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基于太赫兹光谱数据和卷积神经网络的脑胶质瘤EGFR扩增状态预测
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作者 赵小燕 郑绍文 +8 位作者 吴先毫 孙志延 陶锐 张天尧 袁媛 刘幸 周大彪 张朝晖 杨沛 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第10期2856-2862,共7页
脑胶质瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤,具有高度的侵袭性。其中胶质母细胞瘤(GBM)是脑胶质瘤中恶性程度最高的一种,患者在5年内存活率只有5.6%。表皮生长因子受体(EGFR)对脑胶质瘤的生长、侵袭和复发中起着重要作用,在胶质母细胞瘤... 脑胶质瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤,具有高度的侵袭性。其中胶质母细胞瘤(GBM)是脑胶质瘤中恶性程度最高的一种,患者在5年内存活率只有5.6%。表皮生长因子受体(EGFR)对脑胶质瘤的生长、侵袭和复发中起着重要作用,在胶质母细胞瘤中,EGFR扩增和突变已被确定为驱动因素。目前脑胶质瘤整合诊断流程受限于实验操作复杂,往往存在一定滞后性,需在手术后2周左右才能得到结果,无法为术者提供实时分子病理信息支持。本文提出了一种基于术中病理冰冻切片的太赫兹时域光谱(THz-TDS)数据结合卷积神经网络(CNN)对EGFR扩增状态进行预测的方法。术中通过THz-TDS系统采集脑胶质瘤冰冻切片的光谱数据,计算其吸收系数,并利用Savitzky-Golay滤波器将其平滑处理后,再用格拉姆角场(GAF)、马尔可夫转移场(MTF)和递归图(RP)将吸收系数分别转化成二维图像数据作为后续CNN模型的输入。为充分利用图像数据,我们采用单一图像输入、前端融合和中端融合等不同方式搭建CNN模型。通过对比分析不同模型下的受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)值发现,格拉姆角和场(GASF)与格拉姆角差场(GADF)的中端融合卷积神经网络模型预测效果最好,测试集预测的AUC值为94.74%。此外,目前常用的基于太赫兹光谱数据的预测模型中,多是利用一维光谱数据降维后结合机器学习进行分析,处理过程中会造成部分数据信息丢失。因此我们还对吸收系数结合机器学习的方法进行了训练和测试。通过对比一维数据和二维图像的不同模型结果,可以发现相较于一维太赫兹时域光谱数据进行机器学习,二维光谱图像在卷积神经网络中训练模型有着更好的预测效果。实验结果表明本文提出的基于太赫兹光谱数据和卷积神经网络模型能够实现EGFR扩增状态的实时快速预测,为研究太赫兹时域光谱在脑胶质瘤中进行分子病理学分类提供了新的思路,对术中及时调整手术策略以及尽早制定术后辅助治疗方案具有重要意义。 展开更多
关键词 太赫兹光谱 脑胶质瘤 EGFR扩增 卷积神经网络 二维图像数据
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结合深度时空谱特征的高光谱数据融合方法
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作者 潘琛 汪晓楚 王志威 《测绘通报》 北大核心 2025年第8期118-122,共5页
为提升星载高光谱遥感影像的空间分辨率,克服单一数据源在时空和光谱信息表达上的局限性,本文提出了一种基于深度时空谱特征的高光谱数据融合方法。该方法融合了高光谱影像的丰富光谱信息与多光谱影像的高空间细节,实现了星载高光谱数... 为提升星载高光谱遥感影像的空间分辨率,克服单一数据源在时空和光谱信息表达上的局限性,本文提出了一种基于深度时空谱特征的高光谱数据融合方法。该方法融合了高光谱影像的丰富光谱信息与多光谱影像的高空间细节,实现了星载高光谱数据空间分辨率的提升。根据生成对抗网络思想设计了高光谱数据融合网络,优化了特征融合策略,有效增强了模型对不同分辨率影像的处理能力。试验结果表明,相比传统方法,本文所提的数据融合方法在保持空间结构与光谱一致性方面均具有更优的表现,多项定量评价指标验证了该方法的有效性与稳健性。本文方法为高光谱遥感影像的增强与应用提供了技术支撑,具有重要的理论意义和实践价值。 展开更多
关键词 光谱影像 多光谱影像 数据级融合 生成对抗网络 光谱数据融合
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基于无人机多光谱数据和氮素空间分异的玉米冠层氮浓度估算 被引量:3
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作者 郝琪 陈天陆 +4 位作者 王富贵 王振 白岚方 王永强 王志刚 《作物学报》 CAS 北大核心 2025年第1期189-206,共18页
