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基于近红外反射光谱的宣纸含水率无损检测研究 被引量：1
1
作者 王建旭 谭银雨 +6 位作者 覃丹 汤斌 唐欢 范文奇 杨玟 钟年丙 赵明富 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第6期1629-1638,共10页
含水率是影响纸质文物保存的重要因素之一,为了建立一种快速无损检测纸质文物本体含水率检测方法,以重庆中国三峡博物馆提供的棉料四尺单宣为研究对象,利用近红外光谱仪结合化学计量学的方法无损检测宣纸本体含水率。将7种不同的湿度盐... 含水率是影响纸质文物保存的重要因素之一,为了建立一种快速无损检测纸质文物本体含水率检测方法,以重庆中国三峡博物馆提供的棉料四尺单宣为研究对象,利用近红外光谱仪结合化学计量学的方法无损检测宣纸本体含水率。将7种不同的湿度盐放入封闭环境箱中,调整环境湿度范围至37%RH~97%RH,并将宣纸置于封闭环境箱内平衡7 d,利用烘干法测得宣纸含水率范围为6.35%~15.55%。近红外光谱采集的范围为900~1700 nm,原始光谱数据采用光谱-距离联合法(SPXY)以4∶1的比例将210条样本划分为168条训练集和42条验证集。原始光谱数据分别利用标准正态变量变换(SNV)、基线校正(BC)、归一化(Normalize)及其组合方法进行数据预处理。利用连续性投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)选择特征波段,并建立全波段的线性偏最小二乘回归模型(PLSR)、特征波段的PLSR模型以及非线性的双层BP神经网络(DL-BPNN)模型。结果表明,以全波段数据建立的模型中,最佳预测模型为SNV-PLSR,其验证集均方根误差(RMSEP)为0.6445,决定系数(R^(2)P)为0.9283。特征波段建立的模型中,线性最佳预测模型为未预处理-CARS-PLSR,其验证集的均方根误差(RMSEP)为0.5707,决定系数(R^(2)P)为0.9438。在非线性DL-BPNN模型中,WT+Normalize-CARS-DL-BPNN预测效果更优,其验证集为0.9424,RMSEP为0.5776。综合比较三种模型的预测效果,未预处理-CARS-PLSR模型具有最佳的预测能力,表明在宣纸的光谱数据信息中,CARS特征提取方法在保留重要特征和去除冗余信息方面具有显著优势。因此,该研究验证了近红外光谱无损检测宣纸含水率的可行性,建立了棉料四尺单宣近红外光谱与含水率之间的关系,为我国纸质文物含水率的测量提供了可靠的检测技术手段。 展开更多
关键词 近红外光谱 无损检测 含水率 纸质文物
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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
2
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 高光谱数据预处理 霉斑识别 纸质文物 注意力机制 图像分割
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基于多尺度空间-光谱特征提取的颜料高光谱图像分类方法
3
作者 汤斌 罗希玲 +6 位作者 王建旭 范文奇 孙玉宇 刘家路 唐欢 赵雅 钟年丙 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2364-2372,共9页
颜料不仅赋予文物色彩和美感,更承载着丰富的历史、文化与技术信息,因此对颜料的准确分类与识别是古代彩绘作品修复、保护及学术研究的重要基础。通过检测颜料的种类与化学成分,不仅能帮助确定作品的创作年代、地域特征及工艺风格,还能... 颜料不仅赋予文物色彩和美感,更承载着丰富的历史、文化与技术信息,因此对颜料的准确分类与识别是古代彩绘作品修复、保护及学术研究的重要基础。通过检测颜料的种类与化学成分,不仅能帮助确定作品的创作年代、地域特征及工艺风格,还能为科学修复提供指导依据。然而,传统颜料分析受限于样品尺寸、表面平整度,且部分分析方法需要取样,对文物造成不可逆损伤,这使得古书画颜料的检测面临诸多挑战。高光谱成像技术(HSI)凭借其无损检测、广域扫描及获取完整光谱信息的优势,成为文物颜料分析的重要工具。HSI克服了样品表面不平整、尺寸受限等问题,能够从不同波段获取细致的光谱和空间信息,帮助提取颜料的微观特征。旨在利用HSI技术实现古书画颜料的精准分类与深度特征提取,以应对复杂场景下的颜料检测挑战。为此,我们提出了一种多尺度空间-光谱特征融合的方法,在分析过程中结合不同层次的信息:利用光谱-空间注意力机制捕捉细节特征,并通过视觉转换器(ViT)模型获取图像整体的高层语义信息,从而增强对复杂颜料特征的表示能力和分类性能。实验结果表明,该方法在模拟画作样品上的分类性能显著优于传统和其他深度学习模型:与支持向量机(SVM)相比,分类精度提升了34.35%;相较于HyBridSN与SSRN模型,精度分别提高了8.93%和5.6%。本方法不仅提升了颜料检测的准确性,还为古书画的科学修复和价值保护提供了无损、可靠的技术支持,并为文物保护的智能化发展奠定了技术基础。 展开更多
