基于卷积型小波包变换的谱线自动提取方法

天体光谱中的谱线包含重要的天体物理信息。文章提出一种基于卷积型小波包变换的谱线自动提取方法。该方法由以下主要步骤组成：(1)将观测光谱进行4层卷积型小波包变换;(2)对第四层小波包系数,采用区域相关算法以及阈值处理方法进行噪声处理;(3)选择中高频小波包系数进行谱线特征重构;(4)根据重构后的谱线特征,利用谱线搜索方法,在观测光谱中提取谱线。作者在实验中用恒星、正常星系和活动星系光谱进行谱线提取测试,结果表明该方法具有对噪声鲁棒和谱线提取准确等特点。用该方法提取sloan digital sky survey(SDSS)光谱中的谱线后,计算了红移并与SDSS给出的红移进行了对比,实验结果间接验证了该方法提取谱线的有效性。     

靶材料杂质影响新谱线产生的实验验证

 为了验证氢气放电源打靶产生的新谱线不是靶杂质的特征谱线,完成了5项检验实验。其中屏蔽实验和强电子辐照靶的实验证实了新谱线不是来自放电室中的杂质形成的;靶的打磨实验表明靶表面的污染杂质也不能产生新谱线,形成共振峰的实验和新谱线强度随放电电压变化规律的实验结果都证明靶的总杂质不影响新谱线的测量。     

三种典型荒漠植物生长期光谱特征变化分析

荒漠植物长势、变化、演替是反映荒漠地区生境状况的重要指标。目前荒漠植物监测与光谱研究多基于定时采样数据,波谱时序动态研究相对薄弱。荒漠植物光谱因受时间尺度影响,常引起辨识误差。将荒漠植物中最具代表性的灌木--柽柳、白刺、梭梭作为样本,旨在揭示三种荒漠植物光谱生长期变化规律及种间动态分异特征,为荒漠植被空间遥感辨析奠定基础。实验选取旺盛植株采集生长期内(5月-10月份)光谱数据,对不同月份植物光谱曲线分析比较并剖析机理,得出荒漠植物生长期光谱特征变化规律及其物候现象对应波谱表现。结论指出：(1)三种荒漠植物反射率曲线总体特征均符合绿色植被波谱规律,可观察到较明显的12峰谷分布,红边斜率与面积从大到小分别为：梭梭、柽柳、白刺。其光谱曲线峰谷幅度值相对较小,且变化较快,红边参数表现活跃期分别为柽柳8月、白刺10月、梭梭9月。(2)荒漠植物的光谱变化与植物本身物候特征、气候变化植物响应密切相关。光谱特征在可见光波段与营养期、花期、落叶期有一定响应关系;近红外波段与结实期、休眠期、降雨情况相关;短波红外波段与营养期、落叶期、降雨状况呈现关联性。(3)7月份三种植物的生长状况差异光谱曲线表现为：衰败植株地物光谱反射率可见光、短波红外波段呈高反射,近红外波段反射减弱,趋近于土壤光谱反射率曲线。     

Inverse Spectral Problem and Peakons of an Integrable Two-component Camassa-Holm System

In this paper, we are concerned with the explicit construction of peakon solutions of the integrable twocomponent system with cubic non-linearity. We establish the spectral and inverse spectral problem associated to the Lax pairs of the system. The inverse problem is solved by the classical results of Stieltjes continued fractions, which also contributes a lot to the spectral problem. The explicit formulas are obtained from solutions of the inverse problem. The positivity of the spectral measures is implied by J. Moser's work on the Jacobi spectral problem.     

文物红色系颜料高光谱识别指数研究

红色系矿物颜料曾被艺术家们大量地使用在古画和古建筑上.正确地识别出不同种类的红色系颜料对于文物监测与修复具有重要意义.传统的颜料识别主要依靠化学分析,不仅识别速度慢、识别范围小,而且对文物进行取样操作会造成文物的永久损伤.高光谱技术对颜料进行无损识别可以很好地解决这些问题.选用辰砂、胭脂、银朱、朱膘、朱砂、赭石、赭粉、...     