作物冠层氮素营养的遥感诊断对指导作物精准施氮,提高作物氮效率和产量具有重要意义。本研究针对玉米冠层纵深大影响无人机估算氮浓度精度的问题,基于2022年和2023年不同氮肥运筹处理下田间无人机多光谱数据和氮浓度实测数据,分析玉米... 作物冠层氮素营养的遥感诊断对指导作物精准施氮,提高作物氮效率和产量具有重要意义。本研究针对玉米冠层纵深大影响无人机估算氮浓度精度的问题,基于2022年和2023年不同氮肥运筹处理下田间无人机多光谱数据和氮浓度实测数据,分析玉米冠层氮浓度空间分布特征,并利用随机森林算法确定估算冠层氮浓度的有效叶层。进一步结合随机森林算法和多光谱植被指数构建有效叶层氮浓度估算模型,最终将有效叶层氮浓度转换到冠层尺度实现冠层氮浓度的估算。结果表明:(1)九叶展期和大喇叭口期玉米冠层氮浓度表现为上层叶片>中层叶片>下层叶片,吐丝期和乳熟期表现为中层叶片>上层叶片>下层叶片。(2)各时期估算冠层氮浓度的有效叶层分别为下层、中层、中层和中层。与支持向量回归模型相比,随机森林回归估算冠层氮浓度的精度较高。(3)结合随机森林算法,基于有效叶层氮浓度估算冠层氮浓度的平均RMSE、NRMSE和MAE分别为0.10%、4.41%和0.07%,而直接基于植被指数估算冠层氮浓度的平均RMSE、NRMSE和MAE分别为0.19%、9.00%和0.15%。综上,玉米冠层氮浓度存在空间分异特征,估算冠层氮浓度时考虑基于随机森林和植被指数估算的有效叶层氮浓度能明显提高冠层氮浓度的估算精度。本研究确定的考虑空间分异的冠层氮浓度估算框架可为玉米氮素营养实时诊断提供理论支撑。 展开更多
关键词 玉米 冠层氮浓度 氮素空间分异 多光谱数据 机器学习
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基于FPGA的拉曼光谱数据实时采集系统
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作者 孙新茹 禹静 +4 位作者 李琪 董璐 张正东 张海洋 李雪玲 《现代电子技术》 北大核心 2025年第14期12-16,共5页
为实现快速、低检测限的水污染检测,基于拉曼散射原理设计一种拉曼光谱数据实时采集系统。结合CMOS探测器设计了光谱数据采集模块,并配套开发了FPGA主控模块。为了更加灵活地调节系统参数,如光谱积分时间等,采用上位机进行顶层控制,具... 为实现快速、低检测限的水污染检测,基于拉曼散射原理设计一种拉曼光谱数据实时采集系统。结合CMOS探测器设计了光谱数据采集模块,并配套开发了FPGA主控模块。为了更加灵活地调节系统参数,如光谱积分时间等,采用上位机进行顶层控制,具体是通过在FPGA和上位机间设计UART通信协议,在FPGA主控模块中设计对应地址单元等实现的。设计出的拉曼光谱数据实时采集系统在5 s内即可得到拉曼光谱,针对常见水污染物,如多环芳烃(萘)等可达到244 mg/L的检测限。所设计系统可应用于日常水质检测、水污染应急检测等多种水污染检测场景,并对水污染检测提供有力技术支持。 展开更多
关键词 水污染 拉曼光谱 数据采集系统 拉曼散射 CMOS FPGA UART
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多光谱目标检测算法及相关数据集综述
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作者 张天泷 耿远超 +1 位作者 廖予祯 许党朋 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第5期1-18,共18页
相较于单一波段目标检测技术,多光谱目标检测技术通过捕获物体在多个不同波长的光谱波段下的反射或辐射信息,极大地提高目标检测的准确性和应对复杂环境的鲁棒性。在遥感、农业检测、环境保护、工业生产以及国防安全等领域有着广泛的应... 相较于单一波段目标检测技术,多光谱目标检测技术通过捕获物体在多个不同波长的光谱波段下的反射或辐射信息,极大地提高目标检测的准确性和应对复杂环境的鲁棒性。在遥感、农业检测、环境保护、工业生产以及国防安全等领域有着广泛的应用。然而,目前多光谱目标检测领域仍面临着严峻挑战:多样化的高质量数据集以及高效目标检测算法的缺乏,严重制约了该技术的进一步发展和应用。鉴于此,综合阐释了多光谱目标检测数据集的制作方法以及多光谱目标检测算法的重要进展。首先,系统分析了多光谱数据集的构建过程,包括数据采集,预处理和数据标注。其次,全面分析了目标检测算法发展的历史脉络,这些算法涵盖了基于传统特征提取技术的目标检测算法、深度学习方法以及其改进版本。此外,着重强调了算法开发者为提升多光谱目标检测性能在特征融合、模型架构和子网络方面所作的关键改进。最后,探讨了多光谱目标检测技术未来的发展方向,期望为研究人员指明潜在的研究热点和应用领域,促成多光谱目标检测技术在实际场景中更广泛的应用,提升其社会价值。 展开更多
关键词 多光谱成像技术 成像光谱 目标检测算法 多光谱目标检测算法 数据 特征融合
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结合典型地物光谱的珠海一号高光谱数据辐射与大气一体化校正方法
