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太赫兹光谱技术论文答辩

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太赫兹光谱技术论文答辩

太赫兹泛指频率在到10THz波段内的电磁波,位于红外和微波之间,处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。太赫兹技术的独特性能给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无标记的基因检查、细胞水平的成像、无损检测、安全检查、生化物的检查等领域带来了深远的影响。应用于食品无损检测优缺点高透射性,太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性,可对不透明物体进行透视成像,是X 射线成像和超声波成像技术的有效互补,可用于安检或质检过程中的无损检测,低能,量性不会导致光致电离而破坏被检物质吸水性。相干性,太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。大多数极性分子和生物大分子的振动和转能级跃迁都处在太赫兹波段,所以根据这些指纹谱,太赫兹光谱成像技术能够分辨物体的形貌,分析物体的物理化学性质。

太赫兹技术:泛指频率在到10THz波段内的电磁波,位于红外和微波之间,处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。太赫兹技术的独特性能给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无标记的基因检查、细胞水平的成像、无损检测、安全检查、生化物的检查等领域带来了深远的影响。优缺点:1、高透射性,太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性;2、可对不透明物体进行透视成像,是X 射线成像和超声波成像技术的有效互补;3、可用于安检或质检过程中的无损检测;4、低能,量性不会导致光致电离而破坏被检物质吸水性;5、相干性,太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息;6、大多数极性分子和生物大分子的振动和转能级跃迁都处在太赫兹波段,所以根据这些指纹谱,太赫兹光谱成像技术能够分辨物体的形貌,分析物体的物理化学性质。

太赫兹对人的好处:

1、太赫兹波可以直接作用于皮下组织,补充生命的细胞,调节身体生理机能,加速细胞的生成。

2、波长作用于人体后,可与细胞产生同频共振,激发出体内水分子的运动,增加血液的循环,促使细胞的新故代谢。

3、水分子的结合状况对其细胞有重要的影响。太赫兹激发单分子,降低血液的粘度,增多细胞,增强抵抗力,起到减少衰老的效果。

4、太赫兹激发高频振动,对皮肤细胞具有安摩作用,能加速体内废物的排泄,通畅毛孔,减轻角质化,使皮肤光洁细嫩,皱纹减少,达到美肤美容的效果。

5、太赫兹照射皮肤,使皮下组织温度升高、血管扩张、血流加速。促使血液循环,加强新故代谢和营养吸收,使体内代谢的废物、脂肪排除。

太赫兹波的特性:

1、波粒二相性:

太赫兹辐射是电磁波,因此它具有电磁波的所有特性。太赫兹波具有干涉、衍射等波动特性,在与物质相互作用时,太赫兹波显示出了粒子特性。

2、高透性:

太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性,可对不透明物体进行透视成像,是X射线成像和超声波成像技术的有效互补,可用于安检或质检过程中的无损检测。另外,太赫兹在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少,是火灾救护、沙漠救援、战场寻敌等复杂环境中成像的理想光源。

3、安全性:

相对于X射线有千电子伏的光子能量,太赫兹辐射的能量只有毫电子伏的数量级。它的能量低于各种化学键的键能,因此它不会引起有害的电离反应。这点对旅客身体的安全检查和对生物样品的检查等应用至关重要。

另外,由于水对太赫兹波有非常强烈的吸收性,太赫兹波不能穿透人体的皮肤。因此,即使强烈的太赫兹辐射,对人体的影响也只能停留在皮肤表层,而不是像微波可以穿透到人体的内部。

4、光谱分辨特性:

许多有机分子,如生物大分子的振动和旋转频率都在太赫兹波段,所以在太赫兹波段表现出很强的吸收和色散特性。物质的太赫兹光谱(发射、反射和透射光谱)包含丰富的物理和化学信息,使得它们具有类似指纹一样的唯一特点。

因此,太赫兹光谱成像技术不仅能够分辨物体的形貌,还能识别物体的组成成分。为缉毒、反恐、排爆等提供了可靠的相关理论依据和探测技术。

5、很高的时间和空间相干性:

太赫兹辐射是由相干电流驱动的偶极子振荡产生,或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差额效应产生,因此具有很高的时间相干性和空间相干性。

