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基于机器学习的油茶叶片钾含量估算模型构建 被引量：1
1
作者 唐雪海 燕李鹏 +4 位作者 傅根深 匡帆 窦敏 黄庆丰 欧强新 《中国油料作物学报》 北大核心 2025年第2期488-501,共14页
为实现大面积油茶林生长遥感监测,构建适用于长林系列油茶钾含量估算模型,利用高光谱进行叶片钾(LKC)无损监测,探明油茶叶片钾含量与冠层光谱的响应关系。使用多元散射校正和Savitzky-Golay卷积一阶求导(SGFD)对长林系列油茶的冠层光谱... 为实现大面积油茶林生长遥感监测,构建适用于长林系列油茶钾含量估算模型,利用高光谱进行叶片钾(LKC)无损监测,探明油茶叶片钾含量与冠层光谱的响应关系。使用多元散射校正和Savitzky-Golay卷积一阶求导(SGFD)对长林系列油茶的冠层光谱进行预处理,建立多波段光谱指数组合,构建LKC最优估算模型。结果表明:LKC与原始光谱的响应在绿光和红光波段敏感区间的光谱反射率与叶片钾含量为负相关,反映养分含量变化对光合色素的整体影响;预处理效果上,SGFD整体优于多元散射校正,预处理与光谱指数的组合效果会随光谱维度的增加发生变化,冠层尺度下LKC与光谱特征的绝对值最大相关系数为0.62;混合变量选择策略VCPA-IRIV(变量组合集群分析VCPA和迭代保留信息变量IRIV的组合)对光谱变换特征具有99%以上的变量空间压缩率,有效提升了估算模型精度,经多元散射校正和SGFD预处理后的保留变量数增加,其中两波段和三波段光谱指数在入选波长组合位置上具有强弱光谱信号结合的特点。最适LKC模型是SGFD-NDSI-BPNN,R_(P)^(2)=0.84,RMSEP=0.35 g/kg,RPD=2.56。本文构建的长林系列油茶林LKC估算模型,可为大面积油茶林生长的遥感监测提供依据。 展开更多
关键词 油茶 叶片钾含量 光谱指数 多元散射校正 Savitzky-Golay卷积一阶求导 养分监测
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MScU-Net全息相位解包裹与像差同步求解
2
作者 严利平 苗小喆 黄柳 《光学精密工程》 北大核心 2025年第15期2441-2454,共14页
数字全息显微术中相位恢复面临噪声导致的解包裹误差与像差引入的相位畸变双重挑战,现有分步处理方法存在计算效率低与误差传递的固有局限,亟需发展同步求解新范式。为此,提出了一种基于多光谱通道U-Net(MScU-Net)的数字全息显微相位恢... 数字全息显微术中相位恢复面临噪声导致的解包裹误差与像差引入的相位畸变双重挑战,现有分步处理方法存在计算效率低与误差传递的固有局限,亟需发展同步求解新范式。为此,提出了一种基于多光谱通道U-Net(MScU-Net)的数字全息显微相位恢复方法。该网络在ResU-Net架构中引入Transformer增强的多光谱通道注意力机制,通过端到端非线性映射,直接从含噪、失真的包裹相位数据中实现相位解包裹与像差补偿的同步求解。实验结果表明,MScUNet在相位恢复中表现出显著优势,其中,峰值信噪比PSNR达29.82 dB,结构相似度SSIM保持0.96;背景区域噪声标准差(0.0004~0.0030 rad)较最优对比方法降低82.6%~95.8%;实测台阶高度系统偏差≤3.74%,测量局部波动达到亚纳米级(s=0.42 nm),该方法为微纳尺度的三维形貌测量提供了有效解决方案。 展开更多
关键词 数字全息显微 相位解包裹 像差补偿 多光谱通道注意力机制
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基于多元散射校正的光谱共焦位移测量方法分析与研究 被引量：1
3
作者 李春艳 王泞淋 +3 位作者 刘继红 武少杰 付雯雯 任凯利 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期221-230,共10页
