应用光谱成像技术鉴别同色墨水

研究同色钢笔水、圆珠笔墨水的鉴别方法.运用成像光谱仪对四组的同色墨水进行区分.黑色签字笔墨水整体鉴别率63.8％;蓝色签字笔墨水整体鉴别率93.3％;黑色圆珠笔墨水整体鉴别率98.5％;蓝色圆珠笔墨水整体鉴别率84.8％.拓宽了书写材料检验的技术方法,提高了同色墨水的检验鉴别能力.     

高光谱成像的纸币真伪鉴别研究

人民币是中华人民共和国的法定货币,人民币的真假直接关系到我国社会的和谐与稳定。百元钞票作为我国最大面额钞票,其真假的鉴定显得更为重要。以2005版的百元钞票为例,利用可见/近红外高光谱成像仪获取一张真钞与两张假钞正、背面高光谱影像数据,然后分别在百元钞票的正、背面选取4个特征点,以分析百元真假钞票在正、背面的光谱反射率差异。从真假钞正面四个特征位置的光谱反射率曲线可知,不同特征点处,真钞与假钞之间的有些图案的光谱反射率差异较大,有些图案的光谱反射率则差异并不显著。而不同批次的假钞,其不同位置的光谱反射率也存在较大的差异。对于真假钞背面的分析可知,不同特征点,在不同的波段,真钞与假钞以及假钞之间的光谱反射率同样有一定的差异。根据真钞与假钞正、背面8个特征点的光谱反射率曲线变化特征,选取500, 660和870 nm三个波长的灰度图,观察到真钞与假钞在不同特征点的灰度图均表现出明显的差异。真钞在500 nm处的图像轮廓清晰,在660和870 nm两个波长,无论是正面或背面,真钞均有多处特征位置有异于假钞,因此可用660或870 nm区别百元真假钞。为了突出真钞与假钞之间的图像差异,利用基于...     

光谱成像技术无损鉴别西洋参饮片的研究

应用电可控液晶光谱成像装置,测定不同市售来源的西洋参饮片,以期为其质量控制提供新的方法。系统光谱分辨率5nm,光谱覆盖范围为405～680nm,空间分辨率50lp·mm-1。从成像光谱立方体中提取特征光谱曲线,构建饮片指纹图谱;采用主成分等聚类分析方法解析其指纹图谱,用于饮片真伪鉴别与质量判定。结果与性状,显微及理化鉴定结果相吻合。表明光谱成像分析技术可用于中药指纹图谱的构建和质量评价,操作方法简便、快速、无损。     

结合高光谱成像和机器学习的棉种年份鉴别

棉花精量播种技术目前已经在新疆兵团全面推广,该技术能精确实现一穴一粒的农艺技术指标,但是也对高质量棉种的筛选提出了更高的要求。为了避免播种往年活力不足的棉种而导致发芽率降低的问题,结合机器学习和近红外（NIR）高光谱成像技术（HSI）进行棉种年份精确鉴别,实现棉种的快速无损筛选。采集2016年—2019年近四年外观无明显差异的棉种各360粒,共1 440粒棉种（按照3∶1∶1划分训练集、验证集和测试集）作为样本,按照每批60粒采集915~1 698 nm范围的棉种高光谱图像,去除首尾两端噪声大的光谱,保留1 002~1 602 nm范围的光谱为原始数据。利用Savitzky-Golay（SG）平滑算法对光谱进行预处理,采用主成分载荷方法（PCA-loading）选取13个特征波段,基于全部光谱数据和特征波段（±10 nm）数据建立逻辑回归（LR）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、支持向量机（SVM）、循环神经网络（RNN）、长短记忆网络（LSTM）和卷积神经网络（CNN）六种分类模型。使用全光谱数据建模时,六种分类模型在测试集上的鉴别准确率分别为96.27%,98.98%,99.32%,96.95%,97.63%和100%,其中CNN和SVM模型取得了较好的结果;使用特征光谱数据建模时,六种分类模型在测试集上的鉴别精度分别为93.56%,97.29%,98.30%,95.25%,94.24%和99.66%,其中CNN和SVM模型仍有较好的分类结果。结果表明,使用全光谱数据建模时,六种分类模型都可以实现较高精度的棉种年份鉴别,使用特征光谱数据建模时CNN和SVM模型的鉴别精度仍可达到98%;其中深度学习方法优于传统机器学习方法,但是传统机器学习方法仍能保持较好的鉴别准确率。因此,结合近红外高光谱成像技术和机器学习方法能够实现棉种年份的高精度鉴别,为棉花精量播种过程中的优质棉种选种技术提供理论依据和方法。     