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作者 李玉华 邓孺孺 +5 位作者 李嘉怡 郭昱 李依玲 旷志渊 谷钰泽 梁业恒 《测绘通报》 北大核心 2025年第1期52-58,共7页
对于高光谱数据而言,由于传感器工作波段较窄,感光能量小,且各个波段在成像过程中产生的传感器辐射误差与大气影响交织在一起,导致单方面考虑大气因素的纠正方法难以获得高精度的结果。因此,本文从辐射传输原理出发,以珠海一号高光谱数... 对于高光谱数据而言,由于传感器工作波段较窄,感光能量小,且各个波段在成像过程中产生的传感器辐射误差与大气影响交织在一起,导致单方面考虑大气因素的纠正方法难以获得高精度的结果。因此,本文从辐射传输原理出发,以珠海一号高光谱数据为例,结合高、低反射率两种典型地物,提出了一种面向高光谱数据的辐射与大气一体化纠正模型,并将其校正结果与FLAASH、QUAC、EMPL方法进行比较,同时选择裸土、植被和水体三类典型地物进行精度分析。结果表明,本文校正结果能够有效修正大气散射的影响,校正结果相关系数均在0.9以上,光谱角均位于13°以内,均方根误差最高不超过0.15,校正结果稳定,尤其在低反射水体方面,效果远优于其他大气校正方法。 展开更多
关键词 大气校正 光谱数据 珠海一号 辐射与大气一体化校正
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高密度植被覆盖区基于无人机高光谱数据的农田土壤有机质反演
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作者 汪杰 孙孝林 +8 位作者 伍丹华 周亚男 刘畅 曹越 汤叶涛 张美薇 王晓晴 曾令涛 崔宇培 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第10期2885-2896,共12页
精准、高效地估测土壤有机质含量并获取其空间分布,对于农业发展、生态环境保护和气候变化应对等领域至关重要。然而,传统的农田土壤有机质信息获取方法存在诸多局限,难以满足实际需求,尤其是在高密度植被覆盖的热带和亚热带地区。当前... 精准、高效地估测土壤有机质含量并获取其空间分布,对于农业发展、生态环境保护和气候变化应对等领域至关重要。然而,传统的农田土壤有机质信息获取方法存在诸多局限,难以满足实际需求,尤其是在高密度植被覆盖的热带和亚热带地区。当前,无人机广泛普及,并且大量基于植被遥感的土壤信息反演研究已为解决该问题提供了新的思路。为了验证该思路,本研究以广东省韶关市一块面积约75公顷的农田为研究对象,首先获取作物成熟期的无人机植被高光谱影像,并采集103个土壤样本带回实验室进行高光谱和有机质含量测定,接着采用连续小波变换对无人机植被和实验室土壤高光谱进行特征提取,最后结合随机森林算法,分别对特征提取前后的高光谱数据进行土壤有机质含量反演及制图,并与普通克里格制图进行比较。结果表明:(1)无人机植被高光谱与土壤有机质含量具有显著相关性,但无人机植被高光谱反演土壤有机质含量的准确度略低于土壤高光谱;(2)经过连续小波变换处理后,无人机植被高光谱反演土壤有机质的准确度优于土壤高光谱,但仍略低于连续小波变换后的土壤高光谱;(3)无人机植被高光谱反演土壤有机质含量的制图准确度优于传统的普通克里格方法,且非常精细。综合无人机植被高光谱在成本、效率上的显著优势,本研究认为无人机植被高光谱反演并制图土壤有机质含量的方法可为智慧农业等领域提供大量、详尽的土壤信息,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 无人机高光谱数据 高密度植被覆盖区 土壤有机质 特征提取 数字制图
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多光谱激光雷达伪监测数据的纠正技术
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作者 丁华峰 曹元 《现代雷达》 北大核心 2025年第6期39-45,共7页
由于温度变化、机械振动和电磁干扰等因素造成的耦合干扰,使得多光谱激光雷达(LiDAR)伪监测数据不能真实反映目标物体的实际信息,致使数据失真。为了提高多光谱LiDAR数据的准确性和可靠性,需对多光谱LiDAR伪监测数据进行纠正。首先,使... 由于温度变化、机械振动和电磁干扰等因素造成的耦合干扰,使得多光谱激光雷达(LiDAR)伪监测数据不能真实反映目标物体的实际信息,致使数据失真。为了提高多光谱LiDAR数据的准确性和可靠性,需对多光谱LiDAR伪监测数据进行纠正。首先,使用去均值方式消除多光谱LiDAR测量过程中环境温度引起的偏差问题,并采用五点三次平滑法进一步去除机械振动导致的干扰噪声;然后,通过最小二乘法去除趋势项,解决电磁干扰对数据的影响,实现多光谱LiDAR伪监测数据预处理;最后,在已知基站位置的基础上,采用伪距差分法实现对多光谱LiDAR伪监测数据的纠正。实验结果表明,所提方法获取的多光谱LiDAR测量效果较好,具有较小的位移频率监测误差,可以有效提高测量结果的准确性和可靠性。 展开更多
关键词 多光谱激光雷达 伪监测数据 信号预处理 耦合干扰消除 数据纠正