为提高光谱共焦位移测量系统精度,对样品表面散射特性的影响进行了研究。首先,介绍了光谱共焦位移测量系统的原理,基于标量散射理论,推导了表面散射特性影响下的光谱共焦轴向响应,建立了散射对位移测量影响的关系模型。然后,对散射引起... 为提高光谱共焦位移测量系统精度,对样品表面散射特性的影响进行了研究。首先,介绍了光谱共焦位移测量系统的原理,基于标量散射理论,推导了表面散射特性影响下的光谱共焦轴向响应,建立了散射对位移测量影响的关系模型。然后,对散射引起的峰值波长曲线偏移导致的位移测量误差进行了理论研究和仿真分析;结果表明:在样品表面粗糙度较大时,会产生较大的散射效应,导致测量精度明显下降;同时,在进行光谱共焦位移测量时受各波长入射特性的影响。为校正散射的影响,提出采用多元散射校正方法结合广义回归神经网络(General Regression Neural Network, GRNN)对光谱数据进行处理,建立了散射校正算法模型。最后,搭建实验平台,选取样品进行了位移测量实验;实验结果表明,系统的测量性能随粗糙度的增大而降低,对于粗糙度为20 nm的样品散射误差校正后测量结果的最大位移测量误差从12.6μm降为1.9μm,平均位移测量误差从8.1μm降为0.86μm,提高了位移测量精度,验证了理论分析的正确性以及提出的散射校正方法的有效性。文中研究结果对提高光谱共焦位移测量系统的精度具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 光谱共焦 表面散射特性 位移测量 光谱数据处理 多元散射校正
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基于降采样的光谱基线校正方法
4
作者 胡颖惠 曹政 +1 位作者 傅海军 戴继生 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第2期351-357,共7页
基线漂移现象普遍存在于光谱数据的采集过程中,基线校正是对抗基线漂移干扰的重要手段。基于稀疏表示的基线校正方法能取得较好的光谱预处理目标,但在应用于高维度光谱基线校正时,计算复杂度极大,实效性差;且在纯光谱稀疏结构上的利用... 基线漂移现象普遍存在于光谱数据的采集过程中,基线校正是对抗基线漂移干扰的重要手段。基于稀疏表示的基线校正方法能取得较好的光谱预处理目标,但在应用于高维度光谱基线校正时,计算复杂度极大,实效性差;且在纯光谱稀疏结构上的利用度不足,性能有待进一步提升。为充分利用稀疏结构并显著降低计算复杂度,提出了一种基于降采样的光谱基线校正方法。通过降采样策略构造一个多快拍并附加相关矩阵的稀疏恢复模型,在降低光谱数据维度的同时,确保各降采样快拍具有共同稀疏性和空间相关性。随后,在变分贝叶斯推理(VBI)框架中引入独立向量分解模式,利用向量乘积的数学变换技巧,自适应解耦多快拍间的空间相关性,进而分别推断出各快拍对应的贝叶斯最优稀疏解。此外,采用网格细化技术处理离网间隙,进一步提升了基线校正性能。模拟和真实数据集上的实验结果验证了所提方法的优越性。 展开更多
关键词 基线校正 光谱分析 降采样 稀疏贝叶斯学习
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数据驱动的多光谱卫星遥感大气校正
5
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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基于多尺度小波变换的光谱数据预处理算法
6
作者 钱方 许永博 赵伟 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第4期794-802,共9页
光谱技术可以从大量原始信号中提取有用的特征信息,直接用来分析和识别被观测样品的物质成分,在生物医药、食品安全、军事侦察中具有极高的应用价值。由于预处理目的与效果不同,目前存在多种光谱预处理方法。针对目前光谱预处理方法使... 光谱技术可以从大量原始信号中提取有用的特征信息,直接用来分析和识别被观测样品的物质成分,在生物医药、食品安全、军事侦察中具有极高的应用价值。由于预处理目的与效果不同,目前存在多种光谱预处理方法。针对目前光谱预处理方法使用时存在的问题,本文提出了一种基于多尺度小波变换的光谱数据预处理方法,并利用仿真光谱和实测光谱对提出算法和设计软件的性能进行了测试。信噪比为0.5dB的仿真信号经本文算法处理后,信噪比可达8.978dB。仿真中加入5种不同类型的基线,包括线型、高斯型、多项式型、e指数型、sigmoidal函数型,使用本文算法进行基线估计,估计值的均方根误差RMSE分别为0.3759、0.2883、0.6631、0.3489、0.4520。使用共聚焦显微拉曼光谱仪测量了聚四氟乙烯光谱,并用本文算法进行了预处理。结果表明该算法具有良好的可操作性,能够有效去除噪声和校正基线,并完整保留谱峰信息,该算法为光谱数据预处理提供了新思路。 展开更多
关键词 光谱探测 光谱信号处理 小波变换 去噪声 基线校正
