1 北方民族大学 计算机科学与工程学院， 宁夏银川75002
2 西安电子科技大学 电子工程学院，陕西西安710071
由于不同的照明条件、复杂的大气环境等因素，相同端元的光谱特征在图像的不同位置呈现出可见的差异，这种现象被称为端元的光谱变异性。在相当大的场景中，端元的变异性可能很大，但在适度的局部同质区内，变异性往往很小。扰动线性混合模型（Perturbed Linear Mixing Model，PLMM）在解混的过程中可以减轻端元变异性造成的不利影响，但是对缩放效应造成的变异性的处理能力较弱。为此，本文改进了扰动线性混合模型，引入了尺度因子以处理缩放效应造成的变异性，并结合超像素分割算法划分局部同质区，然后设计出基于局部同质区共享端元变异性的解混算法（Shared Endmember Variability in Unmixing，SEVU）。与扰动线性混合模型，扩展线性混合模型（Extended Linear Mixing Model，ELMM）等算法相比，所提SEVU算法在合成数据集上平均端元光谱角距离（mean Spectral Angle Distance， mSAD）和丰度均方根误差（abundance Root Mean Square Error， aRMSE）最优，分别为0.085 5和0.056 2；在Jasper Ridge和Cuprite真实数据集上mSAD是最优的，分别为0.060 3和0.100 3。在合成数据集和两个实测数据集上的实验结果验证了SEVU算法的有效性。
高光谱图像 混合像元分解 光谱变异性 扰动线性混合模型 局部同质区 hyperspectral image unmixing spectral variability perturbed linear mixing model local homogeneous region
1 中南大学湘雅医院感染控制中心, 长沙 410083
2 长沙医学院基础医学院, 长沙 410200
3 湖南省重点实验室, 湖南大学生物学院, 长沙 410082
冠状病毒(CoV)属于套式病毒目冠状病毒科, 为有包膜的单股正链RNA病毒, 基因组约27～32 kb。近年来, 冠状病毒对人类的生命健康造成了巨大的威胁, 如2002年出现的严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)以及2012年出现的中东呼吸系统综合征冠状病毒(MERS-CoV), 特别是2019年出现并流行至今的严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2), 其在全世界范围内暴发, 严重危害了人类健康和社会秩序, 引发了人们的高度关注。迄今为止, SARS-CoV-2已经演化出了多个变体, 且仍处于不断变异中。目前流行株型以Omicron为主, 同时伴有其他多个变异型。当前我国新冠疫情防控已进入“乙类乙管”常态化防控阶段, SARS-CoV-2依然是未来一段时间内重要的公共卫生问题之一。本综述总结了SARS-CoV-2 Omicron主要株型的关键突变以及其与病毒传染致病、免疫逃逸等特性的关系, 为了解SARS-CoV-2演化传播、流行现状等提供了参考。
S蛋白 变异 感染致病 免疫逃逸 SARS-CoV-2 SARS-CoV-2 S protein variation infection and disease immune escape
1 北京牡丹电子集团有限公司博士后科研工作站, 北京 100000北京理工大学电动车辆国家工程实验室, 北京 100000
2 北京牡丹电子集团有限公司博士后科研工作站, 北京 100000
3 北京理工大学电动车辆国家工程实验室, 北京 100000
针对标准蝗虫优化算法(GOA)搜索精度低、容易得到局部最优解和稳定性差的不足, 提出一种基于互利共生与混合变异策略的改进GOA。首先, 引入一种针对收敛因子的非线性重构方法, 均匀算法全局搜索与局部开发, 设计一种基于高斯-柯西分布的个体混合变异机制, 有效避免局部最优解;再引入一种互利共生策略, 增强个体多样性, 提升算法全局寻优能力; 然后, 建立了UAV路径规划的代价模型, 并将路径规划转化为多维函数优化问题, 利用改进GOA求解路径规划问题, 以综合考虑威胁代价和能耗代价的目标函数评估个体位置的适应度, 迭代求解最优路径, 并引入B样条曲线对最终散点串连路径作平滑处理。实验结果表明, 改进算法具有更高的搜索精度, 求解路径可以成功规避所有威胁区域, 对车联网(IOV)中的路径规划问题具有较好的参考意义。
航迹规划 无人机 蝗虫优化算法 航迹代价 互利共生 混合变异 path planning UAV Grasshopper Optimization Algorithm (GOA) path cost mutualism hybrid mutation
1 中国农业大学烟台研究院, 山东 烟台 264003中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083
2 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
