干涉光谱数据处理技术研究进展 被引量：9

1

作者 景娟娟 相里斌 +2 位作者 吕群波 黄旻 周锦松 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期865-870,共6页

干涉光谱成像技术是一类同时具有成像、光谱测量功能的新型信息获取技术,由于干涉光谱成像仪获取的数据是目标的干涉数据,是一种中间数据,不能为用户直接所用,必须通过数据处理技术进行处理才能得到高质量的光谱数据,最终为用户所用。... 干涉光谱成像技术是一类同时具有成像、光谱测量功能的新型信息获取技术,由于干涉光谱成像仪获取的数据是目标的干涉数据,是一种中间数据,不能为用户直接所用,必须通过数据处理技术进行处理才能得到高质量的光谱数据,最终为用户所用。文章将干涉光谱数据处理技术分为通用型和专用型两大类,首先介绍了通用型干涉光谱数据处理技术的发展历程,然后针对干涉光谱成像技术的分类,介绍了不同类型干涉光谱数据的提取方式,对近些年来国内外专用型干涉光谱数据处理技术的发展进行了分析介绍。最后,对干涉光谱数据处理技术的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 光谱反演 空间调制 时间调制 时空联合调制 误差修正

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强度调制-傅里叶变换光谱偏振技术研究与仿真 被引量：6

2

作者 王新全 相里斌 +2 位作者 黄旻 胡亮 景娟娟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1980-1984,共5页

强度调制-傅里叶变换光谱偏振技术是一种综合强度调制光谱偏振技术和傅里叶变换光谱技术的新型光谱偏振测量技术,能够同时实现全斯托克斯光谱偏振参数测量,保留了傅里叶变换光谱技术高通量、多通道的特点,同时具有降低数据处理复杂程度... 强度调制-傅里叶变换光谱偏振技术是一种综合强度调制光谱偏振技术和傅里叶变换光谱技术的新型光谱偏振测量技术,能够同时实现全斯托克斯光谱偏振参数测量,保留了傅里叶变换光谱技术高通量、多通道的特点,同时具有降低数据处理复杂程度的优点。文章对强度调制-傅里叶变换光谱偏振测量技术的数据采集和光谱偏振复原过程进行了理论分析,给出了推导公式,并进行了基于该技术的光谱偏振仪工作全过程的数值模拟,理论分析及模拟结果证明了该技术在理论上的可行性。 展开更多

关键词 光谱偏振技术 强度调制 傅里叶变换光谱技术

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偏振光谱图像去雾技术研究 被引量：4

3

作者 夏璞 刘学斌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2331-2338,共8页

空气污染严重影响了成像质量,雾霾天气下成像的对比度和分辨率下降。利用不同波段偏振光谱数据的图像去雾研究国内外尚未见报道;运用偏振光谱去雾技术对光谱数据立方体研究具有重要意义。在中重度雾霾天气下,利用光谱仪,获取了380~1 00... 空气污染严重影响了成像质量,雾霾天气下成像的对比度和分辨率下降。利用不同波段偏振光谱数据的图像去雾研究国内外尚未见报道;运用偏振光谱去雾技术对光谱数据立方体研究具有重要意义。在中重度雾霾天气下,利用光谱仪,获取了380~1 000nm的可见近红外偏振光谱数据,研究了450,550,650,750和850nm五个波长下偏振图像和去雾结果。结果表明,波长对图像目标与背景的灰度差值影响显著,去雾后图像的灰度动态范围和平滑度都有显著提升;去雾后图像远景对比度平均提升了5倍,其中450nm图像对比度最低,但对比度提升量最大,提高了7.13倍;850nm图像对比度最高,但对比度提升量最小,提高了3.86倍;去雾后不同波长图像的灰度动态范围均有明显展宽,展宽范围为13.5%~28.6%,而图像近景动态范围展宽为33.3%~44.0%。分析了图像复原过程中可能出现的估计误差,根据其产生机理提出了对大气散射光的偏振度和无穷远处的大气散射光强度的校正方法,并总结出了最佳校正系数的选取规律,对未知条件下的图像去雾提出指导。通过斯托克斯参数从原始数据中提取偏振信息,基于大气散射光与景物透射光偏振特性差异对图像去雾,偏振光谱图像去雾技术为光谱图像去雾研究提供一种新手段,也为图像去雾技术的发展提供一种新思路。 展开更多