知网太赫兹成像论文

当然是靠谱的,目前太赫兹的雷达已经商用。

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太赫兹能量鞋宣传资料近日,一款名为“太赫兹能量鞋”的产品引起了消费者质疑。该产品售价1388元,宣称运用“先进的太赫兹技术”,“具有打通人体微循环、激活细胞等功效,可治疗偏瘫、脑梗等多种疾病”。太赫兹是波动频率单位之一,通常用于表示电磁波频率。《太赫兹科学与电子信息学报》上的一篇论文显示,太赫兹波通常定义为波长在、频率在范围内的电磁波。澎湃新闻()发现,以“太赫兹”为名的养生鞋品牌纷杂,在各大电商平台和销售公司的官方商城中都有售卖,价格从一二百元到几千元不等。澎湃新闻联系到其中一家销售商——河南易馨泰健康管理有限公司,该公司曾发布公告称,其销售的太赫兹能量鞋“没有任何作用和效果,就是穿着舒服”。不过,该公司一名工作人员在微信发布的视频却称,“一位骨头坏死的患者穿上5分钟即可正常行走”。深圳市太赫兹科技创新研究院一位专家向澎湃新闻表示,国内对于太赫兹技术的研究仅停留在探索阶段,尚未出现大规模产业,“太赫兹波对人体无任何作用,所谓的能量鞋很可能是打着太赫兹旗号的。”“产生低能量的太赫兹波成本也要几十万,高能量的成本要几千万。”上述专家表示。

有个百度词条应该会对你有帮助,非干涉太赫兹光波。 根据发射源和发射方法的不同,太赫兹光波分为两种:(1)干涉太赫兹光波(人工波,单一波),由红外线激光和光电导体共振或激光自由电子与半导体的共振产生。可作用于天体物理学、材料科学、生物医学、环境科学、光谱与成像技术、信息科学技术等领域。(2)非干涉太赫兹光波(自然光,复合波),包括月亮、星星的光以及宇宙光(暗黑宇宙空间的光)。可广泛作用于民生领域。

基于太赫兹通信的研究生论文

太赫兹是指频率在范围内的电磁波,1THz=10^12Hz。太赫兹波介于微波和可见光之间,在长波段与毫米波重合,而在短波段与红外线重合。它在电磁波频谱中占有很特殊的位置,因此具有很多特殊的性质。果寡糖是一种高效、实用、无污染、无残留的抗生素替代品,它不仅可以改善肠道微生态,而且能调节蛋白质和脂肪等物质的代谢,提高机体的免疫力。在日本,果寡糖约有500多种产品,已被视为一种食品。一些发达国家已经将果寡糖作为一种功能性添加剂用于动物养殖业。雪莲果含有丰富的果寡糖,而且其所含的水溶性膳食纤维能促进肠道蠕动,润肠通便,防止便秘。最神妙之处在于它还是双歧杆菌繁殖生长所需的最佳营养成分,是双歧杆菌的增殖因子。所以,研究适应本地的雪莲果高效栽培模式具有重要的市场意义。但是,由于糖类分子没有共振吸收,用以往的光谱学手段较难获得其特征光谱,故很难对果寡糖进行准确测定。然而,太赫兹覆盖的光谱范围宽、功率弱、穿透能力强、对生物样品无损伤,用太赫兹技术测定可表明不同糖类化合物在太赫兹波段范围内有各自的特征吸收峰。所以,可用太赫兹技术对雪莲果等富含果寡糖成分的植物进行辅助选育,这在技术水平上将是一次重大的突破和创新。在中国,电子科技大学、四川农业大学、四川省农科院、欧华生物科技和电子科大科创有限公司联合申报了利用太赫兹技术引进富含果寡糖植物的项目。项目重点在于测定果寡糖的太赫兹特征光谱,引种、选育及产业化富含果寡糖的雪莲果。日前,该项目已经顺利通过了成都市科技局的审批。