光学 精密工程
2022, 30(18): 2205
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200241
2 中国科学院化学研究所分子反应动力学实验室, 北京 100190
当前, 有关量子点pH响应方面的研究主要集中在含Cd(镉)类量子点, 且都是研究其稳态荧光光谱对pH值的响应。 然而, Cd类量子点对生物体系具有一定的毒性, 且稳态荧光光谱法由于受浓度等因素的影响具有一定的不稳定性, 因此应用于生物体系中作为pH探针具有明显的缺点。 基于以上分析, 通过水相合成法, 我们制备出了基于谷胱甘肽配体的水溶性ZnSe量子点, 该量子点具有毒性小, 生物兼容性好等特点, 适合被应用于生物体系中。 利用所制备的ZnSe量子点, 采用时间相关单光子计数技术, 结合紫外可见吸收光谱和稳态荧光光谱, 对pH值在5~11不同环境下的ZnSe量子点荧光动力学进行了系统性的研究。 ZnSe量子点荧光衰减具有两个寿命组分, 拟合得到分别为4和24 ns。 通过采集不同探测波长下ZnSe量子点荧光衰减曲线, 发现其长寿命组分随探测波长的增加而增加, 而短寿命组分基本不随探测波长的改变而改变, 结合有关报道分析判断, 短寿命和长寿命组分分别来源于核内非局域载流子复合和表面态局域载流子复合。 实验发现, 处于不同pH值的环境下的ZnSe量子点具有不同的荧光寿命, 其荧光寿命与pH值的变化呈负相关。 通过比较ZnSe量子点两种荧光寿命组分随pH值的变化关系, 发现ZnSe量子点的荧光寿命对pH值的响应主要来源于长寿命组分即表面态寿命, 且在不同pH值范围内响应的灵敏度不同, 在6~8的pH值范围内响应最为显著, 表现为长寿命组分随pH值的增加出现一个较大幅度的衰减。 实验进一步发现, ZnSe量子点两个寿命组分的比值在不同pH值范围内具有较好的线性相关性, 但在不同pH值范围内斜率不同, 通过比较, 最大值在pH值为6~8的范围内。 另外, 与金属钠离子相互作用实验及相关报道表明, 金属离子对ZnSe量子点荧光寿命的影响较小。 以上研究表明, ZnSe量子点在生物体系pH值检测中具有良好的应用前景。
ZnSe量子点 荧光寿命 pH值 时间分辨荧光光谱 ZnSe quantum dots Fluorescence lifetime pH value Time-resolved fluorescence spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3178
合肥工业大学 电气与自动化工程学院, 合肥 230009
针对人眼中间视觉生理特征, 研究了LED道路照明光源显色性评价方法。通过构建人眼中间视觉下的光视光效模型, 获得了相应的光谱光视效率曲线和人眼敏感波长范围, 给出了基于中间视觉的LED道路照明光源显色性评价及计算方法, 建立了综合显色指数与光源主波长的函数关系式, 并采用主观实验法和客观清晰度计算法进行了验证。计算与实验结果均表明, 在满足道路照明亮度的条件下, 当道路照明光源的主波长为548.5nm时, 光源的综合显色指数最大, 显色性能最佳。
道路照明 中间视觉 显色性 清晰度 LED LED road lighting mesoptic vision color rendering properties articulation
1 合肥工业大学 电气与自动化工程学院,合肥 230009
2 流程工业综合自动化国家重点实验室(东北大学),沈阳 110006
针对已有光纤安防系统入侵行为识别模型中特征空间不完备及分类器泛化能力差的缺陷,本文提出了一种光纤入侵行为融合特征的集成识别策略。首先,采用总体经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、功率谱分析(Power Spectral Analysis, PSA)及离散小波变换(Discrete Wavelet Transform, DWT)提取信号在时域、频域及小波域内振动信息,构建入侵信号的特征集。然后,提出一种基于DFPA(Discriminative FunctionPruning Analysis, DFPA)的特征选取方法,实现特征空间的约简。最后,构建集成的随机权向量函数连接网络(Random Vector Functional-Link net, RVFL)分类器识别入侵行为。在基于M-Z (Mach-Zehnder, M-Z)干扰仪的光纤安防系统中采集入侵信号,进行实验,结果表明该策略的有效性。
光纤周界安防系统 特征提取 特征约简 集成学习 fiber optic perimeter security system feature extraction feature pruning ensemble learning
合肥工业大学电气与自动化工程学院, 安徽 合肥 230009
针对光纤周界安防系统入侵信号的非线性、非平稳性和间歇性等特点,提出了一种时域与频域特征相结合的方法,对光纤周界安防系统入侵振动信号进行识别与定位。采用计算嵌入维数方法,确定信号的最小分帧长度,因而能够较好地保留信号时间序列内在的动力学特性;提出了对入侵振动信号两级判定识别方法,利用短时能量和短时平均过零率特征来判断是否有振动信号产生,依据振动信号各层小波系数的能量分布特点来识别入侵信号,该方法有效地降低了周界安防系统的漏识率和误识率;为提高入侵信号定位的准确性,采用小波域贝叶斯自适应阈值对入侵信号作降噪处理,将重建的信号转换到频率域来确定入侵信号的位置。通过实验验证了所提方法的有效性。
