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基于悬挂变量的显式无条件稳定时域有限差分亚网格算法

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物理学报 2024年第8期73卷 72-82页

作者：何欣波魏兵西安电子科技大学物理学院西安710071

时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法由于稳定性条件的限制,在处理含精细结构的电磁问题时效率不高.显式无条件稳定(explicit unconditionally stable,EUS)FDTD方法通过滤除系统矩阵的不稳定模式,能够消除稳定性条件... 详细信息

时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法由于稳定性条件的限制,在处理含精细结构的电磁问题时效率不高.显式无条件稳定(explicit unconditionally stable,EUS)FDTD方法通过滤除系统矩阵的不稳定模式,能够消除稳定性条件的限制,提高精细结构的仿真效率.然而,EUS-FDTD方法需要求解数值系统矩阵的特征值,在采用亚网格方案对含精细结构目标离散时需要保证数值系统矩阵的对称性.现有的EUS-FDTD亚网格方法存在着构造复杂、精度不足等问题.针对以上问题,本文将悬挂变量亚网格(hanging variables subgridding,HVS)算法应用于EUS-FDTD算法中,从系统矩阵的对称性出发证明了悬挂变量亚网格算法的稳定性,给出了高精度、稳定、容易实施的HVS-EUS-FDTD方案.通过线磁流在自由空间的辐射、多个介质目标以及三维含介质腔体的数值算例证明了所提方法的稳定性、高精度以及高效性.数值实验表明,HVS-EUS-FDTD算法的计算效率相比于均匀细网格FDTD算法可提升数百倍,相比于HVS-FDTD算法最高可提升Ratio(粗细网格尺寸比)倍.

关键词：时域有限差分显式无条件稳定悬挂变量精细结构

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基于卷积神经网络的毛发显微图像分类

激光杂志 2019年第5期40卷 66-72页

作者：姜晓佳杨孟京全永志何欣龙何亚中国人民公安大学北京102623

显微照相在现场毛发物证提取与采集中被广泛应用,而基于显微形态图像处理分析的毛发识别有助于进一步提高毛发检验鉴定的自动化程度。为实现毛发的无损检验,首先利用光学显微镜进行不同来源、不同条件的毛发形态显微图像的采集,使用Mat... 详细信息

显微照相在现场毛发物证提取与采集中被广泛应用,而基于显微形态图像处理分析的毛发识别有助于进一步提高毛发检验鉴定的自动化程度。为实现毛发的无损检验,首先利用光学显微镜进行不同来源、不同条件的毛发形态显微图像的采集,使用Matlab软件预处理400倍显微镜下拍摄的样本图像数据;尝试多种卷积神经网络的结构和参数组合对毛发显微图像进行特征提取与训练学习,加入中心损失函数提升识别率及泛化能力来优化网络,将显微图像输入网络即可实现毛发的快速识别。本文对人类毛发、假发等四类共20 000张显微图像进行分类训练及测试实验。结果表明,在学习率为0. 000 7,训练迭代次数为30 000次时,识别率达98. 97%,泛化精度达98. 80%。该方法可实现毛发显微图像的高效、准确、自动分类识别,可提高毛发鉴定效率。

关键词：卷积神经网络毛发图像显微图像图像处理图像分类

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舰船甲板油漆红外指纹图谱的无损鉴别

兵器材料科学与工程 2019年第6期42卷 97-101页

作者：何欣龙王继芬韩育林梁震龙张玉龙中国人民公安大学刑事科学技术学院北京102600 中国人民公安大学治安学院北京102600

为实现舰船甲板油漆的快速无损检测和精确识别与分类,利用光谱检测和数据分析,采集并获取酚醛漆型等5类共计50个不同品牌、不同生产厂家的舰船甲板油漆样本的红外指纹原始图谱、一阶导数图谱和二阶导数图谱,选择自动基线校正、峰面积归... 详细信息

为实现舰船甲板油漆的快速无损检测和精确识别与分类,利用光谱检测和数据分析,采集并获取酚醛漆型等5类共计50个不同品牌、不同生产厂家的舰船甲板油漆样本的红外指纹原始图谱、一阶导数图谱和二阶导数图谱,选择自动基线校正、峰面积归一化、多元散射校正和Savitzky-Golay 7点平滑图谱,建立基于Bayes判别、K近邻、径向基函数神经网络和多层感知器4种判别模型。结果表明:用二阶导数红外指纹图谱结合Bayes-KNN-RBF-MLP法能为舰船甲板油漆品牌的准确检测提供新的快速无损分析手段,且模型检测精度高,方法具有普适性和一定的借鉴意义。

关键词：舰船甲板油漆二阶导数红外指纹图谱模式识别鉴别

K近邻算法结合红外光谱对轮胎橡胶颗粒的鉴别研究

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化学通报 2019年第1期82卷 87-91页

作者：桑国通廖晓曦何欣龙王继芬中国人民公安大学刑事科学技术学院北京102600 中国人民公安大学国际警务执法学院北京102600

在法庭科学领域,轮胎橡胶颗粒的检验鉴别对交通肇事和一些诉讼案件的侦破尤为重要,针对传统取样分析技术会破坏物证的问题和综合考察样本在多变量多维度上的差异性,提出基于红外光谱法结合K近邻算法无损识别轮胎橡胶的鉴别方法。采集不... 详细信息

