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期刊信息/Journal information
光谱学与光谱分析
光谱学与光谱分析

高松

月刊

1000-0593

chngpxygpfx@vip.sina.com

010-62181070

100081

北京市海淀区学院南路76号钢铁研究总院

光谱学与光谱分析/Journal Spectroscopy and Spectral AnalysisCSCD北大核心CSTPCDEISCI
查看更多>>本刊系中国光学学会会刊,由钢铁研究总院、中国科学院物理研究所、北京大学、清华大学联合承办的学术性刊物。刊登主要内容:激光光谱测量、红外、拉曼、紫外、可见光谱、发射光谱、吸收光谱、X-射线荧光光谱、激光显微光谱、光谱化学分析、国内外光谱化学分析最新进展、开创性研究论文、学科发展前沿和最新进展、综合评述、研究简报、问题讨论、书刊评述。本刊适用于冶金、地质、机械、环境保护、国防、天文、医药、农林、化学化工、进出口商检等各领域的科学研究单位、高等院校、光谱仪器制造厂家、从事光谱学与光谱分析的研究人员、高等院校有关专业教师和研究生、有关专业管理干部。《光谱学与光谱分析》为我国首批自然科学核心期刊,中国科协优秀科技期刊,中国科协择优支持基础性、高科技学术期刊,是中国科技论文、中国科学引文数据库、中物理文摘、中国学术期刊文摘的统计源刊,被国外的SCI,AA,CA,EI,MEDLINE,AJ等文献结构收录。
正式出版
收录年代

    飞机机翼表面损伤的近红外高光谱识别

    刘青松杜文静罗博李凯歌...
    3069-3074页
    查看更多>>摘要:飞机表面损伤的检测和设备研究,对于飞行安全与运营效益具有重大的现实意义.光谱匹配技术是飞机表面损伤高光谱检测需要解决的关键技术之一.不同光谱匹配算法的识别精度常因研究对象而异.为了利用光谱匹配算法实现飞机样品损伤识别,首先搭建了室内近红外高光谱飞机表面损伤检测系统,采集了参考样品和蒙皮样品两类样品的高光谱数据,并利用损伤像元光谱和无损像元光谱制作了两类像元的标准光谱.接着基于计算待测像元光谱与标准光谱相似度的匹配方法,先后采用光谱角(SA)、马氏距离(MD)、光谱信息散度(SID)、光谱相关系数(SCC)四类单一光谱匹配算法和六类组合光谱匹配算法进行两类样品的损伤识别.利用总体分类精度Pa和Kappa系数对上述光谱匹配算法的损伤识别结果进行精度评价.通过对SA、MD、SID、SCC单一算法的阈值参数优化,给出能够较好满足检测需求的合理阈值组.进一步,基于四类单一算法进行组合匹配算法设计,分别采用SA-MD、SA-SID、SA-SCC、MD-SID、MD-SCC和SID-SCC六类组合算法对两类飞机样品进行损伤识别.结果表明,相比单一匹配算法,组合算法的整体识别准确率相对较高.最后,分别给出适用于飞机样品损伤识别的最优单一匹配算法和组合算法,其中SCC算法和MD-SCC算法,对两类样品的损伤识别率分别可达95%以上和97.5%,可为外场飞机表面损伤的高光谱检测提供技术支撑.