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数据驱动的多光谱卫星遥感大气校正
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作者 余雨棠 余涛 +3 位作者 谢东海 吴俣 张丽丽 左欣 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第4期101-115,共15页
地表与大气的辐射传输耦合过程复杂,造成传统大气校正技术存在精度和效率的局限。基于经验线性方法的校正效率较高但精度有限,辐射传输模型方法虽精度较高但其高计算开销制约了多光谱卫星遥感的定量应用。随着神经网络的发展,物理模型... 地表与大气的辐射传输耦合过程复杂,造成传统大气校正技术存在精度和效率的局限。基于经验线性方法的校正效率较高但精度有限,辐射传输模型方法虽精度较高但其高计算开销制约了多光谱卫星遥感的定量应用。随着神经网络的发展,物理模型与数据驱动方法的融合为大气校正提供新思路。文章提出一种深度神经网络框架,学习物理模型模拟数据集,在保证精度的同时显著提升处理效率。首先通过辐射传输模型在不同观测几何、大气状态和地表反射率特性下模拟卫星入瞳辐射数据,构建正向模拟多光谱遥感数据集。随后神经网络学习其中的地理几何和光谱特征,实现像素级的大气校正。实验表明,该方法相对于6S方法处理速度提升约六个数量级,平均绝对误差与相对误差分别为0.028和0.82;与主流物理模型工具在图像质量、定量指标及实测植被光谱对比中表现良好。该研究为多光谱遥感影像的定量应用提供了一种高效的大气校正路径。 展开更多
关键词 多光谱遥感 数据驱动大气校正 地表反射率 辐射传输模型 神经网络
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利用光谱数据融合技术快速检测稻米蛋白含量的研究
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作者 孙慧婷 汪志强 +6 位作者 武金铭 冷辉鹏 潘金鑫 刘木 钟明宇 由嘉芮 刘金明 《黑龙江八一农垦大学学报》 2025年第2期96-103,共8页
蛋白质含量是衡量稻米品质的关键因素之一。为探索利用光谱数据融合技术实现稻米蛋白质含量快速检测的潜力,试验提出了一种改进的二进制粒子群优化算法(Improved binary particle swarm optimization,IBPSO),该算法专门用于拉曼光谱与... 蛋白质含量是衡量稻米品质的关键因素之一。为探索利用光谱数据融合技术实现稻米蛋白质含量快速检测的潜力,试验提出了一种改进的二进制粒子群优化算法(Improved binary particle swarm optimization,IBPSO),该算法专门用于拉曼光谱与近红外光谱(R aman-NIR)融合数据的特征波长选择,能有效提升基于偏最小二乘法(Partial least squares,PLS)的回归校正模型的预测准确性。采用IBPSO构建的大米蛋白质含量检测模型,其预测决定系数(R_(p)^(2))达到了0.903,预测均方根误差(Root mean square error of prediction,RMSEP)为0.235%,预测平均相对误差(Mean relative error of prediction,MREP)则为2.768%,这些性能指标均优于采用其他4种经典算法进行特征波长选择后所建立的模型。结果表明:IBPSO通过粒子值为“1”二进制位的指导性寻优,能够实现高相关性建模波长变量的高效获取;IBPSO与光谱数据融合技术相结合能够实现大米蛋白质含量的快速检测,为相关在线检测装备的研发提供了理论支持。 展开更多
关键词 数据层融合 拉曼光谱 近红外光谱 粒子群算法 稻米蛋白质
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基于WGAN-GP数据增强的成品油拉曼光谱鉴别方法
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作者 董晓炜 任琪 +3 位作者 张哲菁 杨志猛 王海龙 段秀山 《分析科学学报》 北大核心 2025年第3期307-314,共8页
拉曼光谱技术结合深度学习在成品油检测领域具有重要的意义,但常遇到因光谱数据不足,无法满足深度学习大量样本数据训练的要求。本研究首先使用拉曼光谱仪采集不同地区的0#车柴、3#航煤、92#汽油、95#汽油4类成品油样品,并进行光谱预处... 拉曼光谱技术结合深度学习在成品油检测领域具有重要的意义,但常遇到因光谱数据不足,无法满足深度学习大量样本数据训练的要求。本研究首先使用拉曼光谱仪采集不同地区的0#车柴、3#航煤、92#汽油、95#汽油4类成品油样品,并进行光谱预处理操作;再分别基于经典数据增强(Classical data augmentation,CDA)、对抗生成网络(Generative adversarial networks,GAN)及WGAN-GP(Wasserstein generative adversarial nets-gradient penalty,WGAN-GP)3种方式对拉曼光谱数据集扩充,为了评估数据增强的效果,采用结构相似度、Frechet Inception距离得分以及欧式距离3个评价指标来衡量生成光谱质量;最后,在WGAN-GP扩充数据集基础上,分别构建偏最小二乘法、K最近邻、支持向量机、堆栈自编码器4种分类器,并对比分类效果。实验结果表明,WGAN-GP模型能在只有少量拉曼光谱的情况下,通过对抗学习的方式生成高质量的光谱数据集,有利于深度学习模型的训练,从而提高分类器的准确率。此外,在相同迭代次数的训练条件下,相比于GAN模型,WGAN-GP模型的生成光谱收敛更快、波动性更小,训练过程更稳定。 展开更多
