高光谱检测复杂混合溶液的Monte Carlo仿真研究

为了克服传统光谱检测复杂混合溶液的分析方法中光谱重叠严重、信噪比低的缺点,本工作提出将高光谱法引入复杂混合溶液的检测。因为高光谱法可以利用多模式光子所携带的被测物质多种光学性质的信息进行溶液成分含量分析,与传统光谱检测方法仅利用被测物质单一吸收特性的变化相比,高光谱法同时还可利用空间信息增加光谱信号的信噪比,提高建模精度和可靠性。为了验证高光谱检测复杂混合溶液的可行性,本工作利用Monte Carlo模拟了脂肪乳Intralipid-墨水Ink模型在650～1 100nm范围内漫反射光强的分布情况,得到了复杂混合溶液的漫反射光强分布随波长变化有明显区别的现象,证明了高光谱法能够同时利用被测物质多种光学特性(如吸收、散射、各向异性因子)随波长变化的关系提高光谱信号的信噪比,有望显著增强对复杂混合溶液成分的分析能力。     

基于多维漫反射光谱技术的复杂混合溶液成分检测

为了进行复杂混合溶液的成分检测,该文提出了一种基于多维漫反射光谱技术的浓度检测方式,通过信号中携带的不同成分的多种光学性质来进行分析。实验设计了基于超连续谱激光光源、精密电控平移台和光谱仪的检测装置,选用Intralipid-20%溶液作为研究对象,用蒸馏水配制体积百分数1%～20%的溶液,分别测量距其入射点1.5～13mm(间隔0.5mm)范围内的24点漫反射光谱信号,以偏最小二乘回归算法对单点和多点漫反射光谱信号进行建模与预测。得到建模精度最高的为距离入射位置最近的1点～13点对应的光谱信号所建立的模型,预测精度最高的为距离入射位置最近的1点～7点对应的光谱信号所建立的模型。结果表明,增加不同位置信息的光谱信号,能够提高光谱的信噪比,与传统光谱技术仅利用吸光度或反射率等单一光学性质的方法相比,增加了被测物质散射特性的影响,利用被测物质多种光学性质的变化提高了建模及预测的精度,为基于多维光谱的复杂混合溶液检测提供了基础。     

多维漫透射光谱提高复杂混合溶液分析能力

多维漫透射光谱技术利用传统的近红外透射测量方式,增加一维扫描装置,获得透射方向上的径向光谱,并利用多点漫透射光谱对复杂混合溶液进行成分分析。实验设计了基于氙灯光源、精密电控平移台和光谱仪的检测装置,选用Intralipid-20%,India Ink和C₆H₁₂O₆共配制225种成分含量不同的混合溶液,分别测量距其透射中心点0～5 mm(间隔0.25 mm)范围内的20点漫透射光谱信号,以偏最小二乘回归算法对单点和多点漫透射光谱信号进行建模分析。实验得到India Ink含量和Intralipid-20%含量随漫透射光位置点的增加建模及预测的精度提高,C₆H₁₂O₆含量随漫透射光位置点的增加建模及预测精度没有明显变化。结果表明,增加不同位置信息的漫透射光谱信号,能够提高复杂混合溶液中强吸收物质和强散射物质的信噪比,对于弱吸收弱散射物质有望在提升系统精度的前提下提高其预测能力。     

基于检测光纤的漫射高光谱采集的Monte Carlo仿真

从漫射高光谱中可以获得被测物体成分、结构及其分布等信息。采用光纤光谱仪获取漫射高光谱是一种常用的方法。Monte Carlo方法在研究光在浑浊介质的传播方面得到了广泛的应用。然而,使用Monte Carlo方法研究漫射高光谱时,必须考虑实际的检测条件对信号采集的影响。将光纤参数引入到Monte Carlo模型中,研究了光纤参数对被检测光学信号的影响。仿真结果表明,孔径角和半径增大,检测的漫射高光谱随之增大,而光纤与被测物质表面的距离小于1 mm时对漫射高光谱的影响在一定程度上可以忽略。进一步研究发现存在固定的修正系数使不同孔径角的光纤所采集的漫射高光谱转化为孔径角为π/2的光纤对应的信号。同时,得到了实际光纤孔径角范围内的修正系数拟合曲线。不同半径的光纤通过面积归一化可以得到很好的一致性。研究检测光纤参数对漫射高光谱的影响对实际测量有重要的指导意义,而且不同光纤所对应的检测结果可以通过修正系数和面积归一化进行移植。     