关键词 图像去雾 光谱学 偏振 气溶胶

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曲面仿生复眼测速技术研究 被引量：3

4

作者 刘韬 郭文阁 +5 位作者 朱帅民 张远杰 许黄蓉 武登山 周晓军 鱼卫星 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第1期134-141,共8页

曲面仿生复眼相机具有大视场,对运动目标敏感等特点,在广域探测、内窥导管、精确制导等国防、医学及民用工业领域中有着广阔的应用前景,该文报道了基于曲面仿生复眼相机的高速运动目标测速技术研究。首先建立了基于曲面仿生复眼成像原... 曲面仿生复眼相机具有大视场,对运动目标敏感等特点,在广域探测、内窥导管、精确制导等国防、医学及民用工业领域中有着广阔的应用前景,该文报道了基于曲面仿生复眼相机的高速运动目标测速技术研究。首先建立了基于曲面仿生复眼成像原理的测速模型;然后利用霍夫圆检测算法在原始复眼图像上找出每个子眼所在位置,并通过图像分割对相邻子眼之间重叠视场进行分析;最后再结合SIFT算法对相邻2个子眼的子图像进行特征点提取与图像配准,由提取出的特征点像素坐标计算出重叠区域像素数目,从而得到汽车的运动速度。设计了相关测速实验进行验证,实验中拍摄距离控制在6 m~10 m之间,对以8.33 m/s速度做匀速直线运动的汽车进行测试,测试结果表明,可将速度测试的相对误差控制在4%以内。与单孔径成像系统测速结果相比,曲面仿生复眼测速技术具有更高的准确性和重复性。 展开更多

关键词 仿生复眼 单孔径 测速系统 图像处理 大视场

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基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭偏技术

5

作者 邓仲勋 权乃承 +1 位作者 李思远 张淳民 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期32-40,共9页

提出了一种基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭仪方案,与现有时间调制型与时频混合调制型广义光谱椭偏技术相比,其不含运动部件与电控元件,可实现被测样品全部16个Mueller矩阵元素光谱的实时测量。与现有频率调制型广义光谱椭偏技术... 提出了一种基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭仪方案,与现有时间调制型与时频混合调制型广义光谱椭偏技术相比,其不含运动部件与电控元件,可实现被测样品全部16个Mueller矩阵元素光谱的实时测量。与现有频率调制型广义光谱椭偏技术相比,其测量结果的光谱分辨率更高且降低了通道串扰产生的概率。 展开更多

关键词 频率调制 MUELLER矩阵 实时测量 椭偏技术 偏振探测

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基于IPLS-XGBoost算法的可见-近红外光谱鸡蛋新鲜度高效准确检测技术研究 被引量：3

6

作者 张美志 张宁 +4 位作者 乔聪 许黄蓉 高博 孟庆扬 鱼卫星 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1711-1718,共8页

针对传统光谱法检测鸡蛋新鲜度存在的效率低、准确率不够高等问题,提出采用可见-近红外光谱结合极度提升树(XGBoost)等算法对鸡蛋新鲜度分类进行研究,以期在保证足够高准确度的同时大幅提高检测效率。将不同储存条件下的鸡蛋作为样本,... 针对传统光谱法检测鸡蛋新鲜度存在的效率低、准确率不够高等问题,提出采用可见-近红外光谱结合极度提升树(XGBoost)等算法对鸡蛋新鲜度分类进行研究,以期在保证足够高准确度的同时大幅提高检测效率。将不同储存条件下的鸡蛋作为样本,并分别划分为训练集和测试集,采用训练集的综合评价指标(F-measure)和准确率(Accuracy)评估分类模型的性能。具体地,首先利用可见-近红外光谱系统采集鸡蛋的反射光谱,将所得的光谱数据经过不同预处理后再结合随机森林(random forest,RF)、偏最小二乘(partial least squares,PLS)、支持向量机(support vector machine,SVM)、多层感知机(muhi-layer perception,MLP)以及XGBoost等分类算法构建鸡蛋新鲜度分类评估模型,并对比各模型性能指标。分析结果发现,经Savitzky-Golay一阶导(Savitzky Golay first-order derivative,SG-1^(st)-Der)预处理后的RF、SVM、XGBoost模型和经标准正态变量(standardized normal variate,SNV)预处理后的PLS、MLP模型具有较好的训练结果。为进一步提高模型精度和运算效率,提出利用区间偏最小二乘法(interval partial least squares,IPLS)对SG-1^(st)-Der和SNV预处理后的光谱数据首先进行降维,然后再分别建立基于RF、SVM、XGBoost、PLS及MLP等算法的预估模型,最后通过测试集对模型进行验证。结果发现原始光谱数据经SG-1^(st)-Der预处理后所建立的IPLS-XGBoost分类模型性能最优,在不同储藏条件下测试集的F-measure分别为92.33%和90%,Accuracy分别达到94.44%和91.67%,而程序运行时间均不超过0.6 s。表明,可见-近红外光谱结合IPLS-XGBoost分类算法可应用于鸡蛋新鲜度评估,该方法在模型分类性能、准确度评估、运行速度等方面比传统方法更具优越性。 展开更多

