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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

    基于LIBS数据流盘的飞机蒙皮激光除漆在线监测判据研究

    杨文锋李果林德惠钱自然...
    2340-2348页
    查看更多>>摘要：等离子体产生及演化过程易受基体效应、环境噪声、脉冲能量抖动等影响,导致光谱数据具有不稳定性,从而难以保证以单条谱线为依据建立的监测判据的有效性.以连续多幅LIBS光谱为对象,并结合统计学方法建立的监测判据,可有效提升基于LIBS技术的除漆效果监测精度.论文基于搭建的高频纳秒红外脉冲激光除漆LIBS在线监测平台,实时采集了除漆过程的连续多幅LIBS光谱.光谱数据经基线矫正、归一化预处理后,依据面漆、底漆、铝合金基体光谱特征峰差异,并结合材料成分信息,选定Ba Ⅰ(712.55 nm)、Cr Ⅰ(357.48 nm)、Cr Ⅰ(425.43 nm)、Ti Ⅰ(427.45 nm)、Cu Ⅱ(309.76 nm)、Cu Ⅰ(484.22 nm)6 条谱线作为特征谱线并监测除漆效果.研究不同除漆效果中6条特征谱线强度变化规律,建立不同除漆效果与所选特征谱线强度变化区间的映射关系.提取每幅谱线的上述6条特征谱线强度作为一组数据单元、将连续10幅谱线的数据单元作为一组数据集,除漆过程中随时间变化的每10组迭代数据集称为数据流盘.对数据流盘中的数据单元、数据集进行分析,结合置信区间,实时判定除漆区域除漆效果,获得基于数据流盘的监测判据.结果表明:该判据可有效监测仍在面漆、面漆完全去除、仍在底漆、底漆完全去除、基体损伤5类除漆效果.依据SRM手册对漆层去除效果的要求,选择面漆完全去除、基体损伤两类除漆效果展示了验证过程,三维微观形貌分析结果与LIBS数据流盘监测判据所得除漆效果结论一致.其中,面漆去除后三维微观形貌分析表明,面漆完全去除精度达1.2 µm,有效验证了基于LIBS数据流盘监测判据的适用性及稳定性.

    激光除漆激光诱导击穿光谱数据流盘监测判据除漆效果

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    基于群智能优化多分类器的DOM组分检测研究

    付丽辉戴峻峰王晓燕
    2349-2356页
    查看更多>>摘要：可溶解有机物(DOM)是影响生态环境和居民生活安全的重要因素之一.当DOM总量达到一定水平时,将通过水体富营养化引致藻类爆发式生长,使得DOM成分更为复杂、影响更为严峻.常见的DOM检测方法虽然可以对DOM进行定性分析,但对于DOM组分的测定一直存在瓶颈,单传感器难以完成对水体DOM总量与组分的复杂性测试.提出基于等离子共振传感器(SPR)的交叉敏感性的DOM测试方案.利用群智能算法(PSO)训练的BP神经网络(BP),构建三个分类器.利用多模光纤,镀以55～85 nm的7种不同厚度的金膜,构成具有不同最佳折射率测量值的SPR传感探头,使各传感探头的最佳折射率测量值有效分布在1.33～1.43 RIU范围内,保证每个传感头在最佳测量区间内具有较好的灵敏度、线性度,在其他传感头对应的测量区间内,通过波长、谱宽和光强的变化,有着尽可能敏感的交叉响应.结合基于PSO-BP的三分类器的智能算法,通过对DOM的水样制备、DOM成分的测定、折射率的测量、SPR效应的测量、人工智能网络的训练、验证等实验步骤,实现对被测样本的SPR效应的共振波长、谱宽和光强的综合训练,从而完成对里运河(A)、洪泽湖(B)、公园景观湖(C)、校园景观湖(D)四种被测水体的五种DOM组分(酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质、富里酸、溶解性微生物代谢产物、腐殖酸)浓度的有效预测.对四种不同被测水体(A、B、C、D)DOM组分浓度的最高预测率分别为81.2％(酪氨酸)、85％(色氨酸)、82％(色氨酸)、82.6％(色氨酸).考察了响应参数及分类器个数对预测效果的影响,结果表明,与双分类器和单分类器相比较,三分类器的预测效果最好,对综合水样的五种不同DOM组分浓度的预测正确率分别为81.5％、84％、81％、82％、68.3％,验证了 PSO-BP的多分类器及光纤SPR传感器在DOM组分预测中的正确性及可行性.