在法庭科学领域,轮胎橡胶颗粒的检验鉴别对交通肇事和一些诉讼案件的侦破尤为重要,针对传统取样分析技术会破坏物证的问题和综合考察样本在多变量多维度上的差异性,提出基于红外光谱法结合K近邻算法无损识别轮胎橡胶的鉴别方法。采集不同品牌的样本,对其光谱进行自动基线校正和归一化操作,采用Savitsky-Golay算法平滑去噪,通过降维实现对840个原始特征到5个识别特征的高效筛选,运用训练样本为测试样本的方法进行交互验证,选取K值为1,"特征3"为主要自变量,"特征4"、"特征5"、"特征2"和"特征1"为协变量作为分类参数,按重要性加权特征进行计算样本之间的距离,建立分类模型,模型总分类准确率达83. 56%,区分效果良好,结合样本红外谱图展开进一步分析,最终成功将73类样本分为了10类。结果表明,利用红外光谱检测和K近邻算法可实现对轮胎橡胶颗粒的识别与分类,普适性和高效性较强,具有一定的借鉴和参考意义。

关键词：红外光谱轮胎橡胶 K近邻算法种类鉴别

基于多变量-系统聚类分析法区分蓝色圆珠笔色痕

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化学研究与应用 2017年第1期29卷 37-43页

作者：牛凡黄建同何欣龙陆天何森中国人民公安大学刑事科学技术学院北京100038 中国运载火箭技术研究院北京100076 北京安飞达技术开发有限责任公司北京100142

综合应用不同的检验方法对110支不同产地、品牌的蓝色圆珠笔油墨进行检验及种类鉴定。采用气相色谱-质谱法和薄层色谱法分别研究了圆珠笔油墨中的溶剂组成和染料组成。通过数据预处理,分别建立了不同样品气相色谱法和薄层色谱法的共有谱... 详细信息

综合应用不同的检验方法对110支不同产地、品牌的蓝色圆珠笔油墨进行检验及种类鉴定。采用气相色谱-质谱法和薄层色谱法分别研究了圆珠笔油墨中的溶剂组成和染料组成。通过数据预处理,分别建立了不同样品气相色谱法和薄层色谱法的共有谱图,采用二值法对特征数据进行提取,将定性信息数量化,将欧氏距离的平方作为样品之间差异的量度进行系统聚类分析,并将分类结果用于判别分析,建立相应的判别式函数。结果表明,基于多变量的系统聚类结果由于同时考察油墨的溶剂和染料在组成上的差异,将110支不同品牌、产地的蓝色圆珠笔分为了29类,可以达到品牌之间的区分和认定,较依据单一检验手段得到的分类结果更为精确、系统。尝试结合判别式函数对未知色痕进行分类,由于样本量较少,因此交叉验证得到的分类正确率仅为47.7%,但通过本实验将化学计量学中的相关算法引入到油墨种类的鉴别中,为添改文件、文件形成时间的检验提供了更加准确的结果,为建立油墨样本库提供了数据支持。

关键词：气相色谱-质谱薄层色谱蓝色圆珠笔聚类分析判别分析种类鉴别

基于拉曼光谱和多元统计学研究蓝色中性笔油墨

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光散射学报 2017年第3期29卷 234-238页

作者：牛凡黄建同张云何欣龙王艳芳中国人民公安大学刑事科学技术学院北京100038 北京市刑事科学技术研究所北京100054 科迈恩(北京)科技有限公司北京100085

拉曼光谱作为一种无损检验的技术手段,近年来广泛用于文件检验领域中的书写材料种类检验。本实验采集了市面上收集到的28支蓝色中性笔油墨的拉曼光谱图,结合化学计量学中的相似度分析法和主成分分析法对谱图进行了分析,两种分析方法得... 详细信息

拉曼光谱作为一种无损检验的技术手段,近年来广泛用于文件检验领域中的书写材料种类检验。本实验采集了市面上收集到的28支蓝色中性笔油墨的拉曼光谱图,结合化学计量学中的相似度分析法和主成分分析法对谱图进行了分析,两种分析方法得到的分类结果基本一致,采用两种方法可以将28支蓝色中性笔油墨分为五类。实验结果表明,将拉曼光谱法得到的数据结合化学计量学分析方法进行数据分析,比直接比较谱图得到的分类结果更加客观、准确。

关键词：拉曼光谱蓝色中性笔主成分分析相似度分析种类鉴定

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鞋底材料的中红外光谱可视化快速鉴别

中国塑料 2019年第8期33卷 101-105页

作者：王继芬高春芳徐佰祺董泽何欣龙中国人民公安大学刑事科学技术学院北京102600 战略支援部队信息工程大学数据与目标工程学院郑州450000 中国人民公安大学治安学院北京102600

