基于卓越工程师教育的频率特性分析课堂教学研究

频率特性分析在工程应用中具有重要的作用,在电路分析、模拟电子技术、信号与系统、自动控制理论等相关课程中都涉及到相关章节内容,在不同课程中如何根据工程应用和学生学习阶段把握具体的讲解内容和讲解方式非常重要。本文从频率特性的求解方法和具体物理意义角度开展在不同课程中讲解的方法,从时域和频域角度分别讨论其物理意义和具体的分析方法。通过渐进深化的教学过程和教学方法不断提高学生的知识掌握和应用技能,提高学生的工程意识、工程素质和工程创新能力,强化学生对于频率特性课程知识的综合应用能力。     

光谱编码计算关联成像技术研究

现有的多光谱成像技术通常采用光学分光的方式，使用多个探测器对成像场景的光谱图像进行采集，导致现有成像系统复杂，数据量大、效率低。针对现有技术的不足，提出基于正交调制模式的光谱编码计算关联成像技术。通过正交光谱编码矩阵融合Hadamard基图案构造投影散斑对宽带光源进行调制，单像素探测器收集成像物体与调制光源相互作用后的反射信号；应用演化压缩技术复原成像物体的混叠光谱图像；利用编码矩阵的正交性质解码出欠采样的光谱分量图像，对分离出的图像应用组稀疏压缩感知算法重构全采样的光谱分量图像，最后融合出成像物体的多光谱图像。通过数值模拟与实验两方面验证了所提方法的高效性。所提的技术简化了多光谱关联成像系统，降低了数据量。光谱编码方法可以扩展到更多的光谱通道，也可以应用在偏振关联成像、信息加密等领域。     

利伐沙班的定量检测:拉曼光谱法与远红外吸收光谱法

利伐沙班是一种新型口服抗凝药，它具有疗效确切、安全性好、使用方便等优点，所以经常用于静脉血栓栓塞性疾病的预防与治疗，以及非瓣膜性房颤的卒中预防。由于利伐沙班在患者体内的浓度会影响其对凝血因子Xa的抑制作用，这导致患者的临床反应有个体差异，影响最终治疗效果。为了更加合理地使用利伐沙班，临床上需要监测人体血液或尿液中利伐沙班的浓度。针对该临床需求，文中基于远红外指纹谱和拉曼特征谱在物质有效识别和定量分析的优势，采用傅里叶变换红外光谱仪和激光共聚焦拉曼光谱系统，针对液体状态下利伐沙班进行识别并定量检测。文中先通过傅里叶变换红外光谱仪检测利伐沙班的远红外吸收谱随其浓度发生的变化，再通过激光共聚焦拉曼光谱系统检测了利伐沙班的拉曼光谱随其浓度发生的变化，最后比较了远红外光谱法与拉曼法的准确率。经过比较，远红外检测的精度比拉曼光谱检测的精度提升2倍。这些结果对临床医学中利伐沙班的使用具有重要意义。     

基于近红外光谱的橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌的生长预测

酸土脂环酸芽孢杆菌（Alicyclobacillus acidoterrestris）是引起橙汁劣变的主要微生物，为研究酸土脂环酸芽孢杆菌在橙汁中的生长规律，利用近红外光谱获取橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌含量的信息，采用标准化（autoscale）、多元散射校正（multiplicative scatter correction,MSC）、标准正态变换（standard normal variate,SNV）、去趋势化（detrend）对光谱进行预处理，结合化学计量学，构建近红外光谱与酸土脂环酸芽孢杆菌含量预测模型。在此基础上，将近红外光谱转换为酸土脂环酸芽孢杆菌预测菌落数据，并采用“一步法”直接基于预测菌落数构建橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌的生长模型。结果表明，利用标准化进行光谱预处理建立的偏最小二乘（partial least squares,PLS）模型对橙汁中酸土脂环酸芽孢杆菌含量的预测效果相对较好，其预测决定系数（prediction determination coefficient,Rp2）与预测均方根误差（root mean square error of prediction...     

西藏丁青象牙玉的玉石学及矿物学特征

矿床产于西藏丁青县，其质地温润细腻，色如象牙，故得名“象牙玉”， 矿石呈砾石状，部分呈磨圆状、椭圆状。运用紫外可见光谱、X射线荧光光谱、红外光谱、X射线粉晶衍射及扫描电镜等技术对象牙玉进行了玉石学及矿物学特征研究。结果表明:象牙玉摩氏硬度在4~6，相对密度2.92~3.05，折射率1.62~1.70，无多色性，无特征吸收谱带，主要矿物成分为菱镁矿（MgCO₃），少量石英（SiO₂），微量方解石（CaCO₃）。丁青象牙玉的玉石学及矿物学特征可作为产地鉴定的依据。      

光栅对石墨烯太赫兹光学性质的影响

在不考虑等离激元诱导效应的情况下，利用玻尔兹曼平衡方程方法从理论上研究了金属光栅结构对石墨烯光电导率的直接影响。研究发现由于光栅对入射光的动量补偿作用，光栅对石墨烯的带内光电导率产生了显著的影响，使得在石墨烯的太赫兹吸收窗口区域出现光电导率峰，并且该光电导率峰可由光栅周期、电子浓度以及温度来调控。该研究有助于深入理解光栅结构对光电材料的影响，并表明光栅-石墨烯体系可以应用于可调谐的太赫兹光电器件，如太赫兹探测器。     

机器学习理论的超光谱遥感图像无损压缩

针对一般超光谱遥感图像的压缩方法无法同时实现图像信息缩减和图像完整性的问题，提出一种机器学习理论的超光谱遥感图像无损压缩方法。利用机器学习中的聚类算法进行第一次压缩，减少超光谱遥感图像中的冗余波段光谱，并降低图像维度；再利用机器学习中的人工神经网络进行第二次压缩，将不同图像子块送入不同压缩率的神经元当中，通过隐含层自主完成图像压缩编码。通过与四种一般压缩方法的对比验证，本方法图像压缩后，图像压缩率更小，图像分辨率和信息熵更高，既有效地减少了图像信息量，能够保留有效关键信息，达到了图像信息缩减和图像完整性的双重目标。     

基于RGB颜色信息聚类的光谱反射率重建

针对光谱反射率研究中因训练样本数据量大造成的冗杂等问题，提出了一种基于RGB信息进行聚类的样本分类方法。首先对颜色进行聚类并确定聚类个数，后对每一类光谱反射率使用BP神经网络分别进行重建。对于实验结果，使用ΔE₀₀、均方根误差（RMSE）以及适应度系数等标准进行评价，同时与主成分分析算法进行对比。从实验分析可得出，在聚类数目为7时光谱反射率重建效果最好，这时的平均CIE2000的色差为0.836，平均RMSE为0.0149，平均适应度系数为99.82%，并且，在最后对重建色差较大的色块进行了优化处理。实验证明，颜色聚类方法可以很好的应用于光谱反射率重建。     

高光谱成像用高帧频CMOS图像传感器北大核心

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求,设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管,读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片,为了抑制光电二极管的光谱干涉效应,后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺,并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期,成像效果良好,像素具备积分可调和全局快门功能,最终实现的像素规模为512×256,像元尺寸为30μm×30μm,最大满阱电子为400 ke^(-),FPN小于0.2%,动态范围为72 dB,帧频为450 f/s,相邻10 nm波段范围内量子效率相差小于10%,可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。