关键词 可见/近红外光谱技术 XGBoost算法 区间偏最小二乘法 鸡蛋新鲜度

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高光谱干涉图像动态追踪补偿方法研究 被引量：21

7

作者 于涛 胡炳樑 +3 位作者 高晓惠 魏儒义 景娟娟 侯晓华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期35-40,共6页

结合基于位置姿态测量系统的目标动态追踪补偿校正和非等间隔快速傅里叶变换谱提取,提出一种机载遥感的高准确度校正方法.该方法通过位置姿态组合系统在承载平台稳定性较差的成像条件下进行实时姿态测量、主动校正、反馈补偿获取干涉图... 结合基于位置姿态测量系统的目标动态追踪补偿校正和非等间隔快速傅里叶变换谱提取,提出一种机载遥感的高准确度校正方法.该方法通过位置姿态组合系统在承载平台稳定性较差的成像条件下进行实时姿态测量、主动校正、反馈补偿获取干涉图,再对校正后的干涉图进行空间变换和非均匀性谱提取,获得融合图像和目标光谱曲线.机载飞行实验表明:多谱段伪彩色融合图像效果良好,光谱反演准确度与传统校正方法相比有大幅提升.基于该方法的位置组合测量系统具有良好的机载环境适应性,可应用于稳定性较差的平台以及非干涉型原理的光谱成像探测系统,为机载高光谱图像运动误差一体化处理平台的研究提供了一条新途径. 展开更多

关键词 光谱仪 误差校正 动态追踪补偿 组合校正系统 控制 数据处理 成像技术

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空间调制干涉光谱成像仪的星上定标系统 被引量：4

8

作者 高静 计忠瑛 +1 位作者 王忠厚 崔燕 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期902-906,共5页

经计算推导和实验,研究设计了空间调制干涉光谱仪的星上定标系统,并进行了实验室光谱测试和航天元件的多种环境测试.解决了空间调制干涉光谱仪星上定标技术的关键组件定标光源、光谱滤光片、积分球组件的技术难点.实现了全孔径、部分视... 经计算推导和实验,研究设计了空间调制干涉光谱仪的星上定标系统,并进行了实验室光谱测试和航天元件的多种环境测试.解决了空间调制干涉光谱仪星上定标技术的关键组件定标光源、光谱滤光片、积分球组件的技术难点.实现了全孔径、部分视场的相对光谱定标,得到了星上定标光谱和干涉图. 展开更多

关键词 星上定标 空间调制 积分球 光谱滤光片

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偏振透雾成像系统的设计与实验分析 被引量：4

9

作者 夏璞 刘学斌 闫鹏 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期95-101,共7页

针对尘雾天气下对成像质量、集成度和实时性的要求,设计了一种可进行快速去雾处理的偏振成像系统.利用现场可编程门阵列实现差分电平转换,结合探测器内置锁相环路和CamLink图像传输协议搭建高集成度CMOS成像电路;利用斯托克斯方程对获... 针对尘雾天气下对成像质量、集成度和实时性的要求,设计了一种可进行快速去雾处理的偏振成像系统.利用现场可编程门阵列实现差分电平转换,结合探测器内置锁相环路和CamLink图像传输协议搭建高集成度CMOS成像电路;利用斯托克斯方程对获得的偏振图像进行反演,通过数字信号处理器模块实现了实时去雾算法.该偏振成像系统尺寸为117mm×117mm×126mm,质量为1.2kg.在尘雾天气下进行成像实验,通过对比去雾前后图像直方图和RGB分布,表明该成像系统能有效地对大气散射进行校正,验证了该成像系统的透雾能力.实验结果表明,该成像系统在2 048×2 048及180Hz下可获得稳定的彩色去雾图像. 展开更多

