1 塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆 阿拉尔 843300
2 塔里木大学植物科学学院, 新疆 阿拉尔 843300
高光谱无损检测技术在果品定量无损检测中应用广泛, 以冬枣、 红提、 香梨三种果品空间特性光谱为研究目标, 探索空间特性光谱的影响因素和反演方法, 为提高户外果品无损检测精度提供了一种新思路。 分别提取三种果品的光谱库并计算空间特性光谱, 依次使用马氏距离、 浓度残差等预处理方法以及竞争性自适应权重取样算法选取特征波长, 将处理后的三种果品空间特性光谱分别与品质(糖度、 水分)和方位(探测角、 方位角、 相位角)建模, 建模结果如下: 三种果品(按照冬枣、 红提、 香梨的顺序)与糖分模型的相关系数r分别为: 0.853 3, 0.822 7和0.913 3; 水分模型的相关系数r分别为: 0.741 3, 0.784 7和0.891 3; 探测角模型相关系数r分别为: 0.985 6, 0.992 7和0.974 7; 方位角模型相关系数r分别为: 0.941 8, 0.910 5和0.936 9; 相位角模型相关系数r分别为: 0.960 9, 0.957 0和0.956 3。 可以看出, 不同果品方位模型相关性都明显高于品质模型相关性, 因此方位因素是影响空间特性光谱的主要原因。 使用Roujean模型和Walthall模型分别对不同方位的空间特性光谱进行反演, 反演结果如下: 使用Roujean模型反演三种果品(按照冬枣、 红提、 香梨的顺序)空间特性光谱时R2分别为0.934 4, 0.928 1和0.830 6; r分别为0.990 2, 0.983 9和0.969 1; RMSEP分别为0.030 9, 0.048 7和0.062 7; 平均模型误差分别为7.27%, 11.02%和8.61%。 使用Walthall模型描述不同果品空间特性光谱时R2分别为0.943 3, 0.859 7和0.839 0; r分别为0.991 8, 0.971 8和0.970 2; RMSEP分别为0.036 6, 0.066 1和0.068 7; 平均模型误差分别为6.19%, 15.40%和7.84%。 可以看出, Roujean模型可以很好的描述冬枣和红提的空间特性光谱, 也可以较好的描述香梨空间特性光谱; Walthall模型可以很好的描述冬枣空间特性光谱, 也可以较好的描述红提和香梨空间特性光谱。 综上所述, 在今后试验中可以使用Roujean模型反演红提和香梨的空间特性光谱, 使用Walthall模型反演冬枣的空间特性光谱, 进而提高户外果品户外果品无损检测精度。
二向反射分布函数 空间特性光谱 Roujean模型 Walthall模型 Bidirectional reflectivity distribution function Background spectrum Roujean model Walthall model
1 塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆 阿拉尔 843300
2 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室, 新疆 阿拉尔 843300
3 白城师范学院, 吉林 白城 137000
不同光照下, 如何消除或减小反演数据差异, 提高检测精度, 是目前南疆冬枣户外检测中遇到的一大难题, 因此通过用高光谱相机获得的南疆冬枣二向反射分布函数（BRDF）测量值, 采用最小二乘法拟合Roujean模型和Ross-Li模型的参数, 最后对比Roujean模型和Ross-Li模型反演的结果, 提出何种天气何段波长用何种模型反演效果最好的建议, 实验结果表明: （1）多云天气, 反演南疆冬枣线偏振度（Dolp）时, Ross-Li模型的R2是0.974 8, Roujean模型的R2是0.969 9; 反演南疆冬枣强度分量时, Ross-Li模型的R2是0.972 3, Roujean模型的R2是0.974 9。 阴天反演南疆冬枣Dolp时, Ross-Li模型的R2是0.965 1, Roujean模型的R2是0.977 8; 反演南疆冬枣强度分量时, Ross-Li模型的R2是0.942 0, Roujean模型的R2是0.968 8。 晴天反演南疆冬枣Dolp时, Ross-Li模型的R2是0.965 5, Roujean模型的R2是0.926 2; 反演南疆冬枣强度分量时, Ross-Li模型的R2是0.928 5, Roujean模型的R2是0.833 1。 整体反演的最佳方案是多云天气下的南疆冬枣Dolp用Ross-Li模型反演, 强度分量用Roujean模型反演; 晴天南疆冬枣Dolp和强度分量均用Ross-Li模型反演; 阴天南疆冬枣Dolp和强度分量均用Roujean模型反演。 （2）多波段反演的最佳方案是: 多云天气下, 反演南疆冬枣强度分量时, 波长为1 000~1 100 nm范围, 需用Ross-Li模型, 波长为1 450~1 600 nm范围, 需用Roujean模型, 其余波段处两种模型均可; 反演南疆冬枣Dolp时, 在波长为1 300 nm附近, 需用Ross-Li模型, 其余波段处两种模型均可。 阴天反演南疆冬枣强度分量时, 在1 000~1 350 nm范围, 需用Roujean模型, 在1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型, 其余波段处两种模型均可; 反演南疆冬枣Dolp时, 在1 000~1 350 nm范围, 需用Roujean模型, 在1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型。 晴天反演南疆冬枣强度分量时, 波长为1 000~1 350和1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型, 其余波段处则无特殊要求; 反演南疆冬枣Dolp时, 在1 000 nm附近, 需用Roujean模型, 在1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型。 探索出消除或减小反演数据差异的方法, 为南疆冬枣户外检测提高精度奠定基础。
二向反射分布函数 Roujean模型 Ross-Li模型 线偏振度 强度分量 Bidirectional reflection distribution function Roujean model Ross-Li model Linear degree of polarization Intensity component 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1737
塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆 阿拉尔 843300
农业遥感检测时, 晴朗的天气是采集光谱的必要条件。 本研究主要目的是: (1)通过高光谱偏振探测技术, 探究不同天气(晴天、 阴天、 多云)对不同波长下南疆冬枣二向反射分布函数(BRDF)的偏振参量(S0, ε0, f00)、 线偏振度(Dolp)与理化值模型的影响; (2)对比不同天气条件下的实验结果, 为户外红枣品质的遥感探测提供一定的环境适应性参考和前景应用性参考。 利用统计分析方法, 分析了南疆冬枣水分与其光谱偏振特性的统计关系, 分别建立了不同天气条件下S0, ε0, f00, Dolp的一阶导数光谱形式与南疆冬枣水分含量的统计方程, 选用相关系数R、 校正集样本的标准差(RMSEC)、 预测集样本的标准差(RMSEP)共3个指标对模型的性能和预测能力进行评价。 相关性分析结果表明: 户外晴天、 阴天、 多云三种天气条件检测南疆冬枣品质时, 水分含量与高光谱偏振数据之间具有较好的相关性, 但多云天气条件下偏振参量、 线偏振度与水分含量的相关性要优于晴天和阴天条件下的相关性, 前者模型的相关系数最大, 其r值分别为: 0.913和0.914, 且最接近暗箱光谱与水分含量模型的相关系数R的值: 0.926。 模型的可行性分析结果表明: 三种天气条件下偏振参量、 线偏振度与水分含量模型的校正集样本的标准差最大值分别为0.009 71和0.008 73, RMSEC的值越小, 表明模型回归的越好。 模型对外部样本的预测能力分析结果表明: 三种天气条件下偏振参量、 线偏振度与水分含量模型的预测集样本的标准差最大值分别为0.012 3和0.011 7, RMSEP的值越小, 表明模型的预测能力越强, 结果越准确。 不同天气实验结果表明: 因偏振有“强光弱化, 弱光强化”的作用, 通过对比晴天、 阴天、 多云实验结果, 该方法有较好的环境适应性, 在户外红枣品质遥感探测方面有广泛应用前景。
二向反射分布函数 高光谱 线偏振度 天气 理化值 Bidirectional reflection distribution function Hyperspectral Linear degree of polarization Weather Physical and chemical value
1 塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆 阿拉尔843300
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春130033