选频元件对光纤激光器自组织相干合成的影响

采用不同中心谱线、不同谱线宽度的选频元件进行实验,研究选频元件谱线特性对相干合成效率的影响。实验表明:选频元件中心谱线越接近,相干合成效率越高;与此同时,选频元件的谱线宽度越宽,线形越接近重合,相干合成效率也越高,接近理想值100%。在此基础上,利用中心谱线一致的宽谱选频元件,实现两路掺Er光纤激光器的相干合成,输出功率为375 mW,相干合成效率高达99.3%。     

Spectral power density calculations for pulsed Doppler

Range-gated pulsed Doppler can be used to make localized velocity measurements within a blood vessel. A spectral flow profile can be created by stepping a sufficiently small sample volume across the lumen, but no set of spectra will correspond directly to the true velocity profile. Spectral flow profiles are affected by a complex interplay between different sources of spectral broadening. In this study we developed a systematic theoretical method which allows spectral power density functions to be calculated under a very wide range of conditions, and used it to obtain simulated flow spectra. The model was formulated analytically. It is based on the weighted-volume approach and incorporates, through the concept of a spread function, the intrinsic spectral broadening associated with a focused transducer. It can be applied for arbitrary values of the spread parameter; for non-uniform beam profiles; with maximal (continuous wave-type) or minimal (pulse wave-type) range-gated sample volumes; and for beams that intersect the flow tube axis, or are off centre. Results are presented for a Gaussian beam and parabolic flow. Simulated spectral flow profiles are given which illustrate how a profile's appearance can be altered by the different sources of spectral broadening.     

PGP成像光谱仪的全视场自动化光谱定标方法

为了对PGP成像光谱仪所获得的光谱数据进行定量化分析,需对PGP成像光谱仪进行光谱定标,以获得各光谱通道的中心波长、光谱分辨率及成像光谱仪的光谱弯曲等光谱特性信息。采用单色准直光法设计了一套全视场自动化的光谱定标系统,系统中引入球面镜为待测的成像光谱仪光谱定标提供准直光,通过可自动控制的折转镜改变定标入射光线的入射角,以此实现待测成像光谱仪空间维不同视场的自动化光谱定标。运用该定标系统对PGP成像光谱仪进行光谱定标实验,得到该成像光谱仪的光谱性能参数,并结合定标系统的结构特点,对实验的结果进行了精度分析。实验分析结果表明该系统对PGP成像光谱仪的中心波长定标精度达到0.1 nm,光谱分辨率定标精度达到1.3%。该研究设计的全视场自动化光谱定标系统具有结构新颖紧凑、通用性较强、光谱定标精度较高等特点,且由于自动化的控制,避免了由于人为参与定标过程所带来的额外误差。该系统可用于实现PGP成像光谱仪及其他同类型成像光谱仪的光谱定标。     

混凝土硫酸钠腐蚀产物的高光谱检测方法研究

目前混凝土化学腐蚀损伤程度的检测主要是扫描电镜、能谱、XRD衍射等方法,这些方法对于在役的混凝土结构来说,易造成破坏,检测时间长,连续性差。提出了一种基于高光谱的混凝土腐蚀产物无损检测新方法。高光谱检测具有非接触、方便快捷、连续无损的优点,但是受腐蚀混凝土实测光谱的解混模型和分析方法是实际应用的难点。该研究根据混凝土遭受硫酸钠侵蚀生成产物的特点,将硫酸钠侵蚀后混凝土的光谱划分成两个组分光谱的线性混合,一个组分是水泥的水化产物光谱反射率,另一个组分是硫酸钠侵蚀下生成主要产物钙矾石和石膏的光谱反射率。在光谱比值导数模型的基础上,建立混凝土腐蚀产物的光谱解混模型。以在清水和10%Na₂SO₄溶液中连续浸泡的混凝土试块为研究对象,按照15 d的采集周期,在30～120 d连续测量两组混凝土的反射光谱。数据经过平滑、包络线去除后,利用混凝土腐蚀产物的光谱解混模型进行处理。数据一次解混后,分析解混后光谱曲线光谱特征和变化规律,与钙矾石和石膏混合物的标准光谱曲线进行SFF匹配拟合分析。并结合扫描电镜和X射线衍射方法检测此次试验中钙矾石和石膏腐蚀产物的生成情况。利用混凝土比值后的光谱曲线除以石膏光谱曲线,完成了实测光谱的二次解混处理,分析了钙矾石的生成量在30～120 d腐蚀过程中变化趋势。试验结果表明,（1）试验中清水和10%Na₂SO₄溶液中不同龄期的两组混凝土,反射光谱特征随着腐蚀时间的增加区分度明显。两组试块均在1 445和1 945 nm附近有较强吸收特征,但吸收深度不同,10%Na₂SO₄溶液混凝土光谱曲线的吸收深度、吸收面积明显大于清水中的混凝土;（2）实测光谱曲线经过混凝土光谱解混模型一次处理后的曲线,在1 450和1 945 nm左右处有明显的吸收深谷,与石膏和钙矾石混合物标准光谱的光谱特征一致,两者光谱曲线的SFF匹配拟合数值达到了0.96;（3）利用比值后的光谱除以石膏光谱后的曲线很好的突出了腐蚀产物钙矾石的光谱特征。发现随着腐蚀龄期的增长,钙矾石在30～120 d生成量的丰度呈现先降后升趋势。（4）根据混凝土试块腐蚀状态下的高光谱数据分析、扫描电镜和X射线衍射的检测结果,验证了混凝土光谱解混模型在混凝土检测中能够正确解算出腐蚀产物的类型和丰度,为混凝土高光谱无损检测提供了理论基础。     

