Author Affiliations
Abstract
1 Department of Instrument Science and Engineering, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 Department of Electrical Engineering, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu 610041, China
This paper investigates the combination of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and deep convolutional neural networks (CNNs) to classify copper concentrate samples using pretrained CNN models through transfer learning. Four pretrained CNN models were compared. The LIBS profiles were augmented into 2D matrices. Three transfer learning methods were tried. All the models got a high classification accuracy of , with the highest at 96.2% for VGG16. These results suggested that the knowledge learned from machine vision by the CNN models can accelerate the training process and reduce the risk of overfitting. The results showed that deep CNN and transfer learning have great potential for the classification of copper concentrates by portable LIBS.
laser-induced breakdown spectroscopy convolutional neural networks classification flotation concentrate transfer learning Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 043001
上海交通大学电子信息与电气工程学院仪器科学与工程系, 上海 200240
针对身份识别容易被仿冒和造假的问题,提出了一种利用近红外相机捕获手背静脉同时具有活体检测功能的身份识别方法,手背静脉图像提供静脉特征作为身份识别的依据,与此同时获取的脉搏波的周期性特征作为活体检测的标志。利用自行搭建的手背静脉和脉搏波捕获实验装置,研究了70个个体的手背静脉图像以及活体和假体的静脉图像特征,并提出了提高身份识别准确率的算法。采用主成分分析对活体静脉特征向量进行降维,降低分类算法的复杂度,结合马氏距离去除异常样本,以提高识别精度,再采用参数优化的随机森林算法和支持向量机算法实现了手背静脉的精准识别。结果表明:基于手背静脉特征结合随机森林算法和支持向量机算法可以对不同个体进行身份识别,识别准确率分别为99.28%和99.86%,识别时间分别为0.368 s和0.110 s。
图像处理 模式识别 近红外成像 手背静脉 活体检测 主成分分析 马氏距离
上海交通大学电子信息与电气工程学院仪器科学与工程系, 上海 200240
精确的血迹的年龄估计在刑侦法医鉴定中有着重要的意义。 构建了以8个LED为照明光源、 以黑白CCD相机为成像单元的可见-近红外多光谱成像系统, 利用以k最近邻算法、 支持向量机算法和随机森林算法为基模型的融合模型分析预测血迹年龄, 研究了利用可见-近红外反射多光谱精确估计人体血液年龄的可行性, 并与前人利用高光谱进行血迹年龄预测的研究结果进行了对照, 还检验了血液特异性对模型的影响。 实验记录了11个人体血液样本在1～20 d的在400～940 nm之间的8个波长通道的图像, 使用标准正态变换校正(SNV)对光谱进行预处理, 以消除基线平移和散射作用带来的样本光谱差异。 随机选择经过预处理后的7个样本用作训练集以建立模型, 剩余的4个样本用作测试集以验证模型, 建立了基于k最近邻算法、 支持向量机算法和随机森林算法的融合模型, 并与k最近邻算法模型, 支持向量机算法模型, 随机森林算法模型进行比较, 结果显示融合模型的实验结果更好。 基于该融合模型得到的实验结果为： 0~2 d之间预测样本的正确分类率(CCR)为80％, 平均误差为0.053 d, 2~20 d之间预测样本的CCR为69%, 平均误差为0.442 d, 与利用高光谱获得的结果相当甚至更好。 为测试该方法的适用性, 检验了血液特异性对本模型的影响, 实验样本取自8个不同捐献者的20个血迹, 将其中4个捐献者的10个样本加入原有模型, 另外4个捐献者的10个样本作为测试集以检验血液特异性对模型影响。 实验结果为： 在0~2 d之间的CCR为75.6%, 平均误差为0.063 d, 2~20 d之间预测样本的CCR为65.6%, 平均误差为0.467 d。 CCR无显著降低, 表明该模型对不同来源的血迹样本, 仍然有着较好的适应性。 与采用高光谱的研究结果相比, 多光谱结合模型融合算法同样可以获得较好的血迹年龄估计结果, 并具有结构简单, 成本低廉, 稳定性好的优点, 有望成为一种高精度的血迹年龄预测手段, 在法医学领域中有重要应用前景。
多光谱 血迹 年龄估计 模型融合 Multispectral Bloodstains Age estimation Ensembling model
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 仪器科学与工程系, 上海 200240
