1 中国科学院广州地球化学研究所, 同位素地球化学国家重点实验室, 广东 广州 510640
3 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
4 中国科学院海洋研究所深海研究中心, 中国科学院海洋大科学中心, 山东 青岛 266071
将准分子激光剥蚀取样后的产物经由电感耦合等离子质谱与光谱分析, 从而获得被激光剥蚀样品的元素与同位素含量信息, 是迄今为止适应于表面原位微区分析最为重要的分析科学技术手段之一。 基于准分子激光剥蚀取样技术分别与电感耦合等离子体质谱或发射光谱技术联用的分析手段, 已经被广泛应用于地质学、 材料学、 环境科学, 甚至生命科学领域的原位微区分析研究当中, 并且分别体现了各自技术的优势: 固体材料表面的原位微区激光剥蚀取样技术既可以获取被分析材料的原位微区信息(满足了需要空间高分辨的微区元素与同位素信息提取的需求), 又避免了样品预处理带来的可能污染问题, 同时, 脉冲宽度为纳秒或飞秒的深紫外准分子激光具有极高的能量密度, 用于剥蚀固体材料表面取样产生的热效应较低, 引起的化学元素和同位素分馏效应不明显, 其剥蚀取样的产物(气溶胶)可以更为接近代表原被剥蚀固体材料表面的化学元素和同位素组成; 电感耦合等离子质谱分析和光谱分析技术已被证明可以高质量地提供被分析样品的元素与同位素信息, 激光剥蚀取样技术与电感耦合等离子体质谱分析技术联用已经为固体材料表面的原位微区元素和同位素分析, 带来了大量可信的科学分析数据, 近年来将质谱分析手段与光谱分析手段联用于等离子体分析, 并应用于元素和同位素化学分析, 利用质谱分析与光谱分析方法各自的优点, 优势互补, 旨在提高电感耦合等离子质谱和光谱技术的元素和同位素分析精度, 有望成为了一种新的分析科学方案。 从应用于原位微区微量元素与同位素化学分析的需求出发, 介绍了基于准分子激光剥蚀取样技术和电感耦合等离子体质谱与光谱分析技术同步联用的分析技术方案, 并对于研发相关分析仪器的进展进行了概括与展望。
准分子激光剥蚀 等离子体 质谱与光谱分析 元素与同位素分析 Excimer laser ablation Plasma Mass spectrometry and optical emission spectrometry analysis Elemental and isotopic analysis
1 长春理工大学 电子信息工程学院 国家纳米操纵与制造国际联合研究中心, 吉林 长春 130022
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 重庆市高分辨三维动态成像检测工程技术研究中心, 重庆 400714
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
5 重庆大学 教育部生物流变科学与技术重点实验室, 重庆 400044
利用搭建的基于光电导微探针的近场太赫兹(Terahertz, THz)系统对新鲜猪肉组织切片进行了成像检测研究, 结果发现近场THz成像可以很好地区分猪肉组织中的脂肪组织区域和肌肉组织区域, 其成像效果明显优于传统远场THz时域光谱成像系统。研究表明了基于光电导微探针的近场THz成像技术在生物样品检测方面的可行性, 展示出该技术在生物医学检测领域具有很好的应用前景。
太赫兹 近场成像 猪肉组织 光电导微探针 terahertz wave near-field imaging porcine tissue photoconductive microprobe
1 长春理工大学电子信息工程学院, 国家纳米操纵与制造国际联合研究中心, 吉林 长春 130022
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆市跨尺度制造重点实验室, 重庆 400714
3 中国科学院微观界面物理与探测重点实验室, 上海 201800
PM2.5作为一种重要的空气污染物, 研究不同地区PM2.5对人体细胞的损伤异同具有重要意义。 本实验以人肺癌细胞为研究对象, 分别经过3个不同地区PM2.5日均量暴露2 h, 采用拉曼光谱仪和原子力显微镜对活性单细胞的光谱、 形貌和生物力学指标进行检测, 通过酶联免疫反应检测细胞产生的发炎因子浓度。 统计分析表明: PM2.5暴露后细胞拉曼峰1 002.97, 1 127.29, 1 172.83和1 338.1 cm-1强度变大; 细胞伪足收缩或残缺, 细胞核区变高; 苏州地区PM2.5暴露后细胞黏滞功变小, 弹性能变大; 细胞产生发炎响应。 发现经不同地区PM2.5暴露后, 单细胞光学和力学信息发生了各异的改变, 因此单细胞水平上研究不同地区PM2.5的毒理效应, 为空气污染治理、 肺部疾病防控提供数据支撑。
拉曼光谱 原子力显微镜 毒理效应 PM2.5 PM2.5 Raman microspectroscopy Atomic force microscopy A549 A549 Toxical effects 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3758
1 首都师范大学,三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
2 首都师范大学,空间信息技术教育部工程研究中心, 北京 100048
3 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
4 北京航空航天大学机械及自动化学院, 北京 100083
5 清华大学电子工程系, 北京 100084
随着遥感技术和成像光谱仪的发展,高光谱遥感图像的分辨率不断提高,其庞大的数据量在提高其遥感探测能力的同时,也给分析和处理带来了很大的困难.高光谱波段选择可以有效减少数据冗余,提高分类识别精度和处理效率.因此如何从多达数百个波段的高光谱图像中选择出具有较好分类识别能力的波段组合是亟待解决的问题.针对上述问题,采用基于图论的谱聚类算法,将原始高光谱图像中的波段作为待聚类的数据点,利用互信息描述两两波段间的相似度,生成相似度矩阵.再根据图谱划分理论,将相似度矩阵生成的非规范化图拉普拉斯矩阵进行谱分解,得到类间相似度小且类内相似度大的类簇;然后根据地物类型计算各波段的类间可分性因子,将其作为类簇内进一步选择代表性波段的参考指标,达到降维的目的;最后通过支持向量机与最小距离分类方法对波段选择后的图像分类.该方法区别于传统的无监督聚类方法,采用基于图论的谱聚类算法,并根据先验知识计算类间可分性因子来选择波段.通过与自适应波段选择算法和基于自动子空间划分的波段指数算法的对比实验,结果表明:两组实验当聚类数目达到相对最佳时,该波段选择方法支持向量机图像总分类精度达到94.08%和94.24%以上,最小距离分类图像总分类精度达到87.98%和89.09%以上,有效保留了光谱信息,提高了分类精度.
