为了准确监测小麦白粉病染病早期病情, 给喷药防治提供技术指导, 论文将染病初期的小麦叶片作为研究对象。首先, 利用高光谱图像数据, 通过图像特征分割出叶片区域和病斑区域, 定量计算病情严重度; 其次引入Relief-F算法提取染病早期最敏感波段和波段差, 计算出白粉病病害指数PMDI(Powdery mildew disease index); 并通过分析病情指数DI(Disease index)与11种植被指数(含PMDI指数)的相关性及线性模型, 得出PMDI模型有最高的决定系数(R2=0.839 9)和最低的均方根误差(RMSE=4.522 0), 效果优于其他病害植被指数的结果(其中, Normalized Difference Vegetation Index, NDVI的模型决定系数最高, R2=0.777 1, RMSE=5.336 4); 最后, 选择PMDI和NDVI植被指数分别构建小麦白粉病染病早期病情严重度的支持向量回归模型。结果表明: 经敏感波段筛选构建的PMDI指数的预测结果更好, 预测模型的R2=0.886 3, RMSE=3.553 2, 可以实现小麦白粉病早期无损诊断, 这为指导作物病害喷药防治提供重要的技术支撑。

为了对塑料饮料瓶物证进行检验分析, 利用傅里叶变换红外光谱仪、X射线荧光光谱仪和厚度仪, 对57个塑料饮料瓶样品进行抽查检验, 并结合聚类分析方法进行了分析处理。首先, 红外光谱法可对塑料饮料瓶样品的主要成分进行检验, 根据样品成分的不同, 可分为聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)两大类; 其次, 通过X射线荧光光谱法对样品中的主要填料碳酸钙进行测定, 根据Ca元素的含量可以对样品进行区分; 最后, 利用测厚仪可对塑料饮料瓶样品的厚度进行测定。根据样品的颜色、规格、成分、Ca元素的含量以及样品的厚度, 结合聚类分析法可以将样品进行区分, 实验结果表明该方法简便快速、结果准确可靠、且无损检材, 可用于检验区分塑料饮料瓶。

提出了一种基于线性混合模型的高光谱图像绿藻面积估计算法。利用端元提取算法, 自动获取图像中绿藻端元的光谱曲线, 根据得到的端元及原始图像, 通过全约束最小二乘算法, 求得绿藻端元的丰度图, 丰度图作为绿藻面积的估计结果。算法能够有效克服由于高光谱图像分辨率不足造成的绿藻面积估计不准确的问题, 实现亚像素水平的绿藻面积估计。利用2013年6月29日获取的GOCI传感器获取的8波段光谱图像展开实验, 计算得到当日绿藻覆盖面积为321 km2, 与HJ-1B卫星的实测结果高度接近, 相比于NDVI等传统算法具有明显优势。方法为绿藻灾害预警和监测提供了一条新的解决思路和技术途径, 具有较高的应用价值。

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪, 其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性, 进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件, 将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度, 首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性, 然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明: 在460~920 nm波长范围之间, 偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性, 加装退偏器之后, 偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性, 实测值与理论值的绝对误差均在2%以内, 从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性, 能够满足实验测量的要求。

为解决传统“Brault”采样方法中参考信号过零点计算复杂、耗时较多的问题, 提出了基于傅里叶插值技术寻找过零点的方法。通过与其他插值方法进行比较研究, 结果表明, 这种方法确保了过零点信息准确性的同时简化了数据处理的复杂度, 得到的过零点信息线性拟合系数大于0.999。在2 100~2 200 cm-1波段范围内, 当参考激光信号误差较小时, 傅里叶插值方法得到的仪器SNR是三次样条插值法所得到的1.03倍, 而线性插值方法与傅里叶插值方法得到的结果一致; 当参考激光信号误差较大时, 傅里叶插值方法得到的仪器SNR是线性插值方法得到的仪器SNR的1.05倍。