圆柱形介质阻挡放电等离子体光谱诊断

在350~1150 nm范围内对开放空间Ar气介质阻挡放电等离子体的发射光谱进行测量,表明Ar发射谱线主要集中在680 nm~950 nm,且都为Ar原子谱线。采用发射光谱相对强度对比法,选取相距较近且有相同下能级的727.29 nm(2P2-1S4),738.40 nm(2P3-1S4)和751.47 nm(2P5-1S4)三条光谱测量电子温度。通过对在Ar气和空气中放电谱线的对比和分析,得出发射光谱相对强度与电源功率的关系。最终得出若要便于工业应用和光谱测量,需要选择特定的气体流量和电源功率。     

高光谱影像的苹果花叶病叶片花青素定量反演

花叶病是苹果叶片常见的病毒性病害,患病叶片的花青素含量出现异常。以叶片花青素含量作为病害严重程度的定量化指标,使用高光谱成像技术获取感染花叶病的苹果叶片的高光谱图像,分析叶片的光谱特征,通过任意两个波段的反射率的不同数学组合,构建并筛选对染病叶片花青素含量高度敏感的最优光谱指数,进而建立苹果叶片花青素含量的高光谱估算模型,最终实现苹果叶片花青素含量分布状况的可视化表达。结果表明,随着病害严重程度的增大,苹果叶片的花青素含量升高;叶片染病区域的光谱反射率在整个可见光区域明显增加,而且出现了红边蓝移现象。通过两两波段组合构建的三种光谱指数(NDSI_(770,722),RSI_(717,770),DSI_(581,520))与苹果叶片花青素含量的相关系数绝对值均达到0.8以上。在构建的四种苹果叶片花青素含量估算模型中,选用三个光谱指数为参数、并使用偏最小二乘回归方法建立的Anth-PLSR模型精度最高(R2=0.823, RMSE=0.056)。采用Anth-PLSR模型对患病叶片的高光谱图像进行逐像元解算,得到苹果花青素含量分布图。进一步通过叶片花青素含量分布图计算苹果叶片整叶的花青素含量平均值,作为苹果叶片健康程度的定量化指标。此外,通过提取整叶光谱均值、使用同样模型可简洁有效地估算苹果整叶花青素含量平均值。为苹果叶片花叶病病害监测提供了一种直观、快速的技术手段。     

时频域分形维数分析的光谱信号重叠峰解析算法

由于光谱谱线存在自然展宽、多普勒展宽、碰撞展宽等,使混合气体中多种成分的吸收光谱信号出现相邻谱峰重叠现象,给混合气体组成成分的定性或定量检测带来较大的困难。现有的方法在获取先验知识、处理精度、运算效率等方面存在不足。提出基于时频域分形维数分析的光谱信号重叠峰解析算法,结合小波的多尺度观测能力和分形的自相似度的度量能力,识别、定位和解析光谱信号中的重叠峰。首先利用小波对具有重叠谱峰的光谱信号进行光谱频率域和尺度域的分析,然后对该时频域的光谱信号在同一光谱频率下的多尺度数据进行自相似性度量和分形计算。逐频率计算后得到光谱信号在频率域的分形维数曲线。该曲线体现了光谱信号在不同尺度的自相似性,其极值位置与光谱信号的各独立峰的位置具有相关性。依据此特性,结合分形曲线的特征参数,最后利用神经网络解析出对应混合气体成分的混叠在一起的各个独立谱峰。该方法利用小波的多分辨率特性,对信号进行不同尺度的精细度量。分形模型则提高了系统解析复杂信号的能力,对重叠程度高的多谱峰重叠信号也有很强的处理能力。借助人工神经网络,实现了整个算法的自动测量。通过实验结果分析,验证了算法的有效性,并讨论影响算法效果的主要因素。     

