利用油品紫外荧光特性的多光谱成像检测

利用石油及其产品具有的紫外荧光特性, 搭建了一套紫外诱导多光谱成像系统.该系统主要由3个紫外诱导光源、8个滤波片和1个彩色CCD相机组成.采集了6种油品的多光谱图像, 以有效光斑的24个颜色分量均值作为特征, 提出了一种联合熵最大化的独立分量分析特征优化方法.K均值聚类和支持向量机识别结果表明, 较改进前的ICA方法, 该方法的特征优化性能得到了有效提高, 油种识别率达到了92.3%.     

近红外光谱技术在微生物检测中的应用进展

近红外光谱作为一种无损检测技术被广泛应用于农业、制药、食品等领域的多组分品质快速监测。微生物的快速准确检测,在临床诊断、制药和食品加工等领域一直是一个难题。微生物菌体细胞壁、细胞膜及细胞内生物大分子和水的近红外光谱具有高度特异性,因此可以使用近红外光谱快速识别和分类不同的微生物。通过对相关文献的归纳整理与分析提炼,对近红外光谱技术在微生物检测中的研究进展做综述。对微生物的基本知识和近红外光谱技术鉴定微生物的基本原理进行了介绍,并重点综述了近红外光谱技术在微生物分类、食源性微生物检测和成像微生物检测等方面的国内外研究进展,最后对近红外光谱技术目前存在的问题和未来的应用前景进行了展望,以期为今后在微生物检测领域更好地利用近红外光谱提供参考。     

109Cd源激发的X射线荧光法无创伤测定人体骨铅含量

建立了用以体内测定骨铅含量的109Cd源作为激发源的X射线荧光测量系统. 该系统采用高纯锗探测器(10 mm×7 mm), 检测人体胫骨中铅被109Cd的88.0 keV的γ射线激发后产生的特征K层X射线. 采用铅的K层X射线对相干散射归一化的方法, 根据铅的K层X射线强度与相干散射强度的比值对胫骨模型铅含量之间的校正曲线, 便可得到人体骨铅的含量. 这种归一化的方法, 使测量结果的精确度不受骨外组织层厚度、骨的形状、大小、密度以及被测者位移的影响. 用含铅石膏制作的一组胫骨模型得到的校正曲线呈现良好的线性关系. 对急性铅中毒工人的试验性测量结果表明, 他们的骨铅含量明显高于对照组.     

叶绿素荧光成像技术的葡萄霜霉病早期检测

葡萄霜霉病对葡萄生产构成严重威胁,尽早防治是治理霜霉病的关键.为了对该病进行早期检测,以PCR检测获取的霜霉病相对生物量作为霜霉病侵染的依据,从暗适应—光适应—暗弛豫3个光合生理状态连续变化过程中,采集80个人工接种霜霉菌叶片和80个健康对照叶片连续6 d的叶绿素荧光图像.对比健康和接种叶片叶绿素荧光动力学曲线、参数图...     

用近红外无损肌氧及运动心率检测技术评定100 m极量强度运动对心脏冲击影响

利用连续双波长近红外光技术测量肌肉中血红蛋白含氧量的变化情况,同时应用运动心率无线实时采集设备,设计了检测实时肌肉组织血氧含量和瞬时心率实验方案,对6名健康男性进行了100 m跑同步实测实验。实验表明,肌肉组织氧合血红蛋白浓度在100 m跑结束后继续降低,达到最低值的时刻滞后于运动结束时刻的时间为(6.65±1.10)s;心率则在运动结束后继续上升,达到最高值的时刻滞后于运动结束时刻的时间为(8.00±1.57)s。这些结果显示了双波长近红外光组织氧测试技术和运动心率无线实时采集系统能够正确检测极量强度运动时的血氧参数和心率,揭示了极量强度运动过程中肌肉中氧运输与消耗的过程及其与心率之间的动力学特征。     

近红外光谱无创血糖测量中背景扣除方法的研究

在近红外光谱人体血糖无创检测中,由于葡萄糖在体内含量非常低,而光谱中的噪声组成复杂且变化幅度大,从而导致测量的信噪比较低。背景扣除是提高测量信噪比的有效预处理手段之一。文章首先对常用的背景扣除方法进行了理论推导,并进一步考虑不同样品在测量过程中存在的样品本身特性变化,提出了相近背景扣除的方法,即选择与样品的光学特性变化相似的样品作为背景,能更有效地消除样品特性变化和仪器漂移的影响。并在纯吸收和散射介质中分别加入葡萄糖进行实验验证。结果表明,在血浆溶液和Intralipid-2%溶液的葡萄糖实验中,选用与样品特性更接近的样品作为背景时,葡萄糖浓度的预测精度分别提高了25.9%和40.1%。     