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一种快速的全波形高光谱激光雷达的反射率光谱曲线重建方法
7
作者 邵慧 张胡龙 +4 位作者 戴慧 陈育伟 孙龙 徐恒 李幸运 《雷达学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期602-615,共14页
全波形高光谱激光雷达(HSL)在获得高精度、高分辨率的空间数据的同时,还能获得目标的光谱信息,可为不同研究和应用领域提供有效和多维的数据。然而,HSL不同波段发射信号强度存在差异,会导致相应回波信号的差异,难以直接利用回波信号来... 全波形高光谱激光雷达(HSL)在获得高精度、高分辨率的空间数据的同时,还能获得目标的光谱信息,可为不同研究和应用领域提供有效和多维的数据。然而,HSL不同波段发射信号强度存在差异,会导致相应回波信号的差异,难以直接利用回波信号来重建目标在不同波段下准确的光学特性(目标的反射率光谱分布曲线)。以往研究通常利用标准漫反射白板法来获取目标的反射率光谱曲线(标准参照板法)。但在某些复杂的检测环境中白板易受污染,且激光器的发射能量会因环境和设备状态的变化出现波动,进而影响计算精度。因此,从全波形信号本身直接提取信息用于反射率光谱曲线重建是一种快捷的途径。基于此,该文提出一种基于HSL全波形数据的回波强度校正方法,用于快速生成目标的反射率光谱曲线。首先,通过理论分析,证明回波与发射波在形状上的相似性。然后,对HSL全波形的发射信号和回波信号进行偏正态高斯函数拟合,计算各波段在理想情况下标准漫反射白板的发射信号与回波信号峰值比值(归一化因子)。最后,通过结合标准漫反射白板的归一化因子与目标的归一化因子来构建目标的反射率光谱分布曲线。为验证方法的有效性,该文将其与基于标准漫反射板计算的反射率光谱曲线进行了对比实验,并进行木叶分离和目标分类实验以评估其适用性。实验结果表明:(1)利用发射信号校正回波强度,可以获得与标准参照板法相似的反射率光谱曲线。并且在不同温度及光照条件下均表现出良好的稳定性;与标准漫反射白板法相比,该方法有效克服了激光器发射能量波动的影响,尤其在HSL长时间工作条件下,显著提升了反射率光谱曲线的测量精度和一致性。(2)在实际应用中,基于该文方法获得的目标反射率光谱曲线能够快速实现木叶分离,且对果树目标分类准确率超过90%。该文方法简化了全波形高光谱激光雷达的回波强度校正流程,可在数据采集过程中实时快速重建目标高光谱信息。 展开更多
关键词 全波形 高光谱激光雷达 强度校正 反射率光谱曲线 归一化因子 发射信号 回波信号 偏正态高斯函数
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空间外差遥感数据光谱-干涉图双向校正算法研究 被引量：1
8
作者 王新强 王祯 +5 位作者 梁秋裕 熊伟 李志伟 叶松 甘永莹 王方原 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期963-968,共6页
空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面... 空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面环境的巨大差异,导致地面测定的校正参数对空间外差干涉图数据不再适用,特别是调制项误差(相位误差和非均匀误差)的改变,极大影响了光谱的准确性。针对空间外差遥感数据的调制项误差,从光谱与干涉图两个方面入手,进行误差分离与原因分析,认为空间外差遥感数据误差主要来源于CCD尺寸伸缩导致的光谱频率变化和CCD响应改变导致的干涉图强度变化,提出了光谱-干涉图双向校正方法。校正测试数据选取高分五号搭载检测仪(GMI)实测的12条O 2吸收光谱。取其中一条作为标定光谱,以SCIATRAN仿真的无误差光谱为基准,与标定光谱进行对比,分析两者在光谱维的频率偏差,通过特征峰频率确定两者的频率变换关系。然后根据变换关系将仿真光谱进行频率拉伸,使拉伸后的仿真光谱与实测光谱谱峰重合,计算拉伸仿真光谱与实测光谱干涉图,将两者干涉图相比得到干涉图强度的变化关系。最后将干涉图强度变化关系用于其余11条光谱的校正,得到校正后光谱。为了衡量校正效果,以校正前后光谱的标准差、均方误差和信噪比作为评价指标。结果显示标准差、均方误差都明显降低,同时信噪比显著增大,且标准差基本都在0.07以下,信噪比基本能达到20以上。其中校正效果最好的实测光谱,标准差减少了0.3767,信噪比提高了25.1016,均方误差降低了0.1587,校正效果较差的实测光谱,标准差减少了0.2296,信噪比提高了9.6328,均方误差降低了0.1049。因此所提出的光谱-干涉图双向校正方法对空间外差遥感数据的误差校正起到较好的效果,且处理过程简单,为同类数据的处理提供了一种新思路。 展开更多