关键词 去雾 偏振测量 CMOS 现场可编程门阵列 数字信号处理器

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基于塑料传像光纤阵列的多孔径高分辨成像技术 被引量：1

10

作者 杜晓瑞 许黄蓉 +2 位作者 李文龙 贺正权 孔德鹏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期169-178,共10页

为解决传统光纤传像系统中分辨率受传像光纤像素数量制约而导致系统整体分辨率提升困难的问题,提出一种基于塑料传像光纤阵列的多孔径高分辨成像技术,利用传像光纤阵列及图像拼接技术突破像素数难以提升的瓶颈。通过高分辨、小截面的传... 为解决传统光纤传像系统中分辨率受传像光纤像素数量制约而导致系统整体分辨率提升困难的问题,提出一种基于塑料传像光纤阵列的多孔径高分辨成像技术,利用传像光纤阵列及图像拼接技术突破像素数难以提升的瓶颈。通过高分辨、小截面的传像光纤组合阵列提升像素,结合微透镜阵列重叠成像的效果,实现光纤阵列成像的完整性,有望使光纤传像系统像素数达到百万数量级。通过建立光纤传像系统性能指标与光学参数之间的关系,仿真设计一款室内监控远心镜头作为传像系统的主镜头,并设计微透镜阵列作为主镜头与传像光纤阵列之间的中继镜头。仿真结果表明,主镜头与微透镜阵列均满足传像光纤性能需求。实验测试结果表明,系统含有40万有效像素,分辨率为40 lp/mm,图像输出完整,该成像系统设计具有良好的可行性,对光纤传像系统的分辨率提升具有重要的实际参考意义。 展开更多

关键词 高分辨成像 多孔径成像 传像光纤阵列 微透镜阵列 监控镜头

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宽谱段空间外差干涉光谱仪 被引量：15

11

作者 冯玉涛 孙剑 +2 位作者 李勇 王姝娜 白清兰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期48-55,共8页

研究了基于中阶梯光栅多级衍射特性实现谱段展宽的宽谱段空间外差干涉光谱仪的基础理论和系统设计方法.阐述了宽谱段空间外差干涉光谱仪的特点,分析了仪器性能指标（光谱分辨率、光谱范围、视场、信噪比、衍射级次等）与初始光学和电子... 研究了基于中阶梯光栅多级衍射特性实现谱段展宽的宽谱段空间外差干涉光谱仪的基础理论和系统设计方法.阐述了宽谱段空间外差干涉光谱仪的特点,分析了仪器性能指标（光谱分辨率、光谱范围、视场、信噪比、衍射级次等）与初始光学和电子学参数（光栅、视场棱镜、成像系统、探测器等）之间的理论关系.然后,设计并搭建了宽谱段空间外差干涉光谱仪实验平台,该系统的理论光谱分辨率为0.173 cm-1@16 950 cm-1,光谱区为500～700 nm.最后,给出了激光（543.5 nm、632.8 nm）、Na灯（589 nm、589.6 nm）、Hg灯（576.96 nm、579.07 nm）光源的宽谱段实验结果,其复原光谱的平均波数采样间隔为0.17 cm-1;光谱复原过程中采用三角切趾函数,平均光谱分辨率为0.39 cm-1.实验结果与理论设计符合良好,且复原谱各级次之间的对应关系与光栅方程确定的理论关系完全符合. 展开更多

关键词 空间外差干涉光谱仪 中阶梯光栅 多级衍射 二维干涉图

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基于OP/FTIR和反射转镜式干涉光谱仪的大气CO2浓度测量 被引量：5

12

作者 魏儒义 周锦松 +3 位作者 张学敏 于涛 高晓惠 任小强 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期2978-2983,共6页