关键词 高光谱成像 多尺度特征融合 Vision Transformer 光谱-空间注意力 颜料分类
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融合DB4小波变换的放射源特征峰提取方法
4
作者 王超亚 瞿金辉 +6 位作者 李浪 袁恺鸣 陈步龙 汤斌 王少飞 赵明富 宋涛 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第8期222-228,共7页
核素的识别在放射源定位中起着极其重要的作用,而在核素识别中,γ能谱的寻峰方法又是核素识别的基础,寻峰的灵敏度和准确性决定了最终核素识别方法的性能。提出一种基于小波变换的放射源特征峰提取方法,通过实测谱数据和G1200谱线数据... 核素的识别在放射源定位中起着极其重要的作用,而在核素识别中,γ能谱的寻峰方法又是核素识别的基础,寻峰的灵敏度和准确性决定了最终核素识别方法的性能。提出一种基于小波变换的放射源特征峰提取方法,通过实测谱数据和G1200谱线数据作为实验验证依据,利用小波变换结合二维方差阈值方法在初始数据中建立客观的寻峰标准。实验结果表明,运用该方法在G1200寻峰算法评测谱上的漏寻率比ORTEC软件降低约13.63%,可以有效避开康普顿边,具有实际部署的潜力。 展开更多
关键词 特征峰 G1200谱线 小波变换 二维方差
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基于FPGA的梯形成形滤波与脉冲堆积判弃算法研究
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作者 李浪 瞿金辉 +5 位作者 袁恺鸣 潘安远 王超亚 王少飞 张颖 汤斌 《激光杂志》 北大核心 2025年第5期47-53,共7页
在伽马射线探测系统中,伽马信号的数字化脉冲成形、脉冲堆积识别以及堆积判弃是数字化能谱测量技术中的关键步骤。针对现有的成形滤波和堆积识别方法在脉冲堆积判弃方面存在一定的不准确性,导致能谱测量过程中能量分辨率下降,提出了一... 在伽马射线探测系统中,伽马信号的数字化脉冲成形、脉冲堆积识别以及堆积判弃是数字化能谱测量技术中的关键步骤。针对现有的成形滤波和堆积识别方法在脉冲堆积判弃方面存在一定的不准确性,导致能谱测量过程中能量分辨率下降,提出了一种基于快通道梯形波形分析的堆积检测方法,并改进了梯形成形滤波算法,不仅解决了现有方法在堆积判弃方面的不足,还展示了如何在FPGA上优化资源使用,实现复杂信号处理算法的高效运行。实验结果表明,基于快通道梯形波形分析的堆积检测算法比传统的堆积检测算法在轻微堆积事件识别中性能提升至少3.4%,并且相比传统的堆积检测算法,基于快通道梯形波形分析的堆积检测算法能够准确地识别严重堆积事件。研究对伽马射线探测提供了一种高效可靠的解决方案,对相关应用具有重要的参考价值和指导意义。 展开更多
关键词 梯形成形滤波 堆积判弃 FPGA 伽马射线探测
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基于高光谱成像的纸质文物“狐斑”检测方法研究 被引量：8
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作者 戴若辰 唐欢 +5 位作者 汤斌 赵明富 代理勇 赵雅 龙邹荣 钟年丙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1567-1571,共5页
受保存条件影响,很多纸质文物表面会形成狐斑(foxing),如果不能进行有效监测和科学判断,会进而影响纸质文物安全。纸质文物狐斑病害检测存在滞后性、主观性等问题,对于书画藏品被墨色、颜料及印章等覆盖的区域更是难以通过肉眼进行识别... 受保存条件影响,很多纸质文物表面会形成狐斑(foxing),如果不能进行有效监测和科学判断,会进而影响纸质文物安全。纸质文物狐斑病害检测存在滞后性、主观性等问题,对于书画藏品被墨色、颜料及印章等覆盖的区域更是难以通过肉眼进行识别,因此,基于文物的预防性保护理念,亟待开发对于狐斑高效、精确识别的无损检测技术。可见光-近红外高光谱图像结合了光谱和图像,包含丰富的空间信息与光谱信息,可以实现无损批量地平面采集样本光谱信息。该研究提出一种基于高光谱成像技术检测纸质文物狐斑的快速识别方法,获取模拟纸质文物在360~970nm的高光谱图像,因360~450nm受噪声影响过大,所以选择剔除这部分光谱数据;选取感兴趣区域并获取相应的平均光谱反射率,比较健康区域与被狐斑感染区域,发现两者的光谱曲线存在差异;在450~600nm附近,受狐斑影响区域比健康区域的光谱反射率偏高,并在600nm附近出现波峰形态;而在600~900nm范围内,被感染区域与健康区域的光谱都趋于平稳,两者之间差异逐渐减小。