检索结果-南通市图书馆

基于MC模型和Nelder-Mead单纯形算法的时域组织光谱学

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中国激光 2024年第3期51卷 138-147页

作者：张童刘东远高峰天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数... 详细信息

生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此,本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法,该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号,以循环迭代方式设置不同的基向量,经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值,从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明:在组织光学参数反演方面,所提算法的精度优于传统算法,而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性,为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。

关键词：医用光学吸收系数约化散射系数蒙特卡罗模拟单纯形算法时域测量

基于体散射函数及吸收系数的南海水体漫射衰减系数研究

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热带海洋学报 2023年第3期42卷 86-95页

作者：张现清李彩周雯刘聪许占堂曹文熙杨跃忠热带海洋环境重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 广东广州510300 中国科学院大学北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室广东广州511458

漫射衰减系数K_(d)(z,λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数,它是一个准固有光学特性参数,是波长λ和剖面深度z的函数,除与水体吸收、散射或后向散射有关外,对归一化的水体体散射函... 详细信息

漫射衰减系数K_(d)(z,λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数,它是一个准固有光学特性参数,是波长λ和剖面深度z的函数,除与水体吸收、散射或后向散射有关外,对归一化的水体体散射函数即散射相函数的角度分布极为敏感。本文基于广角体散射函数测量仪(volume scattering and attenuation meter,VSAM)、吸收衰减系数测量仪ac-9和ac-s以及海洋光学剖面仪ProfilerⅡOCI/R-200I和Hyper ProⅡ在南海海域实测数据,利用Light GBM、随机森林(random forest,RF)、Cat Boost三种高效机器学习方法,首次构建了基于体散射函数β(ψ)、吸收系数a及对应剖面深度z的漫射衰减系数K_(d)(650)剖面分布估算模型,并综合R^(2)、RMSE、MAPE以及估算与实测数据的对比进行模型评价,结果表明,三种机器学习模型中,Cat Boost模型的R2和RMSE分别为0.8534和0.0472m^(-1),均优于RF和Light GBM;Cat Boost模型的MAPE为11.0585%,低于RF模型但略高于Light GBM模型;通过对比估算和实测结果发现,Cat Boost模型估算结果与实测结果最为相近,是K_(d)(650)最优估算模型。利用Cat Boost模型,结合实测体散射函数β(ψ)、吸收系数a及其相应剖面深度z,对南海北部多个站点15m以浅K_(d)(650)的剖面分布估算表明,上述站点K_(d)(650)在5、10、15m三个水层变化范围为0.275~0.7m^(-1),5m水层的K_(d)(650)较为平稳,10与15m水层K_(d)(650)跨度较大。本研究方法考虑了多角度体散射函数分布对漫射衰减系数的贡献,为基于固有光学特性参数估算K_(d)(z,λ)提供了新方法思路。

关键词：漫射衰减系数K_(d)(650) 体散射函数吸收系数机器学习

1998年—2020年渤海、黄海和东海月平均典型浮游植物色素浓度遥感数据集

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遥感学报 2024年第4期28卷 1101-1111页

作者：孙德勇李正浩王胜强环宇张海龙齐琳刘建强何宜军南京信息工程大学海洋科学学院南京210044 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室北京100081 美国南佛罗里达大学海洋科学学院圣彼德斯堡FL33701 国家卫星海洋应用中心北京100081

海洋浮游植物群落结构信息对了解和研究碳循环和气候变化至关重要。浮游植物中含有的多种色素能够用于描述浮游植物群落结构特征和生理状态,因此浮游植物色素浓度的检测具有重要意义。本研究基于2016年—2018年渤海、黄海和东海7次航次... 详细信息

