1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学技术大学合肥 230026
3 中国科学院大学北京 100049
4 中国科学院上海高等研究院上海 201204
为了研究高能电子加速器储存环中的注入瞬态过程及束流不稳定性问题，上海光源束测组开发了可实现逐束团三维位置和电荷量的精确测量的宽带示波器信号处理软件包HOTCAP。但该软件包未特别针对数据处理速度进行算法和代码执行效率的优化，完成单次测量数据的处理分析所需时间达到数十分钟量级，不能完全满足实时测量的需要。为解决这一问题，对HOTCAP软件包各功能模块进行了运行效率测试及算法优化，优化后单次测量数据处理时间缩短10倍以上，可满足高能电子储存环状态的实时监控与数据在线发布需求。
逐束团测量 HOTCAP 数据分析 高速示波器 Bunch-by-bunch measurement HOTCAP software package Data analysis High-speed oscilloscope
华南师范大学华南先进光电子研究院，广东 广州 510006
拉曼技术具有非侵入、分子指纹、不受水干扰、制样简单、光谱分辨率高等优点，在很多领域都是一种广受欢迎的研究工具。尤其在生物医学领域，拉曼技术不仅可以本征地捕捉正常生理或病理所携带的不同化学信息，而且该技术适用于检测各种常见的生物和临床样品（包括细胞、组织、体液和微生物等），目前很多课题组的研究结果都表明拉曼技术在生物医学领域具有巨大的应用前景。本文首先介绍自发拉曼散射和表面增强拉曼散射的基本工作机理，接着介绍分析处理拉曼数据（光谱和图像）的步骤和算法，然后简单总结了近年来非相干拉曼显微技术在生物医学上的研究成果，最后指出拉曼技术目前面临的挑战并展望了其未来可能的发展方向。
自发拉曼 表面增强拉曼 数据分析 生物医学应用 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618009
1 珠海爆破新技术开发有限公司,珠海519000
2 中冶武勘工程技术有限公司,武汉 430080
爆破拆除法因具有经济、高效、安全风险低的特点, 目前依然是拆除高大建筑物的首选方式。而城镇拆除爆破, 由于周边环境复杂, 楼房结构形式复杂多样, 对施工技术、安全、环保要求的提高, 给爆破拆除带来了新的挑战。为了优化爆破方案, 目前多从爆破理论和数值模型出发, 以正向数值模拟研究为主, 而对研究倒塌机理具有重要意义的倒塌过程的分析很少。为探究框剪结构楼房爆破拆除定向倾倒过程的运动和解体规律, 结合某一22层框剪结构楼房的爆破拆除, 搭建了一套经济适用的照片采集系统, 成功拍摄出一组适合于倾倒过程分析的高清连拍照片, 采用现有成熟的AutoCAD软件平台并结合二次开发, 建立影像分析框架, 提取了特定观测点的时空数据信息, 经计算分析, 绘制了观测点的位移、速度、加速度、瞬时速度、瞬时加速度时程曲线, 揭示了框剪结构楼房爆破倾倒振动向下的运动规律, 下坠过程中楼体内部结点在高达20 g以上的冲击载荷作用下导致结构破坏的解体机理, 拟合了类似框剪结构楼房倾倒过程中楼顶前沿观测点的运动轨迹公式, 根据倾倒过程中楼顶前沿点所在高度, 可预测倾倒过程中楼顶的水平位移情况, 并最终预测楼体的倒塌范围。相关的分析过程、数据成果及倒塌预测模型, 可为类似结构楼房爆破倾倒范围预测提供参考。
框剪结构 爆破拆除 倾倒过程 摄影分析 数据分析 frame-shear structure blasting demolition dumping process photographic analysis data analysis
1 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 水声对抗技术重点实验室，上海 201108
3 海南师范大学物理与电子工程学院，海南 海口 570100
将Lambert-Beer定律引入双向反射分布函数，推导出一种适用于球形合作目标后向激光雷达散射截面的数学计算模型，并以此为理论基依据，建立了用于测量微珠合作目标后向激光雷达散射截面的实验系统，利用该实验系统，开展了对不同材料球形合作目标回波信号相对强度的光谱数据测量，同时采集50 mW、80 mW和300 mW这三个典型发射光功率所对应球形合作目标处的光斑图像。根据光谱数据分析，计算得到不同材料微珠合作目标的后向激光雷达散射截面。研究结果表明，折射率为1.46、1.51、1.93的球形合作目标的激光雷达散射截面均随着激光功率的增加而呈现出线性增长的趋势；当激光功率一定时，折射率为1.93的球形合作目标的激光雷达散射截面要明显大于折射率为1.46和1.51球形合作目标的激光雷达散射截面，该研究结论为激光雷达散射截面的理论研究和实验测量提供一定的理论依据和数据参考。
激光光学 合作目标 激光雷达散射截面 光谱数据分析 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0712002
1 上海理工大学理学院化学系, 上海 200093
2 上海海关工业品与原材料检测技术中心, 上海 200135