对地球大气温室气体进行高精度的探测,是当今数值天气预报和气候与大气环境变化监测的发展需求。利用OP/FTIR测量法,将一台国内率先自行研制的中波红外反射转镜式干涉光谱仪,首次成功地用于地表大气CO2红外吸收光谱的测量。该反射转镜... 对地球大气温室气体进行高精度的探测,是当今数值天气预报和气候与大气环境变化监测的发展需求。利用OP/FTIR测量法,将一台国内率先自行研制的中波红外反射转镜式干涉光谱仪,首次成功地用于地表大气CO2红外吸收光谱的测量。该反射转镜式干涉光谱仪的工作谱段为2 100~3 150cm-1,光谱分辨率为2cm-1。设计了大气成分探测方法,建立了大气浓度参数反演数理依据和定量分析算法。采用基于比尔定律的直接法和基于HITRAN数据库及仪器函数的仿真拟合法,建立了反演模型,并对CO2分子的浓度进行了反演。根据观测和模型分析,CO2的浓度反演结果在300~370ppm,呈现出随自然环境变化先缓慢降低再快速升高的趋势,并在下午至傍晚之间达到低值;同时,随时间的变化,用直接法计算的CO2浓度和用拟合法的仿真值表现出了良好的一致性,所有测量数据之间的相关性高达99.79%,相对误差不超过2.00%,达到了较高的反演精度。结果表明,在遥感测量大气成分方面,基于红外反射转镜式干涉光谱仪的OP/FTIR法是可行且有效的技术手段,直接法或拟合法皆可实现高精度的浓度反演。 展开更多

关键词 大气红外光谱 浓度反演 比尔定律 仪器函数 反射转镜

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反射转镜式干涉光谱仪光程差的一般表达式 被引量：2

13

作者 周锦松 相里斌 +1 位作者 魏儒义 景娟娟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期263-266,共4页

对反射转镜式干涉光谱仪的原理进行了介绍,从马吕斯定律和角反射体的反射特性入手,选择转镜反射面的旋转中心作为入射光束和出射光束等波面的参考点,对反射转镜式干涉光谱仪的光程差进行了分析计算,给出反射转镜式干涉光谱仪任意时刻光... 对反射转镜式干涉光谱仪的原理进行了介绍,从马吕斯定律和角反射体的反射特性入手,选择转镜反射面的旋转中心作为入射光束和出射光束等波面的参考点,对反射转镜式干涉光谱仪的光程差进行了分析计算,给出反射转镜式干涉光谱仪任意时刻光程差及最大光程差的一般表达式,分析影响最大光程差和光程差变化周期的因素,为反射转镜式干涉光谱仪的设计与研制提供理论指导。 展开更多

关键词 光谱仪 傅里叶变换 反射转镜 光程差

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无人机载型曲面仿生复眼成像测速系统 被引量：9

14

作者 许黄蓉 刘晋亨 +6 位作者 张远杰 武登山 樊豪 冯向朋 张耿 胡炳樑 鱼卫星 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期224-230,共7页

基于仿生复眼的视觉优势,将曲面仿生复眼结构应用于无人机载光电探测系统,实现机载宽视场高分辨运动目标探测。根据生物复眼的结构形态,设计了六边形排列的曲面透镜阵列作为曲面仿生复眼,辅以光学中继转像子系统和CMOS图像传感器,构成... 基于仿生复眼的视觉优势,将曲面仿生复眼结构应用于无人机载光电探测系统,实现机载宽视场高分辨运动目标探测。根据生物复眼的结构形态,设计了六边形排列的曲面透镜阵列作为曲面仿生复眼,辅以光学中继转像子系统和CMOS图像传感器,构成曲面仿生复眼成像测速系统。该系统的成像视场可达98°×98°,系统焦距为5 mm,角分辨率为1.8 mrad,F数为3.5,系统体积为Ф123 mm×195 mm,重量为1.35 kg。根据仿生复眼的成像原理,利用仿生复眼成像系统中相邻小眼存在的视场重叠优势,提出了曲面仿生复眼的测速原理,使得多个小眼能够同时探测场景中的同一个目标。运动汽车的测速实验表明该测速方法能够有效提高运动目标测试的可靠性和准确性。 展开更多

关键词 仿生复眼 成像系统 无人机载 大视场 测速系统

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量子遗传-神经网络算法的润滑油动力粘度值可见近红外光谱分析 被引量：7

