叶面降尘的高光谱定量遥感模型

利用自主设计的叶面降尘量测定方法,测定了榆树叶面的降尘量数据,结合地面高光谱遥感数据,研究了叶面降尘对榆树叶片高光谱特征的影响及叶面降尘量的高光谱定量反演.研究结果表明,叶面降尘可提高可见光波段的反射率,降低近红外波段的反射率,且对可见光波段的影响要大于近红外波段; 叶面降尘对三边位置没有影响,对三边幅值和面积有明显影响; 利用降尘光谱指数和三边参数建立的叶面降尘量模型,只具备粗略预测能力,而采用多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归建立的模型,均具有很强的预测能力,其中以一阶微分建立的偏最小二乘回归模型的效果最佳,预测决定系数为0.92,预测均方根误差为1.06,样本标准差与预测均方根误差比为8.2.     

改进的SVM在矿井气体定量分析中的应用

自行搭建了气体采集系统,根据井下的气体情况,采集了包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和二氧化碳五种气体的中红外光谱数据共236组,其中校正集186组,验证集50组。在对光谱数据进行预处理之后,利用主成分分析技术将得到的主吸收峰区域的红外光谱数据进行降维处理,通过特征提取得到3个特征值作为矿井气体光谱数据的输入量。该方法有效减少了模型的计算量,加快了模型的收敛速度。然后,利用改进支持向量机分别对这五种气体建立了定量分析模型。为提高该算法的预测精度,利用遗传算法和粒子群优化算法分别对SVM参数进行参数寻优。最后,选择优化效果更好的粒子群算法,并通过验证集对这五种气体进行了浓度预测分析。实验结果表明:五种气体浓度预测结果的平均误差均小于1.78%,最大误差均小于4.98%,且对于50组的气体预测耗时均小于103 s。表明所提出的改进的SVM算法能够准确、快速地预测矿井气体浓度,对实现矿井气体检测有着积极的意义。     

水稻叶片氮含量光谱监测中使用连续投影算法的可行性

使用5段移动平滑法、基线校正、光谱面积归一化、多元散射校正方法对水稻叶片可见-近红外光谱进行预处理,使用连续投影算法（SPA）进行有效波长的选取。分别基于光谱指数RVI、NDVI建立多元线性回归（MLR）模型,基于SPA有效波长建立MLR模型,基于全部波长建立主成分回归（PCR）及偏最小二乘法（PLS）回归模型。利用模型预测水稻叶片氮含量,对比发现基于SPA有效波长建立的模型的预测效果明显好于基于光谱指数RVI及NDVI建立的模型,略差于基于全部波长建立的PCR及PLS模型。基于MSC预处理光谱及SPA有效波长建立的模型预测集预测结果r=0.7943,RMSE=0.4558。在水稻叶片氮含量光谱监测中使用连续投影算法进行有效波长的选取是可行的。     

玉米粉中苯甲酸的太赫兹光谱定量检测研究

为了检测玉米粉中苯甲酸的含量，控制苯甲酸在玉米粉中使用量，提高食品安全等级，采用太赫兹光谱技术对玉米粉中苯甲酸含量进行定量研究，获得了玉米粉中不同质量分数的苯甲酸在0.5THz~3THz的光谱数据。采用偏最小二乘、最小二乘支持向量机和多元线性回归构建光谱模型，未参与建模的样品用来进行模型评估, 并利用预测集相关系数R_p和预测集均方根误差e_RMSEP对模型进行了评价。结果表明, 最小二乘支持向量机模型评价能力最强，预测集相关系数R_p=0.9958，预测集均方根误差e_RMSEP=0.0057。说明太赫兹技术结合化学计量学方法可以用于定量检测玉米粉中苯甲酸的含量。     

基于高光谱图谱融合技术的宁夏滩羊肉嫩度检测方法研究

利用可见/近红外高光谱图谱融合技术对宁夏滩 羊肉嫩度检测进行研究。通过高光谱系统(400～1000nm)采集了128个滩羊肉图像,对原始光谱结合偏 最小二乘回归(PLSR)模型进行多种光谱预处理研究,优选出S-G卷积平滑预 处理方法,采用PLSR的加权β系数提取9个特征波长,对比分析 全波段与特征 波长下的PLSR模型;同时提取出与羊肉嫩度相关的4个图像特征参数,建立基 于图像特征的多元线性回归(MLR)模型;在此基础上,融合特征波长与表面脂肪分布图像特 征 参数建立了羊肉嫩度的PLSR模型。结果表明,采用单一光谱数据下S-G卷积平 滑预处理结合特征波长建立的PLSR模型取得了较好预测效果,基于图谱特征 变量融合的PLSR模型相比于单一光谱模型效果更佳,预测集的相关系数和预测 均方根误差(RMSEP)分别为0.89和0.73,表明本文提出的方法 进行羊肉嫩度定量检测是可行的。     