3 上海交通大学物理与天文学院, 上海 200240
激光诱导击穿光谱(LIBS)具有实时、 远程、 多元素同时分析的优点, 近年来在工业在线分析领域逐渐受到关注, 发挥着重要作用。 但基于发射光谱本身的特性, LIBS存在光谱噪声、 基线漂移、 自吸收和重叠峰等现象; 又由于环境变化、 激光能量波动、 基体效应、 样品表面形貌等因素, 造成光谱稳定性和重现性差。 这些问题导致光谱信息与定性、 定量分析之间呈非线性关系, 限制了分析灵敏度和准确度。 随着LIBS器件稳定性的逐渐改善, LIBS光谱数据分析方法日新月异, 人工神经网络(ANN)能跟踪和识别非线性特性, 自适应学习LIBS光谱特征, 筛除干扰信息, 在LIBS数据分析领域的应用得到飞速发展。 介绍了LIBS原理、 仪器结构和工作流程以及在LIBS光谱分析领域常见的神经网络模型, 总结出2015年—2020年LIBS结合常见的ANN模型在地质、 合金、 有机聚合物、 煤炭、 土壤及生物等领域的具体应用, 指出ANN在数据分析领域的超强能力可有效改进LIBS分析精度, 提升光谱数据利用率, 降低光谱采集环境要求。 针对仍然有待突破的技术难点, 展望了ANN在LIBS光谱深度信息挖掘、 便携式专用型设备开发、 技术联用等方面的发展前景。 LIBS日趋成熟, 但其数据分析领域仍有广阔发展空间。 该综述可为机器学习在LIBS数据分析领域的应用提供参考。
激光诱导击穿光谱 人工神经网络 数据分析 应用 Laser-induced breakdown spectroscopy Artificial neural network Data analysis Application 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 1998
为了解决海量交通视频数据的监控和分析问题，本文对Hadoop大数据背景下的交通视频监控技术进行了深入研究，提出了基于交通视频数据的异常检测算法的设计方案，实现了交通数据的实时更新和异常分析，同时针对海量交通监控视频，设计了基于Hadoop组件MapReduce的并行实现算法，并通过浙江省某市的实际交通数据验证算法的有效性和准确性。经过实验证明，本文算法可以有效计算出交通拥堵情况和异常情况，相对于传统方案，本文方案可以聚焦10 min范围内的时间粒度对交通情况进行实时分析，相对于传统的分布式计算模型，本文的方案10 min延迟可以控制在2.1 s,比传统方案延迟降低了81%,基本满足交通视频监控的实时和细颗粒度等要求。
并行计算 海量数据分析 分布式计算 异常堵点检测 parallel computing massive data analysis distributed computing anomaly blocking point detection
Author Affiliations
Abstract
College of Pharmaceutical Sciences, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, P. R. China
Chemical imaging (CI) possesses a strong ability of pharmaceutical analysis. Its great strength relies on the integration of traditional spectroscopy (one dimension) and imaging technique (two dimensions) to generate three-dimensional data hypercubes. Data pre-processing or processing methods are proposed to analyze vast data matrixes and thereby realizing different research objectives. In this review paper, various pharmaceutical applications of quality control over the past few years are summed up in two groups of final product test and industrial utilization. The scope of "quality control" here includes traditional analytical use, process understanding and manufactural control. Finally, two major challenges about undesirable sample geometry and lengthy acquisition time are discussed for prospective commercial or industrial application.