这标志着太赫兹技术在四川省的应用有了实质性的推进,对太赫兹产业化有着重要的意义。2.深藏不露的太赫兹波:从检测肿瘤到探索宇宙为断骨透视成像的X射线、加热剩菜的微波,二者都属于电磁波的一部分,电磁波也包括了光波和无线电。与此同时,鲜为人知的太赫兹波正用于穿透衣物,识别爆炸物和毒品,以及检测肿瘤。而经常被忽略的是,太赫兹波甚至开始用于探索宇宙。电磁波频谱从一端为长波长的无线电波跨越到另一端的高能量、短波长的X射线和伽马射线。在微波和X射线之间,在频谱中被研究最少的区域,T-射线,或者称为太赫兹射线位于其中,它是宇宙中最常见的射线形式。如果你从未听说过太赫兹波,那是因为科学家们驾驭它们还有困难。尽管关于此课题的第一篇科技论文于1890年就已经发表在期刊PhysicalReview的第一版首页,但是迄今为止,太赫兹射线的产生、检测和利用仍然面临挑战,阻碍着技术的研究和发展。近十年来,通过更有效的太赫兹射线发生源和检测器,研究者们已经开始开发波导、滤波器和分光器来操纵太赫兹波。一个叫做QinetiQ的公司使用毫米波照相机拍摄了一张全身着装的人的图像,标记出了隐藏着的枪支。太赫兹照相机被认为是类似的但更有用的。“在这点上技术还很稚嫩,”Rice大学太赫兹实验室电力工程师DanielMittleman说,“太赫兹是现在才兴起的,而X射线是在1905年,在伦琴发现X射线后十年。”很多日常材质,比如衣物、塑料和木头在太赫兹成像中看起来就是透明的。另外,材料对不同频率射线的吸收依赖于材料的类型。基于吸收频率,研究者已经能识别拥有唯一“指纹”的特殊爆炸物和毒品。举例来说,一个装有白粉的信封裸眼看来是无法判定的。但是在太赫兹成像的帮助下,邮政工作能明确包裹装的粉末是兴奋剂还是阿斯匹林。在行李中爆炸物品将更轻易的被发现。太赫兹波已经用于各项工作。这项技术被应用于一些医院,作为医生检测肿瘤的新颖无害的诊断工具。这种方法较以前的检测工具减少了成本和病痛。英格兰利物浦大学的研究者们希望通过太赫兹射线轰击皮肤癌细胞来消灭它们。香烟制造商比如PhillipMorris正在研究使用太赫兹波在工厂进行质量控制的方法。在香烟包装进盒之后,成像系统检查每一枝香烟的水分含量和烟草密度。传统方法也许使工人冒着辐射的危险,但是在工厂安装太赫兹装置将不会是危险的。“这是一项高端科技解决低端技术问题的方案,但这目前还没有低端可以解决的技术。”Mittleman说,“所以这个高科技方案是最好的解决办法。”制药公司也采用高科技解决方案,不用向胶囊里插入针头就可以检验他们的药丸成分。太赫兹成像技术甚至可以测量一片药丸糖衣的厚度。在密歇根州Picometrix公司制作的太赫兹成像系统的帮助下,NASA能发现航天飞机隔热瓦泡沫材料中的小缺陷。太赫兹也有天文方面的应用。Herschel空间天文台,一颗计划于2008年发射的人造卫星,是应用太赫兹版本的哈勃太空望远镜。在智利,世界最大的望远镜阵列之一,阿塔卡马大型毫米波亚毫米波干涉阵(ALMA)正在构建着。它将检测太赫兹波长的电磁波,希望能发现宇宙初期的物体。尽管如此,太赫兹技术仍然处于起步阶段,Mittleman告诫大家,要认识到过分吹嘘太赫兹波实际能力的危险。“人们对太赫兹的利用可以列出一个很长的表单,而且还不是完全的涉及到了。”他说,“我坚信,在一些想法上会取得成功。我也不会惊讶,如果成功的是我们甚至没有想过的东西。”

