近红外显微图像的主成分法图像处理

介绍主成分分析算法在近红外显微图像分析中的应用,用该方法成功地提取出样品成分相关特征信息,并通过不同主成分的得分图像来描述样品的显微结构特征和特定化学成分分布。     

近红外光谱成像分析技术的应用进展

近红外光谱成像是近年来快速发展起来的一种新的分析手段,尤其在化学成分分析和污染物的空间分布测定方面,近红外图像技术具有实现快速、无损、原位、在线分析的特点。通过近红外图像不但能够得到生物组织和化学成分的清晰轮廓和分布信息,而且可以通过化学计量学方法实现对特定目标成分的定性和定量分析。本文简要介绍近红外光谱成像技术的原理、应用和发展特点,图像光谱的前处理方法,图像提取所需化学特征信息的化学计量学算法,以及近红外成像分析技术在医药领域,农业和食品等领域最新的应用和研究进展。     

近红外显微成像技术

以烟草混合样品为例简要介绍近红外显微成像技术和近红外显微镜的使用,介绍与之相关的实现化学成分鉴别的图像处理方法及图像显示方式。     

近红外光谱在烟草相似性分析中的应用

为研究近红外光谱分析技术在烟草质量相似性评价中的可行性,以云南省曲靖市烟区130个烟叶样品为研究对象,对其近红外光谱进行一阶导数与处理后,通过Matlab分析软件采用主成分分析法对上述烟叶样品进行相似性聚类分析并与烟草常规化学成分系统聚类分析结果进行对比。实验结果表明:近红外光谱分析法可以用于烟草质量相似性分析,且与化学成分分析所得结果基本一致。     

近近红外光谱法结合化学计量学对有机试剂混合物进行非破坏性分析

应用主成分分析法研究了甲苯、丙酮和庚烷混合体系的近近红外光谱。在主成分权重图上体现了纯试剂的光谱特征。用混合体系前两个主成分的得分做图，可对混合物分类。对混合物进行目标因子分析，得到的结果与参考值一致。     

基于径向基函数网络的茶多酚总儿茶素近红外光谱检测模型的研究

基于径向基函数神经网络(RBFN)建立了茶多酚总儿茶素含量的近红外光谱分析模型。茶多酚光谱采用小波压缩、标准化处理后,进行主成分分解,以主成分光谱作为RBFN的隐层输入函数,并通过改变主成分数对模型进行优化。当主成分数为7时得到了RBFN优化模型,该模型对定标样品集、全样品集和预测样品集的预测值与实际值回归系数R分别为0.999,0.999和0.992,预测均方误RMSEP分别为1.08%,2.06%和3.68%。     

用二维相关近红外谱和多维主成分分析判别掺杂牛奶

为了有效地提取牛奶中微量的掺杂物特征信息,提出了基于二维相关近红外光谱多维主成分分析（MPCA）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）判别牛奶掺杂物的方法。首先,采集纯牛奶、掺杂尿素牛奶和掺杂三聚氰胺牛奶的一维近红外谱,并对其进行相关计算,构建各样品的二维相关近红外谱。然后,采用多维主成分分析法分析二维相关谱矩阵,压缩数据,提取相关谱的得分矩阵。最后,将提取的得分矩阵输入最小二乘支持向量机,分别建立掺杂尿素牛奶、掺杂三聚氰胺牛奶及两种掺杂牛奶与纯牛奶的LS-SVM判别模型。用所建模型对测试集未知样品进行了判别,结果显示其判别正确率分别为92.3%,96.2%,92.3%。研究结果表明：所提出的方法不仅有效提取了牛奶中掺杂物的特征信息,而且缩短了建模所需时间,取得了较好的判别效果。     

近红外光谱和气相色谱-质谱联用技术对橄榄油掺杂及品质分析研究

分别采用近红外光谱技术及气相色谱-质谱联用技术对橄榄油样品进行分析。采用透射方式采集橄榄油样品的近红外光谱比漫反射方式可以获得更好的重现性;通过直观分析、二阶求导以及主成分分析可快速判别橄榄油与掺杂橄榄油。0.10 g橄榄油样品经过10 mL的KOH-甲醇溶液甲酯化处理后,加入10 mL正己烷和10 mL水进行液液萃取,并对正己烷提取液进行气相色谱-质谱分析,对39种橄榄油脂肪酸甲酯含量的分析结果与近红外光谱的主成分分析图对比得出,油酸和亚油酸是影响橄榄油近红外光谱扫描结果的主要成分。     

