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[美国激光学会ICALEO? 2017:第36届国际激光与电光应用大会 - 美国佐治亚州亚特兰大市(2017年10月22-26日)] 国际激光与电光应用大会 - 蒸汽对基于激光的材料加工监测中高光谱成像的影响
摘要: 本文进一步阐述了我们研发的高光谱成像(HSI)系统的特性。该基于相机的系统用于激光材料加工中的温度测定,包含高速相机和自主研发的HSI镜头系统,具备微秒级时间分辨率和约4纳米的光谱分辨率。HSI技术能同步获取待测对象/过程的空间与光谱信息,其中光谱信息可揭示加工过程本身的光谱特征并用于推导温度数据。在温度测定中,我们将加工辐射视为黑体/灰体辐射。基于极具前景的初期HSI成果,本文展示并讨论了激光束焊接过程中进一步的HSI观测结果,这些结果包含温度信息与光谱特征。此外,我们还同步开展了高速相机观测,并将结果与HSI发现相关联,从而评估蒸汽对测量的影响,验证了HSI技术在激光材料加工监测中的实用价值。
关键词: 高光谱成像、基于激光的材料加工、蒸汽影响、温度测定、高速摄像机
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于部分线性非负矩阵分解的城市高光谱遥感数据中光伏板检测与面积估算解混方法
摘要: 高光谱分辨率的高光谱数据由传感器采集,这些传感器从电磁波谱中数百个狭窄且连续的波段获取图像。这些数据为城市地区地表特征描述和精确识别提供了独特机遇。迄今为止,利用这些数据自动检测和估算光伏面板面积的研究较少,而光伏面板目前是发达国家城市地区可再生能源系统的重要组成部分。本文提出两种基于高光谱解混的光伏面板表面检测与估算方法。这些与线性光谱解混(LSU)技术相关的方法基于新型非负矩阵分解(NMF)算法,该算法利用已知面板光谱,属于部分NMF方法。第一种方法称为Grd-Part-NMF,是基于梯度的方法;第二种方法称为Multi-Part-NMF,采用乘法更新规则。为评估这些方法的性能,在城市区域获取的真实合成高光谱数据和机载高光谱数据上开展实验。对于合成数据,结果表明所提方法的整体性能显著优于现有文献中基于NMF解混的方法。对于真实数据,首先通过相同区域的高空间分辨率正射影像验证了检测和面积估算结果,随后与标准NMF解混方法及单类分类方法的结果进行对比。比较显示,本文方法优于现有文献方法。
关键词: 光伏板、检测与面积估算、城市区域、高光谱解混、高光谱成像、部分非负矩阵分解
更新于2025-09-16 10:30:52
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采用高光谱成像技术获取激光焊接过程的光谱信息
摘要: 本文展示了采用高光谱成像(HSI)技术对深熔激光焊接进行过程观测的结果。为监测不同类型的激光材料加工过程,我们开发了一套基于高速相机的HSI系统。该系统能以高时间分辨率获取深熔焊接过程的光谱数据,这些光谱可用于温度测定或提取光谱特征,从而有助于深入研究过程动态特性及蒸汽性质。研究结果特别包含了与高速图像及常规可见光光谱仪获取的光谱相对应的、由HSI技术衍生的蒸汽羽流光谱信息。
关键词: 基于激光的材料加工、深熔激光焊接、过程监测、高光谱成像
更新于2025-09-12 10:27:22
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预处理木材纤维的傅里叶变换红外成像与定量分析:偏最小二乘法与交替最小二乘法多元曲线分辨法的案例比较研究
摘要: 以预处理木质纤维素纤维为案例,比较了两种化学计量学方法在傅里叶变换红外(FT-IR)图像中定量化学成分的效果。研究采用偏最小二乘法(PLS)和交替最小二乘法多元曲线分辨(MCR-ALS)对图像中的葡聚糖、木质素及半纤维素含量进行定量分析。天然源样品校准的主要难题在于获取适用于像素级定量的标准参考物质。此外,木材化学成分在不同预处理条件下会发生变化,因此商用标准物质可能与样品中的实际成分存在差异。本研究采用湿化学法测定的块状样品浓度信息结合整幅图像的中位光谱,作为PLS校准的替代方案。结果表明:两种方法获得的木质素与半纤维素浓度图空间分布相似,但葡聚糖的图像重建分布存在差异。通过不同图像中位光谱预测样品整体浓度(葡聚糖RMSEP=1.3%,木质素1.0%,半纤维素0.9%)验证了PLS像素定量模型,但单幅图像预测的像素浓度范围过窄,可能源于校准集动态范围不足。MCR-ALS获得的浓度图效果良好,其像素浓度范围更符合预期。研究采用无需校准集的定量方法将浓度分布转换为真实浓度单位,因此MCR-ALS在此特定案例中更为适用。