关键词 拉曼光谱 对抗生成网络 油品鉴别 数据增强 Wasserstein距离
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基于ASTER VNIR-SWIR多光谱遥感数据识别与提取干旱地区岩性信息——以西南天山柯坪隆起东部为例 被引量:19
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作者 时丕龙 付碧宏 二宫芳树 《地质科学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期333-347,共15页
ASTER多光谱遥感数据目前可以用于岩石矿物资源信息的识别和提取。本研究尝试利用ASTER可见光近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)的多光谱遥感数据提取干旱地区的岩石与矿物信息。基于新疆天山西南缘柯坪隆起东部不同地层单元岩石的化学组成... ASTER多光谱遥感数据目前可以用于岩石矿物资源信息的识别和提取。本研究尝试利用ASTER可见光近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)的多光谱遥感数据提取干旱地区的岩石与矿物信息。基于新疆天山西南缘柯坪隆起东部不同地层单元岩石的化学组成和矿物成份以及VNIR-SWIR谱域光谱吸收特征的分析,我们采用相关吸收波段深度(RBD)和波段比值(BR)方法对研究区的多光谱遥感数据进行图像处理,有效区分和识别了白云岩、石灰岩、砂岩以及阿克苏群的蓝片岩—绿片岩和砂质片岩。白云岩的CO_3^(2-)吸收谱带中心波长位于2.32μm,与灰岩的CO_3^(2-)吸收谱带中心波长位置2.35μm相比,具有向短波长方向移动的特点,据此可以利用RBD7、RBD8分别有效的识别白云岩和灰岩;长英质岩石显示Al-OH和Fe^(3+)VNIR-SWIR吸收特征,而基性-超基性岩石显示Fe^(2+)和Fe、Mg-OH特征,利用不同的铁价态和次要矿物可以区分它们:ASTER band2/band1代表了含Fe^(3+)矿物分布信息、ASTER band5/band4代表了含Fe^(2+)矿物分布信息、RBD6可以估计Al-OH矿物的丰度;砂质/泥质片岩含较多的多硅白云母、绿泥石、黑硬绿泥石以及风化后表面覆盖的其它粘土矿物,在2.21μm(band6)存在有特征的吸收谱带,并且在1.65μm(band 4)具有较高的反射率,而蓝片/绿片岩在2.21μm(band 6)反射率较高,不具有明显特征吸收谱带,同时其在1.65μm(band 4)反射率较低,因此蓝片/绿片岩ASTER band4/band6比值低。应用ASTER band4/band6波段比值可以有效的区分开砂质/泥质片岩与蓝片岩/绿片岩。 展开更多
关键词 岩性识别 波段比值 相关吸收波段深度 aster多光谱数据 天山
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基于Voigt函数的拉曼光谱样本数据增强方法
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作者 卜子川 刘继红 +3 位作者 任凯利 刘驰 张家庚 严学文 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2502-2510,共9页
拉曼光谱技术在现代分析化学和物理化学领域扮演着重要角色,尤其在揭示物质结构和性质方面提供了重要信息。近年来,深度学习和人工智能技术的发展为拉曼光谱分析提供了新方向,并且在光谱分类和识别中表现优异,但深度学习模型性能高度依... 拉曼光谱技术在现代分析化学和物理化学领域扮演着重要角色,尤其在揭示物质结构和性质方面提供了重要信息。近年来,深度学习和人工智能技术的发展为拉曼光谱分析提供了新方向,并且在光谱分类和识别中表现优异,但深度学习模型性能高度依赖数据规模与质量,而拉曼光谱数据的采集比较耗时并且类型单一,无法满足模型的训练需要,因此需要通过数据增强技术来实现训练数据的扩增。针对以上问题,提出了一种基于Voigt函数的拉曼光谱样本数据增强方法,通过对光谱中的谱峰使用Voigt函数进行拟合,然后将每个拟合峰在指定范围内随机进行左右平移和幅值变化,最后将所有拟合峰线性叠加,从而达到增强数据集的目的。