基于近红外光谱距离度量的烟叶均质性评价研究

现阶段,对烟叶均质性的评价一般是检测出烟叶化学指标,再运用化学指标进行均质性判定,这需要耗费大量的人力财力。基于多元统计分析的距离度量方法,对烟叶近红外光谱进行预处理后计算光谱间的距离,并研究了烟叶常规化学成分变异系数与烟叶近红外光谱距离变异系数之间的典型相关关系,建立了一种直接使用光谱欧氏距离、马氏距离、城市街区距离、切比雪夫距离和闵氏距离的变异系数来评价烟叶主要常规化学成分及其相对比例均质性的方法。典型相关性为0.799,烟叶化学成分变异系数集合已解释的方差比例为0.854,距离度量变异系数集合已解释的方差比例为0.798。为直接运用光谱建立烟叶质量均匀性评价提供了数据支撑,为快速、高效、低成本地实现烟叶均质性反馈控制奠定了基础。     

多元散射校正对近红外光谱分析定标模型的影响

采用近红外漫反射光谱分析技术,用傅里叶变换型光谱仪对50个烟叶样品采集吸收光谱,采用常用的多元散射校正(MSC)对光谱预处理,通过主成分分析、相关谱等方法比较分析了预处理对光谱分析的影响,用偏最小二乘(PLS)回归法建立近红外光谱与总糖含量的定标模型,用Leave-One-Out的交叉检验(Cross-Validation)检验定标模型,结果PLS因子数由MSC校正前的5降为校正后的3,RMSECV值仅由0.884 1%降为0.85%。实验证明:对光谱进行MSC预处理能有效减少模型的最佳因子数,简化数学模型,使模型更稳定,更便于传递,但并不能显著减小最优定标模型的预测标准差,即不能显著提高模型的预测能力。     

基于SVM近红外光谱在烤烟烟叶产地判别中的应用研究

为研究近红外光谱分析技术结合支持向量机(SVM)模式识别原理在鉴别烟叶产地中的可行性,选择云南省曲靖市所辖6个不同区县的180个烟叶样品为研究对象。对其近红外光谱进行一阶求导后,通过matlab分析软件建立预测各烟叶产地的近红外模型,并应用该模型对78个烟叶样品进行实际产地预测。实验结果表明:上述方法建立的预测模型训练样本的正确识别率100.00%,测试样本正确识别率为91.03%。结果显示,运用基于SVM的近红外光谱技术可以实现烤烟烟叶产地的快速准确判定。     

Determination of the carcinogenic potential of lubricant base oil using near infrared spectroscopy and chemometrics

In the present study, near-infrared (NIR) spectroscopy and chemometrics techniques have been combined to predict the carcinogenic potential of lubricant base oils. Principal component analysis was used to select the relevant wavelengths of the NIR spectra and principal component regression was employed to develop linear models to predict the total polyaromatic assay (IP 346) and the mutagenicity index (ASTM E1687/95) of lubricant oil samples. The good correlation between NIR normalised spectra (r=0.995; RMSEP=0.4%) and the total polyaromatic assay is discussed. It was concluded that the combination of both techniques could be used for the on-line determination of the carcinogenic potential of lubricant oils.     

近红外光谱法测定三元混合物中氯苯的含量

利用近红外光谱分析结合偏最小二乘法测定甲苯、氯苯和正庚烷构成的三元混合体系中氯苯的浓度。通过考察混合物吸光度与氯苯浓度的相关性,以预测残差平方和为评价指标,对光谱进行了变量筛选,并将选择的33个波长变量建立的定量校正模型与全谱范围的校正模型进行比较。结果表明本方法可使最终所得的模型中变量数大大减少,通过波长变量优选最小化冗余信息、提高预测精度及建模效率。     