Spectral emissivity modeling of steel 201 during the growth of oxidation film over the temperature range from 800 to 1100 K in air

This study explores the spectral emissivity modeling of steel 201 during the growth of oxidation film over the temperature range from 800 to 1100 K at 1.5 μm. The radiance coming from the specimen is received by an InGaAs photodiode detector. The specimen temperature is obtained by averaging the two platinum–rhodium thermocouples, which are tightly welded in the front surface of specimen near the measuring area viewed by the detector. The variation of spectral emissivity with the temperature is studied at a given heating time. The variation of spectral emissivity with the heating time is evaluated at a definite temperature. The strong oscillations of spectral emissivity are observed and discussed in detail, which originate from the interference effect between the radiation stemming from the oxidization film on the specimen surface and the radiation coming from the specimen surface. The measurement uncertainties of spectral emissivity contributed only by the surface oxidization are about 3.2–14.1%. At a given heating time, the variation of spectral emissivity with the temperature abides well by a simple analytic functional form. And at a definite temperature, the variation of spectral emissivity with the heating time can also be well reproduced by fitting except for the periodical oscillations.     

基于XGBOOST的恒星光谱分类特征数值化

恒星光谱分类是研究恒星的基础性工作之一,常用的光谱分类是基于20世纪70年代Morgan和Keenan建立起来的并逐步完善的MK分类系统。然而基于MK规则的交互式决策分类系统对处理海量天文光谱数据存在着一定的困难。目前光谱巡天一般采用的自动化分类则是模版匹配方法而忽略对谱线特征的测量。怎样自动、客观地提取海量光谱中的分类特征并应用这些特征进行分类可以对天体的物理化学性质的统计分析至关重要。针对此问题,通过机器学习和计算光谱的谱线指数结合的方法,提取光谱特征,并通过大数据分析定量地确定对光谱特征谱线的分类判据（数值化）,确定每一类光谱具有物理意义的特征谱线的强度分布。首先对LAMOST DR4恒星光谱测量其谱线指数作为输入,光谱的分类标记采用官方发布的分类结果。使用XGBoost算法进行自动分类及特征排序,从而获得已知或未知的对于分类决策最为敏感的谱线。首先,选取高信噪比（S/N>30）、被LAMOST标记为B,A,F和M的恒星光谱数据,总计约414万个。然后,对光谱数据计算谱线指数从而使其得到降维处理,过滤冗余信息。其次,将处理后的恒星光谱数据随机划分为训练集和测试集,通过适当调整算法参数,用训练集得到所需要的分类决策树模型,用测试集测试其稳定性和可用性,以防止出现过拟合,同时使用算法自带函数进行提取分类特征。最后,输出并整理实验中算法所得的决策树模型,并挑选其概率比较大的分支作为最终的决策树模型。通过实验,可以发现在固定参数下,XGBoost所得的模型有一定的自适应性,较少受数据集影响,总体准确率可达88.5%;同时其所输出的分类决策树与已知的特征较为吻合,而且可以获得基于大数据的、数值化的特征谱线对应分类的范围,为完善基于特征的分类提供定量的规则。     

光谱地质剖面在蚀变填图中的应用研究

利用遥感数据可以提取与成矿有关的蚀变信息,地质剖面可以为所提取的蚀变信息的验证和深入理解提供依据;结合地质剖面和光谱信息提取的思路提出光谱地质剖面的概念。光谱剖面可以实现光谱沿剖面的存储、显示,而光谱地质剖面的目的主要是得到蚀变类型、矿物含量等参数沿剖面线的分布, 实现蚀变矿物组合空间分带信息的提取。综合现有蚀变信息提取方法建立了光谱地质剖面信息提取的技术方法和流程, 利用地面实测光谱建立了光谱地质剖面,并在光谱地质剖面的支持下利用图像进行蚀变信息的提取和分析,探讨了光谱地质剖面在蚀变分带和遥感找矿模式中的意义和作用,光谱地质剖面的建立有助于图像和地面光谱的一体化分析,有助于蚀变填图中信息的精确提取。     