高光谱成像的猕猴桃糖度无损检测方法

猕猴桃糖度是重要的猕猴桃内部品质衡量指标.传统的糖度检测耗时且有损样品,有效无损检测猕猴桃糖度含量对于其品质分级、储藏销售具有重大意义.基于高光谱成像技术的常见果蔬品质无损检测方法多数是采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)、主成分分析(PCA)、迭代保留信息变量法(IRIV)等算法中的某个单一...     

人体肿瘤组织的拉曼光谱相关系数成像

运用逐点扫描(Scanning)采谱技术,测量了人体乳腺肿瘤组织的阵列拉曼光谱集(Mapping);利用自编的软件,分析和计算了该谱集与参考谱DNA、细胞质等拉曼谱的相关系数;并将其映射为灰度值,构建了点阵的相关系数成像。结果表明,相关系数成像较好地反映了参考谱所代表的生化成分的分布;DNA谱与组织中其他成分谱的相关性很小,因此DNA谱的相关系数成像能够直接地反映成像区域DNA的分布,可信度尤其高。该研究结果为进一步研究乳腺肿瘤的拉曼诊断方法奠定了一定基础。     

基于近红外高光谱成像技术的干制红枣品种鉴别

为实现干制红枣的快速鉴别,提出了一种基于近红外高光谱成像技术的鉴别方法。采集四个品种共240个样本干制红枣的近红外高光谱图像(1 000～1 600 nm)。通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)、载荷系数法(x-Loading Weights,x-LW)和连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)分别提取7个、8个和10个特征波长;基于灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix, GLCM)提取第一主成分图像的纹理特征。分别以光谱特征、纹理特征、光谱和纹理融合特征作为输入,建立偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)、反向传播神经网络(back-propagation neural network,BPNN)和最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LS-SVM)模型。结果显示,基于融合特征的模型鉴别率高于分别基于光谱特征或纹理特征的模型鉴别率;基于融合特征的BPNN模型的结果最优,对预测集样本鉴别正确率为100%。说明近红外高光谱成像技术可用于干制红枣品种的快速鉴别。     

基于主根横断面近红外光谱的西洋参和人参鉴别研究

为了快速准确进行西洋参和人参的品种鉴别,从主根横断面入手,采集其横断面的近红外光谱,分别从物理结构因素和化学因素方面对光谱进行了分析,选定特定波段进行物理因素主导建模、化学因素主导建模、理化因素综合建模,并对三种建模结果进行比较分析,发现三种模型判别率都在96%以上,都能很好的满足批量原材料快速检测的需求。物理因素模型运算简单,但判别率相对低。化学因素判别率较高,但运算量大。理化因素综合模型判别率最高为100%,无需预处理,运算量小,效果最理想,该结果说明近红外定性判别中物理结构因素有时也发挥重要作用。横断面鉴别法准确、便捷,可实际应用于企业原料药材的质量控制,实现对原料药材的快速筛查。     

扫描多光谱显微成像

文本描述了一种新的显微成像方法,它把光学扫描显微成像技术与成像多光谱技术巧妙地结合在一起,形成扫描多光谱显微成像技术.文中叙述了系统的结构及工作原理,介绍了所采用的图像处理系统,给出了实验结果,并进行了分析讨论.     

