性能。该方法利用LAR初步筛选样品全谱区的特征波长,接着利用CARS对筛选出来的特征波长进一步选择,从而有效去除无关特征波长。为验证该方法的有效性,从定量和定性分析两个方面评价该方法。在定量分析实验中,以FULL,LAR,CARS,SPA和UVE作为对比方法,以药品样品数据集为实例建立PLS回归分析模型,经LAR-CARS筛选出的变量建立的PLS模型在药品数据集表现出较高的预测决定系数和较低的预测标准偏差。在定性分析实验中,以SVM,ELM,SWELM和BP作为对比方法、不同比例训练集的药品数据集为实例建立分类模型,经LAR-CARS筛选出的变量建立的SVM分类模型精度最高达100%。从实验结果可见,LAR-CARS可有效的筛选出表征样品特征的波长,利用其筛选出的波长建立的定量、定性分析模型具有更好的鲁棒性,可用于样品光谱的特征波长筛选。     

应用近红外光谱分析不同年度工业分级烟叶的特性

以红塔集团2007年—2010年在云南省玉溪烤烟产区内采集的主要工业分级烟叶样品为试验对象,其品种为红大,包括不同部位及色组的主要工业分级,共计近红外光谱5 730条;应用光谱特征投影及相关分析方法对不同年度的主要分级烟叶近红外光谱的分析结果表明：相同年度下,将各类型工业分级样品随机按2∶1划分为分析集与验证集后,其分析集与验证集特征投影均值的相关系数达0.98以上,具有较好的一致性;不同年度间,其工业分级样品光谱特征投影均值的相关系数在0.97以上,其中年度一致性最高的是2008年和2009年,较低的是2007年和2010年。同时,应用一种相似度计算方法得到了各工业分级样品光谱之间的相似度值,该相似度值以及不同年度之间的一致性系数,可为烟叶的模块配方组合或替代等提供量化的参考数据。     

改进的 K/S 算法对近红外光谱模型传递影响的研究

在近红外光谱分析模型传递中,常用Kennard/Stone算法(K/S算法)来选择转换集样品。K/S算法是根据样品间光谱的欧氏距离来计算样品间差异的。为了寻求样品间差异的最佳表达方式,用K/S算法选出更有代表性的样品。文章分别用欧氏距离和马氏距离计算混胺样品的光谱差异,用PDS算法传递混胺中二甲苯胺近红外光谱分析模型,通过传递后的预测标准偏差(SEP)评价两种距离的优劣。用性质差异和光谱差异结合的方式计算样品间的差异,并与单独用光谱差异和性质差异的方式进行比较。结果表明,在PDS算法中,马氏距离选出的样品更具有代表性,性质差异和光谱差异的结合更能代表样品间的差异。     

遥感图像土地利用/覆盖多光谱特征分布空间距离分析方法

研究遥感图像多光谱特征分布是设计分类算法的关键。针对土地利用/覆盖类别由多种地物组成,难以求取多元分布模型分析类别多光谱特征的问题,提出了一种遥感图像土地利用/覆盖多光谱特征分布空间距离分析方法,以样品均值矢量作为类别中心,用最大最小法聚类形成类别多聚类中心,计算各聚类中心与类别中心的空间距离,以距离为横坐标、聚类中心含有的像元数占样品总数的百分比为纵坐标作图,形成内类、类间空间距离分布曲线分析遥感图像土地利用/覆盖类别多光谱特征。分类实验结果与空间距离分析结论吻合,说明空间距离分析方法可行。该方法利用空间距离把多维光谱分布转化为一维距离分布,计算简单,聚类门限值易于确定,多光谱分布特征清晰,较好地解决了多光谱特征的多元分布问题。     

拉曼光谱结合系统聚类法检验汽车前保险杠

应用拉曼光谱法并结合聚类分析对44种不同型号的汽车前保险杠进行了深入的检验研究。采用显微激光拉曼光谱分析技术分别对样品进行检测,得到532nm激光光源的拉曼光谱可构建具有高鉴别能力的聚类分析模型,采集光谱数据将其定量化,选择平均组间距离定义类间距离,采用平方欧氏距离作为度量区间表征样品之间的亲疏程度,进行系统聚类分析,通过验证衡量聚类效果,成功将44种汽车前保险杠样本分为了19类,分类正确率达94.8%,分类结果理想,实现了基于全波段光谱信息结合系统聚类分析建立的模型用于准确鉴定汽车前保险杠种类的目的,为现场物证的检验提供了一定的理论依据。     

基于荧光法的活体海藻识别方法研究

研究海域或水域的海藻类型对海域或水域的污染情况调查、赤潮的预测等具有重要意义。通过对由特征激发波长(420,440,460,470,530,560,590,610nm)激发的荧光光谱取平均值[1~3],按特征激发波长从小到大的顺序,计算了由相邻激发波长激发的荧光光谱平均值的比值,并对特征数据进行了相关分析,得到的绿藻之间的相关系数大于0.95,硅藻之间的相关系数大于0.85。结果表明,由特征激发光激发的荧光光谱均值和按顺序所取的比值可作为识别海藻的特征参数。     