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眼视光技术论文答辩

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眼视光行业从业人员资格认证的必要性调查报告【摘要】目的 调查不同人群对眼视光行业从业人员资格认证的必要性的看法。方法 采用问卷调查的形式对不同职业、不同年龄、不同学历人群共300人进行问卷调查。结果 目前眼视光从业人员资格认证还未完全规范。结论 眼视光学在维护视觉健康方面具有非常重要的作用,视光从业人员应进行专业规范化培训及职业资格认证,持证上岗,依法从业势在必行。 【关键词】眼视光从业人员 资格认证 必要性 人类对外界信息的获取主要依靠于视觉,眼睛收集到的信息占80%,然而,我们的视觉健康正在受到极大的威胁。据世界卫生组织(WHO)估计全世界有盲人4000万~5000万,低视力是盲人的3倍,为亿~亿,其中75%即约1亿多患者可通过手术及屈光矫正得以恢复或提高视力。我国盲人有500万,低视力有750万,在我国,老年低视力和儿童低视力二种人群不应忽视。我国个儿童中有87个为视力残疾,而在60—69岁的老年人中个人有400人为视力残疾,70—79岁为800人,80—89岁为人,而90岁或以上视力残疾可高达人,我国老年人视力残疾已是我们必须面临的十分严峻的挑战。我国每年出现新盲人45万,低视力135万。鉴于此1999年WHO提出“视觉2020,全球行动消灭可避免盲,享有看见的权利”的活动,我国是成员国之一。五种可避免盲分别为白内障、沙眼、河盲(只存在于某些非洲及少数拉美国家)儿童盲及低视力与屈光不正。按生活视力<~为标准,低视力的患病率为,从病因上看屈光不正占其中的,白内障占[1],屈光不正主要依靠于屈光矫正康复或提高视力,白内障患者术后很多也需要验光和屈光矫正来弥补手术未能解决的问题。可见眼视光学在低视力的康复和眼保健方面具有非常重要的作用。 眼视光学在美国已发展成为一个独立医疗保健学科,眼视光从业人员有光学师,视光医师和眼科医师,光学师以眼测量和制作为主,无需医疗背景,视光医师、眼科工程师需经过8年的医科或视光专业教育,分别获得MD(医学博士)或OD(视光学博士),两者均需获得工程师资格和执照,视光工程师侧重眼保健工作,类似眼内科,眼科医师主要以手术为主,类似眼外科,在欧州,也大致如此[2]。我国是近视大国,近视占总人数的30%,其中青少年近视率在30—70%,但是由于历史等原因,传统的眼镜行业成为一个垄断,市场混乱,影响国民视觉健康。眼视光行业是否应持证上岗、依法从业成了热点,焦点问题。 曲靖医学高等专科学校自2005年开始,率先在眼视光专业大力推行“双证培养”模式,特色、服务培训了初、中、高级验光员、磨镜工10批,在校的眼视光专业学生双证率达99%,使大批学生在实习时就持证顶岗、带薪实习,由于动手能力强基础扎实,毕业生供不应求,分布在上海、南京、广州等地,实现100%就业,营造出了学历文凭与职业资格证书“两件证书”制度并建的氛围。同时,用职业资格证书这个有力的手段,规范视光行业为培训质量提高了职业培训的影响力。目前,我们有深圳博士、天明、750、大全等多家视光行业多年与我们合作成为我们的实习基地,并招聘眼视光专业的毕业生,这与我们的“双证培养”是分不开的,眼视光行业职业资格认证已成为就业的真正“通行证”。 云南省有眼视光相关企业200余家,我们从各视光中心、眼科、眼镜店,采用问卷调查,统计得出眼视光行业相关人员对眼视光执业资格认证的必要性及专业培训的需求:从眼视光从业人员的学历构成:硕士及以上学历,本科17%,专科80%,高中及同等学历;认为现在的眼视光职业培训及认证较规范,认为一般,认为不规范;60%认为对眼视光从业人员进行规范的职业培训及认证非常有必要,认为有必要,认为可培训也可不培训;50%认为规范的职业培训及认证对眼视光从业人员的职业发展非常重要,45%认为重要,5%认为一般;65%认为眼视光从业人员进行规范的职业培训及认证对更好的为诊疗对象服务有很大帮助,认为有帮助,认为可能有;认为规范的职业培训及认证对今后的发展非常重要,40%认为重要,认为一般;对规范的职业培训及认证的发展趋势非常有信心,60%有信心,持怀疑态度。 云南省目前有两家高等医学院校开设了眼视光专业,有专科、本科二个层次。通过问卷调查,统计得出眼视光专业学生对规范的职业培训及认证的认识:15%的学生认为规范的职业培训及认证规范,35%认为一般,50%认为不规范;60%认为对眼视光从业人员进行规范的职业培训及认证非常有必要,40%认为有必要;55%认为规范的职业培训及认证对自己的职业发展非常重要,35%认为重要,10%认为一般;70%认为眼视光从业人员进行规范的职业培训及认证对更好的为诊疗对象服务有很大帮助,30%认为有帮助;65%表示一定会选择规范的职业培训及认证,35%表示应该会。 同时,我们还对不同职业、不同年龄、不同学历层次的人群进行了调查。综上所述,眼视光学维护视觉健康方面具有非常重要的作用;但是目前眼视光从业人员资格认证还未完全规范,视光从业人员应进行专业规范化培训及职业资格认证,持证上岗,依法从业势在必行。党的十四届三中全会通过的《中共中央关于建设社会主义市场经济体制若干问题的决定》中提出在我国实行学历文凭和职业资种证书并建的制度。这是关系到我国劳动队伍整体素质的提高。关系到我国经济方式转变和增强国际竞争力的一项重大举措。2003年3月,劳动保障部颁布了6号部令,要求对技术复杂、量大面广、涉及人身安全、重大财产安全及广大消费者利益的职业,求职者未经培训、未取得相应的资格证书不得就业[3]。眼视光行业从业人员执业资格的认证制度是引导和规范职业培训的主要手段,要把培训引导到促进就业的方向上来。职业资格认证以职业活动为导向,以实际操作为主要依据,以第三方认证原则为基础。它的建立是以国家法律为依据,实行的是靠政府权威力推行的管理模式,是我国劳动人事制度的重要组成部分,大力推行眼视光行业职业资格认证制度,可全面提高眼视光行业素质,提高工作能力和就业能力。视光行业就业上岗是有一定的职业能力水平。可以说职业资格证书就是眼视光行业就业的“通行证”。 参考文献 [1] 孙葆忱.低视力学[M].北京:人民卫生出版社,2004. [2] 王光霁.视光学基础[M].北京:高等教育出版社,2005. [3] 劳动和社会保障部培训就业司、劳动和社会保障部职业技能鉴定中心组织编写. 全国职业技能鉴定管理与考评人员培训教材国家职业技能鉴定教程[M].北京:中国出版集团现代教育出版,2009. \

需要。毕业论文是专科及以上学历教育为对本专业学生集中进行科学研究训练而要求学生在毕业前撰写的论文。

超光谱成像技术毕业论文

白光经过三棱镜折射可得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色带,这个彩带叫光谱,七色叫光谱色。超光谱就是指可见光谱以外得光谱。比如,红外光谱,紫外光谱等。