15

作者 刘晨阳 唐兴佳 +3 位作者 于涛 王泰升 卢振武 鱼卫星 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1634-1639,共6页

润滑油动力粘度是划分润滑油品质的重要依据之一,高铁变速箱润滑油需要进行实时、快速、无损的检测,因此提出一种基于可见近红外光谱微型模块结合量子遗传-神经网络算法对润滑油粘度值进行定量分析的新方法。不仅实现了高铁变速箱润滑... 润滑油动力粘度是划分润滑油品质的重要依据之一,高铁变速箱润滑油需要进行实时、快速、无损的检测,因此提出一种基于可见近红外光谱微型模块结合量子遗传-神经网络算法对润滑油粘度值进行定量分析的新方法。不仅实现了高铁变速箱润滑油动力粘度的无损快速实时检测,还进一步提高了对润滑油动力粘度预测的精度。微型光谱仪具有性能优良、体积小巧等优势,在便携式光谱无损检测方面用途越来越多。在这里,选用可见短波近红外和近红外波导光栅两种微型光谱模块进行光纤耦合,实现了330~1700 nm可见-近红外波段光谱拼接。首先我们采用该组合微型光谱仪对13种不同粘度的润滑油共78个样本进行光谱扫描得到原始光谱数据。原始光谱经过Savitzky-Golay卷积平滑后,再一阶求导,可以有效地消除基线漂移和背景噪声。然后采用主成分分析和马氏距离相结合的方法来识别浓度界外样本,剔除界外样本3个。最后采用BP(back propagation)神经网络和量子遗传神经网络两种回归算法分别建立定量分析模型,并对比分析了两种算法的性能。量子遗传算法是量子计算和遗传算法相结合地一种概率进化算法,采用量子染色体的形式,利用量子逻辑门进行全局搜索,从而可以利用量子遗传算法优化神经网络地权重和阈值,提高建模效率和精度。分别用BP神经网络算法和量子遗传-神经网络算法进行建模仿真,从75个样本随机抽取10个样本作为预测集,其余65个为建模集。在量子遗传寻优算法中,其种群数目设置为40,终止代数为200,寻优结果表明该算法在训练81代后可快速得到最优解。比较两种建模算法的预测结果,采用量子遗传-神经网络算法相比BP神经网络算法得到的粘度预测结果均方根误差从0.3455降低至0.0294,决定系数从0.8504升至0.9799,可知量子遗传-神经网络算法的预测能力明显强于BP神经网络。为进一步提高润滑油粘度的定量分析准确度和微型光谱模块应用于高铁齿轮箱润滑油在线、实时、快速检测提供了参考方法。 展开更多

关键词 可见-近红外光谱微型模块 润滑油 动力粘度 量子遗传算法 神经网络算法

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深度神经网络在红外光谱定量分析VOCs中的应用 被引量：10

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作者 张强 魏儒义 +3 位作者 严强强 赵玉迪 张学敏 于涛 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1099-1106,共8页