关键词 空间外差遥感 误差校正 光谱谱峰频率 干涉图强度幅值
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高建筑物雷电光谱校正对通道温度反演的影响 被引量：10
9
作者 王雪娟 化乐彦 +7 位作者 王炳浩 许伟群 吕伟涛 陈绿文 武斌 齐奇 马颖 杨静 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期493-501,共9页
雷电光谱强度因受到大气衰减特性、光栅响应特性以及相机光电响应特性等影响,导致光谱定量分析中通道温度的反演存在误差。以1次高建筑物雷电回击光谱为例,考虑相机和光栅的仪器响应对其进行校正,对比校正前后的光谱结构和谱线强度,并... 雷电光谱强度因受到大气衰减特性、光栅响应特性以及相机光电响应特性等影响,导致光谱定量分析中通道温度的反演存在误差。以1次高建筑物雷电回击光谱为例,考虑相机和光栅的仪器响应对其进行校正,对比校正前后的光谱结构和谱线强度,并基于多谱线法利用1次电离的氮离子(NII)和中性氧原子(OI)谱线反演通道温度,分析光谱校正对通道温度反演的影响。结果显示:光谱校正后离子和中性原子谱线强度均明显增强,尤其可见光区域的连续谱强度明显增强,导致其谱线结构变化显著,而近红外区域的谱线结构变化不显著。利用校正后可见光区域的NII谱线和近红外区域的OI谱线反演通道温度时,线性拟合的决定系数均增大,反演准确度均得到提升。NII和OI谱线反演的通道温度平均值相比校正前分别降低4660 K和上升1540 K,且由OI谱线反演的通道温度低于由NII谱线反演的温度,说明它们分别对应雷电放电通道径向的不同区域。 展开更多
关键词 高建筑物雷电 光谱校正 多谱线法 温度
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多阶分数阶时滞微分方程的谱延迟校正法
10
作者 李珊 刘婧 杜存萱 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期686-697,共12页
分数阶时滞微分方程(FDDEs)在物理、生物等众多领域有着广泛应用。针对分数阶时滞微分方程(FDDEs),创造性地提出并应用谱延迟校正法(SDC)作为解决方案,构建一种基于双网格的Legendre延迟校正谱方法。引入双网格技术,对时间和空间离散进... 分数阶时滞微分方程(FDDEs)在物理、生物等众多领域有着广泛应用。针对分数阶时滞微分方程(FDDEs),创造性地提出并应用谱延迟校正法(SDC)作为解决方案,构建一种基于双网格的Legendre延迟校正谱方法。引入双网格技术,对时间和空间离散进行优化处理,同时结合Legendre多项式进行谱延迟校正,大幅提升求解精度。制定预测步骤和校正步骤进行详尽误差分析。预测步骤以初步逼近的方式为解提供初始估计,通过校正步骤进一步细化解的近似,从而显著提高整体数值精度。数值实验结果表明,双网格Legendre延迟校正谱方法在处理分数阶时滞微分方程时成效卓著,极大地提高了精度,充分验证了理论结果的正确性。 展开更多
关键词 多阶分数阶时滞微分方程 双网格谱延迟校正法 误差分析
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不同色温环境光下彩色电润湿电子纸的色彩校正 被引量：4
11
作者 刘予敏 林珊玲 +1 位作者 林志贤 郭太良 《液晶与显示》 CSCD 北大核心 2024年第1期32-39,共8页
针对反射式显示器彩色电润湿电子纸在不同色温环境光下显示颜色不一致,影响显示图片色彩还原度的问题,提出一种基于彩色电润湿电子纸光谱反射率特性的色彩校正方法。通过彩色电润湿电子纸的光谱反射率特性,得到不同色温环境光下显示颜... 针对反射式显示器彩色电润湿电子纸在不同色温环境光下显示颜色不一致,影响显示图片色彩还原度的问题,提出一种基于彩色电润湿电子纸光谱反射率特性的色彩校正方法。通过彩色电润湿电子纸的光谱反射率特性,得到不同色温环境光下显示颜色的光谱对应关系,以此建立不同色温环境光下彩色电润湿电子纸显示颜色的映射关系,并根据该映射关系对输入颜色数据进行校正,从而减小不同色温环境光下显示颜色的色差。设置标准光源A(5000 K)、实验光源B(3500 K)和实验光源C(6500 K)对样品进行测试。在两个实验光源下,测量100个测试色块在经过本文方法校正前后的色度数据。实验结果表明,校正前后显示颜色与标准光源下显示颜色的平均色差分别减小了55%和35%,校正后的显示图像平均主观评价Z得分分别为0.45和0.25。 展开更多