    多分类器光纤等离子共振传感器可溶性有机物组分检测BP神经网络PSO算法

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    一种混合颜料光谱分区间识别方法

    孙宇桐吕书强侯妙乐
    2357-2364页
    查看更多>>摘要：古代彩绘颜料的分析是科技考古与文物保护研究的重要内容,对探索古代颜料技术发展和科学保护文物有着重要的学术价值和现实意义,传统的颜料识别算法大多针对彩绘文物表面的纯净颜料,对文物表面存在混合颜料的识别准确度较差.化学分析需要对壁画表面进行取样,易造成损伤.高光谱是近年来发展迅速的新兴技术,在物质识别上具有广泛应用,提出一种基于高光谱分区间的混合颜料识别方法.首先,将未知颜料反射光谱进行一阶导数计算,根据未知颜料一阶导数曲线的"凸起"确定特征子区间范围,若子区间数量大于2,则只保留"凸起"最明显的两个特征子区间;其次,通过KM模型将反射率转换为更符合线性混合特征的吸收散射比(K/S),在特征子区间范围内,对未知颜料与标准颜料的K/S曲线进行最大最小值归一化,运用光谱角余弦结合归一化欧氏距离的方法计算未知颜料与标准颜料K/S曲线的相似度,每个特征子区间保留相似度最高的前三个结果;最后,在每个特征子区间的识别结果中依次取出标准颜料K/S曲线,不同特征子区间所取出的标准颜料K/S曲线两两组合成子区间识别结果集合,再根据狄利克雷分布函数得到的丰度矩阵,生成1 000条不同丰度的模拟混合K/S曲线,将模拟混合K/S曲线与未知颜料K/S曲线再次进行相似度计算,每个区间识别结果均保留一个最高值,所有集合保留值中再次取最高,该值对应的区间识别结果集合中的标准颜料即为未知颜料的最终识别结果.实验选取石青、石绿、石黄、朱砂颜料制作纯净颜料样本,并将四种纯净颜料两两混合制作六组混合颜料样本,样本绘制完成后使用高光谱成像仪采集样本的成像数据,通过预处理后使用上述方法进行特征子区间的提取与识别.实验发现,仅石绿和朱砂混合样本中的朱砂出现识别错误,该方法对混合颜料样本识别结果良好,整体识别率为83.3％.结果表明该方法可以对混合颜料进行识别,对文物颜料分析具有实践意义.

    颜料识别特征提取光谱识别混合颜料高光谱

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    毛竹向杉木林扩张不同阶段叶面积指数地面高光谱遥感模型研究

    李聪慧李宝银毛振伟李璐飞...
    2365-2371页
    查看更多>>摘要：毛竹向杉木林扩张会引发"林退竹进"、林权纠纷等生态与经济问题.利用遥感有效反演毛竹演替过程对于科学管控森林资源意义重大.为了揭示地面高光谱在毛竹扩张不同阶段叶面积指数(LAI)反演的有效性,以毛竹在杉木林中扩张为研究对象,沿毛竹扩张方向设置四类杉竹比例样方,模拟扩张Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段,根据原始光谱及开方、对数、倒数、一阶微分、二阶微分等10种光谱变换数据与不同扩张阶段LAI相关性选取特征波段,构建归一化植被指数(NDVI)、黄光波段指数(YI)等7个LAI显著相关植被指数,分别建立光谱信息与植被指数的五类单因素回归模型,基于植被指数利用神经网络、决策森林回归、贝叶斯线性回归和线性回归四种机器学习方法构建多因素回归模型,探讨毛竹向杉木林不同扩张阶段LAI高光谱反演模型适用性.结果表明:原始光谱的一阶微分、二阶微分、对数一阶微分和倒数一阶微分四类微分变换能够丰富光谱信息,更好表征毛竹向杉木林的扩张过程;植被指数中,YI与毛竹LAI相关系数最大,表现出毛竹扩张过程的高敏感性,NDVI反演效果最佳,但基于传统植被指数建模的总体反演效果不佳;基于微分变换光谱的二次多项式和幂指数回归模型在各扩张阶段表现更佳,神经网络算法在LAI反演方面优于其他机器学习算法,总体来看,基于光谱变换的传统回归算法优于机器学习建模方法.扩张第Ⅲ阶段基于对数倒数一阶微分变换光谱构建的模型(y=5.291 4e183.76x)拟合效果最佳,建模集和验证集R2 分别为0.735和0.742,RMSE分别为0.733和0.468,nRMSE分别为14.0％和9.9％,建议毛竹扩张管控选在竹林各半的混交林中.系统开展毛竹不同扩张阶段LAI高光谱反演模型的创新分析,将为科学营林造林管理奠定基础.

