近红外漫反射光谱的主成分分析

本文研究了主成分分析的应用，说明了在主成分分析过程中所产生的新变量如何提供新的光谱信息，该信息能改善对原光谱的解释。     

基于主成分分析结合拉曼光谱快速识别血液归属的研究

以3种不同的动物(3×10)血样以及21个人血液作为分析对象,采用主成分分析(PCA)结合拉曼光谱进行血液定性识别检测,通过矢量归一化对拉曼信号进行预处理,以及杠杆值与残差值得分图剔除异样点,使得人与动物血样的识别率均高于95%,并在此基础上进一步采用PCA进行动物血样之间的识别,使得个体的识别率高于90%。实验结果表明PCA在血液识别检测中具有较好的应用前景和可行性,该方法也可以为刑侦、生命科学等应用领域提高借鉴。     

利用多光程光谱法检测血液多种成分含量的研究

为研究利用血清多光程光谱信息检测血液成分含量的可行性,通过设计自动微位移测量装置实现了对200份血清样品0～4.0 mm(间隔0.2 mm)近红外多光程光谱的测量。利用多光程光谱的非线性特性,使用血清多光程光谱共同参与建模的方法,对血清样品的葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、总蛋白(TP)和白蛋白(ALB)四种成分含量进行定量分析。采用偏最小二乘法(PLS)对160个血清样本的多光程近红外吸收谱与全自动生化分析仪得到的生化分析结果建立校正模型,并对预测集40个样本进行预测。４种血液成分预测值与生化分析结果的相关系数(r)分别为0.932 0,0.971 2,0.946 2和0.948 3。研究结果证明多光程光谱法建模方法用于血液成分含量分析的可行性,为利用多光程光谱法实现方便、快捷的检测血液以及其他液体成分含量奠定了基础。     

近红外光谱人体血液甘油三酯无创检测

为实现人体血液甘油三酯(TG)含量无创检测,应用近红外光谱技术(NIRS),对单体TG进行定量分析。通过离体实验优选检测波段(5 700～5 600和4 600～4 400 cm-1),优化设计检测探头,综合预处理方法等手段,对其中TG含量进行定标和预测。以期提升单体TG无创检测精度及稳定性。无创采集54组单体光谱数据,并对其中TG含量进行定标预测,经对比分析确定平滑滤波(SG)结合偏最小二乘方法(PLS)的定标模型稳健性最优,对预测集1,2样品最佳分析结果：预测标准偏差RMSEP分别为12和12.8 mg·dL-1,相对预测标准偏差RSD为16.25%和17.33%,预测精度理想,基本可用于单人TG的日常监测。鉴于SG-PLS模型在单体TG无创测量及日变化趋势预测方面的良好表现,NIRS分析技术将在TG无创检测与日常管理领域有更为广泛的应用前景。     

基于FPGA的视频采集及实时显示系统设计

针对现有的目标识别及跟踪系统项目,为了便于其调试以及后期对目标的位置信息进行监控,对图像采集及实时显示方面进行了研究,设计了基于FPGA的视频采集及显示系统,首先进行硬件选型并搭建硬件平台,对各模块进行分析,编写驱动程序,设计SDRAM控制器,改进了现有的乒乓操作,并使用FIFO完成跨时钟数据的交互,保证了数据流的连续性。实验结果表明使用该乒乓操作后,消除了两帧图像切换时由于时钟不同步带来的图像交错,能够稳定的完成视频采集及实时显示的功能。实践表明该系统能够满足采集存储的速度,达到实时采集并显示的目的,具有运行稳定、可扩展性好等特点。     

基于聚乙烯膜包装奶酪成分的NIRS检测研究

考察了聚乙烯包装膜对奶酪光谱的影响,提出了消除包装膜影响的新方案。探讨了近红外反射法直接检测带包装膜的奶酪成分的可行性。通过Norris导数滤波处理光谱,可以基本消除聚乙烯包装膜对奶酪光谱的影响,采用PLS结合MSC、求导等预处理建立了包装奶酪定量分析模型,其脂肪和蛋白质相关系数分别为0.928和0.952;建模标准差分别为0.240和0.355;预测标准差分别为0.326和0.219。与无包装奶酪和未滤波处理包装奶酪的模型比较,结果显示：与无包装奶酪模型差异极小,优于未采用Norris导数滤波处理的包装奶酪模型。实验表明近红外光谱分析技术可以在无损条件下快速检测包装奶酪中脂肪、蛋白质含量。     