关键词 彩色电润湿电子纸 环境光 色差 光谱特性 色彩校正
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基于改进LSTM的FBG传感网络光谱基线校正方法 被引量：1
12
作者 韩颖 张旭 +1 位作者 于明鑫 庄炜 《光通信研究》 北大核心 2024年第4期38-45,共8页
【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相... 【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相比,改进的LSTM模型利用CNN提取FBG光谱信号的特征信息。文章使用仿真数据集和实测数据集对改进的LSTM模型进行训练。仿真数据集由特征噪声、基线和FBG光谱组成。分别使用小波软阈值法、惩罚最小二乘法、循环神经网络(RNN)法、LSTM法和改进的LSTM法进行基线校正。使用FBG传感信号存活率和均方根误差(RMSE)对5种方法的校正结果进行评价。【结果】使用仿真数据集对LSTM模型进行训练与测试,改进的LSTM模型将FBG传感信号存活率提高了60.8%。采用仿真数据集对模型进行预训练后,再将使用实测数据集对经过预训练的模型进行训练得到的改进LSTM模型与直接使用实测数据集训练的模型相比,改进的LSTM模型具有更好的校正效果。FBG光谱的RMSE降低了10.95%,RMSE的标准差降低了4%。使用改进的LSTM模型对FBG光谱实测数据集进行校正,FBG传感信号存活率提高了50.5%。与小波软阈值法、惩罚最小二乘法、RNN法和LSTM法相比,改进后的LSTM模型具有更好的校正效果,RMSE的均值和标准差分别为0.0122和0.0024。解调中心波长的RMSE为0.036 pm,并且基线校正过程只需9.68 ms。【结论】改进的LSTM模型是一种有效的基线校正方法,在复杂外部环境下具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 光谱基线校正 改进长短期记忆模型 深度学习
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基于卷积神经网络的三聚氰胺太赫兹光谱定量分析 被引量：1
13
作者 刘洋硕 燕芳 +1 位作者 李文文 郭以恒 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2024年第11期41-46,共6页
[目的]结合卷积神经网络与太赫兹时域光谱技术针对奶粉中的非法添加剂三聚氰胺进行定量分析。[方法]使用透射式太赫兹时域光谱系统测得三聚氰胺与奶粉单质及混合物的太赫兹吸收谱,分别采用S-G平滑、高斯平滑、滑动平均和R-Loess平滑等... [目的]结合卷积神经网络与太赫兹时域光谱技术针对奶粉中的非法添加剂三聚氰胺进行定量分析。[方法]使用透射式太赫兹时域光谱系统测得三聚氰胺与奶粉单质及混合物的太赫兹吸收谱,分别采用S-G平滑、高斯平滑、滑动平均和R-Loess平滑等方法对原始光谱数据进行校正,并建立偏最小二乘(PLS)回归模型,通过对比模型评价标准以确定最佳的太赫兹光谱校正预处理方法;选择S-G平滑校正处理后的PLS模型作为混合样片的定量分析模型;分别建立了基于偏最小二乘(PLS)、最小二乘支持向量机(LS-SVM)、反向传播神经网络(BPNN)及卷积神经网络(CNN)的定量回归模型,并对混合样片中的三聚氰胺含量进行了预测。[结果]PLS、LS-SVM、BPNN、CNN 4种模型的预测集相关系数分别为0.9971,0.9977,0.9981,0.9987,预测集均方根误差分别为0.551%,0.494%,0.437%,0.374%。[结论]与其他3种模型相比,CNN回归模型的预测精度最高,更适用于准确检测奶粉中三聚氰胺的含量。 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 定量分析 光谱校正 卷积神经网络
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基于无人机高光谱影像的农田土壤有机碳含量估算——以湟水流域农田为例 被引量：4
