作者单位
摘要
1 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
2 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系, 以玉米种子主要成分淀粉为研究对象, 将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合, 无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。 以郑单958玉米品种为例, 实验通过人工老化方式(40 ℃, 100%RH)制备老化0、 18、 36、 54、 72 h的种子样本, 采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。 以16.35 cm-1下THz图像为基准, 采用阈值分割法精确提取种子胚乳、 种胚区域, 通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异, 且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm-1附近存在明显的共同吸收峰。 应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20, 移动步长为10), 逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数, 并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图, 可视化构建玉米种子淀粉分布图。 实验统计5个老化阶段、 6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得: 在29.83~67.36 cm-1区间内, 种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势, 即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。 实验结果表明: 太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测, 该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系, 无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。
玉米种子 太赫兹时域光谱反射成像 相关系数成像法 移动窗口 淀粉 Corn seeds Terahertz time-domain spectral reflection imaging Correlation coefficient imaging method Moving window Starch 
光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2722
作者单位
摘要
1 长春工程学院,吉林 长春130021
2 航空遥感技术国家测绘地理信息局重点实验室,北京100039
为进一步提高城市生态监测的精确度,在前人开展的城市生态遥感监测研究的基础上引入“区域尺度”的概念,充分考虑小区域范围内不同地物间的交互作用,并利用移动窗口模型(Moving Window-Remote Sensing Ecology Index, MW-RSEI)对沈阳市浑南区的遥感影像进行逐像元分析。实验结果表明,MW-RSEI模型和生态遥感监测模型(Remote Sensing Ecology Index, RSEI)在整体生态评价趋势上表现出一致性。但MW-RSEI模型对城市生态中的细节区域表征更明显。考虑到建筑及裸地周围植被的影响,其较差生态区域的占比仅为6%,生态评价为优的区域占比为11%。研究区生态评价结果表现得较为连续,并未出现明显的断层现象。该结果具有现实意义且与实际生态分布更为符合。MW-RSEI模型在城市生态监测中更为适用,可为相关部门提供一定的技术参考。
移动窗口 遥感生态指数模型 城市生态监测 moving window remote sensing ecological index model urban ecological monitoring 
红外
2022, 43(8): 44
胡建 1冯耀泽 1,2,3,*王益健 1黄结 1[ ... ]朱明 1,2
作者单位
摘要
1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
2 农业农村部长江中下游农业装备实验室, 湖北 武汉 430070
3 华中农业大学交叉科学研究院, 湖北 武汉 430070
对近红外光谱(NIRS)分析技术结合化学计量学方法定量检测混合溶液中鲜味物质浓度及其鲜味强度的可行性进行探讨。以谷氨酸钠与肌苷酸二钠所构成的鲜味物质混合溶液为研究对象,获取不同鲜味强度的样本并采集其近红外光谱数据。基于偏最小二乘回归法结合竞争性自适应移动窗口区间组合(CMIC)新算法,以及多种常用变量优化算法分别建立混合溶液中鲜味物质浓度和混合溶液鲜味强度的检测模型。实验结果表明,最优的混合溶液中鲜味物质浓度和混合溶液鲜味强度检测模型均是基于CMIC算法建立的简化模型,预测决定系数分别为0.8886、0.9182和0.8097。因此,NIRS分析技术结合化学计量学方法可应用于定量检测混合溶液中鲜味物质浓度及其鲜味强度。
光谱学 近红外光谱 混合溶液 鲜味物质 鲜味强度 竞争性自适应移动窗口区间组合算法 
光学学报
2022, 42(1): 0130002
作者单位
摘要
1 上海电力大学自动化工程学院, 上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院, 新南威尔士州 悉尼 2052
光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF在变温环境下产生的透射波长漂移问题,提出了一种基于集成移动窗口的温度漂移补偿方法。利用最小二乘支持向量机对透射波长和温度之间的非线性关系进行了建模,并在训练样本中建立了移动窗口。此外,为了挖掘更多的训练样本过程信息,提出了采用神经网络对各个移动窗口的补偿结果进行加权集成的方法。实验结果表明,当未引入集成移动窗口时,解调值的最大测量误差为±13.5 pm。在引入集成移动窗口后,解调值的最大测量误差为±0.82 pm,即所提方法有效提高了光纤光栅传感中可调滤波器解调的温度稳定性。
光纤光学 光纤光栅解调 集成移动窗口 温漂补偿 法布里-珀罗滤波器 最小二乘支持向量机 
光学学报
2021, 41(23): 2306005
作者单位
摘要