选取从特征波长对应的图像中提取的特征信息建立图像识别模型,运用波段运算观察狐斑图像特征,狐斑的大小和分布情况都能清晰地显示,但与印章和墨迹重叠部分,狐斑被印章和墨迹遮盖,难以识别;利用最小噪声分离,虽然不同部分有重叠,但能发现仅凭肉眼难以识别的隐藏的狐斑;180条高光谱数据(450~970nm)建立狐斑判别模型,随机地分为120条数据为训练集,60条数据为测试集,应用K-近邻法与BP神经网络建立纸质文物狐斑光谱判别模型,总体上两种方法对狐斑判别率分别达到73.3%和85%;BP神经网络相较于K-近邻模型,总体判别率更高,识别效果也更好。结果表明,利用高光谱成像可高效准确识别纸质文物狐斑,为后续研究狐斑分布发展提供可靠的技术手段,也为博物馆馆藏文物的保存提供指导意见。 展开更多
关键词 纸质文物 狐斑 高光谱图像 光谱 机器学习分类
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改进YOLOv5s的轻量化目标检测算法研究 被引量：3
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作者 龙邹荣 蔡林峰 +5 位作者 叶彬强 汤斌 赵明富 唐跃林 王建旭 周密 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2023年第12期244-251,共8页
针对当前YOLOv5s目标检测网络复杂、参数多、部署所需配置高,难以在嵌入式平台上获得优质识别结果的问题,设计了一种轻量化目标检测算法YOLOv5s_GCB。算法使用GhostNet作为主干特征提取网络,充分发挥其计算量少、特征图不冗余的优势,从... 针对当前YOLOv5s目标检测网络复杂、参数多、部署所需配置高,难以在嵌入式平台上获得优质识别结果的问题,设计了一种轻量化目标检测算法YOLOv5s_GCB。算法使用GhostNet作为主干特征提取网络,充分发挥其计算量少、特征图不冗余的优势,从而降低算法的复杂度,提高检测速度;引入CA(coordinate attention)注意力机制,将空间坐标信息与注意力图有效整合,有助于网络快速提取有用特征,进一步增强算法的特征提取能力;借助双向特征金字塔网络(Bi-FPN)结构代替原始算法的路径聚合网络(path aggregation network)结构,对多个尺度的特征进行融合,以此构建新轻量化网络模型YOLOv5s_GCB。与原始算法相比,改进后的算法在保持目标检测精确的同时精简了模型参数,降低了运行YOLOv5算法所需的硬件要求。在VOC2007数据集中,YOLOv5s_GCB算法的平均准确率(mAP)达到75.2%,模型体积为10.6 MB,浮点计算量11.3GFLOPs(giga floating-point operations per second),与原始算法相比,参数量降低了30%,权重模型减少了20%。实验结果表明:YOLOv5s_GCB算法在保证检测精确度的同时实现了模型的轻量化,为其在性能较弱的嵌入式平台上的部署与应用提供了一定的理论依据。 展开更多
关键词 轻量化网络 YOLOv5s 注意力机制 GhostNet 加权双向金字塔
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一种高冲突修正的区间证据水质数据融合研究
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作者 肖棋森 汤斌 +4 位作者 李奉笑 肖渝 巫涛江 赵明富 程正富 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2021年第11期247-252,共6页
针对水质评价不完善的问题,提出了一种基于区间证据理论的高冲突水质多参数数据融合方法。采用D-S证据理论结合区间数的做法,通过高冲突修正原始数据后达到能够直接分类的结果。提供了一种基于区间相似度的基本概率分配生成方法,并采用... 针对水质评价不完善的问题,提出了一种基于区间证据理论的高冲突水质多参数数据融合方法。采用D-S证据理论结合区间数的做法,通过高冲突修正原始数据后达到能够直接分类的结果。提供了一种基于区间相似度的基本概率分配生成方法,并采用系数α调节,在修改冲突数据的同时保留最多的原始数据。运算后得到水质分类Ⅰ~Ⅴ依次为0.3516、0.5224、0.0913、0.0247、0.0099,不确定度概率为0,信度最大值即当前的水质分类。通过融合后的信度,能清晰地了解每个等级的支持度的概率,迅速判断水质当前所处等级,为水质分类提供了新思路。 展开更多
关键词 证据理论 基本概率分配 证据冲突 水质检测
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