宽波段微型光谱仪的小波奇异值差分去噪

为克服传统光谱仪器价格昂贵、体型庞大等缺点,设计了一款宽波段微型光谱仪,测量波段为200～1 100nm,光谱的像元分辨率均在0.5 nm以内,具有较好的分光特性。为提高光谱仪的测量精度、降低光谱仪硬件和光学系统引入的噪声,提出了一种小波奇异值差分算法,使用小波阈值去噪方法对高频信号的低层小波系数进行消噪处理,对高频信号的全部小波系数进行奇异值分解,并采用差分法选择奇异值阶次。结果显示,信噪比可达到20.960 0,去噪效果较好;均方根误差值为1 510.3,波形相似系数值为0.996 0,去噪较彻底且能保留光谱有效特征,对宽波段微型光谱仪的去噪具有很好的可行性。     

基于卤钨灯和LED的复合光源设计与实现

在光谱检测技术中所采用的光谱范围通常在紫外-可见光波段,同时要求该光源能够输出连续、稳定且光强较强的光,一般的单一光源很难满足这个要求.通常卤钨灯在可见光波段能很好的满足光谱检测分析,但在紫外波段无法满足要求.鉴于此,紫外LED灯可以弥补卤钨灯在紫外波段光强较弱的缺陷.为了实现紫外-可见光-近红外复合光源的设计,采用恒压输出驱动不同功率紫外LED灯,实现光谱光强的均匀性,最终设计成功一款小型紫外-可见光-近红外复合光源.     

药芯焊丝焊接过程光谱特征波段分析与选择

针对某型自保护药芯焊丝设计焊接工艺试验,利用光谱仪和专用分析软件研究焊接过程中电弧等离子体辐射光谱分布曲线,对其在各谱段的分布特征进行分析,认为紫外波段的光谱曲线波长较短且衰减严重;可见光波段整体相对辐射强度较高,特别是在绿光和黄光区域尤为强烈,在红光区域电弧光谱相对强度较为稳定;在近红外波段电弧光谱辐射强度逐渐下降。综合考虑不同的应用对象,可见光波段适用于电弧等离子体物理本质研究,自保护药芯焊丝电弧等离子体和熔滴过渡的检测适合采用红光光谱窗口,而焊缝跟踪等则适合采用近红外或者红光光谱窗口。     

污水化学需氧量近红外光谱分析的波段选择

采用近红外透射光谱和移动窗口偏最小二乘（MWPLS）方法,建立污水化学需氧量（COD）近红外光谱分析的优化模型最优模型的对应波段为820-850nm,采用波长点个数为16,PLS因子数、RMSEP、RP分别为13,25.5mg/L,0.968,预测相关很高,其预测效果明显优于全谱模型,并且采用的波长点个数远远优于全谱波长点的个数,大大降低模型的复杂性,可为设计专用近红外光谱仪器提供参考.     

光谱分辨率的选取对食用油近红外模型性能影响分析

近红外光谱仪的类型和工作参数的设定对测量过程和分析结果均有一定影响.重点讨论了在傅立叶变换型光谱仪上设定不同的光谱分辨率对食用油近红外定量模型性能的影响.实验采用Vertex 70光谱仪,在3种光谱分辨率(4,8,16 cm-1)条件下,采用透射式液体光纤探头采集60份食用油样品近红外谱图.针对3组近红外光谱样品集,分别采用蒙特卡罗采样法剔除异常样品,根据Kennard-Stone法划分校正集和校验集后,建立优化食用油棕榈酸近红外定量分析模型并作预测.结果表明基于16 cm-1建立的食用油近红外模型指标优于4 cm-1和8 cm-1所建的模型,该结果可以为均匀液体作近红外检测时光谱分辨率的设定提供参考.     

基于高光谱指数的土壤盐渍化遥感监测研究——以平罗县为例

为建立土壤盐渍化遥感监测模型,以宁夏平罗县为例,通过在野外测定高光谱数据,结合室内土壤样品化学分析结果,分析不同类型盐渍化土壤光谱特征,并对实测土壤光谱数据进行倒数、对数及其一阶微分等变换,确定响应土壤盐分质量分数和pH值的最优波段,最后通过回归分析构建土壤盐渍化监测模型。结果表明:不同类型盐渍化土壤光谱曲线在形态上基本趋于一致,光谱反射率在可见光范围内随波长增长而增大,在近红外波段,增长速度减缓;通过相关分析,确定对数一阶微分变换对应的385.7 nm和原始一阶微分变换对应的1 708.4 nm分别为土壤光谱反射率与土壤盐分质量分数和pH值的最佳特征波段;以高光谱盐分指数(SI2)为自变量,土壤盐分质量分数为因变量,利用二次多项式回归模型建立的预测模型为最优模型,该模型实测值和预测值间拟合系数(R2)为0.673,通过0.01显著性水平检验。     