标准芳烃及其混合溶液的同步荧光光谱分析

为了提供区分标准芳烃的实验依据,并为环境中芳烃污染检测提供参考.对10个标准芳烃样品(萘、芴、蒽、菲、荧蒽、苊、芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽、苯并菲)及其混合溶液(蒽、萘、芴混合溶液,苊、荧蒽、菲混合溶液和芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽、苯并菲混合溶液)的同步荧光特性进行了分析,获得10种标准芳烃标志峰最好时对应的Δλ值及其标志峰位.在此基础上,通过同步荧光光谱分析区分了三种标准芳烃混合溶液的组分,实验发现对蒽、萘、芴混合溶液,Δλ=3nm时最易区分三种组分;对苊、荧蒽、菲混合溶液,Δλ=3nm或Δλ=10nm均可区分三种组分,相对而言,Δλ=10nm更简便些;对芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽、苯并菲混合溶液,Δλ=5nm时是最好的,但也仅能区分芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽三种组分,苯并菲不确定.     

标准芳烃及其混合溶液的同步荧光光谱分析

为了提供区分标准芳烃的实验依据,并为环境中芳烃污染检测提供参考.对10个标准芳烃样品(萘、芴、蒽、菲、荧蒽、苊、芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽、苯并菲)及其混合溶液(蒽、萘、芴混合溶液,苊、荧蒽、菲混合溶液和芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽、苯并菲混合溶液)的同步荧光特性进行了分析,获得10种标准芳烃标志峰最好时对应的Δλ值及其标志峰位.在此基础上,通过同步荧光光谱分析区分了三种标准芳烃混合溶液的组分,实验发现对蒽、萘、芴混合溶液,Δλ=3 nm时最易区分三种组分|对苊、荧蒽、菲混合溶液,Δλ=3 nm或Δλ=10 nm均可区分三种组分,相对而言,Δλ=10 nm更简便些|对芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽、苯并菲混合溶液,Δλ=5 nm时是最好的,但也仅能区分芘、1,2-苯并[A]蒽、苯并[k]荧蒽三种组分,苯并菲不确定.     

二元混合溶液闪点行为的激光拉曼光谱研究

本文以乙醇-甲酰胺,乙腈-甲酰胺,乙醇-环己酮,乙腈-环己酮四种混合溶液为研究对象,采用激光拉曼光谱对四种溶液体系的闪点行为进行讨论和研究。通过测定四种溶液体系的拉曼光谱和闪点,结合溶液拉曼光谱的特征峰强度比和拉曼位移的变化,探索四种溶液闪点的变化规律。试验结果表明,随着溶液浓度的增大,溶质的拉曼特征峰强线性增加,混合溶液的闪点降低。采用三次多项式分别对四种溶液体系的闪点与拉曼特征峰、溶液浓度的关系进行拟合,拟合结果良好。混合溶液的闪点随拉曼特征峰强比、溶液浓度的变化趋势相同。该试验方法将有助于从分子结构角度分析混合溶液的闪点变化规律,同时该方法可用于混合溶液闪点的实时在线检测。     

外磁场中三维混合自旋Ising系统的磁学性质

用Monte Carlo方法研究了外磁场中自旋-1与自旋-3/2混合三维Ising系统的磁性质.结果表明,系统磁矩随晶场的增强阶梯式减小,由于能量简并的解除,外磁场存在时磁矩随晶场变化的台阶数目增多.当单离子晶场DA与DB在同一台阶区域取值时,系统磁矩随外磁场的增强平缓地趋于饱和值,而当二者在不同台阶区域取值时,系统磁矩随外磁场的变化则表现出了较明显的台阶结构.单离子晶场DA与DB对于系统无序相的影响是不同的.     

冬小麦冻害胁迫高光谱分析与冻害严重度反演

对冬小麦冻害严重度的精确反演是及时采取补救措施降低损失的关键,同时及时预测产量损失对政府职能部门也具有积极意义。针对冬小麦冻害群体严重度评估方法在经典统计反演模型存在估算效果不理想的情况下,以冬小麦为试验对象,首先对冬小麦冠层光谱反射率数据进行重采样平滑处理,再用主成分分析(PCA)技术对高光谱数据进行分析,进一步实现综合原始光谱主成分信息作为自变量参与冬小麦冻害严重度反演过程,最后采用决定系数R2、均方根误差RMSE、准确度Accuracy三种模型精度验证方法对模型进行评价。结果显示,基于主成分分析法建立冬小麦冻害严重度模型精度分别达0.697 5,0.184 2和0.697 5;同时对反演模型进行验证,其精度也分别达到0.630 9,0.350 3和1.339 6。因此,该方法能有效地对冬小麦冻害严重度进行快速、精确的反演。     

混合漫射近似模型的漫反射理论及其模拟实验研究

研究了一个改进的漫射近似模型.该模型将漫射近似中的漫射系数D用描述P₃近似的漫射系数D_asym替代.推导了这个混合的漫射近似模型在单点源近似和外推边界条件下的反射率R_Hybrid(ρ)的解析表达式,比较了有效反照率a′对标准漫射近似R_DA(ρ)和R_Hybrid(ρ关键词： 漫射近似 P₃近似')" href="#">P₃近似 混合漫反射模型 强吸收     