14
作者 宋奇 高小红 +5 位作者 宋玉婷 黎巧丽 陈真 李润祥 张昊 才桑洁 《自然资源遥感》 CSCD 北大核心 2024年第2期160-172,共13页
快速、准确地估算农田土壤有机碳含量并对其进行空间分布制图,有利于土壤精细化管理和智慧农业的发展。该文以青海湟水流域3个典型农田区为例,在研究区内同步采集296个土壤样品和相应的野外原位光谱,使用无人机搭载高光谱相机进行影像获... 快速、准确地估算农田土壤有机碳含量并对其进行空间分布制图,有利于土壤精细化管理和智慧农业的发展。该文以青海湟水流域3个典型农田区为例,在研究区内同步采集296个土壤样品和相应的野外原位光谱,使用无人机搭载高光谱相机进行影像获取,并对土壤样品进行室内光谱采集和有机碳含量测定。对光谱反射率进行7种不同形式的变换,通过相关性分析从中筛选出主要特征波段,利用多元线性回归、偏最小二乘回归和随机森林3种方法分别对室内光谱、野外原位光谱和无人机光谱进行建模,对比各模型的精度。用光谱直接转换法对无人机光谱进行校正,使用校正后的无人机光谱最优模型进行建模,模型代入无人机高光谱影像进行有机碳含量制图,最后对满足制图精度要求的农田区进行分析和讨论。结果表明:①除对无人机高光谱进行对数变换后的多元线性回归不能估算有机碳外(相对分析误差为1.375),实验室光谱、野外原位光谱及无人机高光谱的原始光谱及所有转换方法均能对有机碳进行估算,决定系数R 2为0.562~0.942,均方根误差为1.713~5.211,相对分析误差为1.445~4.182;②在所有光谱变换方法中,多元散射校正+一阶微分变换与有机碳含量的相关性最高,特征波段分别为429~449 nm,498~527 nm,830~861 nm和869 nm;③在所有建模结果中,随机森林模型精度最高,其次为偏最小二乘模型,多元线性回归模型精度最低,校正后的无人机光谱建模精度均有所提高;④3个农田区的反演精度均满足制图要求,R 2均在0.88以上。其中,A农田区有机碳含量均值最高,为28.88 g·kg^(-1),整体空间分布均匀;B农田区均值为13.52 g·kg^(-1),整体分布呈现出较强的空间差异性;C农田区有机碳含量均值最低,为8.54 g·kg^(-1),高值和低值的分化明显。本研究可为无人机高光谱遥感技术应用于田间尺度的土壤有机碳含量估算和数字制图提供参考。 展开更多
关键词 无人机 高光谱遥感 土壤有机碳 光谱特征选择 光谱校正
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光谱共焦传感器多参数高准确度校准 被引量：2
15
作者 杨品澒 唐波 +3 位作者 崔建军 陈恺 宋佩颉 彭璐 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期412-418,共7页
针对高准确度光谱共焦传感器缺乏相应校准装置及方法的问题,提出了一种基于激光干涉测量的校准方法,并研制了相应的校准装置。一方面,提出了一种波长倍数间隔测量法,通过位移反馈控制将位移间隔设置为激光波长的整数倍,以减小激光干涉... 针对高准确度光谱共焦传感器缺乏相应校准装置及方法的问题,提出了一种基于激光干涉测量的校准方法,并研制了相应的校准装置。一方面,提出了一种波长倍数间隔测量法,通过位移反馈控制将位移间隔设置为激光波长的整数倍,以减小激光干涉仪非线性误差对测量的影响;另一方面,提出了测点修正算法,消除了受检点处位移标准值因校准装置定位准确度限制不重合对测量的影响。实验结果表明:在0~100μm的测量范围内,示值误差为±23 nm,重复性为5 nm,示值误差测量结果的扩展不确定度U_(2)=7.0 nm(k=2)。构建的校准装置在0~50 mm的测量范围内的示值误差测量结果不确定度为U_(1)=3.0 nm+2×10^(-7)L(k=2)。 展开更多
关键词 几何量计量 光谱共焦传感器 干涉仪非线性 测点修正算法 测量不确定度
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基于可见/近红外透射光谱的亚健康水心苹果检测 被引量：1
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作者 王晨晨 翟明灿 +3 位作者 李贺 莫小明 查志华 吴杰 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2024年第7期117-125,182,共10页