鉴于浅层人工神经网络(ANN)需要依靠先验知识进行人工提取特征,同时较浅的网络结构限制了神经网络学习复杂非线性关系的能力,将深度神经网络(DNN)应用于利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对多组分易挥发性有机物(VOCs)进行的浓度反演研究,... 鉴于浅层人工神经网络(ANN)需要依靠先验知识进行人工提取特征,同时较浅的网络结构限制了神经网络学习复杂非线性关系的能力,将深度神经网络(DNN)应用于利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对多组分易挥发性有机物(VOCs)进行的浓度反演研究,并利用仿真实验验证了算法的有效性。从美国环境保护署(EPA)的数据库中选取了包括苯、甲苯、 1,3-丁二烯、乙苯、苯乙烯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯在内的八种VOCs气体在8~12μm波长范围内的吸光度谱,每种气体有四种不同浓度下的谱线,依据Beer-Lambert定律从每种VOCs气体中选择一种浓度下的吸光度谱进行混合,得到65 536种不同的VOCs混合气体吸光度谱样本。随机选择5 000组混合气体的吸光度谱,其中4 000组作为训练样本, 1 000组作为预测样本。通过积分提取和主成分提取对光谱矩阵进行降维预处理,将光谱维度从3 457维降到30维。将光谱矩阵经过预处理后得到的新矩阵作为网络输入,对应八种VOCs的浓度矩阵作为输出,建立了30-25-15-10-8的深度神经网络回归预测模型来实现多组分VOCs浓度反演,反演得到样本的均方根误差为0.002 7×10-6,相比于前人利用非线性偏最小二乘拟合、人工神经网络等方法拟合的精度有了明显的提高。每种VOCs气体的均方根误差均不超过0.005×10-6,每个样本的均方根误差均不超过0.006×10-6,证明了深度神经网络预测模型具有良好的非线性拟合能力和良好的稳定性。当训练样本不足(典型值:小于500)时,深度神经网络无法充分地学习,网络误差较大,精度低于单隐藏层的人工神经网络,但随着训练样本数量的增加,深度神经网络的精度不断提高,当训练样本数充足时,相比浅层的人工神经网络,深度神经网络具有更强的非线性关系学习能力,预测精度更高,模型更为稳定。同时,由于训练前对光谱矩阵进行了降维处理,大大降低了算法的复杂度,有效提高了反演效率。分析表明,深度神经网络预测模型具有良好的非线性拟合能力和良好的稳定性,无需人工提取特征就能够充分学习数据特征,同时对多组分VOCs进行浓度反演并达到较高精度。 展开更多

关键词 深度神经网络 傅里叶变换红外光谱 易挥发性有机物 浓度反演 多组分分析

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基于遗传算法-支持向量机的兔肝VX2肿瘤光谱鉴别 被引量：7

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作者 刘晨阳 许黄蓉 +3 位作者 段峰 王泰升 卢振武 鱼卫星 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3123-3128,共6页

兔肝VX2肿瘤是一种快速生长的肿瘤模型,可以在多种器官如肝、肺、直肠等快速生长,常用于肿瘤研究。采用可见-近红外高光谱技术对四只兔子的兔肝VX2肿瘤和正常组织进行活体和离体的反射光谱检测,然后采用支持向量机分别实现了二分类(正... 兔肝VX2肿瘤是一种快速生长的肿瘤模型,可以在多种器官如肝、肺、直肠等快速生长,常用于肿瘤研究。采用可见-近红外高光谱技术对四只兔子的兔肝VX2肿瘤和正常组织进行活体和离体的反射光谱检测,然后采用支持向量机分别实现了二分类(正常肝组织和肝VX2肿瘤组织)和四分类(未出血活体正常肝组织、未出血活体VX2肿瘤组织、出血离体正常肝组织和出血离体肝VX2肿瘤组织)。根据其光谱反射曲线的特征,选择了400~1800 nm区间的数据为特征变量。为进一步提高分类准确率,分别采用5折交叉验证和遗传算法对支持向量机的核函数参数g和惩罚因子c进行了优化。其中5折交叉验证优化参数和分类结果为:二分类优化的惩罚参数c为4,核函数参数g为0.1250,其校正集和预测集的准确率都达到了100%;四分类中优化出的参数c为8,g为0.1211,其校正集和预测集的准确率分别达到了99.2424%和93.333%。遗传算法优化参数和结果为:二分类中优化的参数c为0.8456,g为0.0625,其校正集和预测集的准确率同样都达到了100%;四分类中优化的参数c为5.5307,g为0.0685,其校正集和预测集的准确率分别达到了99.2424%和100%。结果显示两种优化方法都取得了很好的效果,遗传算法优化参数对四分类的分类更为精确。为进一步提升算法速度,采用间隔选取变量的方法来不断减少特征变量,最终每隔100 nm谱段选择一个变量,共选择14个谱段作为特征变量。采用遗传算法优化支持向量机参数并对其分类进行了研究,结果表明:二分类和四分类的校正集和预测集结果准确率均为99.2424%,而且运行时间分别为11.4和20.0 s,与选择全波段的运行时间:340.3和491.0 s相比,说明多光谱技术可以进行肝VX2肿瘤组织和正常肝组织的鉴别,且分类准确率可达99%以上,而且运行时间缩短了很多。为未来多光谱技术在未来临床肿瘤诊断中实现肿瘤组织的快速实时在线检测和分类奠定了基础,显示出巨大的应用潜力。 展开更多