    高光谱飞机表面损伤识别光谱匹配总分精度

    中红外光谱对黑果腺肋花楸中多酚含量的定量检测

    杨承恩郭瑞雪辛明昊李萌...
    3075-3081页
    查看更多>>摘要:黑果腺肋花楸是富含多酚类物质的蔷薇科浆果.多酚是黑果腺肋花楸的主要化学成分,包括花青苷、黄酮苷、单宁等,具有抗氧化、抑菌、抗肿瘤、抗炎、减肥及调节血糖、血脂等药理活性.黑果腺肋花楸现已进入新食品原料名单.黑果腺肋花楸多酚含量与其功效价值关系密切,因此黑果腺肋花楸多酚含量检测方法的完善对规范黑果腺肋花楸原料及产品市场至关重要.现行检测方法操作繁琐、用时长,难以满足黑果腺肋花楸进入新食品原料名单后的产业发展需求,亟待开发快速测定多酚含量的方法.使用中红外光谱技术,建立了一种黑果腺肋花楸多酚含量快速定量检测方法.采集15个地区共750份黑果腺肋花楸红外光谱数据,进行光谱解析并测量每份样品的多酚含量;采用K-S样本划分法按4:1的比例将样本划分为校正集和验证集;对分组后的光谱信息进行多元散射校正(MSC)、标准正态化(SNV)、平滑(SG)、一阶导数(FD)、二阶导数(SD)等光谱预处理,与原始光谱进行随机森林回归(RFR)建模预测效果对比,确定最佳光谱预处理方法为MSC.采用竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)选取黑果腺肋花楸多酚最优特征光谱波长,将两种方法选取的光谱数据结合随机森林回归(RFR)、偏最小二乘回归法(PLSR)、极限学习机(ELM)、支持向量机回归(SVR)进行建模对比,确定最佳算法模型.结果表明,CARS算法可有效减少红外光谱数据冗余,提高模型预测的精确性与稳定性;CARS-RFR模型具有最佳预测性能,其校正集Rc为 0.986 5,RMSEC 为 0.073 2,验证集 Rp 为 0.974 3,RMSEP 为 0.100 6,RPD 为 6.235 6.结果表明,中红外光谱技术与化学计量学方法的结合,特别是CARS-RFR模型能够高效、快速、准确地实现黑果腺肋花楸多酚含量的检测,研究结果可为快速测定黑果腺肋花楸多酚含量提供技术支持.

    中红外光谱黑果腺肋花楸多酚随机森林回归

    《光谱学与光谱分析》期刊社决定采用ScholarOne Manuscripts在线投稿审稿系统

    《光谱学与光谱分析》期刊社
    3081页

    基于三维荧光光谱与平行因子的混合有机农药检测分析

    王晓燕蒋喆臻季仁东卞海溢...
    3082-3089页
    查看更多>>摘要:荧光光谱法作为一种快速、准确和非破坏性的检测方法,已广泛应用于农药残留的检测分析中.应用三维荧光光谱方法结合平行因子算法(PARAFAC)对混合有机农药进行定性定量分析.首先配制不同浓度的多杀菌素-高效氟氯氰菊酯、多杀菌素-宁南霉素混合体系,采用LS55荧光分光光度计扫描三维荧光光谱,发射波长范围设置为200~600 nm,激发波长范围分别为250~322和260~370 nm;应用平行因子算法对预处理后的光谱数据建模分析,通过三线性分解获得混合物中各组分的预测光谱及得分值,将预测光谱与实际光谱进行可视化匹配可识别出农药类别;最后将得分值与对应组分浓度值进行线性拟合分析,并计算均方误差、决定系数和回收率参数.结果表明,两种混合体系对应的各组分预测光谱与真实光谱在荧光特征峰处的重合度较高.多杀菌素-高效氟氯氰菊酯混合体系中各组分对应的预测均方误差分别为1.985 6× 10-8和4.480 0× 10-7;多杀菌素-宁南霉素对应的预测均方误差分别为2.155 2×10-7和5.572 2×10-5,模型决定系数均超过0.99,平均回收率接近100%,测试结果表明三维荧光光谱结合平行因子可实现对农药混合物的分析,具有较高的分析精度.该研究内容为混合有机农药的定性定量分析提供了一定的方法依据,可推广用于其他种类混合样品的检测分析.

    混合有机农药三维荧光光谱平行因子算法定性定量分析

    熵平均密度分段压缩感知反射光谱重建方法

    赵首博
    3090-3094页
    查看更多>>摘要:反射光谱作为物体表面重要特征被广泛用于远程遥感目标识别、物质成分的含量检测、农业作物成熟度检测、医学影像的疾病诊断等领域.为解决反射光谱数据冗余,实现全光谱数据稀疏表达和提高光谱重建精度,将压缩感知技术应用于光谱数据分析和处理.针对全局光谱压缩感知重建方法中各波段数据稀疏度的差异性对采样率的限制条件不同,提出熵平均密度分段压缩感知反射光谱重建方法.首先定义熵平均密度作为光谱分段参考量来寻找光谱分段断点和判定各分段光谱的熵密度高低.而后依据有限等距约束条件重新分配各分段光谱的采样率,生成测量矩阵和稀疏矩阵完成各局部反射光谱稀疏感知.采用正交匹配追踪算法求最优解,分配各分段光谱的迭代次数,用感知矩阵中的列原子和稀疏信号进行迭代匹配重构各局部反射光谱,将各重构的局部反射光谱缝合为全局反射光谱.用全局光谱压缩感知方法和该方法对标准色块24Munsell ColorChecker的反射光谱进行对比实验.实验结果表明,较之于全局光谱压缩感知方法,该方法重建光谱曲线高熵密度区重建精度更高,低熵密度区压缩效率更高,在总压缩采样率不变的情况下,RMSE和MAPE统计数据得到改善,提升了整体曲线重建效果.