基于高光谱特征的迷彩伪装评价

伪装效果分析是伪装设计和识别的重要环节,为了对高光谱探测下的目标伪装效果进行有效评价,结合高光谱图像光谱分辨率较高的特点,提出了一种基于高光谱特征的迷彩伪装评价方法。在光谱维,分析并提取伪装目标的光谱特征。在空间维,对图像第一主成分进行多层小波分解,提取高频分量和低频分量的比值、水平分量和垂直分量的比值以及低频图像的对比度、相关性、能量、同质性等6个特征作为纹理特征。利用欧氏距离分别计算光谱特征距离与纹理特征距离,最后将二者进行综合,距离越小说明伪装效果越好。实验数据表明:本文的方法可以量化高光谱成像下的迷彩伪装效果,评价客观。得到迷彩雨衣与草坪背景之间的综合距离为1.3225,两者融合效果最好。     

Vowel-related tongue movements in speech: straight or curved paths? (L)

This paper examines tongue movements between the two vowels in sequences of vowel-labial consonant-vowel, addressing the question whether the movement is a straight line or a curved path. Native speakers of Japanese and Italian served as subjects. The linguistic material consisted of words where the bilabial consonant was either long or short. The inclusion of words with different consonant lengths was motivated by earlier findings that the tongue movement is often longer when the consonant is long, which may be due to a more curved movement path. Tongue movements were recorded using a three-transmitter magnetometer system. To assess the movement path, the movement magnitude was calculated in two ways, as a straight line, the Euclidean distance, and as the actual path, obtained by summing the individual Euclidean distances between successive samples from movement onset to offset. The ratio between the path and the Euclidean distance is 1 when the movement is a straight line and greater than 1 when the path is curved. Results show that in virtually all 21 cases examined the ratio was very close to 1 and in most cases 1.2 or less. There was no reliable influence of consonant length on the ratio.     

不同产地烈香杜鹃的红外指纹图谱比较研究

烈香杜鹃为常用藏药,具有止咳、祛痰、平喘、清热解毒、健胃消肿之功效,藏医常用于治疗类风湿性关节炎,多数为野生药材;为有效鉴别烈香杜鹃的真伪、产地和品质差异,采用红外光谱法对13个不同产地的烈香杜鹃进行了红外光谱图的识别分析。红外光谱的扫描范围为4 000~400 cm-1,实验发现其红外光谱相似;对红外吸收谱带归属进行判别分析,建立了烈香杜鹃红外指纹图谱,其特征吸收峰位于3 404,2 921,2 852,1 734,1 625,1 449,1 374,1 266,1 060和534 cm-1等处;在1 517, 1 316,1 161,825,779和594 cm-1附近,峰数目、峰位置与峰强度有差异。计算共有峰率和变异峰率,建立共有峰率和变异峰率双指标序列,利用SPSS软件对其红外图谱数据进行聚类分析。双指标序列分析法与聚类分析法的分析原理与角度不同,分组结果基本一致,表明这两种方法可靠,可用于分析烈香杜鹃的产地与品质差异。双指标序列分析法比较结果显示,样品的共有峰率≥68.75,变异峰率≤27.27,分组结果表明,产地接近、气候条件与生长环境相似的烈香杜鹃之间共有峰率较高;而产地、气候条件与生长环境相差较大的烈香杜鹃之间变异峰率较高。聚类分析结果显示,当欧氏距离为15时,可聚为三大类,R2,R3和R4为一类,R7,R8,R10,R11和R12为一类,剩下的归为一类;当欧氏距离为20时,聚为两大类,R2,R3和R4为一类,剩下的归为一类;当欧式距离为25时,13个产地的烈香杜鹃聚为一类。将聚类分析结果与使用ArcGIS软件所做的烈香杜鹃采样点分布图结合起来分析,能直观地看出烈香杜鹃品质与其产地的关系。综合以上分析,建立的烈香杜鹃红外指纹图谱,结合双指标序列分析法和聚类分析法,可以为鉴别烈香杜鹃的真伪、产地和品质差异提供快速、有效的新方法。     

基于多特征波长光谱分析的天然气泄漏遥测系统

为快速地、 大范围地对天然气管道进行泄漏监测,设计了基于静态傅里叶变换干涉系统的甲烷气体浓度遥测系统。 采用对准甲烷分子吸收峰的红外光源照射被测区域,再由聚光准直系统和干涉模块完成干涉条纹的获取。 最后,通过多特征波长光谱分析算法计算被测区域的浓度程长积,进而反演相应的甲烷浓度。 通过HITRAN光谱数据库选择了1.65 μm的主特征吸收峰,从而光源使用1.65 μm的DFB激光器。 为了在不增加系统硬件结构的基础上提高检测精度及稳定性,引入辅助波长求解吸光度比值,进而通过多特征波长比例运算的方法获得被测气体的浓度程长积。 实验针对泄漏速度恒定的标准甲烷液化气罐检测,采用PN1000型便携式甲烷检测仪的检测数据作为标准数据与本系统的测试数据进行对比,测试距离分别为100,200和500 m。 实验结果显示,甲烷浓度检测值在泄漏一段时间稳定后,系统检测值也基本保持稳定。 对100 m的检测距离而言,浓度程长积的检测误差小于1.0%。 随着测试距离的增大,检测误差也相应的增大,距离500 m的检测误差小于4.5%。 总之,在气体泄露稳定后系统检测误差均小于5.0%,满足野外天然气泄漏遥测要求,该方法采用差分思想,在求解吸光度比率的过程中将误差消除,降低了外界干扰造成的误差,从而提高系统的检测精度及稳定性。     