3 中国农业大学烟台研究院, 山东 烟台 264003中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
土壤磷素是植物最重要养分之一。 磷素在土壤中动态性强, 检测困难, 在可见-近红外光谱范围没有明显吸收波段, 因此研究基于其他光谱手段的磷素快速检测方法对于发展精细农业和智慧农业具有重要意义。 拉曼光谱具有受水分干扰小, 样本预处理小、 与红外光谱信息互补等特点, 国内外很多学者尝试了应用拉曼光谱对土壤磷素的检测。 但是, 拉曼信号弱, 稳定性差, 制约了拉曼光谱在土壤检测方面的应用。 为进一步弄清拉曼光谱与磷素的定量关系, 采用水溶性磷（KH2PO4）为研究对象, 研究了不同磷浓度的KH2PO4溶液对拉曼光谱产生的影响。 采用移动平均（MA）、 MA+基线校正（BL）、 MA+标准正态变量（SNV）、 MA+多元散射校正（MSC）对原始光谱（RS）进行预处理, 分析了低浓度（0.02~5 g·L-1）与高浓度（5.21~93.87 g·L-1）区间KH2PO4拉曼光谱的变异特性及其与磷浓度之间的关系, 建立了磷浓度含量的预测模型。 结果表明: （1）低浓度区间与高浓度区间光谱的变异系数具有显著差异, 高浓度区间光谱的离散程度较大; （2）低浓度区间的拉曼光谱未检测到明显的拉曼波峰, 浓度变化展现了明显的基线变化。 偏最小二乘（PLSR）模型决定系数R2=0.28~0.36; （3）高浓度区间的拉曼光谱在863与1 070 cm-1处检测到明显的拉曼波峰, PLSR建模结果为R2=0.65~0.7。 MA+SNV、 MA+MSC处理比MA单独处理模型预测精度高, 说明磷酸根的拉曼特征峰为模型主要贡献因子; （4）使用全浓度区间PLSR建模可增加PLSR模型精度（R2=0.73~0.89）。 使用RS建模的精度最高, 说明基线漂移对PLSR结果具有积极作用; （5）通过PLSR回归系数, 选取645、 863、 1 070和1 412 cm-1四点波段建立多元线性回归（MLR）模型, 决定系数R2接近1。 说明特征峰选取可以滤除背景光干扰, 抽取有效磷酸根浓度信号。 （6）由以上结果可知, 利用拉曼光谱定量检测水溶性磷的含量是可行的, 降低背景光干扰、 提高拉曼信号的稳定性的同时, 开发特征波段选择方法、 提高模型可重复性及抗干扰能力是高分辨率拉曼光谱检测技术的关键。
拉曼光谱 土壤磷素 光谱分析 变异系数 回归系数 Raman spectroscopy Soil phosphorus Spectral analysis Coefficient of variation Regression coefficient 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3871
1 桐西北大学城市与环境学院， 陕西 西安 710127 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室， 西北大学， 陕西 西安 710127中国科学院流域地理学重点实验室， 中国科学院南京地理与湖泊研究所， 江苏 南京 210008
2 中国科学院流域地理学重点实验室， 中国科学院南京地理与湖泊研究所， 江苏 南京 210008
3 桐西北大学城市与环境学院， 陕西 西安 710127 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室， 西北大学， 陕西 西安 710127
博斯腾湖是我国西北干旱区最大的内陆吞吐型淡水湖， 近年来随着流域人类活动与污废水排放的增加， 湖泊生态系统和周围居民的饮用水安全已经受到了严重影响， 需重点关注河流输入对湖泊水质的影响。 对夏秋两季的实测有色溶解有机物（CDOM）三维荧光光谱进行平行因子分析， 解析出博斯腾湖CDOM三种组分: 陆源类腐殖质组分C1、 类酪氨酸组分C2和类色氨酸组分C3; 同时， 基于Pearson相关性分析了夏秋两季河流输入对博斯腾湖DOM的影响。 结果表明， 不同季节河流输入对博斯腾湖DOM的影响不同且与河流水质季节性变化直接相关。 夏季开都河入湖水主要来自冬季积雪融水， 携带大量陆源类腐殖质入湖， 而秋季主要为冰川融水， 随着入湖流量增加， 携带陆源类腐殖质含量降低， 整体表现为河口附近DOM浓度夏季高、 秋季低。 解析出的三种组分C1、 C2与C3在湖西部开都河和黄水沟入湖处含量较高， 且三种组分受季节性的影响较为相似。 同时对开都河河口附近采样点和其他区域采样点的DOM与电导率进行相关性分析， 发现外部河流输入对博斯腾湖DOM的影响主要集中在河口附近， 且河口附近区域DOC与CDOM关系显著， 可以先遥感反演CDOM再估算DOM含量。 研究不同季节河流输入对博斯腾湖溶解性有机物组成的影响对保护湖泊生态环境和提升湖泊水质具有十分重要的意义。
博斯腾湖 溶解性有机物 有色溶解有机物 时空变异 平行因子分析 Lake Bosten Dissolved organic matter Colored dissolved organic matter Spatiotemporal analysis Parallel factor analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1636