关键词: PLS(偏最小二乘法),木质纤维素纤维,高光谱成像,定量分析,MCR-ALS(多元曲线分辨-交替最小二乘法)
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年第四届亚太智能机器系统会议(ACIRS) - 日本名古屋 (2019.7.13-2019.7.15)] 2019年第四届亚太智能机器系统会议(ACIRS) - 基于视觉近红外成像的海参干制品盐分预测系统
摘要: 干海参(海参干)是一种被视为高档美味的食材,尤其在中国、韩国和日本,因此价格相当昂贵。干海参(海参干)还具有很高的商业价值和营养价值。其品质决定了干海参(海参干)在国际市场上的价格。决定其品质的参数之一是含盐量。干海参(海参干)中过高的含盐量可能导致高血压、中风、消化系统紊乱等健康问题。因此,本文将讨论一种利用高光谱成像技术测量干海参(海参干)含盐量的预测系统。该系统采用400至1000纳米波长的反射模式。测量含盐量预测系统的硬件包括用于产生运动的电机、高光谱相机系统、两个150瓦卤素灯、聚四氟乙烯台面和个人电脑连接。然后,将PLSR算法应用于全波长预测系统模型。该预测模型用于获取含盐量的预测值。随后将预测模型的结果与通过硝酸汞法获得的数据参考值进行比较。采用均方根误差和相关系数来评估含盐量预测系统的性能。本工作中预测系统的最佳结果是相关系数为0.99,均方根误差为0.27,此时PLS成分数为25。根据本工作的结果,所提出的系统可作为测量干海参(海参干)含盐量的替代方法,具有优异的准确性和高度可靠性。
关键词: 高光谱成像、盐含量、干海参、偏最小二乘回归(PLSR)
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 受生物启发的倾斜胆甾液晶结构的高光谱成像
摘要: 胆甾相液晶(CLC)具有螺旋结构,其扭转轴垂直于局部分子指向矢。当平面织构的CLC薄片处于布拉格区域时,该介质会产生波长与偏振选择性的布拉格反射。通过调节以下结构参数可改变布拉格带特性:螺距、手性方向及螺旋取向。调控后者会产生多边形织构(图1中部),该织构由微米级多边形单元阵列构成,形成具有波长可调聚焦特性的微透镜网络[1]。此类织构存在于生物CLC中(例如圣甲虫鞘翅的多波长微镜[2])。本研究采用基于液晶的超光谱成像技术(HSI)对斜手性CLC进行光谱与空间联合表征——该紧凑型无损技术特别适用于透射/反射模式下的介观样品表征[3]。尽管液晶已用于多光谱/超光谱成像,但迄今尚未成为HSI研究对象。该仪器输出512×128像素图像,每个像素均实现光谱解析,首次以6nm(400-1000nm范围)的超光谱分辨率测量斜CLC多边形织构的光谱-空间特性,远超常规多光谱成像数十纳米的分辨率限制。图1总结了实验结果:透射模式下复现了样品的介观色度图案,并通过四分之一多边形的超光谱数据立方体重构凸显其波长可调的光形变特性;对单个亚15微米多边形反射光的分析揭示了构成织构的CLC螺旋轴局部倾斜(即体相畸变),其表征体现为螺旋轴取向空间变化区域带隙光谱特性的精细调控,由此实现了介观尺度空间变化与光谱变化的关联研究[4]。这些成果证明了超光谱成像对复杂胆甾组分(包括生物样品)精确研究的价值,为深化此类材料精细结构认知开辟了新途径。此外发现多边形织构可为安全认证、信息富集成像(特别是密码学领域)等众多应用提供实用解决方案。
关键词: 波长可调、布拉格反射、多边形纹理、胆甾相液晶、高光谱成像
更新于2025-09-11 14:15:04
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[IEEE 2019年第六届仪器、控制与自动化国际会议(ICA)- 印度尼西亚万?。?019.7.31-2019.8.2)] 2019年第六届仪器、控制与自动化国际会议(ICA)- 基于视觉近红外成像的干海参(海参)水分含量预测系统
摘要: 干海参(即海参干制品,俗称"海参泡发前形态"),经清洗、蒸煮、盐渍和干燥等工序制成,是一种美味且健康的食品。干海参在国际市场上价格高昂,是所有海产品中营养价值最高的品类。但干海参的水分含量会影响其国际市场价格——水分超标会导致价格下跌,因为含水量是决定干海参品质的关键参数之一。本研究将探讨采用高光谱成像技术预测干海参水分含量的系统。该系统采用400-1000纳米波长的反射模式,硬件配置包括:驱动电机、高光谱相机系统、两盏150瓦卤素灯、特氟龙工作台及连接的个人计算机。通过偏最小二乘回归(PLSR)算法构建全波段预测模型获取水分含量预测值,并将结果与重量法获得的参考数据进行比对。采用均方根误差和相关系数评估预测性能,当PLS成分数为30时,系统最佳表现为相关系数0.99、均方根误差0.92%。本研究表明,该系统可作为测量干海参水分含量的替代方法,具有优异的准确性和高度可靠性。