借助中红外分析技术和化学计量分析,建立常见鞋底材料种类鉴别的分类模型,为鞋底种类鉴别提供有效的新方法。基于鞋底红外光谱矩阵数据,建立了层次聚类模型和K近邻模型。结果表明,K近邻模型中,43个样本分为7类,这与层次聚类模型中,组间... 详细信息

借助中红外分析技术和化学计量分析,建立常见鞋底材料种类鉴别的分类模型,为鞋底种类鉴别提供有效的新方法。基于鞋底红外光谱矩阵数据,建立了层次聚类模型和K近邻模型。结果表明,K近邻模型中,43个样本分为7类,这与层次聚类模型中,组间平均距离为8时样本的分类结果一致;K近邻下,分类样本呈5个聚集区域,其中H、G、K 3类样本分布情况明显,相比较A类,E类分布较为集中,聚敛程度较大,L类分在E类,M类分在A类;模型总分类准确率达95.35%,分类结果理想;选取各类中的一个样本,对其开展谱图解析,得到样本主要成分有顺丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、异戊橡胶、聚氯乙烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物;中红外光谱技术结合化学计量分析可作为鞋底材料种类鉴别的一种无损、快速、准确的分析方法。

关键词：鞋底材料中红外分析层次聚类 K近邻鉴别

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车用保险杠的中红外光谱定性与定量快速检测

工程塑料应用 2019年第5期47卷 122-126页

作者：何欣龙马云王继芬李卓容刘林庞松颖何亚中国人民公安大学刑事科学技术学院北京100038 宁夏固原市彭阳县公安局宁夏固原756500 深圳海关缉私局广东深圳518026

车用保险杠的检测与认定是法庭科学检验研究中一项重要的工作,基于快速、无损和准确检验的目的,借助中红外光谱分析技术结合模式识别来构建鉴别模型,实现对车用保险杠样本车型品牌之间的鉴别。实验收集并获取了奥迪等车型品牌的共计 53... 详细信息

车用保险杠的检测与认定是法庭科学检验研究中一项重要的工作,基于快速、无损和准确检验的目的,借助中红外光谱分析技术结合模式识别来构建鉴别模型,实现对车用保险杠样本车型品牌之间的鉴别。实验收集并获取了奥迪等车型品牌的共计 53 个车用保险杠样本的红外光谱图,同时预处理采用自动基线校正、峰面积归一化和 Savitzky-Golay 平滑,建立判别分析模型,从而实现其品牌间的准确区分和认定。结果表明,实验样本主要为聚丙烯(PP)、PP/滑石粉、PP/滑石粉/碳酸根三种类型,峰位置判别预测模型对三类样本均实现了准确分类,准确率达100%,其中 PP型样本均为东风车型品牌, PP/滑石粉/碳酸钙型样本均为别克车型品牌, PP/滑石粉型样本有奥迪、长安和福特等共计 10 个车型品牌。针对 PP/滑石粉型样本,以品牌为单位,构建判别预测模型,模型对各样本总体分类准确率为 83.78%,其中误判的 5 类车型品牌保险杠样本进一步采用峰高和峰面积判别预测模型实现了 100%的准确区分。利用中红外光谱定性与定量分析结合模式识别可实现对不同车型保险杠样本准确的识别与分类,该方法快速、无损、准确,具有一定的普适性和借鉴意义。

关键词：车用保险杠中红外光谱定性分析定量分析鉴别

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基于红外光谱多元分析的记号笔种类鉴别研究

化学研究与应用 2019年第1期31卷 38-44页

作者：何亚王继芬何欣龙钟世豪李超彭山珊中国人民公安大学刑事科学技术学院北京100038

借助衰减全反射红外光谱结合K近邻算法和层次聚类,建立记号笔墨水种类鉴别的分类模型,为记号笔的种类鉴别提供有效的新方法。研究基于记号笔墨水的外光谱矩阵数据,通过建立主成分和判别分析分析模型和K近邻算法分类模型,实现对模型性能... 详细信息

借助衰减全反射红外光谱结合K近邻算法和层次聚类,建立记号笔墨水种类鉴别的分类模型,为记号笔的种类鉴别提供有效的新方法。研究基于记号笔墨水的外光谱矩阵数据,通过建立主成分和判别分析分析模型和K近邻算法分类模型,实现对模型性能的比较和对模型分类结果的验证。实验结果表明,以水性和油性作为分类标准,模型对样本的区分能力好,其正确率为100%。借助红外谱图进一步分析水性油性样本时,其最强峰与其对应溶剂相符合。借助K近邻算法进行验证性分析,按重要性加权特征给不同的样本施加不同的权重,运用训练样本即为测试样本的方法交互验证,选取K值为1,训练集∶保持集=3∶1,建立分类模型,模型总分类准确率达100%,区分效果良好,不同品牌的油性、水性样本能被聚类为一组。综上,衰减全反射红外光谱结合K近邻算法和层次聚类可作为记号笔墨水种类鉴别的一种快速准确的分析方法。

关键词：记号笔墨水成分衰减全反射红外光谱 K近邻算法