时空域双边滤波背景抑制算法研究

红外图像中的强边缘一直是制约红外弱小目标检测概率的重要因素,同时是产生目标虚警的重要来源。采用能够同时利用邻域空间欧式距离和灰度值相似性的双边滤波,并针对天基红外系统中帧间背景缓慢变化的特点,设计一种基于时空域的双边滤波法,实验验证该方法对复杂背景的强边缘具有很好地抑制效果,信杂比增益大于3.6,同时能够很好地保留目标能量,目标能量损失因子D factor小于0.2,有效地提高目标的局域信杂比。     

UV–Supercontinuum generated by femtosecond pulse filamentation in air: Meter-range experiments versus numerical simulations

We report new experimental and numerical results on supercontinuum generation at ultraviolet/visible wavelengths produced by the propagation of infrared femtosecond laser pulses in air. Spectral broadening is shown to similarly affect single filaments over laboratory distance scales, as well as broad beams over long-range propagation distances. Numerical simulations display evidence of the crucial role of third harmonic generation in the build-up of UV–visible wavelengths, by comparison with current single-envelope models including chromatic dispersion and self-steepening. PACS 52.38.Hb; 42.65.Tg; 42.65.Jx; 42.68.Ay     

表面等离子体环形共振器的滤波性质

利用时域有限差分法研究了基于金属-绝缘体-金属结构的环形波导共振器的滤波特性.研究结果表明,环形波导中存在多个共振模式.共振波长受环形波导的内径调制,随着环形波导内径的增加共振波长发生红移.共振带宽受耦合距离调制,随着耦合距离的增加带宽显著地减小.     

匹配滤波器映射编码方法研究

在Vander Lugt 相关器中,预先制作的匹配滤波器是系统能否得到较好的相关识别结果的关键。通常使用的迂回相位匹配滤波器编码法数据利用率不高,相关效果有进一步改进的空间。对基于最小欧几里德距离的映射编码法进行了研究,利用空间光调制器的振幅与相位调制特性进行滤波器编码,通过仿真实验分析了匹配滤波函数幅度因子对相关结果的影响,并与迂回相位编码法的相关结果进行了对比分析。从仿真结果可以看出:匹配滤波函数幅度因子越大,相关峰值越高;当幅度因子达到103时,相关峰值达到最大值;此时,映射编码法的相关峰值接近于迂回相位编码法的2倍。因此映射编码法比迂回相位编码法更有利于相关峰的判别。     

提高特征光谱法在微量气体监测中灵敏度的研究

为了实现对室内微量有毒气体实时监测,提高基于特征光谱检测方法的测量精度,提出了特征波长过滤窗的方法。将高浓度的待测气体作过滤窗,标准空气作参考窗,气室充待测浓度的待测气体,采用组合测量得到的多组光谱进行差分、相关等数据处理求解气室中待测气体的浓度。实验显示,采用WQF-520-FTIR型红外光谱仪得到癸二酸二丙脂红外吸收谱线主要有四条：3 385.26,3 417.64,5 797.11和8 561.65 nm,分别对应的吸光度为1.520 0,1.542 1,2.431 8和1.352 6。对应的可检测的最小含量为50×10-9,而采用特征波长过滤窗的方法波长位置可实现10-4 nm量级的对准,在确定待测气体含量量级的条件下,可检测的最小含量为5×10-9,灵敏度提高约10倍。该方法具有高灵敏度、无中毒、可实时检测等优点。     

一种基于光谱奇异值检测的高光谱遥感小目标探测方法

高光谱遥感技术能够借助丰富的地物图像和光谱信息,反映目标地物与背景地物间的细微差异,从而将其区分开来。目前的小目标探测算法多侧重于从图像处理方面着手,文章则从光谱维数据分析的角度出发,利用光谱分析中的奇异值检测方法探测小目标,首先对关注区域的地物像元光谱进行连续统去除和正交变换等预处理;然后将每个像元的光谱对该区域平均光谱进行光谱匹配求其相似性,并实现高光谱数据降维;而后通过光谱角匹配值的马氏距离进行奇异值检测,将马氏距离大于自适应阈值的像元判定为小目标。该方法不需要任何先验信息,实验结果表明该方法运算量较小,运算速度快,并有较好的小目标探测准确度。