溶液的光谱研究一直受到化学工作者的关注, 但大多研究是以一维光谱技术为主, 存在分辨率低, 误差较大, 重叠峰难以分辨等诸多弊端, 无法清晰地给出需要的信息。 二维光谱通过对外部扰动下的动态光谱进行相关分析计算, 从而得到光谱强度的整体变化信息, 显著提高一维光谱的分辨率以及重叠峰的分离度。 在判断特定外扰下不同官能团的响应次序以及研究分子间、 分子内的弱相互作用上具有独特优势。 采用二维相关拉曼光谱和理论计算相结合, 对溶液内微观团簇及其变化进行了研究。 利用显微共焦激光拉曼光谱仪对目标溶液(纯DMF与0.84 mol·L-1的CuCl2/DMF溶液)进行了升温实验。 结果发现在C—N键伸缩振动谱带范围内, 由于CuCl2的加入, 特征峰强度整体大幅下降, 峰宽变大, 在1 115 cm-1有新峰产生, 随温度升高, 伸缩振动峰强度逐渐下降, 峰形变缓。 为了获得C—N键振动内各特征峰随温度的变化情况, 采用移动窗口二维拉曼(MW2D Raman)光谱技术, 对光谱数据进行分析。 结果表明溶液内不同类别的微观团簇对温度的敏锐程度不同, 随温度升高, 它们之间存在相互转化, 且变化速度不同。 为了获取溶液内各微观团簇运动的实质, 以温度为外扰, 采用二维拉曼(2D Raman)光谱对目标溶液进行分析, 通过对二维光谱中特征峰进行归属和变化次序判断, 发现金属Cu2+的加入, 使得溶液体系变得更加复杂, 除存在原溶剂内所含的团簇构型, 还存在与Cu2+发生溶剂化的团簇构型, 它们之间存在着一定的相互转化。 利用密度泛函理论对溶液中可能存在的团簇构型进行结构优化和热力学计算, 结果证实了Cu2+与DMF存在相互作用, 且由此产生的团簇构型[Cu(DMF)n]2+(n=1~6)的稳定性随n的增大逐渐变差, 进一步验证了二维相关光谱分析的可行性与正确性。
密度泛函理论 二维拉曼光谱 移动窗口二维光谱 溶剂化作用 Density functional theory Two-dimensional Raman spectroscopy Moving-window two-dimensional Raman spectroscopy Solvation 
光谱学与光谱分析
2021, 41(1): 177
作者单位
摘要
贵州大学物理学院, 贵州 贵阳 550025
移动窗口平滑集成CARS算法(MWS-ECARS)是一种稳定的特征变量提取算法。 在前人研究的基础上, 提出了两种基于不同窗口平滑算法改进的MWS-ECARS对红茶光谱降维, 并与原始的MWS-ECARS、 常用的连续投影算法(SPA)、 竞争性自适应重加权算法(CARS)、 移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)比较, 建立偏最小二乘算法回归模型(PLSR), 选择出最优红茶等级判别模型。 两种改进的MWS-ECARS方法分别是窗口高斯滤波平滑集成CARS(gaussian filter ECARS, GF-ECARS)、 窗口中值滤波平滑集成CARS(median filter ECARS, MF-ECARS)。 CARS算法运行n次(该研究n=1 000), 整合波长及其对应的挑选频率并用不同的窗口平滑算法对挑选频率进行平滑, 窗口宽度均为3~31, 窗口步长均为2; 将通过不同窗口宽度和平滑算法平滑过的挑选频率进行阈值的设定, 起始阈值及步长均为20; 最后选择出挑选频率大于阈值的波长, 建立PLSR模型, 以预测集相关系数(Rp2)为判断因子, Rp2越接近1, 说明建立的模型预测能力更为准确。 结果表明: 改进后的GF-ECARS算法提取的特征变量建立红茶等级判别模型的结果最好, Rp2达到0.969 2。 原因是在窗口高斯滤波平滑算法中, 随着窗口宽度增大, 其曲线上各点的振幅差距会变小。 在高斯算法加权平均的过程中, 不容易出现将低频的波长与高的权值相联系。 在实际应用中, 往往会出现有效波段的挑选频率较低的情况, 可以通过选择窄窗口宽度的高斯滤波对其进行平滑。 另外, 高斯曲线的特征能使高斯滤波很好的保护窗口边缘图像的细节。 虽然MF-ECARS算法的建模结果比原始MWS-ECARS略差, 但其Rp2仍然达到了0.96以上, 表明改进后的算法能提高原始模型的预测能力。 不同窗口平滑算法的 MWS-ECARS提取特征变量不同, 但随着平滑窗口宽度的增加, 特征变量区间连续性都在增强, 数目均在减少。 三种MWS-ECARS算法的预测集相关系数都显示出它们比常用的SPA, CARS和MWPLS三种降维算法更有效, 更稳定。 为光谱数据的选择性降维算法研究提供参考。
移动窗口平滑集成CARS 可见-近红外光谱 红茶 等级 Moving window smoothing ensemble CARS (MWS-ECARS) Visible-near infrared spectroscopy Black tea Grades 
光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3254
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou, China
2 Department of Biological Engineering, Jinan University, Guangzhou, China
The moving-window bis-correlation coe±cients (MW-BiCC) was proposed and employed for the discriminant analysis of transgenic sugarcane leaves and --thalassemia with visible and nearinfrared (Vis–NIR) spectroscopy. The well-performed moving-window principal component analysis linear discriminant analysis (MW-PCA–LDA) was also conducted for comparison. A total of 306 transgenic (positive) and 150 nontransgenic (negative) leave samples of sugarcane were collected and divided to calibration, prediction, and validation. The diffuse reflection spectra were corrected using Savitzky–Golay (SG) smoothing with first-order derivative (d=1), third-degree polynomial (p=3) and 25 smoothing points (m=25). The selected waveband was 736–1054 nm with MW-BiCC, and the positive and negative validation recognition rates (V REC+, V