高光谱成像的垃圾分类识别研究

高光谱成像因光谱分辨率高、图谱合一、可实现快速无损检测等特点现已广泛应用于农业、医学、遥感等领域。现有的对可回收生活垃圾检测与分类的方法,都存在检测时间长,分类效率低,而大量多种垃圾无法同时快速分拣等问题。考虑到不同类别的生活垃圾由于其主要组成分子结构的差异,对不同波长的光有不同的吸收特性。高光谱图像在记录待分类垃圾的空间信息的同时,可以获得垃圾对不同波长的光的反射率光谱信息,通过建立识别分类模型对反射率光谱信息进行分析可以实现对高光谱图像中待分类垃圾的识别与分类。收集常见纸质、塑料、木质三种材料的可回收的垃圾样本,包括塑料瓶、食品包装袋、塑料玩具(饰品)碎片、一次性筷子、雪糕棒、木制家具碎片、木制包装盒、废旧课本、广告纸、办公用纸等多种物品共30个样本,进行清洗和裁剪处理,避免样本表面污渍对样本反射率产生影响。利用高光谱成像系统采集样本在近红外(780～1 000 nm)范围内的高光谱图像,其中18个样本做训练样本集,12个样本做测试样本集。对采集的样本图像数据做预处理,包括去噪声以及黑白校正反演反射率信息等处理;通过主成分分析(PCA)方法对训练样本集感兴趣区域(ROI)进行分析,提取到的特征波段为795.815,836.869,885.619,916.409,929.239,934.37,957.463,972.858和988.253 nm;在特征波段下分别提取这三种类别垃圾的参考光谱,通过光谱角度填图法(SAM)对测试样本ROI区域内提取的测试样本点集在特征波段下与参考光谱进行匹配,由匹配程度进行样本点归类,分析结果表明,测试样本集中纸制样本(A类别)、塑料样本(B类别)、木制样本(C类别)的分类准确度分别为100%,98%和100%,测试样本点集整体的分类准确度为99.33%;通过Fisher判别方法分析训练样本集得出判别函数式和判别准则,对测试样本点集分类,评价结果为A,B和C类样本分类准确度分别为100%,100%和97%,测试样本点集整体分类准确度为99%。通过SAM和Fisher两种判别方法对测试样本集的光谱图像进行目标物的检测与分类,结果表明,利用SAM判别方法在可回收垃圾的高光谱图像中实现检测与分类有更高的分类准确度,可达到99.33%。同时,也验证了使用高光谱成像进行可回收垃圾快速分类的科学性以及可行性,对未来系统化、机械化、智能化地解决生活中可回收垃圾的分类具有一定的实用意义。     

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。     

《应用声学》2014年总目次 第33卷 第1-6期

正~~     

The application of laser reflective tomography in near-field measurements of ultrasonic transducers

With Laser Reflective Tomography（LRT）,the near fields of ultrasonic transducers were measured and analyzed.The principle of LRT measurement of ultrasonic field distribution was introduced and an experimental system was set up.Acoustic pressure of a multiple element piston transducer was measured by using of a laser vibrometer.Its distribution in amplitude and phase was obtained.The acoustic pressure in the same region was measured with a needle hydrophone to validate the LRT method.Furthermore,through reconstruction of acoustic fields,it indicated that LRT method is suitable for predicting the distribution on transducers＇surface and conditions of active elements.     

金属UV光敏薄膜的实验研究

介绍了金属Au和Al薄膜的制备方法，研究了其UV光电发射特性，并做了寿命实验。给出了在真空中以及放在大气中光电发射衰减的情况。指出了其在大气中达到一个稳定值之后，再反复多次暴露于干燥大气时仍存在一个稳定光电发射周期的特点，可长达数月。金属薄膜有一个最佳膜层厚度，这与光电发射逸出深度、膜层结构等密切相关。近年来光电子成像器件发展非常迅速，急需光电发射均匀的面电子源，因此在微通道板的特性测试和像管的动态模拟中，Au和Al金属薄膜成为被优选的对象。     

基于塔尔博特效应测量液体中的声速

通过移动凸透镜的纵向位置来调整像面上自成像级次,测得相邻2次自成像时凸透镜的距离,确定液体中的超声波长,再经计算给出声速,从而将类塔尔博特效应用于液体中声速的测量.给出了基于类塔尔博特效应的超声光栅测声速实验设计与验证,拓展了自成像技术的应用范围.     

薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统

设计了一套具有一定实用意义和科学价值的薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统,可以实现透明衬底上有机荧光分子薄膜生长的实时原位监测。进一步阐明了系统的硬件构筑思路和软件设计架构,并依据薄膜的形貌特征,给出8个主要生长信息参数及其求取算法,并利用自行搭建的实验系统,针对联六苯(p-6P)分子在云母衬底上的纳米纤维生长过程,得出了其准一维的线性生长规律。该系统作为重要的薄膜生长成像监测技术,有望在薄膜与衬底表面相互作用和衬底微区结构特性研究等方面起到积极的作用。     

Derivation of baroclinic Ertel–Rossby invariant-based thermally-coupled vorticity equation in moist flow

For the potential vorticity （PV） invariant, there is a PV-based complete-form vorticity equation, which we use heuris- tically in the present paper to answer the following question： for the Ertel-Rossby invariant （ERI）, is there a corresponding vorticity tendency equation？ Such an ERI-based thermally-coupled vorticity equation is derived and discussed in detail in this study. From the obtained new vorticity equation, the vertical vorticity change is constrained by the vertical velocity term, the term associated with the slope of the generalized momentum surface, the term related to the horizontal vorticity change, and the baroclinic or solenoid term. It explicitly includes both the dynamical and thermodynamic factors＇ influence on the vorticity change. For the ERI itself, besides the traditional PV term, the ERI also includes the moisture factor, which is excluded in dry ERI, and the term related to the gradients of pressure, kinetic energy, and potential energy that reflects the fast-manifold property. Therefore, it is more complete to describe the fast motions off the slow manifold for severe weather than the PV term. These advantages are naturally handed on and inherited by the ERI-based thermally-coupled vorticity equation. Then the ERI-based thermally-coupled vorticity equation is further transformed and compared with the traditional vorticity equation. The main difference between the two equations is the term which describes the contribution of the solenoid term to the vertical vorticity development. In a barotropic flow, the solenoid term disappears, then the ERI-based thermally-coupled vorticity equation can regress to the traditional vorticity equation.     

关于声波传递速度的新发现

 声在水中的传播速度大约为每秒1500米。当水冻成冰时,声在其中的传播速度升至每秒4000米左右。这种性质蕴含着一个几乎是公认的假设:对于任一种物质,声波在其固态物质中的传播速度大于在其液态物质中的速度。     

小波图像融合在太赫兹无损检测中的应用

玻璃纤维增强复合材料被广泛应用于航天、航空及其他军民各领域,它在制备和使用过程中通常会出现多个缺陷。太赫兹时域光谱成像技术有望成为玻璃纤维增强复合材料无损检测的有力补充手段。在太赫兹时域光谱成像过程中,可以选取时域或频域波形中的不同参数来进行成像。对于不同的缺陷,能够有效地对其进行检测的参数是不一样的。采用基于小波分解的图像融合方法将多幅不同参数获取的太赫兹反射图像结合起来,得到一幅包含所有缺陷信息的新图像。研究表明,基于小波分解的图像融合方法在太赫兹无损检测中的应用,能够获取单一参数成像无法检测的缺陷信息,为复合材料太赫兹图像后期处理提供了新的技术方法。