Hyperspectral imaging pharmaceutical application multivariate data analysis quality control Journal of Innovative Optical Health Sciences
2020, 13(1):
西北大学 信息科学与技术学院 西安市影像组学与智肾感知重点实验室, 陕西 西安 710127
为了实现快速、准确、鲁棒的荧光分子断层成像(FMT)重建, 有限投影FMT和可行域选取策略得到了越来越多的关注。为了解决现有的可行域选取方法中存在的参数设置困难以及多目标选取不准确的问题, 从而提高有限投影FMT的重建质量, 提出了应用迭代自组织数据分析技术算法(ISODATA)的FMT可行域选取方法。首先采用ISODATA对初级重建结果聚类分区, 然后在各分离的区域上分别选取可行域。为了验证提出的方法在应用中的可行性和有效性, 设计了三目标荧光团重建的对比实验。实验结果显示,使用2个投影数据时, 只有使用本文提出的方法可以准确地重建出三个荧光源的位置; 使用4个投影数据时, 重建的平均位置误差为0.18 mm, 荧光产额相对误差小于50%, 而此时使用阈值法不能重建, 使用区域收缩法的荧光产额相对误差为61.2%。即使在测量数据较少时, 提出的方法也可以准确高效地选取可行域, 提高有限投影FMT重建的精确度和鲁棒性。
荧光分子断层成像 有限投影 可行域选取 迭代自组织数据分析技术算法 fluorescence molecular tomography limited-projection permissible region selection iterative self-organizing data analysis technique
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Astronomy, National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100012, China
2 School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China
3 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100196, China
We present a parameter estimate for continua, and He-like triplets of the high resolution X-ray spectra with a Bayesian inference and a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) tool. The method is applied for Vela X-1 with three different orbital phases ($\unicode[STIX]｛x1D719｝$), Eclipse, $\unicode[STIX]｛x1D719｝=0.25$, and $\unicode[STIX]｛x1D719｝=0.5$, which are adopted from the Chandra High-Energy Transmission Grating Spectrometer (HETGS). A parameterized two-component power-law model [Sako et al., Astrophys. J. 525, 921 (1999)] and a multi-Gaussian model are applied to model these continua and He-like triplets, respectively. A uniform distribution over each parameter is used as the prior belief. Posterior probability distribution functions of parameters and the covariances among them are explored by using the MCMC method. The main advantages are (i) all model-based parameters are set to be free instead of artificially fixing some of the parameters during the data-model fitting; (ii) the contributions from satellite lines are considered; (iii) backgrounds are treated as a correction to the observation errors; and (iv) the confidence interval of each parameter is given. The fitted results show that the column density of scatter component ($N_｛\text｛H｝｝^｛\text｛scat｝｝$) varies from phase to phase, which imply a non-spherical structure of the stellar wind in Vela X-1. Moreover, the wind velocities derived from main lines of each set of He-like triplets show better self-consistency than those in previous publications, which could provide a reliable approach for the diagnostics of photoionized plasma in astrophysical objects and the laboratory.
data analysis satellite lines X-ray spectra. High Power Laser Science and Engineering
2018, 6(2): 02000e37
1 上海交通大学航空航天学院,上海 200240
2 中国商用飞机有限责任公司,上海 200241
3 中国航空无线电电子研究所,上海 200233
民航飞机的快速存取记录仪(QAR)在飞行过程中记录了大量的飞行参数,QAR数据是飞行安全评估的重要依据。针对QAR数据大样本、高维度的特点,提出了一种有效的飞行数据特征提取的高效算法——DBN算法。DBN优势在于其能够摆脱对大量数据处理技术与专家经验的依赖而对飞行数据进行特征提取。在不同类别飞行数据集上进行仿真实验,结果显示与主成分分析法(PCA)相比,通过DBN提取的特征进行分类识别准确率更高。
飞行数据 数据分析 DBN模型 特征提取 flight data QAR QAR data analysis DBN model feature extraction