光线分为可见光和不可见光,光波长超过或小于可见光的都是不可见光,这些光线中有部分可以被感光材料记录,就是红外和紫外成像,都属于超光谱成像

一方面,高光谱分辨率的成像光谱遥感技术是对多光谱遥感技术的继承、发展和创新,因此,绝大部分多光谱遥感数据处理分析方法,仍然可用于高光谱数据;另一方面,成像光谱技术具有与多光谱技术不一样的技术特点,即高光谱分辨率、超多波段(波段<1000,通常为100~200个左右)和甚高光谱(Ultra Spectral)分辨率(波段>1000,主要用于探测大气化学成分)的海量数据。因此,常规多光谱数据处理方法不适合于成像光谱数据的定量分析,于是成像光谱数据处理和分析技术应运而生。在成像光谱数据处理和分析方法中,关键性的技术问题是地物光谱重建,光谱特征的量化及提取,混合像元的分解和定量分析及模型识别。

光谱重建技术

按照不同的模型及算法,从成像光谱数据中把地物的光谱特性反演出来的过程就是地物光谱重建技术。根据不同的工作情况及条件,采取不同反演模型来重建地物光谱,是实现成像光谱数据遥感定量化分析的第一步。若对其不进行反演,则没有一个统一物理量进行对比。目前,光谱反演模型大体可分为三大类型:基于大气传输理论的大气传输模型,基于统计分析的统计模型以及基于地面地物同步观测的经验回归模型。

基于大气传输理论的模型

该模型实质上就是用理论模型消除大气中气体分子、水蒸气、气溶胶及尘埃等分子颗粒对地反射辐射能量吸收与散射以及大气程辐射效应,并将其还原成地物的反射辐射光谱。这是一种比较复杂的同时必须进行地物光谱及大气参量测量的绝对反射率生成方法,也就是对成像光谱数据进行绝对辐射标定的再反演。在这一反演过程中,关键是建立大气传输的模型。自1960年,Chndrasekhar提出了辐射传输理论以来,相继发展了许多方法,如Ordinate方法和Variational方法等来解决辐射传输问题。目前,常见的大气传输模型有5 S(the Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)、6S(the Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)、LOWTRAN 7及MODTRAN(Teillet,.,1989;Vermote,E.,Tanṙen,D.,Deuże, al.,1994,1996;Bo⁃Cai Gao, and ,1997;, and ,2001)。其中,6S模型是由法国Tanré等人研究开发的,是目前世界上发展比较完善的大气辐射校正模型算法之一。该算法既能合理地处理大气散射、吸收,又能产生连续光谱,避免在光谱反演中较大的定量误差。它还充分利用了分析表达式和预选大气模式,使计算时间大大缩短。许多遥感专家使用此模式进行地物光谱反演后认为,该模型较其他模型计算精度高。不足之处是必须开展试验区典型地物光谱反射率观测以及大气环境参量实测,如:大气光学厚度、温度、气压、水蒸气含量、大气分布状况等。相对来说,尽管LOWT⁃RAN 7和MODTRAN模型计算精度低一些,但它不需要地面实测典型地物的反射率。这些模型一般用于对传感器选定标定场,开展数据绝对辐射标定。

基于统计分析的模型

该模型的建立是在分析不同地物光谱遥感信息在不同光谱波段的传输特点基础上,利用计算机对典型地物的光谱特性进行统计分析后,得到的地物光谱特性反演模型。对成像光谱数据进行地物光谱反演常用模型有平滑域反射率模型 FFR(Flat Field Reflectance)(Goetz and Srivastava,1985;Conel,1985;Crowley at al.,1988;Rast et al.,1991),内在平均相对反射率模型IARR(Internal Average Relative Reflectance)(Kruse et al.,1985;Kruse,1988;Mackin and Munday,1988;Zamoudio and Atkinson 1990),对数剩余模型LRC(Logarithm Residual Correction)(Green,.,1985;Gower,.,1992)。在这3种模型中,FFR模型是在图像上选取光谱和地貌特征都均匀平滑(平滑性是指地物无光谱吸收谱带,光谱曲线平直)的地物平均值,来消除大气辐射衰减和仪器的零响应;White模型是根据整幅图像的平均光谱曲线平均值对图像归一化处理,然后计算每个像元光谱曲线与平均光谱曲线的比值,也就是地物光谱特性;LRC模型是经Lyon和Lanze修正后,对太阳辐射衰减、大气效应及地形影响都有所消除。Green和Graige提出的对数剩余纠正公式如下:

lg(Rij)=lg(DNij)-lg(aveDNi)+lg(DNi)+lg(DNg)(2-3-1)