关键词 兔肝VX2肿瘤 可见-近红外光谱 遗传算法 支持向量机

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基于仿生曲面复眼相机的目标定位技术 被引量：3

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作者 朱帅民 郭文阁 +5 位作者 刘韬 张远杰 许黄蓉 武登山 周晓军 鱼卫星 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期189-199,共11页

开展了基于仿生曲面复眼相机的空间目标定位实验研究。采用CALibration Tag标定板结合MATLAB标定工具箱对自研仿生复眼相机进行内外参数的标定。针对目标的三维定位,从曲面复眼相机成像原理出发并利用相机定标参数,确定目标点在复眼相... 开展了基于仿生曲面复眼相机的空间目标定位实验研究。采用CALibration Tag标定板结合MATLAB标定工具箱对自研仿生复眼相机进行内外参数的标定。针对目标的三维定位,从曲面复眼相机成像原理出发并利用相机定标参数,确定目标点在复眼相机中各子眼坐标系下坐标的线性关系并建立线性方程组,通过最小二乘法进行求解以获得目标点的准确空间定位。设计了光斑定位实验,实验结果表明,在至少4 m的工作距离内,仿生曲面复眼相机的定位误差可以控制在2%以内,该目标定位方法应用于仿生曲面复眼相机能实现较高精度的目标定位。在此基础上,采用尺度不变特征转变算法实现了两个子眼所拍摄子图像的特征点粗匹配,结合随机抽取一致算法去除错误匹配点,进而由特征点在子眼像素坐标系中的二维坐标反演出其在空间坐标系中的三维坐标,最后通过对所有点进行点云拼接获得完整的重构点云。实验结果表明,对距离相机约0.6 m处的边长为5.5 cm的正方体可以实现较好的三维立体重构。 展开更多

关键词 多通道成像 相机标定 图像处理 三维定位 三维重构

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基于空谱联合协同表征的高光谱图像分类算法 被引量：4

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作者 刘颖 刘蕊 +1 位作者 李大湘 杨凡超 《计算机工程与设计》 北大核心 2020年第3期815-820,共6页

针对高光谱图像分类中空间及光谱信息利用不充分的问题,提出一种改进的空谱联合协同表征分类算法。通过获取训练像素与测试像素的欧式距离得到光谱信息,计算测试像素与训练像素的空间信息,结合空间信息与光谱信息建立空谱联合表征分类模... 针对高光谱图像分类中空间及光谱信息利用不充分的问题,提出一种改进的空谱联合协同表征分类算法。通过获取训练像素与测试像素的欧式距离得到光谱信息,计算测试像素与训练像素的空间信息,结合空间信息与光谱信息建立空谱联合表征分类模型,采用最小残差法实现高光谱图像分类。实验结果表明,该算法在Indian Pines和Pavia University数据集上的分类精度分别达到98.36%和97.93%,优于传统高光谱图像分类算法。 展开更多

关键词 高光谱图像分类 信息联合 协同表征 空间正则化 谱空间信息

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小型无人机载大视场复眼相机光学系统设计 被引量：11

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作者 于晓丹 张远杰 +2 位作者 王元元 许黄蓉 鱼卫星 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期17-24,共8页

针对小型无人机载大视场光学成像观测需求,设计了一款仿生复眼大视场微小型相机.该相机光学系统总焦距为4mm,F数为4,视场角可达106°,在500m的飞行高度分辨率可达0.5m.所设计系统由曲面排布的微透镜阵列、光学像面变换子系统、图像... 针对小型无人机载大视场光学成像观测需求,设计了一款仿生复眼大视场微小型相机.该相机光学系统总焦距为4mm,F数为4,视场角可达106°,在500m的飞行高度分辨率可达0.5m.所设计系统由曲面排布的微透镜阵列、光学像面变换子系统、图像接收和数据采集处理单元三部分组成.仿生复眼中的子透镜采用双胶合透镜组合以减小系统像差,相邻子透镜在满足视场一定重叠率的前提下,可允许相邻多达7个子透镜同时对地面目标进行成像,达到目标定位和测速的目的.仿真结果表明无人机载大视场复眼相机系统在给定的公差范围内像质满足要求,每个通道的光学畸变可控制在1.2%以下. 展开更多

关键词 复眼 大视场 透镜阵列 光学设计 公差分析 目标定位

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