本文将该方法与常用的三种拉曼光谱数据增强方法(加噪法、偏移法和左右平移法)在一组少样本多类别的拉曼光谱数据下进行对比,通过结构相似度(SSIM)和PCA总解释方差占比两种评价指标,评估了不同方法生成的增强光谱的质量,并分别在K近邻(KNN)、支持向量机(SVM)和一维卷积神经网络(1D-CNN)三种分类模型中进行训练和测试,以评估模型的分类性能和泛化能力。结果表明:Voigt函数法得到的拉曼增强光谱在两种评价指标中表现优异,且在由增强数据集所训练的分类模型中,验证集和原始数据集在加噪法、偏移法和Voigt函数法的三种分类模型中的准确率均为100%,而左右平移法的分类模型表现较差,其准确率分别为99.80%和96.35%(KNN)、98.75%和100%(SVM)以及94.89%和98.54%(1D-CNN)。在模拟生成的异常数据中,由常用方法增强数据训练的模型都存在对某种异常数据性能较差的情况,而由Voigt函数法增强数据训练的模型在各种异常数据中性能均表现优秀。综上所述,基于Voigt函数的拉曼光谱样本数据增强方法能够有效地提升增强样本的多样性,训练的模型具有良好的泛化能力及鲁棒性,适用于需要高异常数据处理能力和高泛化能力的场景,在拉曼光谱分析技术领域具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 拉曼光谱 数据增强 深度学习 一维卷积神经网络 Voigt函数
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光谱数据增强方法及其应用进展
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作者 唐磊 茅晔辉 +4 位作者 蔡婧 刘恒钦 闵红 安雅睿 刘曙 《分析测试学报》 北大核心 2025年第6期1227-1236,共10页
随着机器学习在光谱分析中的深入应用,模型训练面临数据样本稀缺、类别分布失衡等挑战,制约模型的泛化性能并引发过拟合风险。该文综述了2017年以来国内外公开文献,将光谱数据增强方法归纳为非深度学习数据增强方法和深度学习数据增强... 随着机器学习在光谱分析中的深入应用,模型训练面临数据样本稀缺、类别分布失衡等挑战,制约模型的泛化性能并引发过拟合风险。该文综述了2017年以来国内外公开文献,将光谱数据增强方法归纳为非深度学习数据增强方法和深度学习数据增强方法两大类,揭示了其从浅层数据扩充向深度生成建模的演进趋势。非深度学习的数据增强方法通过光谱变换和光谱合成来实现数据扩展,凭借其计算效率优势,在工业过程监控、中药材溯源及药物与食品质量检测等小样本场景中展现出良好的适用性。深度生成模型主要为生成对抗网络(GAN)及其衍生方法和改进型自编码器(AE)。GAN通过对抗博弈机制生成与原始数据具有结构相似性和分布一致性的增强样本,在医疗影像诊断、精准农业和材料分类等高精度建模场景广泛应用;改进型AE通过潜在空间表征学习捕获数据本质特征,其生成数据既保持原始分布特性又具备特征鲁棒性,在化学物质鉴定和土壤成分检测等高维数据处理任务中优势显著。该综述指出了现有数据增强方法的局限性,并对未来发展方向进行了探讨。 展开更多
关键词 数据增强 光谱分析 深度学习 生成对抗网络 变分自编码器
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油液光谱数据诊断综合传动装置异常磨损定位方法 被引量:1
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作者 徐峰 张倩倩 +3 位作者 季文龙 贾然 张鹏 郑长松 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1398-1404,共7页
磨损是影响综合传动装置工作可靠性及使用寿命的重要因素之一,当前相关研究中常用的聚类、主成分分析、加权融合等油液光谱数据分析方法,缺乏对特定元素浓度指标异常磨损情况下随时间增长的考虑。为分析综合传动装置不同零部件的磨损状... 磨损是影响综合传动装置工作可靠性及使用寿命的重要因素之一,当前相关研究中常用的聚类、主成分分析、加权融合等油液光谱数据分析方法,缺乏对特定元素浓度指标异常磨损情况下随时间增长的考虑。为分析综合传动装置不同零部件的磨损状态,提出一种基于油液光谱数据的零部件异常磨损定位分析方法。针对综合传动装置异常磨损过程中部分元素在特定阶段会出现快速增长的情况,提出基于时间窗相关距离的聚类方法,分离表征不同零部件磨损状态的元素;提出磨损元素的磨损趋势分级方法,以高磨损趋势元素为聚类中心,使聚类结果具备可解释性;通过分级系数确定零部件磨损元素权重,融合各零部件磨损元素,获取不同零部件磨损状态表征;通过异常磨损界限值识别异常磨损,实现零部件异常磨损定位。以综合传动装置润滑油液光谱数据为例,检测判断该装置异常磨损的零部件及时间段。检测结果表明:Fe、Cu、Pb三种元素的磨损趋势分级系数最高,携带大量磨损信息,能够有效表征装置的磨损状态;基于时间窗相关距离的有中心聚类方法,成功将油液光谱数据分为Fe、Cu、Pb三类,可用于有效表征整体、摩擦片、齿轮组的磨损状态;基于分级系数的加权融合方法可以有效对该装置的异常磨损部位和时间周期进行检测和判断,为后续的故障预防和维护提供技术指导。 展开更多