海洋浮游植物群落结构信息对了解和研究碳循环和气候变化至关重要。浮游植物中含有的多种色素能够用于描述浮游植物群落结构特征和生理状态,因此浮游植物色素浓度的检测具有重要意义。本研究基于2016年—2018年渤海、黄海和东海7次航次调查实验中采集的实测数据(包括浮游植物吸收系数、16种典型色素浓度和遥感反射率),利用高斯分解法开发了一种基于浮游植物吸收的色素浓度遥感模型,并使用原位观测数据集进行评估,得到的结果的误差可接受(例如,大部分色素模型的平均绝对百分比误差MAPE<60%)。卫星匹配验证也表明反演结果与实测数据的一致性(大部分色素模型的MAPE范围40%—60%)。将本文开发的模型应用于SeaWiFS和MODIS-Aqua遥感反射率月平均产品(1998年—2020年),获得了渤海、黄海和东海区域16种色素浓度23年的时空变化数据记录。浮游植物色素浓度遥感数据集可以从https://***/10.17632/bhcznf2m7v.1下载获得。本研究从遥感反射率卫星数据中得到复杂浑浊沿海水域中的浮游植物色素浓度,可为渤海、黄海和东海精细化的海洋浮游植物群落结构研究提供数据支撑。

关键词：浮游植物色素吸收系数沿海水域 SeaWiFS MODIS 遥感数据集

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高透光率液体吸收系数测量

广东海洋大学学报 2022年第4期42卷 155-160页

作者：叶荣春熊正烨郭竞渊陈清香广东海洋大学电子与信息工程学院广东湛江524088 广东海洋大学海洋与气象学院广东湛江524088

【目的】研究光在高透光率液体中的传输和吸收,设计一个高透光率液体吸收系数的测量装置。【方法】在分析双光束分光光度计测量纯水吸收系数产生误差原因的基础上,依据朗伯定律,设计一种通过测量平行光束经不同厚度待测液体后的透射光照... 详细信息

【目的】研究光在高透光率液体中的传输和吸收,设计一个高透光率液体吸收系数的测量装置。【方法】在分析双光束分光光度计测量纯水吸收系数产生误差原因的基础上,依据朗伯定律,设计一种通过测量平行光束经不同厚度待测液体后的透射光照度,从而计算出液体的光吸收系数的装置。用该装置测量纯水的光吸收系数,并将本研究结果与文献报道的积分腔法测量结果进行比较。【结果与结论】用双光束分光光度计测量高透光率液体的光吸收系数时,会受到样品池与液体界面的反射影响而产生较大的误差;用新设计装置测量待测液体的光吸收系数,可消除界面反射影响,得到较准确的结果;该装置测量纯水所得结果与文献报道的积分腔法测量结果基本一致,比国标法测量结果更准确。

关键词：光谱分析吸光度吸收系数透光率朗伯定律

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太湖水体浮游藻类吸收系数及影响因素分析

光谱学与光谱分析 2010年第8期30卷 2223-2227页

作者：施坤李云梅杨煜王彦飞金鑫张红尹斌南京师范大学教育部虚拟地理环境重点实验室江苏南京210046

探讨研究了太湖水体浮游藻类的吸收系数的空间变化特征及其影响因素,2009年4月对太湖52个样点进行野外采样,并测量总叶绿素a浓度和浮游藻类的吸收系数。分析了色素包裹效应对比吸收系数的影响,通过计算得到太湖水体不同区域的色素包裹因... 详细信息

探讨研究了太湖水体浮游藻类的吸收系数的空间变化特征及其影响因素,2009年4月对太湖52个样点进行野外采样,并测量总叶绿素a浓度和浮游藻类的吸收系数。分析了色素包裹效应对比吸收系数的影响,通过计算得到太湖水体不同区域的色素包裹因子,并对浮游藻类的吸收系数进行包裹效应的校正;利用浮游藻类在440nm的吸收系数(aph(440))与675nm吸收系数(aph(675))的比值以及标准化比吸收系数谱来衡量太湖水体在不同区域、不同波段处,辅助色素对比吸收系数的影响。结果表明:(1)太湖水体在短波处浮游藻类的比吸收系数变化较大,而在675nm变化相对较小,梅梁湾水体的比吸收系数要低于其他区域的。(2)太湖水体比吸收系数的空间差异受包裹效应影响较为严重,包裹效应对比吸收系数空间变化的影响梅梁湾的水体要大于其他区域的,近岸水体要大于离岸较远的水体。(3)辅助色素对比吸收系数的影响相对较弱,主要集中在短波波段处,梅梁湾等水体辅助色素对浮游藻类的比吸收的影响要小于其他区域的。

