西南科技大学环境与资源学院, 四川 绵阳 621010
通过在土壤中添加浓度为0(对照组), 25, 75, 125, 175, 275, 375和485 μg·g-1的铀, 进行5种植物(苎麻、 印度芥菜、 酸模、 甘蓝型油菜、 玉米)的盆栽实验, 研究了不同生长期的叶片光谱角对土壤铀污染的定性和定量指示作用, 分析了定量指示作用与叶片铀含量的关系, 并筛选出来在苗期即能反演土壤铀含量的植物, 为通过野外实测植物叶片光谱快速、 安全地进行土壤铀含量的本底调查和动态监测提供了有效的途径。 更重要的是, 以该叶片尺度的研究为基础, 后续可以开展在冠层尺度采用遥感影像进行大面积土壤铀污染监测的相关研究。 实验结果与主要结论如下: (1)以实验植物在不同生长期的实测叶片反射光谱为基础, 计算了土壤受到铀污染后, 在五个波段区间(表征叶片色素的350~716 nm、 表征红边和近红外平台的717~975 nm、 表征水分的976~1 265, 1 266~1 770和1 771~2 500 nm)的光谱角。 以盆为单位统计5种实验植物在13个生长期的光谱角, 绝大多数情况下均大于阈值。 叶片光谱角对铀产生了350~2 500 nm的全面响应, 可以定性指示土壤是否受到铀污染。 (2)涵盖全部5种实验植物的8个生长期得到了以光谱角作为自变量、 通过显著性检验的线性回归方程。 其中7个线性回归方程的决定系数R2>0.64, 3个(苎麻-苗期、 印度芥菜-开花期和油菜-蕾薹期)的决定系数R2>0.81。 综合其他反演效果评价指标, 可以认为叶片光谱角也能定量指示土壤铀污染程度, 但定量指示作用随植物种类、 生长期的不同而不同, 其中苎麻、 印度芥菜在苗期的叶片光谱角就可以比较好地反演土壤铀含量。 (3)当叶片铀含量较高时, 其光谱角对土壤铀污染的定量指示作用较强。
叶片光谱 光谱角 土壤 铀污染 指示作用 Leaf spectrum Spectral angle Soil Uranium pollution Indicative effect 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1313
1 内江师范学院 计算机科学学院，四川 内江 641100
2 攀枝花学院 数学与计算机学院，四川 攀枝花 617000
3 四川旅游学院 信息与工程学院，四川 成都 610100
4 电子科技大学 信息与通信工程学院，四川 成都 610054
针对高光谱图像（hyperspectral images, HSI）去条带易引起影像结构细节丢失问题，提出一种基于加权块稀疏（weighted block sparsity, WBS）正则化联合最小最大非凸惩罚（minimax concave penalty, MCP）约束的HSI去条带方法。本算法采用加权ℓ2, 1范数和MCP范数对条带稀疏结构和低秩约束，ℓ1范数对干净图像结构保持正则化约束，构建加权块稀疏和MCP约束的条带去除模型，采用交替方向乘子（alternating direction method of multipliers, ADMM）算法迭代求解对应模型，重建获得干净的HSI图像。实验结果表明，提出方法在实际HSI的平均等效视数从28.45提高到83.47，边缘保持指数较其他算法至少增加0.056，特别是对于非周期条带噪声，采用自适应权值更新稀疏水平，增强了组稀疏性，在保持影像边缘和加强区域平滑性方面性能更佳，去噪声效果更好。
加权块稀疏 最小最大非凸惩罚 高光谱图像条带噪声 weighted block sparsity minimax concave penalty hyperspectral images stripe noise
西南科技大学生命科学与工程学院, 绵阳 621010
随着工农业的发展, 各类材料如纳米材料、重金属材料应用, 及其他一些生物质类材料的积累, 对生物体的生长发育和繁殖等都有着较明显的生理毒理效应。只有对这些材料的生物效应有了清楚的了解才能正确地使用而避免它对人体产生毒副作用。本试验以秀丽隐杆线虫为研究对象, 从生长发育到基因水平, 考察了CdS/ZnS量子点对的生物安全性。研究发现CdS/ZnS量子点暴露不仅对秀丽隐杆线虫的体长、头部摆动以及身体弯曲等生物行为有不同程度的抑制作用, 而且对线虫细胞毒性相关基因、胁迫相关基因以及细胞生长发育相关基因的表达也有一定的影响。当CdS/ZnS量子点的暴露浓度为3.33 nmol/L, 线虫体长、头部摆动以及身体弯曲分别从空白组的(0.64±0.072)mm, (55.94±7.17)次/min和(9.95±2.42)次/20 s降到(0.48±0.099)mm, (15.83±6.76)次/min和(7.72±1.12)次/20 s; 而GST-1, daf-21, HSP-16.4等基因表达分别增加了15.33, 19.51 和 35.01倍。本研究为量子点在应用过程中的生物安全性研究提供理论依据。
量子点 秀丽隐杆线虫 生物学行为 基因表达 quantum dots Caenorhabditis elegans physiological behavior gene expression
西南科技大学生命科学与工程学院, 绵阳 621010