关键词 机械磨损 油液光谱数据 磨损趋势分级 异常磨损定位
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融合生成对抗网络与SRTM的ASTER GDEM数据重建
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作者 陈智 许捍卫 +2 位作者 衡雪彪 韩森 李勇 《地理与地理信息科学》 CSCD 北大核心 2024年第4期15-20,共6页
航拍死角、匹配偏差、点位不足、云雾遮盖等易使数字高程模型(DEM)存在数据异常。鉴于光学立体摄影测量获得的ASTER GDEM受天气因素影响大,雷达测量得到的SRTM DEM受地形起伏因素影响大,为提高ASTER GDEM数据的质量,该文构建一种多源多... 航拍死角、匹配偏差、点位不足、云雾遮盖等易使数字高程模型(DEM)存在数据异常。鉴于光学立体摄影测量获得的ASTER GDEM受天气因素影响大,雷达测量得到的SRTM DEM受地形起伏因素影响大,为提高ASTER GDEM数据的质量,该文构建一种多源多尺度残差连接门控卷积生成对抗网络(Multi-Source and Multi-Scale Residual-Connected Gated Convolutional Generative Adversarial Network, MSSRGC-GAN),利用SRTM DEM数据辅助重建ASTER GDEM中异常数据,并以实验区范围内多组不同地貌的ASTER GDEM样本数据重建为例,对模型进行定量评价。结果显示:重建数据RRMSE小于0.06,R~2大于0.9,PSNR大于60,SSIM在0.999 5以上,优于反距离插值法和SRTM镶嵌法等传统方法以及无门控卷积模型和无空洞卷积模型等深度学习方法。 展开更多
关键词 aster GDEM SRTM DEM 数据重建 深度学习 MSSRGC-GAN
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基于ASTER数据和反射光谱分析的烃类微渗漏信息提取 被引量:3
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作者 李娜 周萍 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第2期218-227,共10页
选取陕西省榆林气田地区为研究区,利用ASTER数据多波段的优势,在研究区开展了基于波段运算和主成分分析的二价铁、黏土矿化以及碳酸盐矿化等烃类微渗漏蚀变信息提取,圈出4个有效靶区;并利用ASTER数据的热红外波段进行基于分裂窗简化算... 选取陕西省榆林气田地区为研究区,利用ASTER数据多波段的优势,在研究区开展了基于波段运算和主成分分析的二价铁、黏土矿化以及碳酸盐矿化等烃类微渗漏蚀变信息提取,圈出4个有效靶区;并利用ASTER数据的热红外波段进行基于分裂窗简化算法的温度反演得到研究区的温度图像以验证靶区的有效性,温度反演结果中高温异常区和靶区范围基本吻合;最后对USGS光谱库中常见蚀变矿物光谱、研究区实测光谱以及原油光谱进行综合分析,进一步验证靶区有效性,多种方法相结合以提高烃类微渗漏蚀变信息提取精度。 展开更多
关键词 aster 烃类微渗漏 温度反演 反射光谱分析
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CNN-Transformer结合对比学习的高光谱与LiDAR数据协同分类
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作者 吴海滨 戴诗语 +2 位作者 王爱丽 岩堀祐之 于效宇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1087-1100,共14页
针对高光谱图像(hyperspectral images,HSI)与LiDAR数据多模态分类任务中的跨模态信息表达和特征对齐等问题,提出一种基于对比学习CNN-Transformer高光谱和LiDAR数据协同分类网络(Contrastive Learning based CNNTransformer Network,CL... 针对高光谱图像(hyperspectral images,HSI)与LiDAR数据多模态分类任务中的跨模态信息表达和特征对齐等问题,提出一种基于对比学习CNN-Transformer高光谱和LiDAR数据协同分类网络(Contrastive Learning based CNNTransformer Network,CLCT-Net)。CLCT-Net通过由ConvNeXt V2 Block构成的共有特征提取模块,获得不同模态间的共性特征,解决异构传感器数据之间语义对齐的问题。构建了包含空间-通道分支和光谱上下文分支的双分支HSI编码器,以及结合频域自注意力机制的LiDAR编码器,以获取更丰富的特征表示。利用集成对比学习进行分类,进一步提升多模态数据协同分类的精度。在Houston 2013和Trento数据集上的实验结果表明,相较于其他高光谱图像和Li‐DAR数据分类模型,本文所提模型获得了更高的地物分类精度,分别达到了92.01%和98.90%,实现了跨模态数据特征的深度挖掘和协同提取。 展开更多
