基于小波变换的油膜光谱特征分析

水上溢油光谱作为高光谱遥感目标识别与分类的参考依据,在溢油识别与厚度区分等方面具有重要的研究意义。通过测量厚度范围为1.0～127 μm间的轻柴油的20组光谱曲线,计算其反射率光谱曲线随厚度变化的特征,并利用db4小波对反射率数据进行处理,突出光谱奇异性及其位置与奇异值随油膜厚度变化的特征。在研究范围内的油膜光谱反射率高于水体,但反射率值与油膜厚度间无固定增减关系。在其厚度小于6 μm时反射率光谱曲线无明显特征,厚度大于6 μm后在388 nm附近存在区别于水体的反射峰特征且随厚度增加特征愈加突出。油膜光谱小波分析后的细节系数在388～393 nm内表现出明显的奇异性,并且奇异位置随厚度增加向短波方向移动、奇异极值增大。研究证实了小波分析在确定油膜光谱特征位置与变化研究中的积极作用,并发现了紫外-可见光短波范围内的光谱特征,为紫外遥感进行溢油识别提供了科学依据。     

基于激光拉曼光谱的水面油膜厚度测量方法研究

为了实现水体表面油膜厚度的快速非接触检测,基于激光拉曼光谱检测技术,搭建了水体表面油膜厚度拉曼光谱检测系统。以532 nm激光作为激发光源,以常见的柴油和汽油为例研究了不同油品的拉曼光谱特性,研究结果表明,油膜拉曼光谱响应特性与油品密切相关,相同油膜厚度情况下不同油品的拉曼光谱曲线有明显的差异,97#汽油在1 651 cm-1光谱强度要高于90#汽油。随着油膜厚度的增加,柴油316和1 451 cm-1光谱强度和汽油1 651 cm-1拉曼位移光谱强度增加,油拉曼光谱信号变强;根据油水界面拉曼光谱特征,设计了油膜厚度计算因子,实验证明随着油膜厚度增加,油膜厚度计算因子r_film呈下降趋势。可以将油膜厚度计算因子作为水体表面油膜厚度测量的一种依据。     

多种薄油膜光谱反射率特性外场测试方法及结果分析

水面溢油机载航测工作需要以全面的溢油模拟目标的光谱反射率特性数据作为支撑,选择合适的工作波段,并通过获得的数据对溢油情况进行分析与判断。针对汽油、柴油、润滑油、煤油与原油五种目标样本,油膜从紫外波段到近红外波段进行了反射光谱测量,并将结果与相同实验环境下的水的反射光谱对比。实验结果表明油膜的光谱反射特性与油品类型以及油膜的厚度相关。不同种类的油膜在相同厚度的情况下,光谱反射率曲线的差异很大,而同一种类的油膜,随着油膜厚度的改变,光谱反射率曲线亦随之发生改变,因而就单一油膜而论,可以通过反射率曲线区分不同的油膜厚度。以相同的油膜厚度而论,柴油,煤油,润滑油在380 nm附近存在反射率峰值,与水的反射率差异明显,原油在大于340 nm波长的反射率远小于水,所得到的反射光谱能够在一定程度上区分不同类型油膜。实验涉及主要溢油油种,数据全面覆盖探测常用的光谱波段,定量化描述了油膜光谱反射率特性,为机载水面溢油探测工作的波段选择与水面溢油的早期发现与分析提供了全面的理论与数据支持。     

低温下冰的拉曼光谱研究

采用变温装置,在-30℃至-190℃温度范围内我们对冰行进了原位低温拉曼光谱测量.并利用光谱分析软件对冰的拉曼光谱带行进了分析,得到O-H键振动的三个拉曼峰随温度的变化规律.应用氢键理论对实验结果进行了分析,结果表明O-H键的ν3(E g)反对称伸缩振动和ν1(B 1g)不同向对称伸缩振动受氢键影响较大,并且ν3(E g)的拉曼峰位与温度成很好的线性关系有潜在的应用价值.     

有监督主成分回归法在近红外光谱定量分析中的应用研究

介绍了运用有监督主成分回归法建立近红外光谱定量分析模型的原理和方法.利用该方法先进行近红外光谱定量分析建模的波长信息选择,达到降低光谱数据维数的目的,然后建立数学模型,并用其分析预测集样品.文中以66个小麦样品为实验材料,随机选择其中40个样品建立小麦样品中蛋白质含量的近红外光谱定量分析模型,首先优选出4个波长点:4 632,4 636,5 994,5 997 cm-1,利用这4个波长点处光谱信息建立主成分回归模型预测26个样品的蛋白质含量,其结果与凯氏定氮法分析结果的相关系数为0.991,平均相对误差为1.5%.该方法从大量光谱数据中筛选出最重要的部分波长信息,实现了"少而精"的波长点选择,对建立抗共线性信息干扰的光谱定量分析模型,同时对指导专用近红外分析仪器设计中波长点的选择等方面都有一定的意义.     