[目的]实现亚健康水心苹果的无损检测。[方法]分别采用对数函数法和研究提出的幂函数法消除果实直径对光谱衰减的影响,并分别转换为格拉姆角差场图、格拉姆角和场图、马尔可夫变迁场图、递归图以及对称极坐标图,通过添加卷积注意力模块... [目的]实现亚健康水心苹果的无损检测。[方法]分别采用对数函数法和研究提出的幂函数法消除果实直径对光谱衰减的影响,并分别转换为格拉姆角差场图、格拉姆角和场图、马尔可夫变迁场图、递归图以及对称极坐标图,通过添加卷积注意力模块的ResNet50网络模型挖掘与水心程度相关的图像深层特征,经t分布随机邻域嵌入方法降维并聚类分析后,将最适宜图像特征输入到改进粒子群算法优化的支持向量机、极限学习机、k近邻和随机森林分类器进行水心苹果三分类。[结果]幂函数法消除直径对透射光谱影响的效果优于对数函数法,格拉姆角差场图像特征可视化后,轮廓系数、CH分数和戴维森堡丁指数分别为0.93,0.88,0.24,均优于其余图像转换方法。ResNet50-IPSO-ELM取得了最高的分类准确率,为96.8%,测试集中对3种水心程度苹果的总体判别准确率可达96.3%,平均查准率、平均查全率和平均加权调和均值分别为87.2%,95.8%,92.3%。[结论]该模型不仅对多数类的无水心果、健康水心果保持较高分类准确率,也对少数类的亚健康水心果具有较高的判别能力。 展开更多
关键词 苹果 水心 可见/近红外光谱 光谱修正 深度特征 无损检测
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基于相机RGB值的光谱反射率重建方法研究 被引量：4
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作者 张飞 刘珩 +4 位作者 杨洁 渠立永 吕琪 黄伟 李浩 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期284-290,共7页
光谱反射率重建技术可实现背景颜色数据准确校正和复制还原,以此为基础可设计实施高融合迷彩,为机动装备在不同背景环境下提供有效防护屏障,具有重要价值。参照光谱成像技术特点,根据颜色形成原理和三刺激值定量计算公式,通过控制单一... 光谱反射率重建技术可实现背景颜色数据准确校正和复制还原,以此为基础可设计实施高融合迷彩,为机动装备在不同背景环境下提供有效防护屏障,具有重要价值。参照光谱成像技术特点,根据颜色形成原理和三刺激值定量计算公式,通过控制单一变量法设计实验方案,提出加权平均光谱反射率重建方法(TWA),利用相机和光谱仪分别获取训练样本的成像系统响应值(RGB)和光谱反射率数据,对所提取的样本RGB值和光谱反射率数据分别采用传统最小二乘法(OLS)、正则化最小二乘法(RLS)、偏最小二乘法(PLS)、主成分分析法(PCA)和本文中提出的加权平均法(TWA)进行光谱反射率重建训练,获得光谱重建矩阵,最后利用光谱重建矩阵对测试样本响应值进行光谱反射率重建,并对实验结果进行分析,对比不同方法的光谱反射率重建效果。研究结果表明,加权平均法在光谱均方根误差SRMSE、平均拟合优度系数GFC、平均色差等指标上效果更优,重建所得光谱反射率精度更高,颜色校正效果更佳。 展开更多
关键词 光谱反射率 加权平均法 重建矩阵 光谱曲线 颜色校正
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基于光谱变换算法的不同横径沃柑的光谱与建模对比分析
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作者 胡峰 龚中良 +2 位作者 文韬 代兴勇 唐子叶 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2024年第5期113-121,218,共10页
目的:减小沃柑横径对糖度预测带来的影响。方法:将132个沃柑按横径分为小等果(65~70 mm)、中等果(70~75 mm)和大等果(75~80 mm)3组。采集全体沃柑的横径光谱后,运用光谱变换算法,综合光谱信息与沃柑横径信息,将不同大小的沃柑光谱转换... 目的:减小沃柑横径对糖度预测带来的影响。方法:将132个沃柑按横径分为小等果(65~70 mm)、中等果(70~75 mm)和大等果(75~80 mm)3组。采集全体沃柑的横径光谱后,运用光谱变换算法,综合光谱信息与沃柑横径信息,将不同大小的沃柑光谱转换到同一横径基准下。将修正前的光谱与修正后的光谱分别通过预处理,目标共生距离算法(SPXY)划分,竞争性自适应权重取样法(CARS)筛选特征波长点以及偏最小二乘回归法(PLS)建立修正前后的糖度模型。结果:小等果光谱经过修正,预测集决定系数(R_(P)^(2))由0.790提升至0.821,预测集均方根误差(RMSEP)为0.489降低至0.443;中等果光谱经过修正,R_(P)^(2)由0.801提升为0.845,RMSEP为0.460降低至0.422;大等果光谱修正,R_(P)^(2)由0.820提升至0.863,RMSEP为0.431降低至0.393。结论:光谱修正算法减小了沃柑横径带来的光谱差异,提升了模型的预测精度。 展开更多