关键词 光谱图像 激光雷达数据 TRANSFORMER 卷积神经网络 对比学习
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基于注意力机制的高光谱图像降维在纸质文物霉斑识别的研究
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作者 汤斌 贺渝龙 +6 位作者 唐欢 龙邹荣 王建旭 谭博文 覃丹 罗希玲 赵明富 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期246-255,共10页
纸质文物作为文物传承的重要工具,用于记录不同时期人类历史及人文风貌,其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解,在纸张表面生成霉斑,并且散落的孢子会随空气流动大范围传播,增加其他纸质文物发生霉变的风... 纸质文物作为文物传承的重要工具,用于记录不同时期人类历史及人文风貌,其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解,在纸张表面生成霉斑,并且散落的孢子会随空气流动大范围传播,增加其他纸质文物发生霉变的风险。因此,定期对纸质文物进行霉斑检测对了解纸质文物现状和纸质文物修复至关重要。高光谱成像技术是一种非接触性、非破坏性的检测技术,能同时获得空间数据和光谱数据,与计算机技术结合可以实现纸质文物的大批次实时无损检测。针对黑曲霉这一广泛出现的霉菌,提出一种基于注意力机制的高光谱数据降维方法,通过采集其高光谱数据,实现了高光谱冗余数据的自适应预处理。采集了来自重庆中国三峡博物馆提供的20份纸质文物黑曲霉霉斑样本,使用ENVI软件分析得出在413~855 nm波段范围内,黑曲霉霉斑感染区域和健康区域的平均光谱曲线,平均反射率差异明显;在855~1021 nm波段范围内,黑曲霉霉斑感染区域和墨迹区域的平均光谱曲线,平均反射率差异明显。文中将所提出方法与传统主成分分析和独立成分分析预处理方法分别处理原始高光谱数据,并将结果在经典U-Net、SegNet、DeepLabV3+和PSPNet四个语义分割网络上进行了对比。结果表明,该算法预处理的数据在U-Net和SegNet经典网络中有明显优势,相较于主成分分析法和独立成分分析法,霉斑识别精度取得了较大提升达到89.49%和88.46%,验证了本文所提出算法的有效性,为文物保护领域提供有效的支撑和新的思路。 展开更多
关键词 光谱数据预处理 霉斑识别 纸质文物 注意力机制 图像分割
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基于可见光-近红外高光谱信息与数据融合的木质化鸡胸肉的判别模型构建 被引量:2
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作者 张娜 李震 +5 位作者 兰维杰 屠康 武杰 王兆山 赵干 潘磊庆 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2024年第7期286-293,共8页
木质化鸡胸肉(wooden breast,WB)制约肉鸡行业发展,传统触诊检测方法耗时且效率低,为提升高光谱成像(hyperspectral imaging,HSI)技术检测鸡胸肉木质化程度的效果,本论文以白羽鸡鸡胸肉为研究对象,将其划分4个木质化等级,采集其在400~1... 木质化鸡胸肉(wooden breast,WB)制约肉鸡行业发展,传统触诊检测方法耗时且效率低,为提升高光谱成像(hyperspectral imaging,HSI)技术检测鸡胸肉木质化程度的效果,本论文以白羽鸡鸡胸肉为研究对象,将其划分4个木质化等级,采集其在400~1000和1000~2000 nm内的HSI信息,通过不同光谱预处理算法和特征波段筛选方法,建立基于全波段、特征波段和HSI数据融合的偏最小二乘判别分析(Partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)模型和支持向量机(Support vector machine,SVM)模型。结果显示,SVM模型比PLSDA模型更适于判别鸡胸肉木质化程度,基于1000~2000 nm内全波段和特征波段的最佳模型预测集总体正确率均高于400~1000 nm内的模型,基于两波段HSI数据融合的木质化判别模型优于基于单一波段(包括全波段和特征波段)的模型,最佳模型预测集总体正确率为96.7%,能较好地区分出4个木质化等级,且对4个等级的判别准确率均可达90%以上。研究结果为HSI实现木质化鸡胸肉的准确无损检测提供技术支持。 展开更多
关键词 木质化鸡胸肉 可见-近红外高光谱 短波红外高光谱 光谱数据融合 判别模型
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