    反射光谱函数压缩感知信息熵光谱分段

    基于图像光谱超分辨率的苹果糖度检测

    翁士状潘美静谭羽健张巧巧...
    3095-3100页
    查看更多>>摘要:苹果风味独特,清脆可口,深受全世界消费者的广泛喜爱.糖度是衡量苹果品质的关键指标.高光谱成像(HSI)由于含有丰富的图谱信息在糖度无损检测中有着广泛的应用前景,然而仍面临仪器笨重昂贵、操作耗时等问题.光谱超分辨率(SSR)可通过建立映射关系从低光谱维度RGB图像获得对应高光谱维度HSI图像,在HSI图像的高效获取上有着极大的优势.因而,将探索苹果RGB图像的SSR,并基于SSR数据进行糖度预测.首先,选取大小均匀的苹果作为研究对象,利用黑色哑光胶纸对感兴趣区域(ROI)进行标定.采集苹果RGB图像和HSI图像后,利用全局阈值法确定ROI并经过图像分割得到220个RGB-HSI图像对.然后,使用密集连接网络、多尺度层级回归网络和Transformer网络实现苹果RGB图像的SSR.最后,提取SSR后图像的反射率光谱,采用全光谱和竞争性自适应重加权选择后的有效波长光谱结合偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极限学习机(ELM)构建糖度预测模型.结果表明,基于Transformer网络SSR结果最好.在SSR预测集中,平均相对绝对值(MRAESP)为0.135 9,均方根误差(RMSESP)为0.026 2;SSR后方法的反射率光谱与真实光谱一致性最好.在糖度预测的过程中,全光谱下ELM模型预测效果最好,预测集决定系数(RP)和均方根误差(RMSEP)为0.925 5和0.003,PLSR次之,RF最差.经过有效波长光谱提取后,预测结果有所提升,其中ELM模型预测结果最好,RP2为0.960 9,RMSEP为0.002 2,PLSR次之,RF最差.总之,基于Transformer图像SSR完成了苹果糖度的准确检测,提供了低成本高效率HSI图像的获取方式,实现了快速便捷的新型糖度检测,扩展了图像在水果品质分析中的应用场景,为促进智慧农业和食品领域的发展提供了理论依据.

    高光谱成像苹果图像处理光谱超分糖度预测

    基于反射率、吸光度和Kubelka-Munk光谱的贡梨不同损伤程度检测

    李斌卢英俊苏成涛刘燕德...
    3101-3108页
    查看更多>>摘要:贡梨在收获、运输和销售过程中容易发生机械损伤,加速果实腐烂,降低贡梨品质.快速判别贡梨的不同损伤程度,进而采取不同的处理措施,以降低经济损失.以往运用高光谱技术研究水果的损伤程度,通常仅用反射率光谱.该研究运用高光谱技术获取贡梨的反射率(R)、吸光度(A)、和Kubelka-Munk(K-M)变换光谱结合3种深度学习算法对健康和不同损伤程度的贡梨进行判别.首先,选取60个新鲜无损伤贡梨作为健康样品,再利用自由落体碰撞装置制备出Ⅰ级损伤、Ⅱ级损伤、Ⅲ级损伤贡梨样品各60个.通过高光谱成像系统采集这240个贡梨样品的光谱数据,对采集的光谱进行黑白校正,以获得贡梨的反射率(R)、吸光度(A)、和Kubelka-Munk(K-M)变换光谱,然后用基准线校准(Baseline)、去趋势(De-Trending)、移动平均(MA-S)、乘法散射校正(MSC)、卷积平滑(SG-S)、标准正态变量变换(SNV)共6种预处理方法对3种原始光谱数据进行预处理,并建立BP神经网络(BP)、极限梯度提升(XGBoost)和随机森林(RF)判别分析模型对贡梨不同损伤程度进行判别.根据模型对贡梨损伤程度的判别结果显示,基于反射率、吸光度、K-M变换光谱的BP模型判别准确率较好,整体准确率达到了85%及以上,且发现经过Baseline预处理后的反射率光谱建立的BP模型比未经预处理的反射率光谱谱建立的BP模型有较大的提升,判别准确率达到了93.33%.为了提升BP模型的精准度和运行效率,对3种原始光谱和Baseline预处理后的光谱利用竞争性自适应重加权(CARS)和无信息变量消除(UVE)方法筛选出特征波段光谱信息,用筛选后的特征光谱数据来建立BP模型,其判别结果显示A-RAW-CARS-BP模型具有最佳的判别准确率,整体准确率达到了96.66%.结果表明,采用3种原始光谱对贡梨的损伤程度进行判别具有可行性,为高光谱技术检测贡梨的不同损伤程度提供了理论依据.