荧光光谱成像技术结合主成分分析与Fisher判别快速鉴别肉苁蓉

为探究一种快速、可靠的肉苁蓉属中药材检测方法,实验采用荧光光谱成像技术结合模式识别方法对肉苁蓉属三种中药材：荒漠肉苁蓉、管花肉苁蓉和沙苁蓉进行鉴别研究。实验中发现肉苁蓉样品存在较显著的荧光特性,采集来自不同产地、不同批次以及不同超市购买的三种肉苁蓉属药材的40个样品的荧光光谱图像,对图像进行去噪、二值化处理后,根据光谱立方体绘制每个样本的光谱曲线,将所得450～680 nm波段范围内的光谱数据作为鉴别分析的研究对象,应用主成分分析法(PCA)对三种肉苁蓉的光谱数据进行降维处理,再结合Fisher判别方法对三种肉苁蓉进行鉴别。分别比较多元散射校正(MSC)、标准正态变量校正变换(SNV)以及一阶微分(FD)三种数据预处理方法对鉴别模型的影响,并根据主成分的累积贡献率和主成分因子数对判别模型效果的影响对主成分因子数进行优化。分析结果表明：一阶微分预处理后提取前四个主成分进行Fisher判别的鉴别效果最佳,PCA结合Fisher判别建立肉苁蓉属三种药材的判别模型原始判别的准确率达到100%,交叉验证的准确率达到95%。由此可见,利用荧光光谱成像技术结合主成分分析及Fisher判别对肉苁蓉属三种药材的鉴别分析是可行的,而且具有操作简便、快速、可靠等优点。     

光谱成像技术在海域目标探测中的应用

近年来,随着光谱成像技术的发展,机载成像光谱仪在海域军事目标的侦察中得到了新的应用。基于此,本文首先从高光谱成像仪的基本原理及特性出发,介绍了高光谱成像仪在海洋军事目标探测方面的应用现状。其次,分别从水面目标探测和水下目标探测两方面综合分析了光谱成像技术在海域目标探测中的应用。对于海面目标探测,多项关键技术获得突破,但当前算法仍然难以解决实时性问题;对于水下目标探测,本文主要以水下潜艇探测为例探讨了利用高光谱成像仪对水下目标进行探测的关键技术及相关可行性方案。分析可知,光谱成像技术用于海洋军事探测从技术上具有可行性且前景广阔,但仍需解决相关算法的效率及精度等关键问题,这对推动光谱成像技术在海域目标探测中的应用具有重要意义。     

基于声光可调谐滤光器的显微光谱成像技术

为了解决传统声光可调谐滤光器(AOTF)成像模糊的缺点,设计了一种新的AOTF。该器件通过在传统的AOTF的出射孔后面放置一个自行设计的等边色散棱镜来实现对衍射光的色散展宽进行补偿,明显地提高了成像的对比度和空间分辨率。将此器件附加在传统光学显微镜上,获得了一种新型的光谱显微成像仪器。其光谱分辨率在575nm波长处为4.2nm、成像空间分辨率为2μm、图像采集速度为毫秒量级。为基于AOTF的光谱成像技术在生物医学等领域的更广泛的应用奠定了基础。     

压缩感知光谱成像技术的编码孔径与探测器匹配优化

编码孔径光谱成像仪在实际应用中存在着编码模板与探测器分辨率不匹配从而降低系统分辨率的问题。针对该问题进行了两种情况分析,并通过数学理论建模给出了相应的解决方案。对于编码模板分辨率高于探测器分辨率这一情况,提出引入邻域嵌入超分辨技术的方法,实现了基于压缩感知的超分辨光谱成像。对于编码模板分辨率低于探测器分辨率这一情况,提出区块阈值划分的编码孔径,将编码微元按照区块阈值重新划分并进行灰度分级,从而实现低分辨率编码模板的高分辨率编码孔径。利用梯度投影稀疏重构(GPSR)算法进行数据立方体重建,实验结果表明:运用基于超分辨理论的编码孔径快照光谱成像系统所测得的光谱图像更精准,内容更丰富;采用基于区块阈值划分的编码孔径的编码孔径快照光谱成像系统具有更高的空间分辨率和光谱分辨率。结果证实优化后的编码孔径快照光谱成像系统,其分辨率和成像质量大幅度提升,并实现了高分辨率元件的100%利用。     

The spectral combination characteristic of grating and the bi-grating diffraction imaging effect

This paper reports on a new property of grating, namely spectral combination, and on bi-grating diffraction imaging that is based on spectral combination. The spectral combination characteristic of a grating is the capability of combining multiple light beams of different wavelengths incident from specific angles into a single beam. The bi-grating diffraction imaging is the formation of the image of an object with two gratings: the first grating disperses the multi-color light beams from the object and the second combines the dispersed light beams to form the image. We gave the conditions necessary for obtaining the spectral combination. We also presented the equations that relate the two gratings’ spatial frequencies, diffraction orders and positions necessary for obtaining the bi-grating diffraction imaging.     