这里Rij是第i波段、第j个像元的剩余值;DNij是第i波段、第j个像元的亮度值;DNi是第i波段所有像元数据的平均值;DNj是第j像元在所有波段上数据的均值;DNg是所有波段及所有像元的均值。该方法完全基于图像本身特征,不需要野外地物光谱测量。在前两种模型中,FFR模型优于IARR模型,它克服了IARR模型因受像福强吸收特征的影响而出现的假反射峰的弱点,而且计算量较小。

经验线性回归模型

利用该方法重建地物光谱技术实质就是通过开展典型地物的同步反射率观测,根据成像光谱数据DN值与地面实测地物反射率值,经最小二乘法求出回归方程Rij=Aj·DNij+Bj(这里Aj,Bj是传感器第j波段的线性回归系数),然后,根据此方程反演地物的反射光谱。这种模型的数学和物理意义明确,方法简便,运算量少,应用广泛(Roberts et al.,1985;Conel et al.,1988;Elvidge,1988;Green et al.,1988;Kruse et al.,1990;Zamoudio and Atkinson 1990)。例如:美国JPL的Abrams利用该模型在美国Nevada州的Cuprite矿区进行矿物学填图;美国科罗拉多大学的Zamudio等人,利用该模型在美国 Nevada 州东部进行矿物识别和岩相分析;日本Pasco公司的Mochizuki,利用该模型在美国Navada州进行蚀变矿物的反射光谱研究等。该模型的不足之处是要开展野外地物光谱观测,成本比较高,回归精度的高低依赖于对野外概实测的精度。

除上述这些典型光谱重建模型之外,还有 UA RT Code,JPL Code,连续内插波段比算法(CIBR),背景法等模型(De Jong,1998)。

岩矿光谱特征的量化、提取,定量分析及识别模型

成像光谱数据经过光谱重建模型处理后,获得了地物的光谱特征谱线。不同地物光谱具有不同的诊断特征谱带,如吸收谱带,特征谱线的微积分变化,波形变化等等。如何有效地开展地物特征定量分析和识别地物,首先要弄清楚如何去量化及提取地物的光谱特征。因此,开展基于地物特征谱的量化提取是十分必要的。

地物光谱特征度量、提取与匹配识别模型

(1)就地物光谱特征(这里指地物反射辐射光谱)而言,不外乎两大类型:吸收谱带(或反射谷)和光谱曲线的斜率变化(含波形变化)。针对这两类光谱特征的形态、结构,分别采取不同的度量方式。目前,对吸收谱带的分析度量方法是外壳系数法,它通过把光谱曲线归一化后去测量吸收谱带的波长位置(position)、吸收深度(depth)、吸收宽度(FWHM)和对称性(sym⁃metry)(Lyon et al.,1985;,,1993)。这种外壳系数法可以由外壳凸形曲线与光谱之比来表示,也可以由外壳值去减相应波长上的光谱反射率值来求得。由于吸收峰的非对称性,采用RBD方法难以准确描述其特征。连续插值小组段算法(CIBR,Continuun interpolated band algorithm)(De Jong,1998)和光谱吸收指数图像(SAI,spectral absorption index image)(王晋年等,1996)与相对吸收深度图方法类似,但引入了对称度因子,使其对吸收特征的描述更为合理。除了这些测量参数外,对植被光谱有多种度量参量,如植被、绿度指数等等。对于光谱曲线斜率变化的特征,表征和提取的方法有基于地物光谱的总体波形特征度量,如傅里叶变换的波形分析方法是利用有限级次的谐波振幅和初位相度量地物波谱特征;基于切比雪夫多项函数的波形分析是利用多项式函数对地物光谱曲线进行拟合,提取有限项的系数来表示或组合特征,或用其比值来表示地物光谱波形特征的参量;基于波形相似性(总体或分段)分析的光谱角度量;还有光谱曲线特征的微分度量、积分度量及二值度量等等。当然,对吸收谱带及斜率特征度量还可以用统计特征量去表征度量,如均值、方差、协方差矩阵、特征值、特征向量、特征因子及组内离差等。

(2)光谱匹配识别模型不同于多光谱的模式识别,它是根据光谱特征度量参数来进行匹配识别的,是成像光谱数据处理分析的特色之一。这种特色模型在处理过程中往往是采用可视化的交互式的图像与光谱、光谱与标准光谱形式进行的。目前,光谱匹配识别模型有:编码匹配识别法(均值编码匹配法,坡向编码匹配法,比值编码匹配法L吸收峰编码匹配法、波形匹配法和光谱角匹配法等等。在这些匹配识别模型中,编码匹配基本上都是按二值(0和1)进行编码、匹配与识别的;吸收特征编码匹配是根据外壳系数法归一化后,对每个特征的吸收深度与波长位置进行编码;波形匹配包括相似度、傅里叶变换参量,切比雪夫等方法。近几年发展起来的小波变换分析在成像光谱数据分析处理中应用相当多,尤其是对原始信号按不同小波尺度,分解成不同的小波进行波形分析,突出低频弱信息,有利于信息增强,比如用小波变换进行图形图像插值、融合及混合像元分解等。