中红外光谱法无创伤检测血糖的新进展

应用中红外光谱法对手指、血液以及干燥后的血液进行了测定,并同时与血糖仪测定的血糖作对比研究。研究结果表明,对红外光谱图进行分析时,选择1455cm-1附近的谱峰作为基准峰,可使1120cm-1附近的谱带得到准确度较高的相对强度。干燥后的血液与手指的光谱图大致相似并且与实测的血糖值的投点图具有相近的斜率,说明中红外光谱法检测人体血糖具有较高的可靠性。对同一手指进行不同时间的测定,以1120cm-1谱带强度来表征血糖的浓度,其随时间的增加而增加,是因为人体内的葡萄糖不仅存在于血液中,而且也存在于皮肤的分泌物中,而分泌物会随时间的增加而增加。根据测定的1120cm-1谱带的相对强度与实测血糖值所得的线性关系图表明,洗手后10min的准确度要高于4min。     

基于ATR校正的红茶成分近红外光谱无损检测

采用偏最小二乘(PLS)算法结合衰减全反射(ATR)校正提取近红外光谱的特征信息,建立红茶含水率、茶多酚、游离氨基酸和酚氨比的预测模型。与原始光谱建模相比,在保证预测精度的前提下,采纳的主成分数更少,降低了预测模型的复杂性。红茶含水率、茶多酚、游离氨基酸和酚氨比预测集相关系数(R_p)和预测均方差(RMSEP)分别为0.994、0.960、0.944、0.922和0.182、0.523、0.184、0.556。通过配对双边t-检验,该方法与标准法测定结果无显著性差异。结果表明,偏最小二乘法结合ATR校正能够有效地简化红茶含水率、茶多酚、游离氨基酸和酚氨比的预测模型,实现红茶品质成分的快速检测,为评估红茶质量优劣提供了新的方法。     

基于FPGA的激光雷达高速数据采集系统设计

为了对激光雷达的回波信号进行采集,设计了一款基于FPGA的高速数据采集、预处理系统.该系统以FPGA内嵌DRAM作为存储器,以同步有限状态机作为控制方式,可在1kHz的外触发信号激励下,以20MHz的采集频率采集数据,并可在不丢失脉冲的情况下,对采集到的4 096个数据点进行5 000次以上的对应点累加平均(滤除背景噪音).设计完成的数据采集系统已应用于一台米散射激光雷达系统中,达到了30km探测距离、7.5m时空分辨率的设计要求.     

基于FPGA的激光雷达高速数据采集系统设计

为了对激光雷达的回波信号进行采集,设计了一款基于FPGA的高速数据采集、预处理系统.该系统以FPGA内嵌DRAM作为存储器,以同步有限状态机作为控制方式,可在1 kHz的外触发信号激励下,以20 MHz的采集频率采集数据,并可在不丢失脉冲的情况下,对采集到的4 096个数据点进行5 000次以上的对应点累加平均(滤除背景噪音).设计完成的数据采集系统已应用于一台米散射激光雷达系统中,达到了30 km探测距离、7.5 m时空分辨率的设计要求.     

基于FPGA高速数据采集与存储系统的设计

对高速数据采集系统进行了研究,基于其采集速率的问题,提出了一种基于FPGA的高速数据采集系统。利用FPGA实现对12bit的A/D转换器ADC12D800的控制,使用其1.6Gsps双沿采样工作模式完成对400MHz以下高频信号的数据采集。通过设计数据存储方式来降低数据传输速率,使数据经USB传至PC机来实现高频信号地实时采集与存储。实验结果表明它可以实时、高效地完成数据采集,可以应用到雷达、通信、电子对抗等领域。     

近红外光谱无创血糖检测中有效信号提取方法的研究

糖尿病严重危害人类健康,无创血糖检测是医患双方的期望。人体生理背景成分复杂、易变,各种组织信息混杂,导致直接测量人体的近红外光谱很难真实反映血液中血糖浓度变化信息。提出血流容积差光谱相减法,即利用血流容积一直在变而人体组织背景和血液成分含量短时间不变的事实,通过相似背景扣除,有效消除人体组织背景干扰,获得反映血液成分信息的有效光谱信号。为验证方法的有效性,自行研制相关实验系统,获得系统噪声好于20 μAU,并在波长1 250 nm处取得信噪比为20 000∶1的有效光谱信号,阐明现有条件下血流容积差光谱相减法在近红外无创血糖检验临床应用的可行性和优势。     

基于线阵CCD的高速光谱信息采集系统的研究

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点,设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后,通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明,利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量,具有较高的测量精度和速度,可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储,并可应用于其它瞬态信息的获取领域.     

