浙江大学控制科学与工程学院, 工业控制技术国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
水资源关系到国计民生, 近年来时有发生的水污染事件使污染物入侵预警得到了广泛的社会关注。 针对现有基于紫外-可见光光谱的水质异常检测方法存在的检出下限偏低的问题, 提出一种基于监督学习的紫外-可见光光谱水质异常检测方法。 该方法首先获取不同数据集中的正常样本差异性空间, 再使用正交投影方法去除差异性空间中的光谱数据分量, 以达到基线校正的目的; 然后采用偏最小二乘判别分析从校正后的光谱中提取特征, 利用训练集得到的最优阈值确定离群点; 最后采用序贯贝叶斯滚动更新每个时刻上的异常概率, 确定水质报警序列。 实验选用苯酚作为模拟污染入侵事件的注入试剂, 采样2周内的紫外-可见光光谱数据, 在实验平台上对提出的方法进行了验证。 实验结果表明, 采用的正交投影基线校正方法可以消除不同批次水质光谱的背景差异, 更为充分的利用了光谱信息, 降低了对特征污染物的检出下限。
紫外-可见光光谱 水质异常检测 正交投影 监督学习 偏最小二乘判别分析 UV-Vis spectrum Water quality anomaly detection Orthogonal projection Supervised learning Partial least squares discriminatory analysis
1 山东农业大学机械与电子工程学院， 山东 泰安 271018
2 山东省园艺机械与装备重点实验室， 山东 泰安 271018
3 山东农业大学农学院， 山东 泰安 271018
由于同一种玉米杂交种子籽粒的粒型多样、 色彩随贮藏时间不同而不同， 仅靠其形状和单一区域色彩的机器视觉方法识别种类较为困难， 且现有识别算法多以高光谱特征作为分类基础， 对于不同时期、 不同种类的玉米杂交种子要分别训练分类识别器， 识别前需要大量的训练工作。 为提高玉米种子品种识别方法的适用性， 根据花粉直感色彩遗传现象， 提出以可见光波段玉米种子的多区域小波色彩特征作为识别参数， 建立多模型的概率聚类模型进行玉米杂交种子种类识别。 该方法首先采用专有设备采集单粒玉米种子的无胚芽侧和顶端两部分色彩信息， 包括RGB， HIS和Lab色彩信息， 对该色彩信息进行增强和特征优化选择， 通过小波包分解提取优化出21维细节识别向量； 其次采用不同聚类模型对优化后色彩特征进行聚类识别， 建立基于SOM、 K-means、 两步法三种聚类识别模型； 最后以多种聚类模型结果为基础， 建立基于概率模型的玉米种子品种识别。 通过对郑单958、 先玉335、 郑58（郑单958母本）、 昌7-2（郑单958父本）、 PH6WC（先玉335母本）、 PH4CV（先玉335父本）的试验， 发现该方法可有效识别非亲缘关系和父本亲缘关系的玉米种子， 识别率可达到98%以上； 而对于亲缘关系母本识别率可达到75%。 采用可见光波段玉米种子多区域色彩特征， 结合概率聚类模型的方法可为玉米杂交种子纯度在线检验识别提供科学依据。
可见光 玉米杂交种子 识别 聚类 概率 多区域色彩 Visible light Hybrid seed of maize Recognition Clustering Probability Multi-region color 光谱学与光谱分析
2018, 38(8): 2516
浙江大学控制科学与工程学院, 工业控制技术国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
近年来, 饮用水安全问题引起社会的广泛关注。 采用紫外-可见光吸收光谱对水质进行异常检测, 具有现场原位、 无需试剂、 分析快速等优点, 适合快速在线监测。 然而, 紫外-可见光光谱数据量大, 且易受仪器和水质正常波动的干扰, 从而影响水质异常检测结果。 提出一种基于基线校正和主元分析的紫外-可见光光谱法来检测污染物引起的水质异常, 该方法利用非对称最小二乘校正基线, 采用主元分析法从基线校正后的光谱矩阵中降维并提取特征, 然后根据残差子空间的Q统计量评估测试样本的离群点, 最后采用累计概率来更新异常报告结果。 通过苯酚注入的实验, 验证了该算法的有效性, 实验结果表明, 提出的方法与单波长法相比, 有效地提高了污染物的检出下限; 与未经基线校正采用主元分析进行的异常检测方法相比, 提高了检出率, 降低了误报率。