成像光谱数据的定量分析及识别模型

定量化分析及识别模型化是当今遥感技术的发展方向之一,应用于成像光谱数据处理。定量化分析与识别模型,除了不断完善和改进已有基于统计分析的定量化及识别模型(如:改进的主成分分析、最佳波段组合、改模型最大似然法、基于决策边界特征矩阵的变换和正交子空间投影),其他学科的新思想、新方法也在不断地引人遥感数据分析和理解之中,如人工智能的专家系统,模糊逻辑映射,证据推理、神经网络、分形和分维等。

人工智能专家系统技术是目前比较流行的信息处理技术,尤其对比较复杂问题的解决有独到之处,Gotting和Lyon在1986年就已建立的光谱信息专家识别系统用于分析实验室和野外光谱,它是结合已有的地物光谱特征知识,由专家确定判别规则决策树(Decision Tree)以达到识别地物或地物类别目的。决策树这一基于知识的判别准则层次是建立专家系统成败的关键。通过这个系统进行编码匹配,他们成功地从大量的实验室光谱中识别出11种矿物。1993年,美国地球空间研究中心(CSES)和美国环境科学研究所的和研制了基于知识的成像光谱地质制图专家系统。选定各种特征在识别过程中的作用并赋予相应的权值,或根据专家对判别知识和经验建立判别准则进行识别。

目前,神经网络模型在遥感地物分析和识别方面备受青睐,有着广泛的应用(Golen Giser,1996;Giles, al.,1995;郭小方,1998;王润生等,2000)。由于神经网络分类规则对训练样本的数量及分布特征没有特定要求,因而可以在特征空间形成非线性判别边界,并且还有一定的抗噪声、抗干扰和自适应能力,适用于大数据量的分类研究,最为常用的分类准则是后向传播(BP)网络模型。

目前,从成像光谱遥感数据分析与识别的各种新理论、新方法的引入来看,大多数模型的研究和应用还是一种尝试,在如何将模型与成像光谱数据相结合的研究方面,分析不够深入。

混合像元分解模型

由于空间分辨率不高的原因,在图像像元内会出现不同成分(end member)的地物,即混合像元。不同的地物具有不同光谱特征,因此需要通过混合光谱分解技术来提高识别精度。混合像元问题是遥感技术的研究难点和热点。由于成像光谱技术的光谱分辨率已从微米(μm)提高到纳米级(nm),因此,其混合像元分析、分解及其模型研究就显得更为重要。

目前,开展高光谱遥感混合像元研究的方法技术,首先从实验着手,进行地物混合光谱的测试、分析、数字模拟、分解模型开发研究,然后将其外推到遥感图像上,进行典型地物混合像元分析,主要包括空-地同步观测获取典型地物(或可通过人工布标)数据,经模型分析后,对混合像元的地物进行分解,或混合光谱模拟合成。在实验室里,通过对不同矿物光谱混合含量测试发现,不透明矿物或暗色矿物,其光谱按比例混合到其他矿物中,混合的反射率急剧下降,而不是逐渐下降,说明其混合光谱与其混合的端员矿物光谱是非线性关系(磁铁矿和橄榄石)。当两种矿物的色调相近时,实验测试的混合光谱与线性模型合成的混合光谱都呈线性逐渐变化,说明混合光谱可以按线性模型分解端员矿物光谱,如橄榄石和紫苏辉石,且吸收谱带的波长位置也是逐渐从一个波长位置逐渐过渡到另一波长位置。不仅如此,还发现在可见光、近红外这一波长上,低成分端员混合时呈线性趋势,当成分增加时,线性关系剧烈变成非线性关系。在这三种情况中,第一种非线性关系是由于组合混合光谱的端员成分之间互相作用、互相影响后光谱被光谱仪检测到;第二种线性关系是由于各端员成分之间无互相影响作用,各自独立地反射电磁波能量贡献于混合光谱;第三种情况是两种关系都存在,二者之间存在临界条件(边界条件)。目前,有关此方面的研究极少。根据这些分析,混合像元分解模型大体分为线性模型和非线性模型。在遥感混合像元中,绝大多数反射率相似的地物,可以用线性模型来分解端员成分,如:土壤与植被、不同含水量的耕地、岩石露头与草地、荒地等等。在一幅图像中,事先知道有N种端员(地物种类),并且也知道各种端员的光谱反射率,那么就可以用线性模型:

成像光谱岩矿识别方法技术研究和影响因素分析

这里DNc是波段C上混合像元的DN值或反射率;Fi是第i种端员在混合像元中所占比例(或权系数);DNi,c是C波段上第i种端员的DN值(或反射率);Ec是C波段上拟合误差。对每个像元都按照最小二乘法解方程,进行分解。在图像中,端员的DN值(或反射率值)要么可以从训练区取值,要么在地面实测。端员成分的确定过程实质上是一个迭代过程,迭代结果使M个波段上总误差ε最小(且N≤M)。

