一种基于光谱奇异值检测的高光谱遥感小目标探测方法

高光谱遥感技术能够借助丰富的地物图像和光谱信息,反映目标地物与背景地物间的细微差异,从而将其区分开来。目前的小目标探测算法多侧重于从图像处理方面着手,文章则从光谱维数据分析的角度出发,利用光谱分析中的奇异值检测方法探测小目标,首先对关注区域的地物像元光谱进行连续统去除和正交变换等预处理;然后将每个像元的光谱对该区域平均光谱进行光谱匹配求其相似性,并实现高光谱数据降维;而后通过光谱角匹配值的马氏距离进行奇异值检测,将马氏距离大于自适应阈值的像元判定为小目标。该方法不需要任何先验信息,实验结果表明该方法运算量较小,运算速度快,并有较好的小目标探测准确度。     

Characterization of cuttlebone for a biomimetic design of cellular structures

Cuttlebone is a natural material possessing the multifunctional properties of high porosity, high flexural stiffness and compressive strength, making it a fine example of design optimization of cellular structures created by nature. Examination of cuttlebone using scanning electron micros- copy （SEM） reveals an approximately periodic microstruc- ture, appropriate for computational characterization using direct homogenization techniques. In this paper, volume fractions and stiffness tensors were determined based on two different unit cell models that were extracted from two different cuttlefish samples. These characterized results were then used as the target values in an inverse homogenization procedure aiming to re-generate microstructures with the same properties as cuttlebone. Unit cells with similar topologies to the original cuttlebone unit cells were achieved, attaining the same volume fraction （i.e. bulk density） and the same （or very close） stiffness tensor. In addition, a range of alternate unit cell topologies were achieved also attaining the target properties, revealing the non-unique nature of this inverse homogenization problem.     

有机-无机骨架杂化酸碱双功能高硅Y型沸石的制备和结构表征

以甲胺水溶液为改性剂, 高硅Y型沸石可在常温下吸附甲胺(MA)制备有机-无机杂化酸碱双功能高硅Y型沸石材料. X 射线粉末衍射(XRD), 固体²⁹Si魔角核磁共振(¹³C及²⁹Si MAS NMR)表征表明甲胺分子与高硅Y型沸石骨架相互作用导致沸石结构发生变化, 骨架上生成新的Si—N键及Si—OH. 以热重分析(TG/DTG), NH₃, CO₂程序升温脱附(NH₃-TPD和CO₂-TPD)研究杂化Y型沸石的酸碱性质及其经不同温度焙烧后的变化, 结果表明, 杂化后沸石的酸/碱量, 尤其是后者明显增大, 其原因是骨架上生成了新的Si—OH及Si—N键.     

不连续温度场问题的间断Galerkin方法

针对不连续温度场问题建立了一种间断Galerkin有限元方法,该方法的主要特点是允许插值函数在单元边界上存在跳变.在建立有限元方程时,通过在单元边界上引入数值通量项和稳定性项来处理间断效应,并且数值通量可以直接由接触热阻的定义式导出.数值算例表明该方法可以很方便且准确地捕捉到结构内部由于接触热阻而引起的温度跳变,同时在局部高梯度温度场的模拟方面也比常规连续Galerkin有限元方法效率明显要高.该方法也为研究由接触热阻引起的温度场与应力场之间的耦合问题提供了一种新的数值模拟手段.     

高光谱遥感技术在水稻转入基因表达的检测指示作用研究

传统方法在转基因作物目的基因表达检测上做了很多工作,但仍有发展空间。该研究利用野外高光谱仪(ASD野外光谱仪),避免了实验室测量带来温度水分差异造成的影响,实地测量大田水稻样本光谱数据;通过引入内部聚类系数控制类内波段聚合度,使用均值光谱表征样本类光谱,计算与光合作用高度相关的边峰以及光化学植被指数等参数,快速定量了转基因组样本与亲本在光合作用波段的光谱表达差异。研究结果表明转入基因得到了表达、对样本产生了影响,同时发现面积参数适合描述样本差异,而光化学植被指数对样本差异尤为敏感。这些都证明高光谱遥感技术在水稻转入基因表达检测上具有良好指示作用和应用优势,前景看好。     