双波段共口径同时偏振光学系统设计

为了实现快速提取目标在不同光谱下偏振辐射特性的目的,设计了一款可见光为0.38～0.76μm,近红外为0.85～1.6μm双波段目标探测识别的分孔径同时偏振成像系统,该系统由四个分孔径子系统组成和一个公共镜头组组成。设计结果表明:该系统对可见光和近红外波段分别进行偏振编码成像时,可见光波段和近红外波段可以同时获得不同光谱的偏振图像信息,保证了各个光谱对同一目标成像的一致性,实现了对同一目标不同辐射特性偏振图像的采集。当光学系统的焦距为60mm,F数为5,视场角2ω为3.8°,系统反应速度快,整体成像质量良好,可实现昼夜全天候工作。     

一种高光谱成像光谱仪光谱定标方法

介绍了一种高光谱成像光谱仪的光谱定标方法,高光谱成像光谱仪是一种结合光谱探测和成像特点的仪器,在CCD靶面上形成光谱和空间成像的二维图像,因此,其光谱定标方法较传统光谱定标方法有较大的不同。针对高光谱成像光谱仪的特点设计了一套光谱定标光路,采用高斯曲线拟合的方法确定中心波长的位置,提取光谱维方向的半高宽作为光谱带宽,采用最小二乘法进行全波段光谱定标,经过拟合计算得到该光谱定标方法的标准差为0.23nm,满足使用要求。同时为该种光谱定标方法应用于多种类型的高光谱成像光谱仪定标过程中提供了宝贵的经验。     

多组分溶液近红外光谱检测算法研究

利用下一代红外光谱检测仪MEMS-FTIR,在基于近红外波段1 000—2 100 nm区域对多组分糖溶液进行检测,通过开源平台的R语言对实验中的近红外光谱数据进行数据分析和PLS算法研究,为下一代快速、便携式、移动平台光谱数据分析奠定基础。本次研究主要使用具有开源性质的R语言和近红外光谱PLS算法,PLS算法可以显著提高近红外光谱回归模型的有效性。在建立回归模型后,对模型的RMSEP系数和R2系数进行分析和比较,结果表明建立的多组分糖浓度的PLS回归模型拟合程度较高。     

小型Offner色散型高光谱成像系统设计

针对传统型色散成像光谱仪较复杂的准直物镜结构,讨论了轻量小型化的可能,研究了曲面棱镜的色散和像差特性,曲面棱镜-Offner系统色散型光谱仪的的设计原则,得出了初始结构的设计方法,并设计了可见光/近红外光谱段的高光谱成像系统,其中2块曲面棱镜材料都为H-F2,用来提高光谱分辨率和成像质量,并用Zemax光学设计软件进行了系统优化,在400~800nm的谱段内,光谱分辨率小于4nm,全光谱范围内,色畸变小于0.082个像元,谱线弯曲小于0.068个像元。     

基于光谱学与遥感技术的矿区废弃地土壤特性参数分析

为了研究露天煤矿开采形成的废弃地对生态环境的影响,以阜新海州露天煤矿排土场作为研究对象,选取了36个采样点。首先测量了采样点土壤的反射光谱,然后在各点采集土壤样品并分析其特性参数。对36个采样点土壤样本的全氮、pH值、有机质和电导率等7个参数与光谱反射率进行相关性分析,得出:pH值与光谱反射率正相关,全氮、有机质、速效磷与反射率负相关;在600 nm红色波段之后pH值、有机质和全氮的相关系数较高;土样的速效氮、速效磷、速效钾及电导率与光谱反射率之间没有明显的相关性。在光谱分析基础上,利用SPOT5遥感影像相应波段灰度值建立了pH值、有机质、全氮等土壤参数的预测方程,获得了较高的精度。以上结果表明:可以用光谱反射率数据和遥感影像对废弃地土壤特征进行定量分析,为植被恢复提供决策数据。     

便携式拉曼光谱仪结合化学计量法的水质分析

采用便携式拉曼光谱仪结合化学计量学的方法检测分类水质,改进了传统方法检测繁琐,效率低的问题。利用便携式拉曼光谱仪检测蒸馏水（对照组）和另外4组不同区域湖水水样的光谱信号,得到5种不同水样的光谱图,首先使用自适应迭代重加权惩罚最小二乘算法（airPLS）去除基线,然后采用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）进行模式识别,再使用s-line图找出五组光谱的特征波段,最后利用交叉验证证明了模型的可信度。结果表明:不同水质湖水水样具有不同的光谱特性,而OPLS-DA分析表明其特征谱带位于1 000~1 700 cm^-1的光谱范围内,因此便携式拉曼光谱仪结合化学计量法可以应用于快速水质分析。     

近红外付里叶变换光谱仪与稀土铁柘榴石单晶透射谱

考虑到近红外波段测量的需要,我们将FB—1型可见光范围付里叶变换光谱仪扩展使用到近红外波段,并用此谱仪对磁光柘榴石YIG、BiCaVIG、Bi—YIG、GdBiIG等单晶在1.0～2.5μm范围的室温透射谱进行了测量。结果表明GdBiIG晶体在近红外波段具有最好的透射率。最后在改装后的近红外付里叶变换光谱仪上做了有机物结构分析和试样含水量分析并作了讨论。     