基于多光谱荧光成像技术和SVM的葡萄霜霉病早期检测研究

葡萄霜霉病是全球危害最严重的葡萄病害,对该病进行早期检测和防治,可提高葡萄品质和产量,提出一种基于多光谱荧光成像技术(M FI)和支持向量机模型(SVM)的霜霉病早期检测方法.对人工接种霜霉病的葡萄叶片(145个)和健康对照叶片(145个)从叶背面连续6天进行多光谱荧光成像,获得试验叶片16个荧光参数(4个单独波段F4...     

多光谱荧光图像技术检测农药残留

多光谱成像技术是一种结合传统的二维成像技术及光谱技术的新兴无损检测技术。本文利用有机磷农药的荧光特性,结合多光谱成像技术和荧光激发技术,研发了叶片农药残留快速检测的多光谱荧光成像系统。结果表明,在190~300 nm的紫外光激励下,配置好的有机磷农药氧乐果会在440 nm附近产生显著的荧光发射,并且荧光发射光谱峰值与农药浓度具有良好的线性关系。滤光片可置换的多光谱成像系统研发以及实验检测结果为开发实时在线的农药残留快速无损检测系统提供了技术保障和理论依据。     

微波水热法制备Gd3+掺杂的碳量子点型高性能磁共振-荧光双模态分子影像探针

以同时提供钆源和碳源的钆喷酸单葡甲胺为前驱体,利用微波作为加热手段实现分子水平上的搅拌,达到低温、短时间内制得均匀的小粒度Gd³⁺掺杂碳量子点(Gd³⁺/CQDs-MH)的目的。当前驱体在250 ℃下微波水热反应45 min时,获得的Gd³⁺/CQDs-MH表现出较高的量子产率和极强的磁共振性能,避免了传统加热方式对碳量子点的发光能力和弛豫性能极难同时提高的矛盾。该条件下合成出尺寸约1.0 nm的碳量子点,其荧光量子产率为11.0%,Gd³⁺的掺杂质量分数达16.9%,纵向弛豫性能高达4 545.3 mmol^-1·L·s^-1 ([Gd³⁺]=0.01 mmol·L^-1)。并且,该碳量子点对HeLa细胞无明显毒性,有望用作高弛豫性能和高发光性能的磁共振-荧光双模态探针。     

近红外光谱烟叶质量等级快速检测与等级特征分析

烤烟等级质量对配方设计和卷烟工业生产的稳定起着重要的作用.采用传统外观分级法对2018年全国40个地级市产地的768份烤烟烟叶样品进行分类定级,包括7个不同烟叶质量等级.应用近红外光谱建立烟叶质量等级预测模型,分析不同等级烟叶化学基团及相关成分的近红外吸收光谱特征.结果表明:不分产区建立全国烟叶等级预测模型,建模集与预...     

The Development of Leukocyte Counter Using Fluorescence Imaging Analysis

Image cytometry centrifugation (ICC) method has been developed and applied to count residual leukocytes in transfusion blood products for quality assurance testing. The standard leukocyte fluorescence image profile was established by averaging the actual fluorescence images of leukocytes. It was used for development of an optimum image analysis algorithm to avoid misinterpretation of the dust contaminated from the environment. The centrifugal concentration process of the ICC method was investigated by a computer simulation, and it was found that it caused leukocyte overlapping and limited the enumeration range. By introducing a double thresholding algorithm to the fluorescence images analysis and correcting the number of the overlapped leukocytes, we succeeded in improving the accuracy and the measurement range up to 25 [WBC/μl] of the ICC method.     

近红外无创血糖检测中基于差动式浮动基准测量的有效信号提取

近红外光谱的相对测量对实现人体血糖浓度的在体高精度检测具有重要意义。离体检测中常用的相似背景扣除以及双光路设计等方法不适合人体的复杂背景变化,而基于位置的参考测量方法被认为是有希望实现在体参考测量的方法之一。因此课题组提出差动式浮动基准参考测量方法来实现在体的相对测量。差动式浮动基准参考测量方法是一种具有普适性的参考测量方法,在实际应用中面临着径向检测距离的确定和差动检测信号中有效信号提取的问题。在差动式浮动基准参考测量方法的基础上,提出了基于NAS(net analyte signal)-VIP(variable importance in projection)-SPXY(sample set partitioning based on joint X-Y distances)-PLS(partial least square)的差动浮动基准测量方法,在离体实验中验证了该方法的可行性。结果表明经过该方法处理后,模型的均方根误差明显降低,相关系数也有了一定的提高。对该方法在人体实验中的有效性进行了研究,结果也表明该方法处理后所建模型的精密度和准确性有了明显改善。     