关键词：太湖浮游藻类吸收系数比吸收系数包裹效应

纯水吸收系数在近红外波段随温度变化的实验评估

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光学学报 2022年第18期42卷 50-56页

作者：陈粮峰李忠平林供汪永超王俊帏赖文典厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室厦门大学海洋与地球学院福建厦门361005 马萨诸塞州立大学波士顿分校环境学院美国马萨诸塞州波士顿02125

关于温度(T)对纯水吸收系数[a_(w)(λ)]的影响,文献中有许多报道,其中有些报道并不一致。在这项研究中,通过对温度从7℃到51℃变化的高浑浊水体的遥感反射比[R_(rs)(λ)]的测量,分析了R_(rs)光谱在740~850 nm波段的形状变化,特别是R_(rs... 详细信息

关于温度(T)对纯水吸收系数[a_(w)(λ)]的影响,文献中有许多报道,其中有些报道并不一致。在这项研究中,通过对温度从7℃到51℃变化的高浑浊水体的遥感反射比[R_(rs)(λ)]的测量,分析了R_(rs)光谱在740~850 nm波段的形状变化,特别是R_(rs)与最近Rottgers等在实验室测量所揭示的由温度变化引起的a_(w)(λ)光谱形状变化的关系。分析发现R_(rs)光谱在740~850 nm波段的形状扭曲可以很好地由温度变化引起的a_(w)(λ)光谱的形状扭曲来解释。由于在近红外(NIR)波段R_(rs)光谱的形状主要由a_(w)(λ)光谱来决定,因此该结果的一致性提供了对从实验室测量获得的740~850 nm波段a_(w)(λ)数值与温度呈相反依赖性的独立验证。

关键词：大气光学纯水吸收系数温度依赖性近红外

颗粒混悬液光谱吸收系数及散射相函数测量方法研究

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颗粒混悬液光谱吸收系数及散射相函数测量方法研究

作者：王洪洋东北电力大学

学位级别：硕士

颗粒混悬液的辐射特性参数是进行辐射传输方程求解的基础计算参数,获得高精确度的颗粒混悬液辐射特性参数对分析光线在介质中的分布具有重要作用。目前已发展一些基于电磁散射理论如Mie理论、T矩阵等方法求解颗粒的辐射物性参数,电磁散... 详细信息

颗粒混悬液的辐射特性参数是进行辐射传输方程求解的基础计算参数,获得高精确度的颗粒混悬液辐射特性参数对分析光线在介质中的分布具有重要作用。目前已发展一些基于电磁散射理论如Mie理论、T矩阵等方法求解颗粒的辐射物性参数,电磁散射理论求解时,要求颗粒为单一均质球形粒子或多层均质球形粒子,局限性较高。在实际生活和工程应用中,颗粒的外形、结构以及粒径尺寸往往不是质地均匀的球形或类球形,这些因素都将影响颗粒的辐射特性,正是由于颗粒形状及内部结构的复杂性和不确定性,理论研究的方法很难为工程实际问题提供准确数据。在实验测量获得颗粒混悬液辐射特性参数领域,由于颗粒与颗粒之间的散射作用以及比色皿玻璃容器的折射影响,将对颗粒混悬液辐射特性参数实验测量结果造成较大误差。因此实验测量方法需要进一步研究,提高颗粒混悬液辐射特性参数测量的精确度。只有获得高精度的颗粒混悬液辐射特性参数,才能更好地发展颗粒混悬液在多个领域的应用。本研究提出了颗粒混悬液光谱吸收系数及散射相函数测量的改进方法。通过分析影响测量精确度的因素,建立实验测量系统,选择光学常数和粒径分布已知的二氧化硅标准颗粒作为实验样本,通过实验测量获得其散射光实验值,归一化后与Mie理论值进行比较,获得散射光修正系数,用该修正系数修正其他颗粒的散射相函数并与Mie理论值进行对比验证。在400nm-900nm光谱范围内,建立能够消除比色皿玻璃界面多次折射和反射影响的数学计算模型,通过三层介质模型测量光学常数和粒径分布已知的二氧化硅标准颗粒实验样本,将实验测量得到的法向半球透射率等实验数据代入到能够消除散射影响的数学计算模型中进行计算,获得颗粒混悬液的光谱吸收系数,并与传统积分球测量方法以及Mie理论进行对比验证。结果表明,颗粒混悬液散射相函数测量改进方法能够显著提高散射相函数的测量精确度,并与Mie理论值高度吻合;当粒子尺寸参数大于10时,散射相函数修正系数可看作是一个常数;使用直径为2.53μm的标准二氧化硅粒子作为参考系统可用于校正任何未知粒子(尺寸参数>10)的散射相函数,将与待测颗粒尺寸相同或相近的颗粒作为参考系统可以提供更可靠的结果。颗粒混悬液光谱吸收系数测量改进方法测量获得的光谱吸收系数与Mie理论值吻合度较高,相比于传统积分球测量方法所获得的光谱吸收系数精确度提升明显,同时该方法适用于不同种类、不同浓度及粒径的颗粒混悬液光谱吸收系数的测量。本文对研究颗粒混悬液辐射特性具有重要的实际工程意义。