关键词 沃柑 横径 光谱修正 糖度
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时间分数阶Fisher方程的高精度数值解法
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作者 王晶 陈雪娟 朱小娟 《厦门大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1124-1131,共8页
[目的]时间分数阶Fisher方程可以描述流体力学、热核反应、等离子体物理和传染病传播等问题中的非线性现象.但关于该方程高效的数值格式研究成果较少,且大多采用差分法对方程进行离散.为了使分数阶Fisher方程得到更广泛的应用,本文给出... [目的]时间分数阶Fisher方程可以描述流体力学、热核反应、等离子体物理和传染病传播等问题中的非线性现象.但关于该方程高效的数值格式研究成果较少,且大多采用差分法对方程进行离散.为了使分数阶Fisher方程得到更广泛的应用,本文给出一种求解非线性时间分数阶Fisher方程的高精度数值解法.[方法]在空间上,采用Fourier-Galerkin谱方法进行离散得到一组关于时间的非线性常微分方程组;在时间上,采用谱延迟校正法对时间常微分方程组进行迭代校正,得到高精度的数值解.[结果]该数值解法结合了Fourier-Galerkin谱方法和谱延迟校正法的特点,具有精度高、稳定性好、储存量小及计算时间快等优点.最后通过数值算例验证了所构造的数值格式在时间和空间方向上都能达到高阶精度.[结论]将Fourier-Galerkin谱方法与谱延迟校正法相结合,计算时间分数阶Fisher方程的数值解.通过计算误差范数,验证了所构造的数值格式的稳定性和收敛性.对比差分法所构造的数值格式,本文构造的数值格式在时空方向上都能够达到高阶精度,并且运行速度更快. 展开更多
关键词 时间分数阶Fisher方程 谱延迟校正法 Fourier-Galerkin谱方法 稳定性 收敛性
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基于多角度多光谱相机的相对辐射校正方法分析
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作者 赵德馨 李对对 +2 位作者 陈继辉 王凡超 李闯 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2024年第4期81-90,共10页
多角度多光谱相机(Directional Multi-Spectral Camera,DMC)由5台相机组成,每台相机单独成像,这种成像方式导致其立体成像过程中多相机间辐射响应很难保持一致性。为实现各个视角相机及每片CCD的辐射响应一致,文章提出了多相机全局色差... 多角度多光谱相机(Directional Multi-Spectral Camera,DMC)由5台相机组成,每台相机单独成像,这种成像方式导致其立体成像过程中多相机间辐射响应很难保持一致性。为实现各个视角相机及每片CCD的辐射响应一致,文章提出了多相机全局色差标定法,并与直方图在轨统计法和偏航定标法对DMC影像的辐射校正效果进行了对比。其中几种方法的相机间影像的辐射校正效果比较显示,多相机全局色差标定法校正的5个相机的影像颜色更接近,且均匀地物的相对辐射校正精度更高;CCD片间影像的校正效果比较显示,直方图统计法和多相机全局色差标定法校正的CCD片间影像都呈现颜色均衡,基本无色差,且相对辐射校正精度在3%以内。综上,说明多相机全局色差标定法更适用于校正DMC的辐射一致性问题。 展开更多
关键词 多角度多光谱相机 相对辐射校正 多相机色差标定法 直方图统计法 遥感图像
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