海面甚薄油膜光谱响应研究与分析

海面甚薄油膜存在着特定的光谱响应,文章通过模拟海面甚薄油膜随其厚度的变化过程,研究其高光谱响应特征与产生机理.甚薄油膜随着厚度从大到小的逐渐变化,表现为六种目视特征:彩虹亮油膜、品色亮油膜、黄绿亮油膜、浅绿亮油膜、银色亮油膜与几乎不可见油膜.分析六种状态下海面甚薄油膜的光谱反射率表明:350～540 nm甚薄油膜的反射差异明显,甚至可以影响到440 nm处叶绿素的吸收峰;350～900 nm范围内,甚薄油膜的反射光谱普遍高于海水的反射光谱,但540～900 nm范围内缺乏明显的吸收反射特征;在近红外920～2 500 nm范围内没有明显的光谱响应.结合海面甚薄油膜光谱响应特征分析,指出海面甚薄油膜存在平行多光束干涉现象,入射到薄膜内的光由于多次反射和折射导致了海面可见光/近红外光谱反射率的增加,为海面甚薄油膜遥感探测提供了理论依据.     

高光谱图像的海面溢油自动检测方法研究

海面溢油对海洋环境会生成许多有害物质,导致位于食物链底端的浮游生物大量死亡,进而危害整个海洋生态系统。高光谱遥感可以获取溢油和海水的空间分布信息和光谱分布信息,利用高光谱图像进行溢油检测具有更好的检测性能。针对高光谱图像的海面溢油检测过程中需要人工辅助的缺点,提出一种基于自适应匹配滤波的高光谱图像海面溢油自动检测方法。首先,利用场景中溢油的C—H键光谱特性,设计一种溢油参考光谱特征提取模型,获取溢油检测过程中的参考光谱。其次,依据海水、云以及溢油光谱反射特性的差异,选取海水、云和溢油差异最大的波段,分割海水像素,计算溢油检测过程中的背景参数。最后,将目标检测中经典的自适应匹配滤波方法进行适当的改进应用于溢油的检测。将该方法应用于实际墨西哥湾airborne visible infrared imaging spectrometer(AVIRIS)高光谱遥感影像的海面溢油的检测,结果表明该方法具有计算速度快,不需要人工辅助等方面的特点,可用于海面溢油的自动检测。     

有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱移动与光谱开关

基于瑞利衍射公式,研究了被光阑衍射的具有振幅调制和相位畸变光束的远场光谱变化规律。结果表明,有振幅调制和相位畸变光束在远场也会出现光谱异变现象和光谱开关效应,光阑截断参数、光束的相位畸变参数、振幅调制参数、光强调制参数对远场光谱的跃迁量和光谱开关产生影响。通过数值计算结果分析讨论了光阑截断参数及光束各参数影响远场光谱的规律。     

压强对冰Ⅶ相结构影响的拉曼光谱研究

测量了室温下2.5～23GPa压强下冰Ⅶ相的拉曼光谱。测量结果表明:随压强增加,冰的氧原子间距离dO—O减小,使氢键长度变短,导致O—H化学键键长增加,力常数减小,拉曼光谱发生红移。质子(氢核)取向有序性随压强先增加而后减小致使拉曼光谱强度先增加而后减小;拉曼光谱线宽先减小而后增加,当压强约为13GPa时呈现最小值。     

绿色植物反射光谱的特征及其在监测农作物生长中的应用

介绍了在０．４－２．４μｍ波长范围内绿色植物反射光谱和土壤反射光谱的一些主要特征以及植被光谱指数和导数谱的一些应用，还讨论了如何从农作物反射光谱中提取反映农作物生长情况的农学参数和生理参数的一些方法。     

固体表面上硅烷薄膜的红外光谱研究

在固体表面上，硅烷薄膜的红外谱能够用傅里叶红外光谱仪得到。实验结果表明，特征吸收带的频率与基材物质的性质有关。     

野生型细菌视紫红质薄膜光谱响应特性的实验研究

细菌视紫红质 (Bacteriorhodopsin ,简称BR)是嗜盐菌细胞膜内的一种光敏蛋白质。BR薄膜材料具有优异的光循环特性和光致变色特性 ,在光信息处理领域中有广阔的应用前景。文章通过紫外 可见光光纤光谱仪测试野生型细菌视紫红质 (BRWT)在经过 5 32nm的YAG激光的泵浦激励后 ,薄膜对探测光的吸收光谱变化情况来着重讨论BRWT的光谱响应特性。采用的样品基态 (B态 )最大吸收波长均为 5 6 2nm ,光密度分别为OD(WT1) 562nm=2 0 4 ,OD(WT2 ) 562nm =1 37。实验结果表明 ,在 5 5 0～ 6 5 0nm波长范围内 ,两个BRWT分子膜对探测光随着探测时间的延长均出现吸收增强的现象。利用双e指数曲线拟合方法分析出 5 5 0～ 6 5 0nm吸收增强的变化过程分为快过程和慢过程 ,其对应的时间常数BRWT1分别约为 11ms和 6 0s ,BRWT2 分别约为 2 4ms和 35s。     