An Improved Residual Network for Pork Freshness Detection Using Near-Infrared Spectroscopy

Effective and rapid assessment of pork freshness is significant for monitoring pork quality. However, a traditional sensory evaluation method is subjective and physicochemical analysis is time-consuming. In this study, the near-infrared spectroscopy (NIRS) technique, a fast and non-destructive analysis method, is employed to determine pork freshness. Considering that commonly used statistical modeling methods require preprocessing data for satisfactory performance, this paper presents a one-dimensional squeeze-and-excitation residual network (1D-SE-ResNet) to construct the complex relationship between pork freshness and NIRS. The developed model enhances the one-dimensional residual network (1D-ResNet) with squeeze-and-excitation (SE) blocks. As a deep learning model, the proposed method is capable of extracting features from the input spectra automatically and can be used as an end-to-end model to simplify the modeling process. A comparison between the proposed method and five popular classification models indicates that the 1D-SE-ResNet achieves the best performance, with a classification accuracy of 93.72%. The research demonstrates that the NIRS analysis technique based on deep learning provides a promising tool for pork freshness detection and therefore is helpful for ensuring food safety.     

金纳米棒标记HepG2人肝癌细胞的荧光成像及其AFM探测

金纳米棒具有独特的光学性质,在生物医学领域有着广泛而重要的应用前景.本文制备了长径比为8∶1的金纳米棒,其在480 nm波长激发下,在560 nm和707 nm波长处有两个荧光发射峰.基于金纳米棒的荧光性质,将其标记于HepG2人肝癌细胞表面,利用激光扫描共聚焦显微镜对标记后的细胞进行荧光成像.在488 nm激发下,获...     

基于近红外高光谱成像技术的小麦不完善粒检测方法研究

小麦作为主要的粮食作物在我国农业生产、运输、食品加工等方面占有重要地位。不完善籽粒严重影响了小麦质量与粮食安全。不完善籽粒主要在生产、存储、包装等过程中产生，目前我国小麦质量检测多以人工分选为主，但存在人主观性较强，肉眼易疲劳，且费时费力等问题，因此，如何快速准确鉴别小麦不完善粒是现阶段提高生产率和保证粮食安全的重要问题。运用高光谱成像技术和特征波段选取方法提出一种快速有效的小麦不完善粒鉴别方法。利用近红外高光谱成像系统获得1 000粒小麦样本在862.9～1 704.2 nm共256个波段的高光谱反射图像，其中包括健康粒、生芽粒、霉变粒和赤霉粒各250粒，提取每个样本感兴趣区域的平均反射率光谱作为分类特征。本文首先对提取的全波段光谱信息进行窗口平滑、一阶导数差分、矢量归一化等数据预处理，将原始光谱数据的隐藏信号放大并消除随机误差；在预处理的基础上运用伪偏最小二乘(DPLS)和正交化线性判别分析(OLDA)对光谱进行特征提取，降低数据的冗余度；最后采用仿生模式识别(BPR)建立四类小麦的鉴别模型。实验结果表明，采用全波段光谱信息建立的小麦不完善粒鉴别模型的平均识别精度达到97.8%，分析结果可知，利用近红外高光谱成像技术的全波段光谱信息对小麦不完善粒鉴别是可行的。尽管全波段光谱信息取得了较好的鉴别效果，但高光谱成像设备较为昂贵，获取高光谱全波段光谱信息数据量较大，无法满足对现场设备运算速度的高要求，因此，采用连续投影算法(SPA)对全波段光谱数据进行特征波段的选择，使波段数量由256维降低到10维，从而提高系统的可行性和运算速度。采用选取的10个特征波段建立小麦不完善粒鉴别模型，实验结果表明10个特征波段的平均识别精度仅为83.2%，分析结果可知，尽管采用10个特征波段提高了系统实时性，但鉴别准确性较差。为达到与全波段特征基本相当的鉴别效果，利用光谱特征与图像特征结合的方法建立小麦不完善粒鉴别模型，将上述选取的10个特征波段的形态信息、纹理信息和光谱信息进行结合，实验结果表明，10个特征波段的光谱信息与图像信息结合使鉴别的平均识别精度达到94.2%，此识别效果与利用全波段光谱数据的识别效果基本相当。利用高光谱成像系统探索了小麦不完善粒鉴别的可行性，通过分析以上实验可知，基于近红外高光谱成像技术对小麦不完善粒检测具有良好的效果，在有效的提高运算速度的同时也保证了系统的鉴别精度，为后期小麦不完善粒快速检测设备的开发提供了有效的研究方向。     