紫外-可见光光谱 水质异常检测 非对称最小二乘 主元分析法 Q统计量 UV/Vis spectrum Water quality anomaly detection Asymmetric least squares Principal component analysis Q statistic 光谱学与光谱分析
2017, 37(5): 1460
1 江南大学工业生物技术教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122
2 江南大学生物工程学院, 江苏 无锡 214122
圆二色谱(CD)是一种特殊的吸收光谱, 蛋白质的二级结构如α-螺旋、 β-折叠、 β-转角在远紫外区(190～250 nm)都具有特征性的CD图谱。 为了了解芥蓝抗坏血酸过氧化物酶(BaAPX)在变性过程中活性变化和结构变化的关系, 动态监测了不同时间、 温度及浓度条件下BaAPX的比酶活及远紫外CD图谱, 并利用CD分析软件Dichroweb计算了BaAPX中四种二级结构的百分含量。 结果表明: BaAPX属于全α型蛋白, α-螺旋的百分含量与比酶活之间存在比较明显的正相关关系。 在低浓度低温的变性过程中, BaAPX发生了初始态(N态)→α-螺旋最少态(R态)一步结构变化; 在高浓度低温的变性过程中, BaAPX发生了N态→平衡态(T态)一步结构变化; 在热处理后低温复性的变性过程中, BaAPX发生了N态→R态→T态两步结构变化。
圆二色谱 芥蓝 抗坏血酸过氧化物酶 变性 结构变化 Circular dichroism Chinese kale Ascorbate peroxidase Denaturation Structural change 光谱学与光谱分析
2014, 34(11): 3062
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室信息光子学研究室,西安 710119
2 中国科学院研究生院,北京 100049
根据高斯光学原理,以液体透镜为核心元件,研究了无移动镜组变焦系统的设计方法.从医用内窥镜的使用要求出发,设计了一种二元变焦内窥镜系统.该系统可通过气压或液压控制液体透镜表面曲率变化,实现1.5倍变倍比,在1.8 mm和2.7 mm焦距下都获得了良好的成像质量.
二元变焦 液体透镜 折衍混合 内窥镜 光学设计 Bifocal zoom Liquid lens Hybrid diffractive-refractive Endoscope system Optical design
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西,西安,710068
2 中国科学院研究生院,北京,100039
当要求的场景尺寸超出一个光学传感器的范围时,同时取得完整的场景就成为一个难点.针对这一问题,采用多个光学传感器同时对场景进行采集,可以得到几幅互相有一定重叠的场景图像.应用改进的相位相关算法对重叠图像进行快速配准,应用渐入渐出融合算法消除拼缝,实现无缝大视场拼接.并将整套算法在以TMS320DM642为核心处理器的平台上实现,得以构成一个小型化视频拼接系统.实验结果表明,该系统可以自动地对存在一定重叠和旋转的两幅768×494分辨率、25帧/秒的视频图像进行拼接,获得无缝、清晰的大视场视频图像,满足系统实时性的要求.
视场拼接 数字信号处理器 图像配准 视频图像
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，瞬态光学与光子技术国家重点实验室，信息光子学研究室，西安 710068
2 中国科学院研究生院，北京 100039
提出了一种基于自动对焦方法的光锥与CCD耦合系统，并采用算子融合技术，给出了一种新的基于空域分析的像质评价函数．经实验证明，本文提出的方法既有效地提高了算法的可靠性，又实现了较高的对焦准确度，较好地解决了在耦合过程中实现光锥与CCD最佳耦合效率的问题．
自动对焦 耦合 像质评价函数 算子融合 Auto-focusing Coupled with Image-evaluation function Operator fusion