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
针对使用掺铥光纤激光器的气体传感系统进行混合气体测量时，吸收谱线重叠较为严重且相互交叉吸收干扰的现象造成的测量误差大、分析精度低的问题，提出一种基于自适应变异粒子群优化的支持向量机（SVM）方法，用于建立混合气体体积分数定量分析预测模型。对体积分数为0.5%~2%的氨气（NH3）和2%~5%的二氧化碳（CO2）混合气体的吸收光谱数据进行采集和处理，利用自适应变异粒子群优化（AMPSO）算法对SVM模型参数进行寻优，利用获得的最优模型参数构建氨气和二氧化碳气体体积分数定量分析模型，并与标准粒子群优化算法和网格搜索法进行对比。实验结果表明，基于自适应粒子群优化算法建立的氨气和二氧化碳气体体积分数定量分析模型在较为合适的寻优时间下，可以得到最佳的均方误差，效率较高，该模型对测试集中氨气和二氧化碳气体体积分数设定值与预测值的均方误差分别为0.000088和0.000170，决定系数R2均为0.9998，满足混合气体检测要求。
光通信 掺铥光纤激光器 自适应变异粒子群优化 混合气体 支持向量机 光学学报
2023, 43(12): 1206001
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 中国兵器工业试验测试研究院, 陕西 华阴 714200
针对红外靶标模拟装置中的温控系统过度依赖专家经验, 且控制精度低等问题, 设计了一种基于改进GA算法优化的模糊PID红外模拟靶标温度控制方法。系统通过具有自适应交叉及变异概率的改进GA算法, 将模糊PID的量化因子和比例因子作为优化变量, 自适应调整PID参数, 快速确定温度控制单元的最优解。在Simulink建立温控系统仿真模型并进行仿真验证。仿真结果显示, 相较于模糊PID, 改进GA算法优化的模糊PID调节时间减少34.84%, 超调量减少63.75%, 稳态误差减少66.67%, 表明改进GA算法优化的模糊PID能提高系统的控制性能。
红外模拟 温度控制 模糊PID GA算法 交叉概率 变异概率 infrared simulation temperature control fuzzy PID GA algorithm crossover probability mutation probability
江西理工大学信息工程学院, 江西 赣州 341000
图像分割在日常生活中扮演着重要角色, 传统的K-means图像分割具有随机性且容易陷入局部最优等缺陷, 使得分割质量大大降低。为改善这些现象, 提出一种基于Halton序列改进蝠鲼觅食优化(HMRFO)算法的K-means图像分割, HMRFO采用Halton序列初始化种群, 使得个体位置充分均匀, 再引入折射反向学习提升算法的全局搜索能力, 最后引入新型的高斯变异策略, 减小算法陷入局部最优的概率。在6个基准测试函数中对比了5种算法, 验证了HMRFO的有效性及可行性。同时, 将其应用于K-means图像分割中, 与其他4种算法进行对比, 结果显示HMRFO优化K-means具有较好的分割质量及泛化能力。
图像分割 K-means 聚类算法 Halton序列 蝠鲼觅食优化算法 折射反向学习 高斯变异 image segmentation K-means clustering algorithm Halton sequence Manta Ray Foraging Optimization (MRFO) Refracted Opposite-Based Learning (ROBL) Gaussian mutation
1 长春理工大学 生命科学技术学院, 吉林 长春 130022
2 皇家墨尔本理工大学 信息系统和商业分析系, 维多利亚州 卡尔顿 3001
3 墨尔本大学 计算与信息系统学院, 墨尔本 3053
为了实现非接触式的日常精神压力检测，本文提出了一种基于成像式光体积描记术的精神压力检测方法。首先，通过手机摄像头记录受试者面部视频，再采用本文所提出的基于Face Mesh的动态感兴趣区域（Region of Interest，ROI）提取方法获得心率波动引起的皮肤微弱颜色变化。接下来，将快速独立成分分析（FastICA）算法、小波变换和窄带带通滤波相结合，提取基于图像的光体积描记术信号和心率变异性信息。然后，对30名受试者进行了压力诱导实验，通过比较受试者正常和应激状态下心率变异性参数的差异，筛选了用于精神压力检测的14个特征，并探讨了压力诱导的短期精神压力和日常精神压力之间的关系。最后，另外选取67名受试者进行日常精神压力检测，使用机器学习算法建立了精神压力检测的三分类器。实验结果表明：精神压力三分类准确率达到95.2%。鉴于这种方法不需要长期测量，仅使用智能手机就可以准确检测人类精神压力水平，而且测量方法简单，测量时间短，易操作，不会影响受试者的正常心理和精神状态，因此可以作为一种有效的心理学研究工具。
非接触 精神压力检测 成像式光体积描记术 心率变异性 三分类 non-contact mental pressure detection image photoplethysmography heart rate variability ternary classification