光学被动成像干涉技术探测深海热液CH4

为了实现对热液甲烷浓度、温度和压强信息的实时、长期探测,提出一种新颖的光学被动成像干涉系统（Optical Passive Imaging Interference System,OPⅡS）,并建立了该系统的正演模型和反演模型。首先利用IDL语言建立了包括深海气体辐射模型、海水传输模型和仪器响应模型的OPⅡS正演模型,并模拟其正演干涉图。正演干涉图信噪比总体处于50~70,浓度探测灵敏度为0.1 mmol/L,温度灵敏度为2 K,压强灵敏度为0.1 MPa。其次采用成像干涉技术结合偏最小二乘法的方法进行OPⅡS数据的精确、快速反演。利用25个建模样本建立了甲烷多因变量PLS回归模型,并利用25个预测样本对回归模型进行交叉检验。该最优回归模型的浓度预测最大误差为1.9%,温度预测最大误差为0.38%,压强预测最大误差为1.0%。     

基于中红外光谱的甲醇/乙醇柴油鉴别与含量测定方法分析北大核心CSCD

为实现对醇类柴油的鉴别和含量的测定,在实验室制备了甲醇柴油和乙醇柴油。利用主成分分析方法将甲醇柴油和乙醇柴油分成两类,利用中红外光谱法对光谱数据进行平滑、基线校正、多元散射校正和归一化,得到预处理光谱图,使用最小二乘支持向量机(LSSVM)模型预测甲醇柴油的甲醇含量和乙醇柴油的乙醇含量,其模型误判率低于7.1%。结果表明,甲醇柴油甲醇含量LSSVM模型预测集相关系数和预测集均方误差分别为0.9791和1.7201;乙醇柴油乙醇含量LSSVM模型预测集相关系数和预测集均方误差分别为0.9802和2.9563。实验的结果表明最小二乘支持向量机模型能够预测甲醇乙醇柴油中的甲醇和乙醇含量,且是一种很有前途的方法。     

基于Tchebichef图像矩的氧化锌太赫兹光谱定量研究

为了提高多组分混合物太赫兹光谱定量分析的准确性和稳定性, 将Tchebichef图像矩结合偏最小二乘回归(PLS)的建模方法引入到太赫兹光谱定量分析中, 以橡胶添加剂氧化锌、白炭黑与丁腈橡胶的混合物为实验样本, 对混合物中的氧化锌进行定量分析。获取样本太赫兹吸光度数据后, 用3维光谱自构建方法构建样本的3维光谱, 利用Tchebichef图像矩提取样本3维光谱灰度图的特征信息, 然后用PLS建立定量模型对氧化锌进行定量分析。结果表明, 由本方法得到的样本预测集相关系数和均方根误差分别为0.9993和0.0351, 与用PLS和支持向量回归直接对吸光度数据进行建模的方法相比, 结果更加准确和稳定。本方法能够对混合物中氧化锌进行准确、稳定的定量分析, 为多组分混合物太赫兹光谱定量分析提供了新思路。     

以干扰光谱做内部标准的乙醇激光遥测技术

乙醇是具有宽带吸收特征的大分子挥发性有机物气体,其宽带吸收受空气背景光谱的干扰,这给遥测带来了极大的困难。文中提出通过准确测量干扰光谱、用干扰光谱作为差分吸收谱内部标准的宽带谱气体分析方法,修正光谱分析系统可能的基线偏移和非线性,该方法成功应用于乙醇气体的激光遥测。针对乙醇的近红外特征吸收（7180 cm?1）,在实验室条件下,以近红外DFB激光器构建了开放式的遥测实验系统,测量结果表明乙醇浓度测量误差小于3.5 ppm,由Allan方差评价结果表明在积分时间15.1 s时,检测限2.6 ppm,比目前报道的最低检测限低近2个数量级。实现了乙醇的高灵敏开放光程遥测,为进一步研制小型化的乙醇气体遥测系统奠定了基础。     

梨表面色泽的可见/近红外漫反射光谱无损检测研究

应用可见/近红外漫反射光谱对梨表面色泽进行无损检测研究.在350～1800nm光谱区间,结合梨的原始吸收光谱和标准化光谱,采用多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)三种数学校正算法进行了定量对比分析.原始吸收光谱应用偏最小二乘回归建立的定标模型对24个未知样品的预测结果是:L*、a*、b*预测均方差分别为1.4251,0.4569和0.9497;相对预测偏差分别为3.7404%,3.3571%和2.5877%.实验结果表明:可见/近红外光谱技术对梨表面色泽的无损检测具有可行性.     