    毛竹扩张LAI遥感反演光谱变换植被指数建模

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    敬告读者——《光谱学与光谱分析》已全文上网

    《光谱学与光谱分析》编辑部
    2371页
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    长白山常见树种新叶与老叶的光谱特征差异分析

    陈俊杰于泉洲汤庆新梁天全...
    2372-2380页
    查看更多>>摘要：揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑.对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一阶微分变换和光谱指数计算,同时实验测定比叶面积(SLA)、叶含水率、叶氮含量及叶碳含量等叶属性参数.利用方差分析与相关性分析方法,研究不同树种新老叶片在理化性质、光谱特征上的差异,并分析两者的相关性在新老叶之间的差异.结果表明:(1)多个树种的叶属性在新老叶的表现出显著差异.除叶碳含量之外,其他3个叶属性均在多个树种新老叶间表现出显著的差异性,叶碳含量在新老叶间均不存在显著差异.(2)不同树种叶片光谱特征在新老叶间的差异不一致,仅枫桦、裂叶榆、三角槭和红松的新老叶具有较明显的光谱曲线特征差异,枫桦新老叶在光谱三边特征表现出显著差异,尤其是红边.(3)叶属性与光谱信号的相关性在新老叶间表现出显著差异,说明光谱对新老叶叶属性的指示能力不同.近红外光谱反射率对老叶叶氮含量的指示能力强于新叶,而多个光谱指数对新叶含水率和叶碳含量的指示能力强于老叶.研究表明新老叶间不仅叶属性和光谱特征存在差异,而且二者之间的相关性也不同,这对于森林叶属性的无损观测过程中选择代表性叶片具有指导意义.

    新老叶叶属性光谱特征方差分析

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    利用光谱学分析探究高温木叶黑釉瓷的实验模拟

    熊露袁寅洁李丹杨轩...
    2381-2387页
    查看更多>>摘要：高温木叶黑釉瓷作为一种兼具雅致和审美特点的文化符号,因其独特的装饰效果逐渐成为中国茶道文化中备受青睐的陶瓷器具.然而,其配烧技术至今仍然神秘莫测,虽得到学者们的持续关注仍未完全披露其形成和机理.为此,采用实验模拟方法并结合光谱学分析,通过利用样品色调角h°、饱和度C*以及反射光谱曲线和超景深显微镜观察分析釉面显微结构及其与黑釉呈色之间的关系,揭示了黑釉呈色和木叶纹清晰展现的机理,并基于传统黑釉筛选出了一组最佳的釉料配烧参数,其中Si/Al摩尔比在10.14～10.47,MgO摩尔量为0.19～0.22,CaO摩尔量为0.42～0.47,施釉厚度在0.7～0.9 mm之间可使黑釉呈现出最稳定的色泽和清晰度,并且木叶纹装饰较为理想.研究结果表明,合理的釉料配方组成及施釉厚度等对于黑釉的色调呈现和木叶纹清晰装饰具有至关重要的作用,同时,所采用的光谱学分析方法和实验模拟方法可以有效地辅助陶瓷行业中的釉料配方优选研发,有望提高制瓷工艺的精细化和智能化水平.同时,实现了对木叶黑釉显微结构与反射光谱曲线特征的解析,凸显了光谱学分析方法在陶瓷泥釉料研发方面的应用前景,有助于促进陶瓷文化的发展,为珍贵文化遗产的保护、传承和发扬提供理论支持,具有重要的实际应用价值.