传感器 信号处理 光纤周界系统 时频特征 嵌入维数 贝叶斯阈值
合肥工业大学 电气与自动化工程学院, 安徽 合肥 230009
给出了一种在人眼中间视觉条件下道路照明光源安全节能性能分析的研究方法。通过构建基于中间视觉行车行为反应时间模拟测试系统, 建立了人眼中间视觉条件下的光视光效模型, 获得了中间视觉下的光视光效曲线。并通过该模型, 给出了基于照明功率密度LPD的光源节能性评价方法。从色度学理论出发, 选用Luv均匀颜色空间, 基于显色指数的光源显色性评价分析计算方法, 探讨了不同主波长光源的相对光谱功率分布变化对光源颜色的影响, 建立了光源主波长与显色指数的函数关系表达式, 可计算获得人眼敏感度与光源颜色各个波长点的关系。对上述方法进行了反应时间模拟测试实验和道路照明图像清晰度计算实验验证, 数据分析与计算结果表明, 在中间视觉条件下, 以540~550 nm为主波长的白绿色照明光源的功率密度和显色性最佳。
反应时间 光视光效模型 照明功率密度LPD 显色性 reaction time luminous efficiency model lighting power density color-rendering properties
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
高清视频数据量大给视频传输和存储带来困难,单纯增大带宽和存储容量已不现实。依据H.264视频压缩标准原理和TI高性能Davinci处理器特性,设计了基于DM6467的DSP(/ARM)+FPGA架构的高清视频压缩实时显示和存储硬件平台,并给出了H.264压缩算法实现方法。通过对视频序列进行验证,仿真结果表明,在峰值信噪比较高时,仍能得到约20倍的压缩比,同时具有良好的实时性。
高清视频 H.264视频压缩 Davinci处理器 峰值信噪比 实时性 high definition video H.264 video compression Davinci processor PSNR real time
1 国网甘肃省电力公司兰州供电公司, 甘肃 兰州 730070
2 华北电力大学电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
为了提高电力系统变电设备红外监测的效率, 同时对多个相似目标进行监测, 提出了一种改进的基于 BRISK(Binary Robust Invariant Scalable Keypoints, 二进制鲁棒尺度不变特征)的模板匹配方法。首先在对目标模板图像与被监测图像预处理的基础上, 利用 BRISK算法提取模板与被监测红外图像的特征点, 生成二进制描述子; 利用滑动窗口在被监测图像上等步长滑动, 检测出图像中存在的多个疑似目标区域, 然后通过 Hamming距离来判断正确匹配点对, 从而正确识别变电设备。通过实验平台进行了相关实验, 通过与模板匹配方法比较, 该方法明显减少了运算量, 充分满足系统实时性要求, 提高了变电设备红外监测的效率。
模板匹配 变电设备 红外监测 template matching BRISK BRISK substation equipment infrared monitoring
1 第二炮兵工程大学 信息工程系, 陕西 西安 710025
2 第二炮兵工程大学 一系, 陕西 西安 710025
针对传统乙烯气体泄漏检测和定位方法存在效率低、检测范围小和实时性差等问题, 提出了一种基于红外成像的泄漏检测方法。该方法利用红外摄像机获取乙烯生产车间内各设备工作时的红外视频图像, 将其转化为灰度图像序列后, 利用逻辑运算融合多幅帧间差分和背景差分后的图像信息, 并利用形态学滤波消除噪声干扰, 最终获得气体泄漏疑似区域的准确位置。实验结果表明, 该方法高效、准确且具备实时性, 能够获得完整、清晰的泄漏疑似区域, 实现了无色气体泄露区域的初步定位。
气体泄漏检测 红外成像 逻辑运算 形态学滤波 gas leaking detection infrared imaging logic operation morphological filtering
合肥工业大学电气与自动化工程学院, 合肥 230009
在光纤周界安防系统中, 蓄意入侵和环境噪声均能引起光纤传感器振动, 在保证系统高灵敏度的前提下区分入侵和非入侵事件极为重要。为了有效识别各种光纤振动信号, 本文依据入侵和环境噪声引起的光纤振动信号在时域上的短时特性以及复小波域各尺度上能量分布特征, 提出了两级判别法识别光纤信号。第一级用时域特征, 短时能量和短时平均过零率判断是否有振动发生; 第二级用复小波提取光纤信号的能量分布特征, 联合时域特征形成特征矢量, 支持向量机 (SVM)作为分类器识别是否为入侵信号及入侵类型。实验结果表明, 此方法可以有效识别入侵信号和环境噪声引起的非入侵事件, 提高了系统报警率, 降低了误报率。
光纤周界系统 信号识别 时域特征 复小波域特征 支持向量机 optical fiber perimeter system signal recognition time-domain features the complex wavelet domain features SVM