舰用燃气轮机排气系统远程红外成像多尺度多线组宽带k分布模型数值仿真研究

针对现有的宽带k分布模型不适合温度和参与性组分比例剧烈变化的气体的辐射特性计算的问题,建立了多尺度多线组宽带k分布模型（MSMGWB）,并针对舰用燃气轮机排气系统远程辐射特性计算面临的高温燃气与环境空气热力学参数,对MSMGWB模型的光谱吸收系数分组进行了优化。一系列一维气体辐射传输算例的计算结果表明:当高温燃气与低温空气的温度和水蒸气、二氧化碳、一氧化碳摩尔比差别巨大时,多尺度多线组宽带k分布模型对3~5 m波段气体辐射传输特性的预测精度远高于原始宽带k分布模型和窄带模型,并且与灰体固壁保持了很好的兼容性。最后,对不同相对风速下舰用燃气轮机引射排气系统的流场、固体温度场及其近、远距离红外成像进行了数值计算,结果表明:气体重力和燃气中的一氧化碳对其3~5 m波段红外成像的影响不能忽略。     

基于红外视频的加油枪油气泄漏检测方法

加油站如果发生油气泄漏将造成巨大危害。针对加油枪泄漏油气具有的浓度低、动态发展等特性,提出一种基于红外视频的加油枪油气泄漏检测方法:利用红外相机采集加油枪工作区域的视频信号,针对其建立混合高斯背景模型,联合帧差法和背景消除法得到疑似泄漏图像;对该图像进行形态学和滤波运算,提取帧图像的形状和扩散特征,根据油气泄漏的特征范围,消除信号噪声干扰;建立图像灰度与油气浓度间的映射方程,按照国家油气泄漏浓度标准的相关规定,判断是否泄漏超标。本研究以水蒸气为模拟实验对象进行测试,结果表明该方法能较为精准的判断泄漏情况。     

大气流场传输效应对探测系统性能的影响

分析了目标与背景的红外辐射特性,建立了目标与背景辐射温差传递数学模型,研究了大气对红外辐射传输的影响,分别考察了水蒸气、二氧化碳的吸收和大气散射对红外辐射传输的影响;计算了探测系统的主要性能评价参数:调制传递函数、最小可分辨温差和视距,并通过仿真得到了探测系统对目标所成的失真目标图像。研究结果表明,大气流场传输效应会使得探测系统对目标的成像发生像模糊,导致目标与背景之间的对比度下降。     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。     

基于中红外DFB-ICL的氨气传感器设计

氨气是主要恶臭物质之一,为了实现工业环境污染源中氨气排放的连续监测,研制了中红外激光气体传感器,与传统近红外氨气传感器受干扰气体影响较大不同的是,该传感器采用中红外分布反馈结构的带间级联激光器(distributed feedback inter-band cascade laser, DFB-ICL)为光源,工作波长在3 μm附近,避免了水和CO2干扰气体的影响,同时以空芯光波导（芯径1 mm、长度5 m）做气体池,采用自制多通道数字锁相放大器,同时解调1f和2f谐波信号,实现免校准测量,获得了传感器的梯度实验结果,线性度高达0.99917,不确定度高达0.9%。Allan方差评价结果显示其稳定性非常出色,在最佳积分时间167 s时,本传感器的检测限低至9.7 ppb。     

基于激光遥感的酒驾遥感探测技术研究

为了更精确定量遥测酒驾人员呼出气体中的酒精气体浓度，采用同时测量酒精气体浓度和水汽浓度且同步获取车内酒精气体稀释系数的双谱段定波长激光遥感探测方法，进行了酒精浓度、水汽浓度的反演算法以及稀释系数计算的理论分析和对吸收光谱的实验验证，取得了酒精气体和水汽光谱吸收特性，确定了所用激光波长为1392nm和1412nm。结果表明，该方法可以排除水汽干扰且获得酒气稀释系数，可更精确定量测量呼出气体中的酒气浓度。     

柔性有机发光器件封装材料气体渗透率的质谱法测量

柔性有机电致发光器件(FOLED)封装材料的研究已成为目前国内外FOLED研究的热点。如何测量水蒸汽、氧气和其他活性气体对FOLED封装材料的渗透率, 是FOLED封装材料研究的一个重要课题。提出用质谱分析技术解决柔性有机电致发光器件封装材料气体渗透率的测量问题, 建立了一个封装材料渗透率的质谱法测量系统。介绍了该系统的原理, 利用该系统测量了水蒸汽、氧气和二氧化碳等气体对PET塑料, 以及水蒸汽对ITO薄膜、银薄膜等材料的渗透率。所获得的实验结果与其他文献报道的数据进行了比较, 证明质谱法测量的结果是可信的。     

Support vector regression-based study of interference in absorption spectral lines of mixed gases

When measuring the concentration of multi-component gas mixtures based on supercontinuum laser absorption spectroscopy (SCLAS), there are interferences between the absorption spectral lines. For the spectral interference problem of CO2 and CH4 at 1 432 nm, a method based on support vector regression (SVR) is proposed in this paper. The SVR model, the k-nearest neighbor (KNN) model and the least squares (LS) model are used to analyze and predict the absorption spectral data, and the prediction accuracies were 96.29%, 88.89% and 85.19%, respectively, with the highest prediction accuracy of the SVR model. The results show that the method can accurately measure the concentration of gas mixtures, realize the detection of mixed gases using a single waveband, and provide a solution to the overlapping spectral line interference of multi-component gas mixtures.