油气微渗漏区蚀变矿物含量与光谱之间的定量分析

油气微渗漏的地表异常表现为：地表土壤的矿物组分异常和地表土壤的光谱异常,以中国的榆林地区为研究区,以在研究区内采集的119个样本的矿物组成及反射率光谱为研究数据,对油气微渗漏造成的地表蚀变矿物碳酸盐含量与其光谱吸收峰深度、宽度等特征参数进行了相关分析,建立并评价了测定碳酸盐含量的方法,提出了利用碳酸盐含量表征油气微渗漏程度的新方法。研究结果表明,该法不仅适于表征碳酸盐类油气微渗漏程度,也适用于对其他类型的蚀变矿物油气微渗漏程度的研究,因此可为利用高光谱遥感的光谱信息进行油气勘探的技术研究提供借鉴。     

油页岩热解过程中的光谱学研究

光谱学分析方法对分析物质结构及组成具有独特的优势。为了分析和认识油页岩及其干酪根的矿物结构特点,以及在不同热解温度下油页岩热解过程中矿物结构变化,分别采用偏光显微镜(POM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)和扫描电镜(SEM)等光学和光谱学手段,研究了甘肃窑街油页岩和酸洗脱灰干酪根的矿物形态结构和组成以及在不同热解温度下(温度300～1 000 ℃,升温速率10 ℃·min-1)矿物质和干酪根的形态结构演化特性及其机理。结果表明,甘肃窑街油页岩富含石英、粘土矿和黄铁矿等无机矿物,干酪根呈条块状不规则地镶嵌于无机矿物中;干酪根的变质程度高,富含芳香族和脂肪族结构;在实验温度范围内,随热解温度的升高,油页岩中矿物质开始分解,300 ℃时高岭石因脱水转变成偏高岭石,在650 ℃时高岭石、蒙脱石等完全分解生成偏高岭石,当温度升高至1 000 ℃时偏高岭石分解生成Si—Al尖晶石和无定型SiO₂,SiO₂与含铁矿物在半焦表面析出了(FeO—Al₂O₃—SiO₂)低熔点共融物;干酪根随温度升高分解,半焦的芳香族和脂肪族C—H基团的强度降低,芳香碳的强度升高,分解后在半焦中形成“沟壑”状残炭印记。研究结果对油页岩热解过程矿物结构演化研究和油页岩矿物的资源综合利用具有重要的现实意义。     

油料池火焰红外光谱特性分析研究

油罐池火燃烧污染强度大、范围广,航天遥感可成为实时动态监测油罐池火灾污染的新途径。航天遥感监测以目标光谱特性分析为基础,针对油料池火焰光谱特性研究不足的现状,通过构建全火焰红外测试系统,在室外开放空间条件下对多种油料及混合油料池火焰光谱,其他可燃物火焰的发射光谱进行了测试分析研究,光谱范围1~14 μm。结果表明：92#汽油、95#汽油、0#柴油、航空煤油、润滑油池火焰的光谱曲线特征相似,在特定的波长处存在特征发射峰,在1.1,2.4,2.8及6.3 μm附近存在H₂O特征发射峰,在4.2及4.5 μm附近存在CO₂发射峰,在3.4 μm处存在C—H伸缩振动发射峰,6.3 μm后各光谱曲线无明显特征峰。92#汽油与0#柴油以不同比例混合的池火焰光谱与各油料池火焰光谱相比也无明显差别。92#汽油池火焰光谱与木柴及纸张火焰光谱相比,在3.4 μm处存在特征发射峰;酒精火焰光谱虽然在3.4 μm附近也有类似辐射发射,但辐射强度与4.5 μm处CO₂的辐射强度之比远低于92#汽油池火焰光谱在此两波段处辐射强度之比;蜂窝煤火焰光谱近似灰体辐射光谱。各燃料火焰光谱的差异主要由燃料的化学组成及燃烧反应机理的差异决定的。对92#汽油池火焰连续区、间歇区及烟气区的光谱特性进行了比较分析,结果表明3.4 μm处的C—H伸缩振动峰只存在于连续区,证明了该发射峰是参与燃烧化学反应的油气产生的,该结果与油料池火燃烧反应机理吻合。实验结论对基于光谱特性分析的油料池火焰遥感识别具有重要借鉴意义。     

基于光谱分析的综合传动空载磨合磨损规律研究

油液光谱分析是当前研究复杂传动装置磨合过程磨损规律的重要方法,利用原子发射光谱分析技术可以在不改变原有配合状态的条件下方便及时地对综合传动磨合过程磨损量变化规律进行研究。文章基于综合传动的结构特征和磨合机理,进行了台架空载磨合对比试验。根据磨合试验油液光谱分析数据,得出了磨合期磨损量变化与油液初始浓度、磨合转速的函数关系,建立了综合传动磨合期磨损量计算模型。经验证明,基于初始浓度、磨合转速、磨合时间和换挡间隔时间等参数的综合传动磨损量计算模型能够较准确地对磨合期Cu元素磨损量进行计算。磨合期磨损量模型为磨合质量评判和制定磨合试验规范提供了重要参考依据。