基于高光谱成像的生鲜猪肉细菌总数预测建模方法研究

生鲜猪肉中细菌总数(TVC)超标会直接危害大众,为此研究验证高光谱成像技术结合相应的建模方法预测生鲜猪肉中TVC的可行性。针对非线性、小样本问题, 以及光谱维和空间维的大数据量问题,在综合比较偏最小二乘回归(PLSR)、人工神经网络(ANNs)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)3种建模方法的基础上,最终选取了LS-SVM方法组建模型。3种建模方法综合比较的结果表明,LS-SVM同时兼顾了训练精度和泛化能力两方面的性能,使其都能做到最优,与标准平板菌落计数法所检测TVC的决定系数分别为0.987 2和0.942 6,校正均方根误差和预测标准均方根误差分别为0.207 1和0.217 6,其建模性能优于其他方法。研究结果表明,高光谱成像技术结合LS-SVM预测建模方法可作为快速、非破坏预测生鲜猪肉TVC的有效手段。     

高光谱遥感图像光谱解混的独立成分分析技术

高光谱遥感在对地球陆地、海洋、大气的观测中发挥着重要作用,高光谱遥感图像分析的关键是提取像元光谱内部各物质成分及其含量,即光谱解混。独立成分分析提供了一种先进的技术手段,在很少先验知识的前提下,实现端元(物质成分)光谱及其丰度(含量)的同时提取。但丰度约束破坏了各成分独立的前提条件,导致了独立成分分析的局限性。针对这一问题,提出了丰度约束下总体相关性最小化的解决方案,并指出总体相关性最小化下的理想角度,通过设计角度修正的独立成分分析算法把各成分调整到理想角度上。利用模拟数据与真实数据算法进行检验,结果表明：经过角度修正后,独立成分分析突破了原有的局限性,有助于进一步提高独立成分分析技术在光谱分析中的有效性。     

利用偏最小二乘回归从冬小麦冠层光谱提取叶片含水量

通过人为控制灌溉水平,在冬小麦3个发育期(孕穗、开花、乳熟)测定了冠层光谱和叶片含水量(leaf water content,LWC)。针对每期数据,结合偏最小二乘回归和迭代特征去除,建立了基于诊断波段的LWC回归模型。结果表明,叶片水分的光谱响应及反演精度受小麦生长状态的影响。在孕穗、开花和乳熟3个发育阶段,回归模型中光谱数据的最佳利用形式分别为对数光谱、导数光谱和反射率光谱;重要光谱区间为SWIR,NIR和SWIR;模型交叉验证决定系数(R2_CV)为0.750,0.889和0.696。研究结论对今后监测冬小麦旱情和开发作物水分遥感产品具有重要的指导作用。     

利用高光谱红边与黄边位置距离识别小麦条锈病

研究的目的是利用高光谱遥感尽可能早地识别出健康与遭受条锈病胁迫的小麦。通过人工田间诱发不同等级条锈病,在不同生育期测定感染不同严重程度条锈病的冬小麦冠层光谱及病情指数(disease index,DI)。对测定的光谱进行平滑并计算一阶微分值,并用两种方法分别提取光谱红边位置(red edge position,REP)与黄边位置(yellow edge position,YEP)：(1)一阶微分最大值法;(2)Cho and Skidmore方法。研究表明随着病情严重度的增加,REP逐渐向短波方向移动,YEP逐渐向长波方向移动,而REP-YEP则迅速的减小。分别对比分析了REP,YEP以及REP-YEP预测DI的能力,结果表明,以REP-YEP为变量的模型预测DI的精度最好,模型估测绝对误差(RMSE)仅为6.22,相对误差(relative error,RE)为14.3%,且能够提前12 d识别出健康与病害胁迫的小麦。该研究不仅可为将来利用高光谱遥感大面积监测小麦病害提供理论与技术支持,而且对精准农业的实施也具有重要意义与实际应用价值。     

五嗪含氮取代基衍生物结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了CN, NO₂, NH₂, N₃, N₂H, NHNH₂, N₄H和N₄H₃等含氮取代基取代五嗪环上的氢原子生成的衍生物, 预测了它们的分子构型、分解能及含能性质. 对衍生物分解能的研究结果表明, CN和NH₂取代的衍生物的分解能比未取代时更高, 而其余基团的取代使分解能降低; 取代基化合物的生成热越大, 取代五嗪中的氢原子后生成衍生物的生成热也越大. N₄H₃, NO₂, H, N₂H, N₄H, N₃和CN取代的五嗪衍生物的单位原子生成热为72.6～108.9 kJ, 比文献报道的三叠氮基-均三嗪的(70.2 kJ)更高. 对于CN, N₂H, N₄H₃, N₃和N₄H取代的衍生物, 其生成热为871.4～1159.3 kJ•mol^－1, 但N₄H和N₄H₃的分解能较小, 稳定性较差. 因此, N₃, N₂H和CN取代的衍生物可能成为高能量、低感度的含能材料.