热休克蛋白(HSP)是一类广泛存在于各类生物中的具有分子伴侣功能的蛋白质。近年来研究发现HSP与机体许多功能如免疫、凋亡、衰老等密切相关。柞蚕(Antheraea pernyi)小热休克蛋白20.1(Aphsp20.1)基因的开放读码框长度为534 bp, 编码178个氨基酸。序列比对结果表明, 柞蚕小热休克蛋白20.1属于HSP20家族。组织定量显示这Aphsp20.1在中肠和脂肪体分布较高。此外用大肠杆菌Escherichia coli及Micrococcus luteus病原微生物注射入5龄3天柞蚕幼虫后, 发现Aphsp20.1的基因表达菌明显上调。另外体外抑菌试验结果发现纯化后的蛋白也具有一定的抑菌作用。该研究表明ApHSP20.1在柞蚕的免疫功能中具有重要作用, 该研究不仅为我们进一步了解更加复杂的高等生物天然免疫反应提供一些相关的研究线索; 而且对柞蚕天然免疫的研究有利于更好地理解昆虫自身的免疫系统, 为保护益虫防治害虫提供重要依据。
柞蚕 小热休克蛋白20.1 基因表达 免疫 Antheraea pernyi heat shock protein 20.1 transcript immunity
1 攀枝花学院数学与计算机学院, 四川 攀枝花 617000
2 电子科技大学信息与通信工程学院, 四川 成都 610054
为解决加权核范数最小化(WNNM)图像去噪无法较好地表达复杂和不规则的图像结构,易产生过平滑现象的问题,将相对全变差(RTV)融入加权核范数最小化,对WNNM低秩表示模型施加RTV范数约束,提出一种RTV-WNNM图像去噪模型,采取交替方向乘子(ADMM)算法迭代求解对应模型,获得清晰图像。将提出的新方法与多种基于低秩矩阵近似的去噪算法进行比较,所提算法在保持图像边缘和加强区域平滑性方面有较好的性能,特别是在高密度图像噪声影响下,算法性能也能得到大幅提升。实验结果表明,加入RTV范数的低秩去噪模型具有良好的恢复图像结构能力,能较好地提高去噪性能。
图像处理 加权核范数最小化 图像去噪 低秩矩阵近似 相对全变差范数 激光与光电子学进展
2019, 56(16): 161006
1 攀枝花学院数学与计算机学院, 四川 攀枝花 617000
2 电子科技大学信息与通信工程学院, 四川 成都 610054
归纳并分析了超像素算法和评价指标的最新研究成果及最新应用;对比了多种超像素算法的边缘召回率、欠分割错误率和紧凑度等评价指标,分析了各自的优势和不足。当前的超像素方法在精度和效率上都有较大的提高,应用领域不断增加,但仍难以满足特殊应用领域的超像素性能要求,需要研究稳健性和适应性更好的超像素算法。
图像处理 超像素 图像分割 评价标准 区域分割 激光与光电子学进展
2019, 56(9): 090005
1 攀枝花学院数学与计算机学院, 四川 攀枝花 617000
2 中北大学软件学院, 山西 太原 030051
恒星光谱分类是天文学研究的一个热点问题。 随着观测光谱数量的急剧增加, 传统的人工分类无法满足实际需求, 急需利用自动化技术, 特别是数据挖掘算法来对恒星光谱进行自动分类。 关联规则、 神经网络、 自组织网络等数据挖掘算法已广泛应用于恒星光谱分类。 其中, 支持向量机（SVM）分类能力突出, 被广泛应用于恒星光谱分类。 该方法试图在两类样本之间找到一个最优分类面将两类分开。 该方法具有较高的时间复杂度, 计算效率有限。 双支持向量机（TWSVM）的出现有效地解决了SVM面临的效率问题。 该方法通过构造两个非平行的分类面将两类分开, 每一类靠近某个分类面, 而远离另一个分类面。 TWSVM的计算效率较之传统SVM提高近4倍, 因此, 自TWSVM提出后便受到研究人员的持续关注。 但上述方法在分类决策时, 一方面没有考虑数据的分布特征, 另一方面较易受噪声点和奇异点的影响, 分类效率难以显著提升。 鉴于此, 在双支持向量机的基础上, 提出融合数据分布特征的模糊双支持向量机（TWSVM-SDP）。 该方法引入线性判别分析（LDA）的类间离散度和类内离散度, 用以表征光谱数据的分布性状; 引入模糊隶属度函数用以降低噪声点和奇异点对分类结果的影响。 在SDSS DR8恒星光谱数据集上的比较实验表明, 与支持向量机SVM、 双支持向量机TWSVM等传统分类方法相比, 融合数据分布特征的模糊双支持向量机TWSVM-SDP具有更优的分类能力。 该方法亦存在一定的局限性, 其中一大难题是其无法处理海量光谱数据。 接下来将利用大数据处理技术, 来对所提方法在大数据环境下的适应性展开进一步研究。
恒星光谱 分类 数据分布特征 模糊隶属度 双支持向量机 Stellar spectra Classification Spectral distribution properties Fuzzy membership function Twin support vector machine 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1307
四川攀枝花学院计算机学院，四川攀枝花 617000
针对检测图像多圆问题，该文提出一种利用圆的对称性与旋转变换相结合的圆检测新方法。从圆的几何性质出发，在图像边缘点上以过圆心且平行横坐标的直线为对称轴搜索对称点集 P1；然后图像做旋转变换，再次对称点搜索并做反旋转变换得到点集 P2；利用圆的旋转对称性，圆上的点集即是点集 P1与 P2的交集，从而实现圆的检测。实验结果表明，该算法与当前应用最广的 RHT、RCD圆检测方法相比具有检测速度快，实现简单等优点。
圆检测 对称性 旋转不变性 计算机视觉 multi-circle detection symmetrical characteristic rotation invariant computer vision
