天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
及时发现并剔除异常光谱对于提高近红外光谱分析的可靠性具有重要意义。 首先介绍了基于正交距离的稳健主成分分析法判断异常光谱的原理, 分析了该方法的局限性, 在此基础上提出了一种基于简化正交距离的异常光谱判断方法, 即以高浓度样品的光谱直接估计第一稳健主成分, 再通过重复测量估计正交距离的统计参数来判断异常光谱。 最后, 采用上述两种方法对葡萄糖水溶液和2% Intralipid仿体溶液透射实验中受温度影响的异常光谱进行了判别。 结果表明, 基于正交距离的稳健主成分分析法, 当崩溃值设定为40%时, 葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度影响的异常光谱均能被正确识别； 当崩溃值设定为25%时, 对葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度影响的异常光谱漏判率分别为54.5%和72.7%。 而简化正交距离法可以准确识别出葡萄糖水溶液和仿体溶液实验中受温度干扰的异常光谱, 且具有无需预先设定崩溃值和测量持续时间较短等优点。 因此, 简化正交距离法在实际应用中相比基于正交距离的稳健主成分分析法有着显著的优势。
近红外 异常光谱 正交距离 稳健主成分 崩溃值 Near infrared Outlier Orthogonal distance Robust principal component Collapse value 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1053
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
在近红外无创血糖测量中, 由于人体血糖浓度变化引起的光强变化非常小, 光谱易受到测量仪器以及被测对象自身生理变化的影响。 背景变化的影响在测量过程中是无法消除的, 只能通过有效的方法来降低这种变化带来的影响, 其中选择光学性质与待测物相似, 通过扣除相似参考物的光谱来修正该影响是目前常用的手段之一。 为减小背景变化对光谱信号的干扰, 准确地提取葡萄糖的特异性信号, 提出了一种双光路测量结合净信号（NAS）处理的参考测量方法, 采用双光路双检测器系统同步测量参考物和被测样品的光谱, 然后基于参考物的光谱构建噪声空间计算样品光谱中的葡萄糖的净信号, 并在纯吸收和强散射介质中开展了葡萄糖的建模实验, 最后, 结合二维相关光谱（2DCOS）分析技术和偏最小二乘回归（PLSR）模型对该方法的有效性进行了评价。 二维相关分析的结果表明, 与直接扣除参考背景的方式相比, 净信号处理能突出葡萄糖的特异信号; 而PLSR模型的预测结果表明, 双光路的效果要优于单光路扣除背景光谱, 糖在水溶液和20%-Intralipid溶液中的预测均方根误差（RMSEP）分别降低了35.25%和37.95%; 而双光路结合净信号处理后, 两种溶液的预测精度又分别提高了26.11%和14.84%。 这表明, 双光路测量和净信号分析相结合的方法能更有效地提取葡萄糖的特征信息, 提高模型的预测精度, 从而为无创血糖检测的实现提供更多可能。
近红外光谱 双光路 背景修正 净信号 二维相关 Near-infrared spectroscopy Double-beam Background correction Net analyte signal Two-dimensional correlation spectroscopy 光谱学与光谱分析
2017, 37(9): 2943
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
为了改善近红外(NIR)光谱测量精度，提出了以中等浓度样品作为参考物的测量方案。从理论上分析了扣除参考背景后吸光度的误差来源，发现以中等浓度样品作为参考物有可能减小样品池和光纤损耗导致的测量误差。以葡萄糖为分析对象，开展了葡萄糖水溶液和3% Intralipid 仿体溶液的近红外透射验证实验。在糖水溶液的双光路实验中，以中等糖浓度样品作为参考物建立的偏最小二乘(PLS)模型的校正均方根误差(fRMSEC)和交互验证均方根误差(fRMSECV)比纯水背景分别下降了36.6%和41.0%；而仿体实验中，以中等糖浓度样品作为参考物时，模型的校正均方根误差和交互验证均方根误差比无糖3% Intralipid 溶液作为参考物时分别下降了66.3%和39.6%。实验结果表明以中等浓度样品作为参考物能有效提高近红外透射光谱的分析精度。
华中科技大学武汉光电国家实验室光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
由于水体对激光存在着不可克服的吸收和散射效应,距离选通水下激光成像系统所获得的图像存在不同程度的劣化问题,具有信噪比低、边缘模糊等特点。为提高图像质量,将基于模糊度量的盲去卷积方法应用于激光水下成像的图像复原中。结合威尔斯小角度近似得出的点扩展函数与调制传递函数,分别讨论了最大期望,最小均方与多次乘法迭代盲去卷积算法,并引入模糊度量方法判断盲去卷积算法的最佳迭代次数,获取最佳质量的复原图像。
图像处理 图像复原 盲反卷积 点扩展函数 调制传递函数 模糊度量 image processing image restoration blind deconvolution point spread function modulation transfer function blur metric
华中科技大学武汉光电国家实验室光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
由于水体对激光存在着吸收和散射效应,距离选通水下激光成像系统所获得的图像存在不同程度的劣化问题,具有信噪比低、边缘模糊等特点。为提高图像质量,在分析水下激光成像劣化过程的基础上,研究了水下激光图像的基本噪声特征,并结合点扩展函数和调制传递函数,利用威尔斯小角度近似理论,将盲反卷积方法应用到水下激光图像复原中。在进行盲反卷积图像复原时,比较和讨论了将原始图像和经过降噪处理后的图像分别作为初始输入的处理结果;并对当人为改变调制传递函数和点扩展函数时所得到的图像复原结果进行了研究和讨论。处理结果表明该方法能达到抑制背景噪声、突出目标细节、提高对比度的效果,对水下激光图像增强十分有效。
图像处理 图像复原 盲反卷积 点扩展函数 调制传递函数 image processing image restoration blind deconvolution point spread function modulation transfer function
华中科技大学光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
对水下激光距离选通成像质量与系统增益的关系进行了分析,提出了一种基于图像亮度特性统计的普适性自动增益控制方案。该方案通过设定不同灰度统计阈值,甄别目标图像的亮度特性,并以此作为控制系统增益的主要依据。在对水下大动态范围照度目标或慢速运动目标等进行成像的特殊场合,该方案也具备较强的适用性,能实时反馈控制系统增益,使成像质量优化。
距离选通成像 自动增益控制 亮度特性 动态范围 range-gated imaging AGC illumination characteristic dynamic range