REC-T were 100%, 98.0%, which achieved the same effect as MW-PCA–LDA. Another example, the 93 --thalassemia (positive) and 148 nonthalassemia (negative) of human hemolytic samples were collected. The transmission spectra were corrected using SG smoothing with d=1, p=3 and m=53. Using MW-BiCC, many best wavebands were selected (e.g., 1116–1146, 1794–1848 and 2284–2342nm). The V REC+ and V REC- were both 100%, which achieved the same effect as MW-PCA–LDA. Importantly, the BiCC only required calculating correlation coe±cients between the spectrum of prediction sample and the average spectra of two types of calibration samples. Thus, BiCC was very simple in algorithm, and expected to obtain more applications. The results first confirmed the feasibility of distinguishing --thalassemia and normal control samples by NIR spectroscopy, and provided a promising simple tool for large population thalassemia screening.
Visible and near-infrared spectroscopic discrimina transgenic sugarcane leaves β-thalassemia moving-window bis-correlation coe±cients moving-window principal component analysis linear 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2018, 11(2): 1850005
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Biological Engineering, Jinan University, Huangpu Road West 601 Tianhe District, Guangzhou 510632, P. R. China
2 Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Huangpu Road West 601, Tianhe District, Guangzhou 510632, P. R. China
3 Guangzhou Institutes of Microbiology, Jian Tashan Road 1, Science City, Luogang District, Guangzhou 510530, P. R. China
Teicoplanin (TCP) is an important lipoglycopeptide antibiotic produced by fermenting Acti-noplanes teichomyceticus. The change in TCP concentration is important to measure in the fermentation process. In this study, a reagent-free and rapid quantification method for TCP in the TCP–Tris–HCl mixture samples was developed using near-infrared (NIR) spectroscopy by focusing our attention on the fermentation process for TCP. The absorbance optimization (AO) partial least squares (PLS) was proposed and integrated with the moving window (MW) PLS, which is called AO–MW–PLS method, to select appropriate wavebands. A model set that includes various wavebands that were equivalent to the optimal AO–MW–PLS waveband was proposed based on statistical considerations. The public region of all equivalent wavebands was just one of the equivalent wavebands. The obtained public regions were 1540–1868 nm for TCP and 1114–1310 nm for Tris. The root-mean-square error and correlation coefficient for leave-one-out cross validation were 0.046 mg mL 1 and 0.9998 mg mL 1 for TCP, and 0.235 mg mL 1 and 0.9986 mg mL 1 for Tris, respectively. All the models achieved highly accurate prediction effects, and the selected wavebands provided valuable references for designing specialized spectrometers. This study provided a valuable reference for further application of the proposed methods to TCP fermentation broth and to other spectroscopic analysis fields.