基于概率潜语义分析模型的高光谱影像层次聚类分析

将概率潜语义分析模型(PLSA)应用于高光谱影像聚类,提出一种基于语义信息的影像聚类方法。首先,利用ISODATA算法获取影像的初次聚类结果,从而形成PLSA模型中的视觉词;其次,利用影像分割算法对高光谱影像进行分割,并将分割体作为PLSA模型的文档;再次,利用多种最佳聚类类别数估计方法确定PLSA模型的潜语义主题的个数;进而估计PLSA模型的参数,获得概率主题内视觉词的概率分布和每个分割体中各概率主题的混合比例;最后利用统计模式识别方法获取每个影像文档中各个视觉词对应的潜语义主题的类型,从而实现影像的层次聚类分析。相关实验结果表明,本文的层次聚类结果较K-MEANS算法、ISODATA算法聚类结果的面向对象特性更明显,其与真实地物的空间分布更接近。     

连续光在生物组织中能流率分布的漫射近似和模拟

分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式,并用Monte Carlo方法对能流率分布进行模拟,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理;用Monte Carlo模拟结果检验了能流率分布漫射近似的精度,结果表明:漫射近似采用EBC边界条件的结果有较高的精度和计算较简单等优点,为能流率分布的快速准确计算提供了依据.     

On numerical solution of Burgers' equation by homotopy analysis method

In this Letter, we present the Homotopy Analysis Method (shortly HAM) for obtaining the numerical solution of the one-dimensional nonlinear Burgers' equation. The initial approximation can be freely chosen with possible unknown constants which can be determined by imposing the boundary and initial conditions. Convergence of the solution and effects for the method is discussed. The comparison of the HAM results with the Homotopy Perturbation Method (HPM) and the results of [E.N. Aksan, Appl. Math. Comput. 174 (2006) 884; S. Kutluay, A. Esen, Int. J. Comput. Math. 81 (2004) 1433; S. Abbasbandy, M.T. Darvishi, Appl. Math. Comput. 163 (2005) 1265] are made. The results reveal that HAM is very simple and effective. The HAM contains the auxiliary parameter ?, which provides us with a simple way to adjust and control the convergence region of solution series. The numerical solutions are compared with the known analytical and some numerical solutions.     

Bayes-optimal solution to inverse halftoning based on statistical mechanics of the Q-Ising model

On the basis of statistical mechanics of the Q-Ising model, we formulate the Bayesian inference to the problem of inverse halftoning, which is the inverse process of representing gray-scales in images by means of black and white dots. Using Monte Carlo simulations, we investigate statistical properties of the inverse process, especially, we reveal the condition of the Bayes-optimal solution for which the mean-square error takes its minimum. The numerical result is qualitatively confirmed by analysis of the infinite-range model. As demonstrations of our approach, we apply the method to retrieve a grayscale image, such as standard image Lena, from the halftoned version. We find that the Bayes-optimal solution gives a fine restored grayscale image which is very close to the original. In addition, based on statistical mechanics of the Q-Ising model, we are sucessful in constructing a practically useful method of inverse halftoning using the Bethe approximation.      

Approximate solution for the Klein-Gordon-SchrSdinger equation by the homotopy analysis method

The Homotopy analysis method is applied to obtain the approximate solution of the Klein-Gordon Schrodinger equation. The Homotopy analysis solutions of the Klein-Gordon Schrodinger equation contain an auxiliary parameter which provides a convenient way to control the convergence region and rate of the series solutions. Through errors analysis and numerical simulation, we can see the approximate solution is very close to the exact solution.     

量纲分析法求解辐射热传导自相似解

通过量纲分析,将辐射流体方程简化为一阶常微分方程组的形式,进而结合数值计算求得热波烧蚀自相似解。流体方程涉及的内能、状态方程表达式采用依赖于温度、密度两个参量的形式,且参数可调,适用性较广。源边界条件可为恒温、恒流、恒压、常密等情况。以恒温源为例,给出了X射线加热Au壁时烧蚀质量与烧蚀压的定标关系,与文献结果及MULTI辐射流体程序计算结果吻合较好。     

Application of Lattice Boltzmann Method to sensitivity analysis via complex differentiation

Sensitivity analysis of flows computed by Lattice Boltzmann Method via Complex Differentiation is proposed. The theoretical work is illustrated and the proposed method assessed considering the D2Q9 scheme, along with the differentiation of the Lattice Boltzmann Equation. Boundary condition implementation is also detailed. Some examples illustrate the capability of the proposed method.