关键词：吸收系数散射相函数辐射特性 Mie理论颗粒混悬液

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呼吸性粉尘吸收系数的光声光谱探测

光谱学与光谱分析 2019年第7期39卷 1993-1998页

作者：靳华伟谢品华胡仁志刘文清李治艳陈浩黄崇崇中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

针对呼吸性粉尘浓度连续、可靠、低成本的实时检测需求,实现了光谱应用技术创新,提出了一种基于光声光谱的呼吸性粉尘探测系统,低功率二极管激光器光谱中心波长为403.56nm及相应的NO2有效吸收截面为5.9485×10^-19cm^2·mole^-1;通过频... 详细信息

针对呼吸性粉尘浓度连续、可靠、低成本的实时检测需求,实现了光谱应用技术创新,提出了一种基于光声光谱的呼吸性粉尘探测系统,低功率二极管激光器光谱中心波长为403.56nm及相应的NO2有效吸收截面为5.9485×10^-19cm^2·mole^-1;通过频率扫描拟合得到了1.35kHz的谐振频率。开展了光声池结构的影响分析,得到了光声池长度参数对本底噪声影响较小但对激光信号影响较大、内径参数对本底噪声存在一定影响但对本底噪声影响较小的结论。在考虑品质因数、加工条件、使用场合和待测对象属性等影响情况下,选用120mm的长度参数和8mm的内径参数;基于长度为60mm、内径为25mm的缓冲腔结构,开展了缓冲隔板对系统稳定性的影响分析,通过在缓冲腔中设置缓冲隔板,降低了本底噪声、稳定了系统,其幅值及波动由(2.83±0.11)μv稳定为(1.26±0.03)μv。分析得到了NO2的比吸收系数为195.28Mm^-1·(mg·m^-3)^-1,利用NO2气体在405nm处的吸收对系统进行了标定,得到了拟合斜率为0.04368μv/Mm^-1、相关系数为0.998、池常数为300.24Pa·cm·W^-1的结论。同时在1min平均时间下,得到了系统探测浓度下限及吸收系数为2.30μg·m^-3和0.448Mm^-1。基于标准微球的聚苯乙烯作为气溶胶发生器对象开展了呼吸性粉尘的吸收系数影响分析,进行了5μm以下不同数浓度颗粒及同一数浓度下不同粒径颗粒吸收系数的测试,结果表明:呼吸性粉尘的吸收系数和数浓度成正比,线性拟合后的斜率为10.598±0.64196,相关系数为0.993;吸收系数曲线的方差在3~4Mm^-1间,不同粒径的颗粒对吸收系数存在着一定的影响;随着粒径增加,吸收系数随之增加。开展了环境大气中NO2的测量,选用0.2μm的过滤膜滤除粉尘的干扰,实验结果表明大气NO2浓度为16.4~61.6μg·m^-3,平均浓度为41.1μg·m^-3。为了证实测量系统的准确性,与课题组自行研发的长光程差分吸收光谱系统(LP-DOAS)进行了对比测试,测试结果显示了本光声光谱系统和LP-DOAS系统测量NO2浓度的相关性较好,线性拟合后的斜率为1.01178±0.04013,相关系数为0.94781。开展了环境大气中呼吸性粉尘的测量,选用5μm过滤片过滤环境大气,通过“NO2+5μm粉尘”和“NO2+0.2μm粉尘”两路测量对象的差分测量,得到了呼吸性粉尘的变化趋势,可以满足自然悬浮状态下的呼吸性粉尘吸收系数实时测量。