Teicoplanin near-infrared spectroscopic analysis absorbance optimization partial least squares moving window partial least squares equivalent model set 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2017, 10(1): 1650029
作者单位
摘要
1 南京财经大学管理科学与工程学院, 江苏 南京 210023
2 江苏省质量安全工程研究院, 江苏 南京 210023
3 西南交通大学数学学院, 四川 成都 611756
4 浙江工商大学管理工程与电子商务学院, 浙江 杭州 310018
为满足白酒品牌判别领域快速检测的迫切需求, 提出了一种以紫外光谱为输入, 移动窗口相关系数法为手段的白酒品牌快速判别新方法。 研究以海之蓝酒作为对象品牌, 实验结果显示各批次海之蓝酒在实验波长区间存在较高的吻合一致性, 基于紫外光谱原始谱图的相关系数值和基于移动窗口光谱计算所得的相关系数值均达到0.99以上。 由于其他洋河系列白酒与海之蓝酒均属于洋河酒厂生产, 原料来源、 生产制备工艺等存在较高的相似性, 此时若仅使用紫外光谱原始谱图数据结合相似度算法进行品牌判别, 则定量化的判别区分存在一定困难。 移动窗口法可有效提高谱图细节差异, 突出光谱在特征谱段的形状、 强度、 变化趋势差异, 提高实验谱图在细节结构差异辨认分析能力。 经过研究筛选, 发现以移动窗口相关系数结合紫外光谱特征谱段(270~295 nm)可提高洋河系列酒间的谱图差异, 实现这种有较高相似性白酒品牌的判别区分。 此外, 市售六种其他品牌白酒及乙醇作为对照组, 进一步论证了该方案的可行性。 该研究的创新之处在于提出了一种移动窗口相关系数光谱法进行白酒品牌快速判别分析的新思路, 该方法同时具备速度快, 操作简便等优点, 具有较高的实际应用潜在价值, 并可为其他食品的质量安全判别分析研究提供借鉴。
移动窗口 相似度 白酒 食品 快速判别 Moving window Similarity Chinese liquor Food Rapid discrimination 
光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3122
杨晖 1,2,*黄林 2,3刘木华 1,2陈添兵 1,2[ ... ]姚明印 1,2
作者单位
摘要
1 江西农业大学工学院, 江西 南昌 330045
2 江西省高校生物光电及应用重点实验室, 江西 南昌 330045
3 江西省果蔬采后处理关键技术及质量安全协同创新中心, 江西 南昌 330045
将移动窗口偏最小二乘(MWPLS)应用于脐橙中重金属Cd含量的激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析模型中, 通过改变MWPLS窗口宽度并结合标准归一化处理、一阶导数、二阶导数、中心化处理和多元散射校正等5种数据前处理方法, 优选与脐橙中Cd元素相关性高的光谱区间, 并与传统偏最小二乘法进行对比分析。模型评价及验证结果显示, 当优选移动窗口为61个波长宽度、优选区域为218.61~222.55 nm时, 结合一阶导数数据前处理方法所构建的模型效果最佳, 验证集决定系数、预测均方根误差、主因子数、平均预测相对误差分别为0.9953, 15.10×10-6, 12, 7.43%。MWPLS结合合适的数据前处理方法可以筛选出脐橙中Cd元素的LIBS光谱区域, 提高定量分析模型的预测能力。
光谱学 激光诱导击穿光谱 脐橙  移动窗口偏最小二乘 
激光与光电子学进展
2017, 54(8): 083002

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