采用拉曼光谱技术结合QuEChERS(Quick Easy Cheap Effective Rugged and Safe)样本前处理建立了黄瓜上吡虫啉残留量的快速检测方法。以进行了不同前处理步骤(乙腈提取、去水萃取、褪色除杂)的三批黄瓜样本作为实验对象, 利用780 nm激光器采集样本的拉曼光谱图, 并分别采取偏最小二乘(PLS)和主成分回归(PCR)算法建立了六个黄瓜中吡虫啉含量预测模型。结果表明, 仅进行了乙腈(C2H3N)提取一步前处理的样本建模效果最优, 校正集及预测集的相关系数均在0.99以上, 其中PLS的预测集相对分析误差(RPD)达到5.52, 说明模型具有一定的预测精度, 此结果可为后续前处理简化研究提供有力依据。

参麦注射液是一种中药复合物, 广泛应用于癌症患者的辅助治疗中。在生理(PH7.4)环境下, 通过荧光光谱与紫外吸收光谱研究了参麦注射液与人血清白蛋白的相互作用。 荧光光谱和紫外吸收光谱实验结果表明, 参麦注射液能够有效地引起人血清白蛋白的内荧光源淬灭, 其淬灭机理为动态淬灭。利用Stern-Volmer方程对荧光光谱数据进行分析, 得到不同温度(296, 303, 310 K)下的结合常数(KA)。通过Van′t Hoff 方程计算出热力学参数(ΔG<0, ΔH>0, ΔS>0), 该结果表明疏水力是人血清白蛋白与参麦注射液结合时的主要相互作用力及结合过程是一个自发过程。此外, 同步荧光光谱实验结果表明, 当参麦注射液与人血清白蛋白结合时, 主要结合点位于酪氨酸残基, 且引起了人血清白蛋白的结构变化。

建立一种简便快速、灵敏准确、无损的检验橡胶鞋底物证的分析方法, 为侦查破案提供线索、指明方向, 为证实犯罪提供科学的依据。利用能量色散型X射线荧光光谱仪, 电压为45 kV, 电流为40 μA, 功率为1.8 kW, 样品量为1.5 cm×1.5 cm, 测试时间60 s。对不同品牌、不同种类的40个橡胶鞋底样品中的无机元素进行定性和半定量分析, 并考查了该方法的重现性。依据样品中所含元素的种类及含量的不同, 可以对不同品牌、同一品牌不同种类的橡胶鞋底样品进行区分。同时, 利用SPSS聚类分析-重心法作为类间定义距离, 对橡胶鞋底样品进行分类, 样品的聚类效果很好。试验结果表明: 利用该方法检验橡胶鞋底样品简便快速、结果准确可靠、重现性好、无需制样且无损检材, 可用于公安机关实际办案。

针对傅里叶变换光谱仪探测器引起的非线性进行研究, 阐述了非线性的产生、分析了非线性对光谱的影响以及介绍了两种校正二次项非线性的方法: 卷积法和迭代法。并采用这两种方法对干涉图进行二次非线性校正, 然后在卷积法与迭代法的基础上提出一种更适用于实际数据的新方法。最后采用这三种方法对模拟数据以及实际采集数据分别进行非线性校正, 实验数据说明校正后非线性能得到抑制。并且通过对比发现, 新的校正方法有较好的精度及更快的速度。

弹光调制傅里叶变换干涉信号是高速、连续非线性变化。为了实现等时间采样干涉信号的准确光谱重建, 有必要对弹光调制干涉信号的预处理技术和相位校正方法进行研究。为了从连续的干涉数据中获取一幅完整的干涉图, 文中利用干涉图零光程差点的幅值最大特性, 获取一幅完整的干涉图。同时, 为了克服干涉图的非对称性, 提出将改进的Mertz相位校正方法与非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)相结合, 提高重建光谱的速度和准确度。在实验中, 通过仿真产生300 K红外黑体的非对称弹光调制干涉图, 采用该数据处理方法提高了重建光谱的精度, 并以大气窗口为被测对象, 比较准确地重建了大气光谱曲线, 实现了气体成分的定性分析。