3 塔里木大学植物科学学院, 新疆 阿拉尔843300
为建立南疆红枣品质近红外光谱在线校正模型, 分析了在线检测结果的主要影响因素, 对相应的参数进行了实验研究。 设置红枣不同的光谱采集条件, 如测量状态、 波段谱区、 仪器参数等, 利用近红外光谱仪和自行设计的红枣批量采集附件, 获取南疆红枣品质光谱, 通过光谱预处理和检测精度相结合的办法选择条件参数。 通过不同建模参数进行PLS光谱校正和二维相关光谱分析, 选择糖度特征光谱参数。 结果表明: 红枣糖度中心波长9 116, 9 418和10 500 cm-1, 采集分辨率16 cm-1, 扫描次数8次, 糖度相对误差8％～10％, 单粒红枣光谱数据量减少为原来的1/10, 采集时间减少了3 s左右。 通过实验参数, 压缩了数据量, 建立了初级在线校正模型, 基本实现南疆红枣品质近红外光谱在线检测。
南疆红枣品质 近红外光谱 在线检测 实验参数 The jujube of Southern Xinjiang Near infrared spectrum On-line detection Model parameter 光谱学与光谱分析
2012, 32(5): 1225
1 塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆 阿拉尔843300
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春130033
从南疆红枣的物理和光谱特征两方面， 通过反复调整和逐步细分相结合的方法， 给出红枣品质细分和特征因子分析框图。 实际应用中可依据不同需要设置最佳光谱参数来提高光谱重复性和质量。 实验分离出南疆红枣常见的裂口褐变、 色泽和成分等光谱特征因子， 如褐变特征因子明显尖峰特征谱线位置10 170 cm-1。 通过光谱图的特征分析， 初步建立了红枣近红外光谱和部分品质之间的对应关系， 为下一步红枣品质编码奠定了基础。 该方法可节省大量重复建模费用， 在建立红枣近红外品质分析标准和模型库共享方面有较好的应用前景。
近红外光谱 拓扑方法 南疆红枣 特征因子 Near infrared spectra Method of topology Jujube of southern Xinjiang Characteristic factors
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心, 安徽 合肥 230031
2 塔里木大学文理学院, 新疆 塔里木 843300
利用有限元法对金属球壳在恒定功率密度激光辐照下的热效应进行了数值计算,分析了在激光辐照过程中,金属球壳内外壁的 温升、温差的变化规律,并主要以铜、铝材料为例,比较了铜、铝球壳在激光辐照下的温度变化和外壁温度响应情况。 数值计算结果表明,激光辐照期间,在经过热响应的过渡过程后,金属球壳内、外壁的升温率几乎为常量,内外壁温差基本 保持恒定值;对于壁厚在 0.004~0.02 m 范围内的铜、铝球壳,激光辐照停止后,内外壁热平衡过程在几十ms到1 s的 时间内结束。
激光技术 激光辐照 金属球壳 温升 内外壁温差 laser techniques laser irradiation metal spherical shell temperature rise temperature difference of inwall and outerwall
球形开口空腔在辐射计量、辐射定标和激光能量测量等方面得到了广泛应用.当考虑辐射热交换时,实际的发射率是一个很重要的参数.由于辐射能在壁面进行了多次反射吸收,所以开口空腔系统吸收的能量要比相同尺寸和相同发射率的平板吸收的能量大.这种由于辐射在空腔内多次反射和吸收使表面吸收率和表面发射率都增大的现象称之为"空腔效应".针对空腔效应,引入有效辐射和视在发射率概念,通过球形开口空腔的视在发射率简单计算了开口空腔的辐射热损失.
视在发射率 有效辐射 热辐射 空腔效应 visible emissivity effective radiation thermal radiation cavity effect
中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031
激光对金属加热具有能量集中的特点,而集中热源非稳态温度场求解正是解决这类问题的基础,通过对非稳态温度场的求解得出激光与金属加热的热响应时间,并对试验现象作了对比后进行初步的分析.
激光技术 激光与金属相互作用 集中热源 热响应时间 laser techniques interaction between laser and metal concentrated thermal source heat response duration