Near-Infrared Imaging Using a High-Speed Monitoring Near Infrared Hyperspectral Camera(Compovision)

This review paper reports near-infrared (NIR) imaging studies using a newly-developed NIR camera, Compovision. Compovision can measure a significantly wide area of 150 mm×250 mm at high speed of between 2 and 5 s. It enables a wide spectral region measurement in the 1 000～2 350 nm range at 6 nm intervals. We investigated the potential of Compovision in the applications to industrial problems such as the evaluation of pharmaceutical tablets and polymers. Our studies have demonstrated that NIR imaging based on Compovision can solve several issues such as long acquisition times and relatively low sensitivity of detection. NIR imaging with Compovision is strongly expected to be applied not only to pharmaceutical tablet monitoring and polymer characterization but also to various applications such as those to food products, biomedical substances and organic and inorganic materials.     

Laser-Induced Fluorescence Bronchoscopy for Detection and Localization of Early Lung Cancer

Experimenatal results on the development of a Laser-Induced Fluorescence Bronchoscopy(LIFB) for the detection and localization of early lung cancer are reported in this paper. The system utilizes fluorescence of photosensitizer drug to provide real time video imaging for the examined lung tissue. Color filters are used to differentiate signal from background and a computer image processing technique is also applied to subtract the background. Moreover, a pseudocolor contrast enhancement method was developed to enhance the fluorescence image displayed on the vidio monitor. Suspicious areas are identified by pseudocolor image to guide biopsy, and several clinical trials show that sensitivity and contrast capability of the system should permit the detection and localization of early lung cancer.     

近红外光谱法应用于食用香精中增塑剂的检测研究

借助近红外透射光谱技术得到香精样品的原始光谱,选取波段范围为8 800～8 540和7 500～5 085 cm-1,用主成分分析（PCA）法定性识别其中是否添加DEHP或DINP,正确率100%。同时测定了DEHP和DINP（浓度范围在0～100 mg·kg-1之间）在食用香精中的含量,并以偏最小二乘法（PLS）建立定量分析模型,DEHP和DINP预测结果的相对误差分别在-17.6%～15.8%和-7.6%～9.9%之间,预测均方根误差分别为1.39和0.98。为检测食用香精中增塑剂的含量提供了一种可同时定性与定量的快速、简便、廉价、准确的分析方法。     

Laser-Induced Fluorescence Bronchoscopy for Detection and Localization of Early Lung Cancer

Experimenatal results on the development of a Laser-Induced Fluorescence Bronchoscopy(LIFB) for the detection and localization of early lung cancer are reported in this paper. The system utilizes fluorescence of photosensitizer drug to provide real time video imaging for the examined lung tissue. Color filters are used to differentiate signal from background and a computer image processing technique is also applied to subtract the background. Moreover, a pseudocolor contrast enhancement method was developed to enhance the fluorescence image displayed on the vidio monitor. Suspicious areas are identified by pseudocolor image to guide biopsy, and several clinical trials show that sensitivity and contrast capability of the system should permit the detection and localization of early lung cancer.     

持久性有机污染物荧光光谱检测技术研究进展

持久性有机污染物(POPs)种类繁多,分布范围广,对生态环境和人体健康的危害性已引起广泛关注。环境中POPs的监测分析对于污染评价、污染物修复和生产管理等有着重要的意义。基于色谱分离技术的传统检测方法具有检测限低、灵敏度高、稳定性好等优点,但也普遍存在周期长、消耗高、过程繁琐等弊端。荧光光谱分析法具有样品使用少、预处理简单、快速、无损等优势而发展迅速,国内外学者开展了大量研究工作,形成了比较完善的方法体系。介绍了我国现行环境标准中POPs的控制浓度和检测方法,综述了近年来直接/间接荧光、同步荧光扫描联用技术、化学多维校正-三维荧光光谱法和激光诱导荧光技术对POPs检测方面的应用和研究进展,重点包括土壤及水体中多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药等,着重介绍了最新研究成果,总结了技术各自适用的情况,分析了不足与待完善之处,并针对POPs的直接荧光光谱检测技术今后的研究与应用方向提出了展望,为进一步发展POPs的荧光光谱快速检测技术提供参考。