1 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
2 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系, 以玉米种子主要成分淀粉为研究对象, 将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合, 无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。 以郑单958玉米品种为例, 实验通过人工老化方式(40 ℃, 100%RH)制备老化0、 18、 36、 54、 72 h的种子样本, 采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。 以16.35 cm-1下THz图像为基准, 采用阈值分割法精确提取种子胚乳、 种胚区域, 通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异, 且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm-1附近存在明显的共同吸收峰。 应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20, 移动步长为10), 逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数, 并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图, 可视化构建玉米种子淀粉分布图。 实验统计5个老化阶段、 6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得: 在29.83~67.36 cm-1区间内, 种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势, 即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。 实验结果表明: 太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测, 该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系, 无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。
玉米种子 太赫兹时域光谱反射成像 相关系数成像法 移动窗口 淀粉 Corn seeds Terahertz time-domain spectral reflection imaging Correlation coefficient imaging method Moving window Starch 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2722
1 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
2 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
应用太赫兹时域光谱技术结合区间偏最小二乘法筛选玉米种子水分THz特征波段, 并采用支持向量机构建基于特征谱区的抗非线性干扰的种子水分快速定量分析模型。 实验以郑单958玉米种子为例, 制备含水量范围9.58%~12.71%的种子粉末样本40组(每组取样3份), 采用衰减全反射(ATR)附件扫描得到120份样本太赫兹时域光谱, 根据SPXY(光谱-理化值共生距离算法)法划分得到训练集样本90份, 测试集样本30份。 种子水分对太赫兹波具有强烈吸收, 首先采用基于偏最小二乘线性回归的移动区间(mwPLS)、 独立区间(iPLS)、 后向区间(biPLS)和联合区间(siPLS)方法筛选最优特征谱区组合; 鉴于环境水分、 种子其他成分及系统噪声对种子水分太赫兹光谱存在不可避免的非线性干扰, 在上述光谱特征区间进一步采用基于RBF核函数的支持向量机和网格搜索法构建得到预测性能最优的种子水分快速定量分析非线性模型, 训练集均方根误差为0.021 2, 预测集均方根误差为0.069 7, 相对分析误差为12.345 7, 相较于传统偏最小二乘线性回归模型, 模型性能得到提升。 种子水分含量是影响种子贮藏安全和种子活力的重要因素, 实验结果表明: 太赫兹时域光谱结合化学计量学可以有效筛选种子水分特征吸收谱区, 建立抗干扰、 高精度的种子水分快速定量分析模型, 有望成为未来种子质量快速测定领域一项极具应用潜力的补充技术。
太赫兹时域光谱 衰减全反射 种子水分 谱区筛选 支持向量机 Terahertz time-domain spectral Attenuated total reflection Seed moisture Spectral region screening Support vector machine 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2005
1 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
2 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
应用太赫兹时域光谱反射成像技术结合广义二维相关光谱法探索玉米种子活力敏感太赫兹波段, 并结合支持向量机建立快速无损判别种子活力的分析模型。 实验以中地77玉米种子为例, 采用人工老化方式(40 ℃, 100%相对湿度)将种子样本分批老化0, 1, 2, 3, 4天制备不同活力的种子样本, 并按照GB/T 3543.4—1995进行种子发芽实验; 同时采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件采集上述不同老化程度种子样本的太赫兹光谱图像。 由于玉米种子的胚乳和种胚的成分差异显著, 为探究种子不同组织在老化过程中与活力的相关性, 本实验首先采用双高斯滤波器对THz图像中的像素点光谱消噪、 峰峰值差分重构图像增强以及阈值分割等预处理无损提取玉米种子不同组织太赫兹吸光度谱。 然后以老化天数为扰动量, 针对上述提取的样本胚乳和种胚光谱分别作广义二维相关分析, 根据实验中同步谱和异步谱中自动峰与交叉峰位置初步解析, 可得到与种子活力关系密切的THz波段主要集中在75和36 cm-1区域, 同时75和36 cm-1处的光谱信息存在强烈的协同变化且变化方向一致。 种子活力与老化天数密切相关, 因此根据老化天数分别建立了基于胚乳和种胚吸光度谱的五分类支持向量机模型用于种子活力定性判别, 但是其判别准确率仅为59.34%和71.28%, 表明该模型无法精细划分种子五个活力等级; 实验进一步根据GB4401.1—2008以玉米种子发芽率85%为阈值划分活力高低等级, 建立二分类种子活力判别模型, 可得胚乳和种胚测试集识别准确率分别可达88.61%和91.73%, 模型性能显著提升, 增强了THz技术用于种子活力无损粗筛的可行性。 实验结果表明: 太赫兹反射成像技术以其丰富的指纹谱、 低能安全以及图谱合一等特性, 有望成为单粒种子活力快速无损测定领域一项崭新、 有力的补充技术。
玉米种子 种子活力 太赫兹时域光谱反射成像 二维相关光谱 支持向量机 Corn seed Seed vigor Terahertz time-domain spectral reflection imaging Generalized two-dimensional correlation spectrosco Support vector machine 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2840
1 长春理工大学 光电信息学院光电工程分院, 长春 130012
2 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
非球面零件由于其在矫正像差和简化光学系统方面的优势, 越来越被广泛的应用于现代光电仪器上, 其中应用的最广泛的非球面零件要属轴对称二次非球面。文中研究的是国内常用的加工轴对称二次非球面的方法——研磨修带法, 即在最接近比较球面的基础上修磨非球面的方法。主要讲述了由非球面方程入手, 得到它的最接近比较球面及各带区的偏离量, 确定加工方案, 运用适当的修带工具得到所需的非球面的过程。
研磨修带法 轴对称二次非球面 最接近比较球面 修带工具 grinding and trimming method axisymmetric two aspheric surface recent spherical surface trimming tool
1 长春理工大学 光电信息学院光电工程分院, 长春 130012
2 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
一般将厚度与长度(或直径)的比值小于1:10的光学零件称为薄型光学零件, 有时可达到1:40以上, 所以薄型零件加工的难点是光圈变形的问题, 而面形精度要求高就更难加工了。加工中引起光圈变形的原因主要包括胶结变形、热变形和应力变形, 所以薄型光学零件加工的难点即是如何消除或减小这些变形, 从而得到所需的高精度的薄型零件。文中主要阐述了上述三种变形产生的原因和解决方法, 对实际生产具有一定的指导作用。
薄型光学零件 胶结变形 热变形 应力变形 thin optical elements cementation deformation thermal deformation stress deformation
Institute of Photoelectric Technol. and Solar Energy, School of Electron. and Inform. Eng., Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, CHN
Ion implantation Chemical doping Poly[2-methoxy252(3’2methyl) butoxy]-p-phenylene Surface conductivity Conductive activation energy 半导体光子学与技术
2005, 11(3): 188