    木叶黑釉光谱学分析实验模拟配方筛选反射光谱曲线

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    不同光照模式信息融合的苹果霉心病近红外快速识别

    肖男李翰林翁定康胡栋...
    2388-2394页
    查看更多>>摘要：苹果清脆甘甜,物美价廉,在我国具有极高的经济价值,是苹果产区乡村振兴的特色支柱产业.霉心病是苹果主要的内部缺陷之一,极大影响苹果的品质,若未能及时剔除将不利于苹果品牌建设,严重影响苹果产业发展.利用近红外光谱技术获取苹果在不同摆放姿态和光照模式下的光谱,去趋势(Detrend)、基线校正(Baseline)、二阶导数(SD)方法对原始光谱进行预处理,应用支持向量机(SVM)方法建立苹果霉心病判别模型,分析不同摆放姿态下光照模式对霉心病检测影响,并探索不同光照模式光谱信息融合的苹果霉心病检测方法.结果表明,在单光照模式下,180°光照模式对正常苹果有较高的判别正确率,而135°光照模式对霉心病苹果有较好的识别正确率;对于单光照模式,在果梗向右姿态和135°光照模式下获得最优的SVM模型,其模型校正集的敏感性、特异性及正确率分别为1、0.978 2和0.986 3,预测集的敏感性、特异性及正确率分别为0.888 8、0.956 5和0.937 5.对于不同光照模式的信息融合,大部分光照模式的信息融合能一定程度上提高苹果霉心病判别模型的性能;在果梗向右姿态下180°与135°光照模式信息融合中获得最优的SVM模型,其模型校正集的敏感性、特异性及正确率均为1,预测集的敏感性、特异性及正确率分别为0.888 8、1和0.968 7,与单光照模式的最优模型相比,模型性能有所提高.该研究提供了一种基于近红外光谱和不同光照模式信息融合的苹果霉心病无损识别的新思路,也可为其他水果的内部品质无损检测提供参考.

    近红外光谱光照模式信息融合霉心病苹果

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    地基MAX-DOAS系统获取大气水汽垂直柱浓度方法研究

    周闯张琦锦李素文雒静...
    2395-2400页
    查看更多>>摘要：水汽在大气水循环中起着重要的作用,决定全球的云分布,其浓度的变化影响降水发生频率.降水是影响气候和环境的重要因子,开展准确获取大气水汽浓度是环境气候研究中一个极其重要的课题.多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)是一种快速、准确获取大气痕量气体浓度的遥测方法.由于其稳定、实时在线、多组分同时监测和非接触测量等优势,该技术逐步成为反演大气水汽垂直柱浓度的新方法.针对水汽的吸收峰波段范围窄,浓度较高时会出现饱和吸收效应,构建了地基MAX-DOAS水汽垂直分布探测系统,开展了精确获取水汽垂直柱浓度的反演算法研究,并以淮北为研究地点获取了水汽垂直柱浓度.反演过程中,选取天顶方向采集的当圈太阳光谱作为参考谱,根据DOAS算法反演得到其他仰角水汽差分斜柱浓度(dSCD),最终解析出水汽的垂直柱浓度(VCD),其中大气质量因子(AMF)通过几何近似法获得.为了降低其他气体的干扰影响,实验前对比分析了不同波段反演水汽差分斜柱浓度的反演误差,确定最优反演波段433～452 nm.于2023年2月24日至2023年4月2日在淮北地区开展连续观测.实验结果表明:监测期间淮北地区水汽浓度具有早晚高中午低的V型日分布特征.将观测的水汽垂直柱浓度结果和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析日值数据进行相关性分析,二者具有较好的一致性(R=0.95).分析监测期间风速、风向与H2O VCD分布关系,发现当风向在60.附近且风速小于5 m·s-1时,H2O VCD呈现升高的趋势.在污染阶段,小风速和较高水汽浓度是普遍存在的特征.研究表明,搭建的地基MAX-DOAS系统在蓝光波段可对水汽垂直柱浓度进行有效监测,为反演大气水汽垂直柱浓度提供了一种有效的技术手段.

    多轴差分吸收光谱技术水汽垂直柱浓度最优反演波段淮北地区

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