用于多光谱辐射测温的VNIR波段变焦镜头设计

采用多光谱辐射测温法对火工品燃烧温度进行检测时,要求热辐射系统同时能够成像,针对此要求对系统进行了设计。从测量参数约束出发,对变焦镜头主要参数、变焦方程以及各组元的基本参数进行了计算。依据变焦原理与变焦方程编写MATLAB分析程序,以正切差、视场角、系统总长为约束条件,综合考虑光焦度分配,以寻求最佳的结构参数,设计的变焦镜头可实现400~1700nm波段图像信号的传输。最后采用ZEMAX软件,分别在可见光和近红外波段进行优化设计和像质分析。可见光波段在满足视场要求的情况下,其各点传递函数均不小于0.5@100lp/mm,满足移动精度的要求。     

主动光源近红外光谱仪研究应用进展

近红外分析法作为一种快速、准确、无损的检测方法,已经广泛应用于多个行业领域。近红外光谱仪在现代检测领域的影响愈发深远。结合近红外光谱仪发展历程,阐述了不同类型的主动光源近红外光谱仪的原理。通过分析比较国内外近红外光谱仪的发展现状,指出了当前市场上各种近红外光谱仪的优劣势,提出国内近红外光谱仪市场中存在的问题,并预测其发展趋势。     

基于多光谱视觉的稻瘟病抗病性分级检测技术

利用MS3100多光谱相机采集了受稻瘟病侵染的秧苗多光谱图像,通过图像分割、复原和分析,得到了在近红外、红光和绿光波段稻苗植株样本图像的灰度均值。将3个波段的图像灰度值作为特征参量,并采用支持向量机技术建立稻瘟病的抗病性分级检测模型。结果表明,模型具有较高的分类精度。抗性样本和感病样本的分类精度达到100%,抗性样本和中等感病样本的分类精度为96.8%。本研究为水稻品种抗病性鉴定调查提供了一种新的方法,同时也为稻瘟病早期检测提供了基础。     

软X射线波段透射光栅检测系统

目前,透射光栅被广泛地应用于软X射线波段光谱测量当中。但由于在软X射线波段几乎所有材料都有非常明显的吸收,因此利用传统方法很难在该波段对透射光栅进行检测。为了检测透射光栅在软X射线波段的光谱分辨本领,我们基于掠入射理论,采用凹面反射光栅单色仪配X射线CCD相机组成一套软X射线波段透射光栅检测装置。首先利用He空心阴极光源的30.38nm、53.70nm和58.43nm三条线谱对透射光栅检测系统进行波长标定。然后更换激光等离子体光源,测量并得到了金自支撑式透射光栅在6.67nm和9.10nm两个波长位置上一级衍射位置和一级衍射光谱线宽度,利用半宽度法计算并得出在以上两个波长位置时被测透射光栅一级谱所能分辨的最小波长差为2.38nm和2.05nm。实验结果表明该投射光栅检测系统完全可以应用于软X射线波段透射光栅检测工作当中。     

车载近红外变焦距光学系统设计

为了增加汽车驾驶员夜间的观察距离,可以采用近红外光源配合成像光学系统的方案.本文针对此种方素设计了具有6倍变焦功能,工作波段750～900nm的近红外成像光学系统.设计过程中求取了高斯解,进行了像差校正,取得了较为合理的设计结果.并给出了该变焦距光学系统的凸轮曲线.     

基于双积分球的光学镜片透反射率测量系统

传统的透反射率测量系统不能同时实现透反射率的高精度测量,并且测量角度固定,测量光学镜片口径较小。为此研制了基于双积分球的透反射率测量系统。系统采用双积分球结构,完成了宽光谱(300nm~1600nm)大角度(0°~90°)范围大口径光学镜片的透反射率测量,采用锁相放大器,有效提取出了微弱信号,抑制了背景光的干扰,实现了亮场环境下的测量,提高了测量精度。最终实验验证以及不确定度分析的结果可以达到:白光透射率测试精度为0.25%,近红外光谱测试精度为0.316%;白光反射率测试精度为0.301%,近红外光谱测试精度为0.381%。     

MIR和NIR光谱技术比较及在烃源岩分析中的应用

中红外光谱和近红外光谱具有快速、无污染、无破坏性特点,是对物质成分进行定量分析的有力工具。2种红外光谱又各具特色,从光谱产生机制、光谱分析模型和光谱仪器设计等角度进行分析对比,探讨2种光谱的各自优势和不足,为实际工作中光谱的选择提供依据。以烃源岩岩屑为研究对象,用中红外光谱和近红外光谱分别进行了分析。结果表明,当用小波多尺度正交校正方法对原始光谱进行预处理后,可明显提高近红外光谱分析模型的准确性和稳定性,得到与中红外光谱分析模型相一致的结果。