关键词: 高光谱成像、水分含量、偏最小二乘回归、干海参(海参)
更新于2025-09-11 14:15:04
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利用高光谱成像结合化学计量学对田间条件下茶树氮营养进行定性与定量诊断
摘要: 背景:快速准确地诊断大田作物氮素状况对精准氮肥管理具有重要意义。本研究旨在评估高光谱成像结合化学计量学方法在田间条件下对茶树氮素状况进行定性与定量诊断的潜力。结果:通过标准正态变量变换(SNV)预处理不同施氮量茶树成熟叶的高光谱数据,采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)对不同氮素状况进行分类,同时运用偏最小二乘回归(PLSR)预测氮含量。结果表明:LS-SVM模型分类效果更优,在预测集上对不同施氮量和氮素状况的判别准确率分别达82%和92%。叶氮含量(LNC)的PLSR模型表现优异,预测集相关系数为0.924,均方根误差0.209,预测残差偏差2.686。此外基于回归系数解析了PLSR模型的重要波段。结论:研究表明高光谱成像技术能作为茶树氮素状况定性与定量诊断的有效精准工具。
关键词: 氮素状况、高光谱成像、叶片氮含量、茶树
更新于2025-09-11 14:15:04
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利用机载高光谱成像仪HSI2、Pleiades卫星和无人机数据对伊利湖西部盆地岸线植被进行分类
摘要: 利用遥感技术绘制沿海地区陆地与水生植被分布图以加强管理和?;?,长期以来受到世界多地关注。鉴于植被覆盖的自然复杂性与异质性,监测沿海生态系统需采用多种遥感传感器与技术。本研究选取美国伊利湖西岸狭长滨海带,测试了两种无监督分类器与两种有监督标准像素分类器,评估第二代机载NASA格伦高光谱成像仪(HSI2)的制图性能。同时将HSI2全波段可见光-近红外(VIS+NIR)高光谱数据集、可见光(VIS)波段子集的分类结果,与多光谱Pleiades(VIS+NIR)及无人机(UAV)可见光分类影像进行对比,旨在探究不同光谱范围、空间与光谱分辨率对两类分类器的影响。研究发现:无监督分类器更依赖光谱范围,而有监督分类器受光谱/空间分辨率影响显著;支持向量机(SVM)在全部22个研究区表现最优,HSI2影像VIS波段总体精度(OA)达82.6%-97.5%,VIS+NIR波段为81.5%-95.6%。HSI2 VIS数据的有监督分类器显著优于Pleiades数据(OA=74.8%-83.4%),表明光谱分辨率较光谱范围(VIS vs. VIS+NIR)对有监督方法更为关键。无监督分类器在HSI2 VIS与UAV VIS影像中精度均较低(OA<30.0%),而HSI2 VIS+NIR与Pleiades数据的总体精度分别为60.4%-78.4%和42.1%-66.4%,凸显了光谱范围对无监督分类器的重要性。
关键词: 伊利湖、无人机、HSI2、昴宿星团卫星、遥感、植被分类、高光谱成像
更新于2025-09-11 14:12:44
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[IEEE IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 西班牙瓦伦西亚(2018.7.22-2018.7.27)] IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 一种基于解混的高光谱遥感数据阴影校正新方法
摘要: 高光谱遥感数据广泛应用于分类和目标检测等领域。然而,由于此类数据空间分辨率的提高,阴影影响日益显著。阴影区域通常具有较低强度和模糊边界,导致图像难以自动判读。为解决这一问题,高光谱遥感数据的阴影校正/补偿是最常用的技术之一。该过程通常包括阴影检测和去阴影两个步骤。本研究仅聚焦于去阴影环节,提出了一种基于高光谱解混的阴影校正/补偿新方法。通过在真实高光谱图像上的实验评估了所提方法的性能,结果表明该方法能获得令人满意的去阴影效果,且与文献中另一种基于解混的方法相比具有更优的整体性能。
关键词: 线性光谱解混、阴影校正/补偿、高光谱成像
更新于2025-09-10 09:29:36