用近红外漫反射光谱无损检测血糖的初步研究

利用近红外漫反射光谱技术研究了无损定量监测血糖的方法。使用BRUKERVECTOR 2 2傅里叶变换光谱仪和GRACEⅡ型血糖仪对一组健康自愿受试者 (两名年轻男子和两名年轻女子 )测试后 ,获得了不同的状态条件下 2 6个样本的光谱及其血糖值 ,选择一部分有代表性的样本作为建立模型使用 ,而被预测的样本来自不参加建模的数据。选择不同的谱区、预处理方法对数据进行处理得到以下结果 :1)谱区选在 90 0 0～12 0 0 0cm- 1 选择MIN MAX归一化预处理方法建模、预测 ,预测结果差值在 36mg·dL- 1 以上 ,选择平滑和二阶导数 ,则建模结果≤ 16mg·dL- 1 ,预测结果≤ 2 5mg·dL- 1 ;另选谱区 4 0 0 0～ 5 0 0 0cm- 1 ,选择平滑和一阶导数 ,建模与预测结果的差值在 2 5mg·dL- 1 以上。 2 )选择 4 0 0 0～ 90 0 0cm- 1 谱区 ,经平滑和二阶导数处理并在此区建模并预测 ,其中建模中预测差值≤ 15mg·dL- 1 ,预测≤ 31mg·dL- 1 ;由OPU 3 0 1自动挑选的谱区6 0 0 0～ 75 0 0cm- 1 和 4 2 0 0～ 4 70 0cm- 1 ,采用平滑、一阶导数和矢量归一化在此区建模和预测 ,其中建模中预测差值≤ 11mg·dL- 1 ,预测≤ 2 2mg·dL- 1 。 3)采用个体自我建模方法 ,在 90 0 0～ 12 0 0 0cm- 1 选择平滑和二阶导数进行预处理 ,建模结果≤ 15mg     

用于纳米通道单分子检测的数据采集系统的设计与实现[BT)]

针对纳米通道单分子检测系统的特点,设计并实现了基于FPGA和USB2.0总线的数据采集系统。该系统连接前置放大器和计算机,可实现双向数据的同步传输,对系统参数实时配置。此外本系统还采取了低噪声设计。经过测试表明,该系统能够稳定进行数据采集,且引入的噪声在1mV内,满足纳米通道单分子检测系统的需求。     

基于FPGA和ADS8638的数据采集系统的设计与实现

为了解决常用数据采集产品体积较大的问题,选用一种体积小,转换速度快的多通道AD转换芯片ADS8638,设计了FPGA与芯片间的接口电路,并采用verilog语言编写了控制程序,以控制ADS8638芯片对各通道输入的模拟量进行AD转换。通过软件仿真验证、静态时序分析,仿真和分析结果表明,该软件功能、性能、时序正确。最后,将软件经过综合、布局布线后下载到ACTEL FPGA芯片中进行硬件系统测试,测试结果表明,本技术方案设计合理,功能可靠,降低了常用数据采集系统的体积和功耗,具有良好的实用价值。     

经验模态分解法在近红外无创血红蛋白检测中的应用研究

为提高近红外血红蛋白预测模型的稳健性,分别应用Savitzky-Golay平滑、移动窗口平滑以及经验模态分解(EMD)方法对原始光谱进行去噪处理,以提高数据信噪比。采集了81例临床志愿者的手指指端血流容积脉搏波光谱数据,同时获取相应的血红蛋白浓度值临床化验结果。剔除异常样品,确定78例样品为研究对象,建立反向传播神经网络(BP-ANN)定量分析模型并预测。结果表明,经EMD处理后的模型预测效果最优,预测相关系数由0.74提高至0.87,误差均方根由12.85 g·L-1减小至8.08 g·L-1。实验证明应用EMD方法能够获得高信噪比的容积脉搏信号,提高血红蛋白浓度预测模型的准确性,有利于推动近红外无创血红蛋白检测技术的进一步发展。     

光谱相减方法用于无创生化检测中背景扣除实验研究

在近红外光谱无创生化检测中,血流容积光谱相减方法在理论上可以消除组织背景等干扰因素,提取出血液的有效光谱信息。为论证血流容积光谱相减方法有效性,设计了相应的模拟实验。采用生物分子水溶液模拟血清样品,不同吸收特性的滤光片模拟组织背景干扰,可变厚度样品池模拟血流容积变化。比较了光谱相减方法处理前后的模型精度,处理前模型定标相关系数(R_c)为0.476,交叉检验标准差(RMSECV)为437 mg·dL-1;处理后R_c达到0.977,RMSECV降至301 mg·dL-1。实验结果表明血流容积光谱相减方法能够较好抑制或扣除组织背景干扰,大幅度提高模型预测精度。