杨氏实验远场的光谱位移和光谱开关

从部分相干光的传输定律出发，研究了杨氏双缝实验远场的光谱变化。指出杨氏实验中光谱开关在远场也会出现.缝的衍射和光的空间相干性是产生光谱开关的物理原因，增大缝参量ε和源的空间相关度△光谱开关效应越显著。作了详细的数值计算以说明远场光谱位移和光谱开关的特性，并与已有的工作进行了比较。     

多通道光谱采集系统滤光片设计方法研究

普通彩色相机加载宽带滤光片构造的多通道光谱采集系统的光谱重建性能与滤光片的选用密切相关。针对上述问题,提出基于主成分分析法的合成滤光片设计方法,旨在获得具有较高光谱重建性能并对所有图像场景均适用的最优滤光片组合。在收集多个宽带滤光片的基础上,测得其透射率并转换成矩阵形式;采用主成分分析方法提取该矩阵的前2个主成分,标准化处理后的主成分即为所求合成滤光片的透射率。为了验证上述方法获得的滤光片的性能,利用色差和光谱均方根误差2个指标对加载了合成滤光片的仿真采集系统的光谱重建精度进行了评价。实验结果表明:采用该方法得到的滤光片组合优于常用方法得到的滤光片组合, 用其构造的成像系统具有较高的色度重建精度和光谱重建精度,此外,改变目标场景颜色特性,其重建性能保持稳定。     

基于人眼视觉特性的光谱降维模型研究

针对传统光谱降维方法其降维重构后的光谱数据仅是对原始光谱的数学逼近,会出现光谱误差较小但颜色色差较大的缺点,创新性的提出三种将人眼视觉特性与光谱降维相结合的方法。其中,VPCA法直接将光谱光视效率函数加权到原始光谱上再进行降维,LMSPCA方法用LMS视稚响应构建加权矩阵对原始光谱加权后再进行降维,在LMSPCA法中加权矩阵的构建有两种方式,其主要区别在于视稚响应偏差的求取方式不同。方式一中,L,M,S视稚响应偏差是各对应波长上的偏差取绝对值,而方式二中,其偏差是各对应波长上的偏差平方。LMSPCAs法在LMSPCA法基础上再采用PCA(主成分分析)方法对损失的光谱进行降维。实验结果表明VPCA法降维效果较差,LMSPCA法的两种加权矩阵降维效果接近,皆可显著提高降维模型的色度精度,但会降低模型的光谱精度,LMSPCAs法由于针对LMSPCA法因光谱加权引起的光谱损失再进行光谱补偿,其在光谱精度、色度精度以及变光照条件下的色差稳定性这三个方面都能较好地表征原始高维光谱反射率,满足光谱颜色复制的要求。     

Silicon doped with gallium photoconductors: Effect of uniaxial stress and detector development

Conclusion The evolution of the spectral response of Si:Ga photoconductors with uniaxial stress is studied. The cut-off wavenumber is lowered by 14% at a stress of 0.6 GPa, in a spectral range where strong absorption by the lattice occurs. Unstressed Si:Ga detectors have been developed for the AROME instrument focal plane. This experiment was devoted to measure the diffuse near infrared emission of our Galaxy in order to estimate the power radiated in particular spectral bands characteristic to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. The recent transmediterranean balloon flight gave extensive data which are now being processed.     

光谱仪谱线和谱带弯曲现象的精确表述方式

在矢量衍射理论基础上给出了任意倾斜入射下的光栅方程一般形式以及衍射极角和衍射方位角的完整解析表达式,由此首次导出了平面光栅光谱仪谱线和谱带弯曲量的精确计算公式和对应于衍射极角和衍射方位角的两类角色散公式,比较了谱线弯曲精确公式和近似公式的计算结果,进而指出和弥补了近似公式的不足,并数值考察了入射狭缝高度对光谱仪色散能力的影响程度。由于在以上各式的推导过程中未作任何近似,且涉及到了导致谱线和谱带弯曲的所有可能因素,因而它要比以往所用近似公式更为全面和可靠,可作为实际光谱仪器设计、测试、装调和使用的理论依据。