正交偏振光谱微循环成像方法及装置

鉴于微循环图像成像质量的提高是微循环检测仪器实用化的关键，提出一种新的微循环检测方法及装置。利用基于该原理的正交偏振光谱成像仪器进行了实验，得到对比度清晰的甲襞微循环图像。用线性偏振光聚焦照射被测生物组织时，从组织表面反射回来的光保持了其偏振态，被放置在CCD前的偏振方向垂直的检偏器屏蔽掉；从组织内部返回的光发生复散射后退偏，通过检偏器成像。选择光源波长，使其落在红血球的吸收谱范围内，即可得到清晰的生物活体浅表面微循环图像。     

<Emphasis Type="Italic">In situ</Emphasis> detection and identification of microorganisms at single-colony resolution by spectral imaging

The in situ detection and identification of environmental microorganisms is important for general microbial ecology research. In addition, the rapid detection of microbial contamination in food-processing plants is essential. The current paper proposes a method for the rapid detection and identification of microorganisms using spectral imaging. Photosynthetic and non-photosynthetic bacterial colonies with different absorption spectra in the near-infrared wavelength region were measured directly from a Petri dish. The bacterial colonies were distinguished and subsequently typed using multiple discriminant analysis. The accuracy of the detection and identification of colonies of various sizes was evaluated. The results showed that colonies with diameters of 100 and 300 μm could be detected and identified, respectively, with adequate accuracy. Moreover, using our novel application of this spectral-imaging technique, the bacterial detection and identification times were reduced by more than half and by a few weeks, respectively, compared with conventional methods.     

基于光场一阶关联的时域成像

与通常利用二阶强度关联测量实现时域鬼成像不同,本文利用时域热光源借助干涉仪通过一阶关联实现时域成像.基于空域光束的近轴衍射和时域窄带脉冲在色散介质中色散之间的空间-时间二象性,在时域脉冲响应函数的基础上得到了表征一阶关联时域成像的强度表达式,分析研究了光源脉冲宽度和相干时间对成像可见度和分辨率的影响.结果一方面表明基于热光场一阶关联的时域成像在不需要额外色散补偿或消除条件下可以实现时域物体信号的再现,另一方面表明当光源脉冲宽度一定时,成像可见度随光源脉冲相干时间的增加而增加,但是成像分辨率逐渐降低,其中当光源脉冲宽度约为100 ps,相干时间约为0.5 ps时,间隔为20 ps,宽度为8 ps的时域矩形波型物体的成像质量(兼顾可见度和分辨率)较好.该结果对于基于热光一阶关联的时域成像在时序信号测量中的应用具有重要意义.     

基于MARS系统的X射线能谱K-edge特性CT成像技术

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于鉴别材质的关键技术问题,基于MARS系统的X射线能谱CT,开展了X射线能谱K-edge特性的CT成像技术研究。通过对单一材质和混（复）合材质组成的物理模型的多个X射线能量段进行CT断层扫描,获得了材质的K-edge特性曲线,以此重建出了材质的CT图像。借助材质K-edge特性的CT断层图像,可以进行材质的鉴别分析或进行更多的材质认知信息的分析研究。与传统的X射线CT技术相比较,它可以提供更为丰富的X射线衰减信息。     

基于光谱成像技术对中药黄柏煎煮实验的研究

煎煮中药的目的在于使药材中的活性成分充分析出,从而最大发挥中药治疗疾病的功效。为了检测药材在煎煮过程中活性成分的溶出度变化情况,运用光谱成像技术,以中药材黄柏为例,检测了其在煎煮过程中不同时刻的荧光强度,分析结果从侧面反映了黄柏活性成分的溶出度规律。