    贡梨高光谱损伤程度反射率光谱吸光度光谱Kubelka-Munk光谱

    基于1D-CNN提取Cl2紫外吸收谱特征的浓度反演方法研究

    贾彤华程光旭杨嘉聪陈昇...
    3109-3119页
    查看更多>>摘要:开放环境下氯气泄漏的准确检测一直是氯碱生产企业亟待解决的难题,差分吸收光谱技术(DOAS)可以实现大气中的污染气体的痕量远距离测量,而氯气的紫外吸收光谱呈现"慢变化"的特征,无法用差分的方法分离吸收特征与噪声信号.提出了一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)的氯气浓度反演算法来充分利用光谱信息,通过逐层提取氯气的吸收特征,解决了传统算法容易受噪声干扰导致反演精度下降的问题.与常用的最小二乘法(LS)、多层感知机(MLP)、支持向量机(SVR)和k近邻(KNN)方法相比,该算法的反演结果相比实测数据的准确度最高(R2=0.996,RMSE=4.40,MAE=2.64,SMAPE=8.51%).由于系统中不可避免的随机噪声会对检测产生干扰,对比了S-G滤波、傅里叶变换、奇异值分解和小波变换分解算法的预处理效果.结果表明,S-G滤波和小波分解算法可以在去除噪声的同时保留氯气的吸收特征信息,进一步提高氯气浓度反演模型的性能.所提出的浓度反演算法为实现开放环境下氯气泄漏的远距离定量检测提供了新的可行方法.

    氯气泄漏远程检测差分吸收光谱技术深度学习一维卷积神经网络

    《光谱学与光谱分析》投稿简则

    3119页

    轻元素荧光分析用多层膜分光晶体的制备与表征

    王子乐张哲张云学项丝梦...
    3120-3127页
    查看更多>>摘要:物质组分与结构分析是认知和研究物质的重要方式.利用X射线荧光光谱分析法可以对物质中的元素进行定性分析与定量检测,该方法是目前最为常规的物质组分和结构无损分析手段之一.在使用波长色散型X射线荧光光谱仪探测轻元素时,多层膜分光晶体是核心的光学元件.使用人工多层膜晶体代替普通晶体作分光晶体,可有效提升分析仪器对轻元素的检测能力.针对国产波长色散型X射线荧光光谱仪分析轻元素的实际需求,设计出了Mo/B4C,Cr/C,Cr/Sc,W/B4C(周期厚度d=3.63 nm)和W/B4C(周期厚度d=2.85 nm)多层膜分光晶体,分别适用于B,C,N,O,F五种轻元素的荧光探测.利用磁控溅射的方式,在尺寸为50 mm×30 mm的超光滑Si基底上完成了五种多层膜晶体的制备.采用高分辨率X射线衍射仪对各个多层膜晶体进行掠入射X射线反射测试,测试及拟合结果表明:五种多层膜晶体膜层结构规整、界面宽度小、成膜质量高,膜层均匀性好,整个镜面上周期厚度的均匀性误差均在1%以内.采用原子力显微镜表征了各个多层膜晶体的表面形貌,结果表明:五种多层膜晶体表面颗粒状结构尺寸较小,表面形貌平滑,表面粗糙度小.最后,通过模拟计算获得了各个多层膜晶体在掠入射工作角度下的反射率,分别为:Mo/B4C(30.1%@B-Kα 线),Cr/C(29.3%@C-Kα 线),Cr/Sc(35.4%@N-Kα 线),W/B4C(d=3.63 nm,8.6%@O-Kα线),W/B4C(d=2.85 nm,10.7%@F-Kα线).基于以上研究,所制备的五种多层膜分光晶体可以满足波长色散型X射线荧光光谱仪的需求,能够应用在B,C,N,O,F五种轻元素的探测中.

    X射线荧光光谱分析轻元素多层膜分光晶体磁控溅射反射率