FT-NIR光谱法测定烟叶中钙、镁元素

采用傅立叶变换近红外光谱仪对220个烟叶样品进行光谱采集,用偏最小二乘法建立钙元素和镁元素的校正模型,并通过剔除异常值优化模型。模型经过优化后的结果:钙元素近红外模型的R2值、SEE值、SEP值和RPD值分别为98.39%、0.11、0.15和5.7,模型因子数为14;镁元素近红外模型的R2值、SEE值、SEP值和RPD值分别为89.39%、0.04、0.06和2.2,模型因子数为14。用F检验和t检验说明近红外模型的预测值和化学值之间没有明显差异。结果表明,近红外光谱法可用于烟叶中的钙、镁元素的同时快速定量测定。     

一种快速简单多焦面显微图像融合方法

开发了一个用于多焦面显微图像融合的插件,该插件能支持任意大小的图像处理,由输入的多幅不同聚焦面的局部清晰显微图像,融合得到完整清晰的图像。重点研究了基于小波变换的多焦面显微图像融合的算法,通过Matlab仿真确定较优算法,采用C++语言编写插件,实现图像融合的功能。该融合插件操作简便,融合效果好,用软件的方法扩大了显微物镜的焦深。     

NIR汽油辛烷值测定仪中的支持向量机方法

提出了应用于近红外光谱汽油辛烷值测定仪的支持向量机方法 ,该方法具有强的泛化能力及全局最优解的特点 ,得到的数学模型其预测能力明显改善。实验表明该方法优越于目前在近红外光谱测定汽油辛烷值中常见的偏最小二乘和人工神经网络等方法     

近红外光谱法快速测定葛根中的五种成分

本文应用近红外光谱技术建立了快速检测葛根中有效成分的方法。研究了优化分析葛根总异黄酮、葛根素、大豆苷、淀粉和粗蛋白含量数学模型的各种条件,结果表明:建模样品集的化学值(又称真值)与近红外预测值的相关系数分别为:葛根总异黄酮R= 0.9752,葛根素R=0.9839,大豆苷R=0.9659,淀粉R=0.9628,粗蛋白R=0.9829;检验样品集的化学值与近红外预测值的相关系数分别为:0.9818,0.9752,0.9772,O.9737和0.9798。说明所建模型具有实际应用价值。     

River surface target enhancement and background suppression for unseeded LSPIV

Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) is an image-based technique for nonintrusive streamflow monitoring, where the visibility of flow tracers is one of the main limitations to its application in field conditions. Based on the target characteristics of flow tracers as well as the optical environment of river surface, the paper presents a target enhancement and background suppression method that innovatively combines near-infrared (NIR) imaging and spatial high-pass filtering (SHPF) to solve the above problem. An NIR smart camera was developed as the experimental instrument for image acquisition and preprocessing. Three sets of evaluations were performed at pixel-level, feature-level and vector-level. Results show that the NIR imaging not only enhances the contrast between targets and background, but also improves the peak signal-to-noise ratio (PSNR) of correlation plane in motion vector estimation. Moreover, the SHPF effectively suppresses the river background and strong noises, and consequently increases the percentage of correct vectors in the instantaneous flow field. Due to its strong operability, this method offers promising potential for the unseeded LSPIV.     

显微成像系统的多参数自适应优化技术

在基于显微磨粒图像处理的磨损故障诊断系统中,图像质量是保证磨粒分析的关键。而磨粒显微图像的成像质量与摄像机参数、光源参数有非常大的关系。采用遗传算法,对摄像机参数和光源参数进行了6个参数自动优化,利用标准图像与某参数下的图像差异构造了适应度函数,通过实数编码、赌轮选择、算术交叉和均匀变异等遗传算法操作,最终得到了一组最优的摄像机和光源参数。在该组参数下,磨粒图像与标准图像达到了最佳的逼近。最后,通过实验验证了该方法的正确有效性。     

油液在线监测系统中磨粒识别技术研究

针对磨损状态监测要求,构建了基于显微图像分析的油液在线监测系统。根据系统光路特点,对磨粒图像进行了基于彩色特征的转换,并通过与背景图像的差值处理来快速提取磨粒目标。基于最小二乘支持向量机设计了磨粒两类分类器,并利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机模型中的参数进行了优化选取;根据磨粒识别体系,设计了基于最小二乘支持向量机的磨粒综合分类器。最后,利用铁谱分析技术对系统性能和识别效果进行了检验,结果表明本系统具有较高的检测精度和识别效果。