关键词：光声光谱呼吸性粉尘吸收系数长光程差分吸收光谱

遥感反射比的现场测量方法研究及其在温度与纯水近红外吸收系数关系上的应用

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遥感反射比的现场测量方法研究及其在温度与纯水近红外吸收系数关...

作者：陈粮峰厦门大学

学位级别：硕士

遥感反射比(Rrs)是水色学中的核心光学参数,也是海洋遥感中的一个基础物理量,在海洋遥感研究中具有广泛的应用,这极大地帮助我们提高了对全球变化背景下海洋光场及生物地球化学过程的认识。在使用Rrs进行各种推演与反演中,纯水吸收系数(... 详细信息

遥感反射比(Rrs)是水色学中的核心光学参数,也是海洋遥感中的一个基础物理量,在海洋遥感研究中具有广泛的应用,这极大地帮助我们提高了对全球变化背景下海洋光场及生物地球化学过程的认识。在使用Rrs进行各种推演与反演中,纯水吸收系数(aw)通常是作为常数输入的,但是aw在近红外受温度(T)的影响较大。准确了解aw随温度的变化对于校准原位吸收传感器至关重要。在这项研究中,通过在严格控制条件下采用最便捷常用的水面之上法(Above-water approach,AWA)测量了温度在7至51℃之间变化的高浑浊水体的Rrs,并使用Rrs光谱在不同波长组合的相对差异(RDRrs)量化Rrs光谱在740-850 nm范围内形状的变化,并将RDRrs的变化与最近实验室测量报告的不同温度下aw的RD(RDaw)变化进行比较。我们发现RDRrs和RDaw在740-850 nm波段范围内具有显著(0.88甚至更高)的负相关性。这些结果表明Rrs光谱在740-850 nm波段中的形状扭曲可以很好地由温度变化引起的aw光谱的形状扭曲来解释,由于近红外波段Rrs光谱的曲率是由aw驱动的,从而提出了一种对实验室中最近报告的aw的温度依赖性的独立并且成功的验证方法。然而,Rrs的现场测量大都是在自然条件下进行的,理想设计的实验毕竟有限。对于与人类活动有密切相关的小型水体,由于复杂环境的干扰,最便捷常用的AWA测量存在许多不确定性。在本研究中,我们还在典型小型水体环境厦门大学水库中使用传统的AWA开展现场测量,同时使用可以直接准确测量离水辐亮度(Lw)的天空光遮蔽法(Skylight-blocked approach,SBA)作为不确定性分析的参考。我们发现使用AWA测量时,天空光辐亮度(Lsky)的测量受水体周围地物的影响较大。对于不同粗糙度程度的水面,AWA测量的Rrs会产生较大的差异,并且需要选择合适的水气界面菲涅尔反射率(ρ)计算得到的结果才更接近真实值。而使用SBA测得的结果合理并且非常稳定。因此,在小型水体环境下的Rrs光谱测量,我们建议使用SBA获得更准确更稳定的数据,以避免由AWA测量环境带来的不确定性。以上研究不但扩展了遥感反射比的用途,同时也进一步明晰了遥感反射比的现场测量方法。

关键词：遥感反射比小型水体纯水吸收系数温度依赖性