成像光谱岩矿识别方法技术研究和影响因素分析

求得版中各种端员成分之后,就可以定量或半定量地对端员丰度制作丰度等专题图件。

用非线性模型开展混合像元分解不多见,但已有这方面的研究,如模糊分割模型(Jin Ⅱkim,1996),概率鹏模型,几何光学模型(Charles Ichoku,1996)及基于神经网络模型的混合像元分解(王喜鹏,张养贞等,1998)等等。

目前开发的模型有:

——光谱吸收指数模型SAI(王晋年,童庆禧等,1996):

SAI=∑fiSAIi,∑fi=1,fi>0 (2-3-4)

——高斯模型法MGM:该模型是基于矿物和岩石的反射、吸收光谱性质模拟反射光谱的各种模拟方法。它是一种确定性的而不是统计性的方法。高斯改进模型MGM 是近几年在分析反射光谱的基础上发展起来的分析技术(Cloutis,1989,Veverka, al.,2000)。

m(x)=S*exp(-(xn-μn)2/2σ2), (2-3-5)

通常取n=-1。

光谱识别与分类技术(Spectral Classification):主要是利用地物高光谱特征的量化参数,结合其在图像空间上分布进行提取有利的信息,达到分类的目的。主要的分类方法有:

——最大似然法MLC:

g(x)=-ln|∑i|+(x-mi)t∑i-1(x-mi),(2-3-6)

——人工神经网络技术ANN:一般采用前馈网络模型,即第一隐层的节点输入等于输入层诸节点输出的加权和。迭代的次数以系统的平均误差为最小时为准。

成像光谱岩矿识别方法技术研究和影响因素分析

——光谱角制图法SAM(Spectral Angle Mapper):该方法是通过计算测试样本光谱矢量(像元光谱)与参考光谱矢量(训练的端员样品光谱,或标准光谱库的光谱),在n维空间(n波段)上的角度来确定它们两者的相似度。一般两矢量之间的角度越小,两光谱向量越相似,进而可识别两种地物为同类,否则视为异类。数学模型是:

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这里i=1,2,3,……,n,n为波段数。

——光谱维特征提取法(Spectral Dimension Feature Extraction):在高光谱遥感分类中,使用该方法对多波段、高相关、数据冗余度高的数据进行降维处理。相关的有统计方法,如主成分、典型变量及改进的PCA法等。

——光学模型(Optical Modeling):除了前述的数据分析及模型外,植被因其特有反射性质,还有独特分析模型(光学模型)。该模型主要利用高光谱遥感数据预测或估计植被的多种生物物理、化学参量,如叶面指数LAI、总生物量、覆盖度等;叶绿素、水分、N、P、K含量等。该模型也属于经验性的统计模型方法。一般性通用模型为:

S=f(λ;θs,Φs;θv,Φv;С), (2-3-9)

这里S为预测的生物物理、化学参数;λ是波长;θs,Φs,θv,Φv是入射光和传感器探测几何位置参数,C是描述植被冠层为特性参数。依靠法的模型有叶子光学性质光谱模型PROSPECT,叶子的任意斜散射模型SAIL,即生化参量反演的LIBERTY模型等。

高光谱在植被应用中除了生物、化学参量的反演分析外,还注重利用植被光谱特性谱线的蓝边、反射峰、黄边、红光吸收谷、红边、近红外反射高原区等变化及数据的归一化、对数、微分等变换,来监测植被的长势及病虫害,进行森林识别、分类、制图(Clark,.,.,1984)。

光谱数据应用处理分析软件

通过开展岩矿高光谱特性测试分析和成像光谱方法技术及应用分析研究,已发展并开发了如下数据处与分析软件:

光谱数据库及分析软件(400~2500φ)

国外:美国地质调查所USGS和JPL的标准矿物光谱库(含机载光谱)及光谱分析管理软件SPAM,IRIS,日本地调所的岩石矿物光谱库等(;;Kruse F A et )。

国内:中国科学院安徽光学研究所、中国科学院遥感应用研究所、原地质矿产部航空物探遥感中心等科研单位都已建自己的光谱库(王润生等,2000)。

图像处理分析软件

目前国内外常用的光谱图像处理分析软件有:Erdas、PCI、ENVI等。其中PCI和ENVI都有高光谱分析处理功能(ENVI User’s Guide.,2000)。此外,还有像Tetricorder(Clark,.,,,2003)。国内通过高光谱遥感方法技术及示范应用研究,中国科学院遥感应用研究所、国土资源部航空物探遥感中心相继建立了成像光谱数据分析处理系统,如:HIPAS,ISDPS等。

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