高光谱 谱聚类 波段选择 类间可分性 Hyperspectral imagery Spectral clustering Band selection Inter-class separability 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1357
1 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
2 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
3 北京航空航天大学机械及自动化学院, 北京 100083
4 清华大学电子工程系, 北京 100084
针对转扫式光谱成像系统在数据采集过程中, 由于转台转速过快造成校正后的影像存在有数据漏洞, 以及获取的原始影像数据存在有严重几何形变, 影响影像上地物信息的分类与识别等问题, 介绍了转扫式光谱成像系统的组成并给出数据采集一般过程, 根据数据采集时单帧影像的覆盖范围和系统采集影像的速率等信息, 在数据采集时对转台速度进行控制;结合影像获取时的起始与终止角度以及传感器距离前视点的距离等信息, 详细推导了转扫式光谱成像空间定位模型, 并对定位后影像进行格网划分和光谱重采样, 给出了影像畸变校正的一般流程;鉴于影像空间定位后相邻帧间影像空间分辨率不一致, 同时为保证获取最大的影像分辨率, 采用最小空间采样间隔作为坐标定位后影像格网划分单元;考虑到新生成均匀格网与不均匀格网叠加进行光谱取值时, 采用直接光谱采样可能造成的光谱混叠失真问题, 提出了基于位置分布的光谱精确采样方法, 以张家界老司城获取的高光谱影像数据为例进行畸变的校正, 校正后影像上地物保持了原有的几何特征, 验证了算法的正确性, 同时抽取不同地物点的光谱数据进行相关系数计算, 结果表明改进的光谱采样算法优于直接光谱采样, 为同类产品的地面应用提供参考。
高光谱相机 转扫 几何校正 老司城遗址 Hyperspectral camera Rotating scan Geometric correction Lao Si Cheng ruin
1 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
2 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
3 北京航空航天大学机械及自动化学院, 北京 100083
4 清华大学电子工程系, 北京 100084
以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式, 其属于水平方向推扫竖直方向成像, 存在投影面选择、 空间方位确定以及光顾混叠等问题。 针对上述情况, 详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型, 可以进行任意方向的地面横向推扫成像; 结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围, 给出了地理参考后影像格网划分的一般过程; 同时, 考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差, 以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题, 提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。 最后进行了大量地面横向推扫成像实验, 并依据上述算法进行了影像畸变校正, 验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性, 同时, 对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证, 实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法, 为同类产品的地面应用提供参考。
光谱采样 高光谱相机 横向推扫成像 Spectral sampling Hyperspectral camera Side-scan imaging 光谱学与光谱分析
2014, 34(7): 1983
1 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京100048
2 北京航空航天大学机械工程与自动化学院, 北京100191
3 清华大学电子工程系, 北京100084
针对用PCA融合方法进行高光谱遥感影像和高分影像融合会出现一定程度的光谱失真问题, 提出了一种改进的弱光谱畸变PCA融合方法。 采用NCUT（normalized cut）影像分割算法, 将复杂的高光谱遥感影像对象化, 增加融合样本的线性可分性, 从而削弱传统PCA融合产生的光谱畸变; 运用图论和聚类理论生成表达像素间相似度的权重矩阵和若干掩膜, 并用这些掩膜切割高光谱影像与高分影像, 再分别融合其对应匹配的子区域对象, 最后将所有子区域融合结果拼接成一幅影像。 使用Hyperion高光谱数据和Rapid Eye高分影像进行实验, 结果表明: 该方法在保证融合结果空间分辨率提升和纹理信息不变的前提下, 光谱保真能力优于传统的PCA融合方法。
光谱畸变 高光谱图像 PCA融合 图像切割 Spectral distortion Hyperspectral image PCA fusion Image segmentation 光谱学与光谱分析
2013, 33(10): 2777
1 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
2 北京航空航天大学机械及自动化学院, 北京 100083
3 清华大学电子工程系, 北京 100084
针对机载全波形数据，提出了一种基于随机森林法的点云分类算法。通过全波形分解获得振幅，回波次数以及回波宽度，结合提出的特征提取方法，构建一个多维特征向量并进行特征选择，利用随机森林法将激光点云分为植被,地面以及建筑物三类。通过对比分析随机森林和支持向量机两种分类方法，实验结果表明所提取的特征在随机森林分类中具有良好的稳定性以及高效性，能够在城市分类应用中取得较好的分类效果。
信号处理 全波形分类 特征选择 随机森林法 支持向量机
