马铃薯晚疫病害的高光谱图像空谱对比研究

为了快速检测马铃薯晚疫病,采用高光谱成像技术对马铃薯晚疫病的空谱信息进行对比研究以得到最佳判别手段。使用高光谱相机采集病害侵染0~6 d的高光谱图像,同时选取第6 d典型晚疫病病害的高光谱数据作为研究对象。采用二阶导数结合主成分分析和二次主成分分析分别从光谱和空间两个方面进行特征提取,之后基于特征波段反射率和主成分图像灰度值建立K最近邻分类算法、BP神经网络、决策树算法3种识别模型对不同时期病害进行识别。实验结果表明:基于二次主成分图像的灰度值结合BP神经网络建立的模型对马铃薯晚疫病的识别具有良好的成效,其识别率达96.6%。利用主成分图像灰度值建立的3种模型既减少了波段的冗余又提高了识别率,为研究和开发实时在线检测仪器提供了参考。

二次主成分提取高光谱的病害薯叶特征波长

针对马铃薯晚疫病,提出了将病害叶片和健康叶片联合测试并提取有效特征波长的检测方法。对健康和病害叶片的光谱图像进行主成分分析,并从主成分图像的权重系数曲线中提取出6个健康叶片特征波长和病害叶片特征波长。基于健康叶片与病害叶片的6个特征波长做第二次主成分分析,将特征波长优化至712.19 nm、749.70 nm和841.47 nm,再基于这3个特征波长做主成分分析,选用主成分中对比度最明显的图像来识别病害区域。研究表明,采用健康叶片与病害叶片联合使用并结合二次主成分分析可实现马铃薯叶片病害的设别,且识别率可达100%。

基于高光谱成像的水果损伤分析研究

高光谱成像技术包含图像信息和光谱信息.本文利用高光谱成像技术检测苹果摔伤, 主要采用主成分分析、 波段比算法和支持向量机分析所采集的高光谱图像数据.实验结果表明, 波段比算法和主成分分析法分类识别正确率为93.3%, 与支持向量机相比更适用于苹果摔伤的实时快速检测.

响应性胶体晶体反射光谱预测模型及实验验证

建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型,研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)纳米粒子电调谐器件。结果表明,有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动,与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比,建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%,表现相当;对于核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力,弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足,可指导粒子材料参数和结构参数设计,以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。

随机微扰表面反射光谱的低角度依赖性

结构色在光学伪装等领域具有重要的应用前景,但其存在严重的角度依赖性。提出利用随机微扰表面降低反射光谱角度依赖性的方法;研究了不同微扰特征的粗糙表面结构在不同入射角下的反射光谱;通过有限元法计算了横电波、横磁波的反射光谱特性和能量传播特性,并据此获得了等效自然光的反射光谱和角度依赖规律。分析发现在0°~40°入射角度范围内,平整表面结构的反射光谱峰值移动了34.0 nm,随机微扰表面结构的反射光谱峰值仅移动了10.0 nm,角度依赖特性降低了70.6%,结果表明微扰表面结构对于降低角度依赖性具有显著作用。

双波段能谷光子晶体的拓扑边界态传输特性

谷赝自旋是构筑光学拓扑绝缘体的重要手段,其性质决定了光波拓扑传输特性。双波段能谷结构为同时调控多波段范围内的光波提供了重要平台。构筑了具有双波段能谷结构的光子晶体超胞,研究了zigzag型和armchair型界面在两个波段内拓扑边界态的传输特性及鲁棒性。结果表明:对于zigzag型界面,对称型界面与反对称型界面的光波传输特性差异显著,对称型界面允许平面波传输而反对称型界面大幅抑制平面波传输;而对于armchair型界面,对称型界面与反对称型界面的光波传输未表现出差异性。对于允许平面波传输的界面,无论是zigzag型还是armchair型界面均对杂质、缺陷、尖锐拐角等具有良好的鲁棒性。双波段拓扑边界态传输特性的系统性研究对于拓展光学拓扑绝缘体的应用空间具有重要价值。