为了评估微型近红外光谱仪应用于现场水果糖度检测的可行性, 采用粒子群算法结合反向传播(BP)神经网络建立了苹果糖度的无损高精度快速检测方法, 研究了微型近红外光谱仪NIRscan以单波长和阿达玛变换两种测量模式获得的光谱数据, 应用多种不同的数据预处理方法和多元线性回归、偏最小二乘法、粒子群算法(PSO)、BP神经网络等算法建立分析模型。结果表明, 以阿达玛变换工作模式测得的光谱数据更好, 以1阶导数结合Savizky-Golay平滑算法作数据预处理, 应用PSO结合BP神经网络建立的苹果糖度预测模型具有更高的预测精度, 预测相关系数和均方根误差分别为0.9911和0.1502。该微型近红外光谱仪NIRscan用于苹果糖度的现场快速和高精度无损检测具有可行性。
光谱学 苹果糖度 近红外光谱 数字显微器件 微型近红外光谱仪 阿达玛变换 粒子群优化算法 反向传播神经网络 spectroscopy apple sugar content near infrared spectroscopy digital micro-mirror device miniature near infrared spectrometer Hadamard transform particle swarm optimization back propagation neural network
1 上海交通大学电子信息与电气工程学院仪器科学与工程系, 上海 200240
2 上海仪电分析仪器有限公司, 上海 201805
3 同济大学海洋与地球科学学院, 上海 200092
利用自行研制的便携式拉曼光谱仪,研究了甘肃、青海和新疆3个产地软玉的拉曼光谱特征,并对其光谱差异进行解析;基于马氏距离判别方法和随机森林判别方法实现了3个产地软玉的无损鉴别。结果表明:利用马氏距离判别方法和随机森林判别方法可以对具有相同拉曼峰的不同产地的软玉进行鉴别,鉴别准确率分别为87.5%和95.83%。
光谱学 产地鉴别 拉曼光谱 马氏距离 随机森林 软玉 模式识别
1 上海交通大学大学电子信息与电气工程学院仪器系, 上海 200240
2 上海智能诊疗仪器工程技术研究中心, 上海 200240
3 上海交通大学物理与天文系, 上海 200240
利用自行研制的便携式拉曼光谱仪(Hx-Spec)对高山石类寿山石(13组)和老挝石(22组)进行了分类判别分析。Hx-Spec拉曼光谱仪的激发波长785 nm, 光谱范围200～2700 cm-1, 分辨率6 cm-1。结合主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)建立多元统计算法模型, 将老挝石从高山石类寿山石中区别出的特异性和灵敏度分别为100%与86.7%, 受试样品工作特征(ROC)曲线下面积为0.977。另外, 加入8个新样品作为验证, 判别正确率为87.5%。研究表明, 自行研制的便携式拉曼光谱仪结合PCA-LDA统计分析方法有望用于区分高山石类寿山石和老挝石。
光谱学 拉曼光谱 无损鉴别 主成分分析 寿山石 老挝石 光学学报
2016, 36(12): 1230001
1 上海交通大学 物理与天文系，上海 200240
2 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 仪器系，上海 200240
采用几何光学法对切削微角锥棱镜薄膜结构单元的反射特性进行理论分析，采用光学仿真软件对该结构单元的反光性能进行模拟验证，并与传统微角锥棱镜薄膜结构单元进行对照.结果表明，理论中，当平行光垂直于结构底面入射并忽略吸收时，该切削结构薄膜单元可实现完全定向反射，而相同条件下，传统微角锥棱镜结构薄膜单元定向反射率为66.7%.模拟仿真的定向反射率分别是92.3%和62.4%.建立了薄膜定向反射率测量方法，对具有上述两种结构单元的薄膜样品的定向反射率进行测试，测试结果分别为67.8%和39.5%.
几何光学 薄膜 高定向反射率 微角锥棱镜 仿真 测试 对比 Geometrical optics Thin films High retroreflectivity Micro cube corner prism Simulation Measurement Comparison
1 上海交通大学物理与天文系, 上海 200240
2 上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海 200240
拉曼光谱仪广泛应用于化学研究、高分子材料、生物医学、药品检测、宝石鉴定等领域，如何进一步小型化、现场化是其未来发展的重要方向。便携式拉曼光谱仪具有体积小、检测方便等特点，为药品检测、环境检测、安检等实时检测领域提供了一种无损快速检测方法。对便携式拉曼光谱仪的组成原理做了简要介绍，并对国内外产业化便携式拉曼光谱仪的现状及技术的进展进行了综述。
光谱学 便携式拉曼光谱仪 光纤探头 高通量虚拟狭缝技术 灵敏度和分辨率 激光与光电子学进展
2014, 51(7): 070001
上海交通大学 物理系 光科学与工程研究中心, 上海 200240
研制了一种以非对称交叉Czerny-Turner光路为结构的互补金属氧化物半导体小型光纤光谱仪样机，探讨了以面阵互补金属氧化物半导体图像传感器作为光电探测器的光度测量准确性和线性问题，分析了杂散光对吸光度测量的影响.结论是：通过光强定标和非线性修正后，互补金属氧化物半导体小型光纤光谱仪可以满足一般的应用要求，其光谱测量范围为380~800 nm，光谱带宽约6 nm，积分时间1~500 ms，波长准确度±1 nm，光度准确度±0.03 AU.该光谱仪具有小型化、低成本、速度快等优点.
互补金属氧化物半导体 吸光度 光强定标 CMOS Absorbance Intensity calibration
上海交通大学 物理系光科学与工程研究中心, 上海 200240
针剂在实际生产过程中容易混入异物颗粒，异物颗粒影响人体健康，因此针剂在出厂前必须进行异物检测.本文提出了一种基于光阻法的针剂异物的检测方法，介绍了检测原理及其信号处理方法，单瓶静态实验表明，该方法与人工检测方法比较，符合率为96.30%.针对检测区域和测试时间过小所造成的漏检可能，提出了双光路检测方法，并通过实验论证了其可行性.
针剂异物 光阻法 检测 滤波 Foreign particles in injection Light-blocking Inspecting Filtering
