Interstitial photoacoustic technique and computational simulation for temperature distribution and tissue optical properties in interstitial laser photothermal interaction

Interstitial laser immunotherapy(ILIT)is designed to use photothermal and immunological inter-actions for treatment of metastatic cancers.The photothermal ffect is crucial in inducing anti-tumorimmune responses in the host.Tissue temperature and tssue optical properties are important factorsin this process.In this study,a device combining interstitial photoacoustic(PA)technique andinterstitial laser photothermal interaction is proposed.Together with computational simulation,thisdevice was designed to determine temperature distributions and tissue optical properties during lasertreatment.Experiments were performed usinger-ivoFporcine liver tissue.Our results demonstratedthat interstitial PA signal amplitude was linearly dependent on tisue temperature in the tempera-ture ranges of 20-60℃,as wll as 65-80℃,with a dfferent slope,due to the change of tissue opticalproperties.Using the directly measured temperature in the tissue around the interstitial optical fiberdiffusion tip for calibration,the theoretical temperature distribution predicted by the bioheatequation was used to extract optical properties of tssue.Finally,the three-dimensional temperature distribution was simulated to guide tumor destruction and immunological stimulation,Thus,thisnovel device and method could be used for monitoring and controlling ILIT for cancer treatment.

南昌市城市热岛效应时空变化特征及模拟预测研究

本文以南昌市为研究对象,利用Landsat系列遥感数据,结合大气校正法反演地表温度、构建气温预测GM模型等方法,获取南昌市城市热岛效应时空变化特征,并模拟预测未来的温度变化。结果表明:(1)2005-2021年,南昌市的最高地表温度值上升了25.36℃,最低温度值上升了11.59℃,高温地区呈高度中心聚集化分布。(2)南昌市热岛效应主要集中在人口聚集与高速发展的中心城区,且地表温度呈现以城市建成区为中心向周边扩散降低的趋势。(3)2021年后南昌市的年均温将持续攀升,城市热岛效应问题将愈发严峻。(4)通过分析下垫面类型与地表温度空间分布化之间的关系,得出水域和植被与城市地表温度呈负相关关系,可以在一定程度上改善热岛效应。本研究提出的南昌市城市热岛效应时空变化基础数据与理论依据,为减缓城市热岛效应提供了可行的方法。

Marangoni效应对降膜过程液体分布的影响

采用红外热成像技术测量液膜表面温度分布和流动区域,确定液膜在固体壁面上的润湿面积,以分析液体在设备内的分布性能以及液膜表面的温度梯度,进而明确温度分布与液体分布之间的相互影响关系.实验发现液膜径向温度梯度引起的表面张力梯度,造成径向Marangoni流,影响液膜在固体壁面上的分布.在Marangoni效应的作用下,加热(冷却)能够减小(扩大)液体在固体壁面上的润湿面积.正体系(冷却降膜)中,流量能够促进温度梯度造成的Marangoni效应,而在负体系(受热降膜)中,较大的流量抑制了Marangoni效应.

温度对Offner高光谱成像光谱仪图像质量与光谱数据的影响

Offner高光谱成像光谱仪具有体积小,质量轻且结构简单等特点,并已成为深空深地、遥感、地质、民用等领域的重要装备。为了能够获得更清晰更准确的图像和光谱数据,我们对Offner高光谱成像光谱仪进行不同环境温度变化测试。通过理论分析到实验室模拟,再到实际运用,深入分析了环境温度在变化范围内(0℃~40℃)对图像及光谱数据的准确性和稳定性的影响。

准静态加载下HMX基PBX断裂行为的温度效应

为了研究温度对准静态加载下奥克托今(HMX)基高聚物黏结炸药(PBX)断裂行为的影响规律,利用半圆盘弯曲(Semi-circular Bending,SCB)准静态断裂试验,采用数字图像相关法(Digital Image Correlation Method,DICM)和基于裂纹扩展计(Crack Propagation Gauge,CPG)的裂纹扩展速率测试系统,研究了25,35,45,55,60℃和65℃下HMX基PBX的断裂特征、断裂阻力、损伤容限和裂纹失稳扩展速率。结果表明,随着温度升高,HMX基PBX断裂特征从脆性断裂逐渐转变为韧性断裂,表征裂纹起裂阻力的断裂韧度显著降低,损伤容限有一定的增强。半圆盘准静态弯曲脆性断裂条件下,裂纹失稳扩展速率在扩展路径上呈现出慢-快-慢的规律,最高速率约370 m·s^(-1),温度升高导致裂纹失稳扩展速率有一定程度的降低。

基于Landsat-8遥感影像的扬州市城市公园夏季温湿效应

基于GEE平台Landsat-8 OLI遥感影像,采用改进的辐射传输方程法,反演扬州市区33个城市公园的地表温度、湿度数据,分析公园空间构成指标与温湿效应的量化关系,以期为同类地区城市公园的规划设计提供理论与数据支撑。结果表明:1)降温增湿幅度与公园面积、周长呈显著对数正相关,与形状指数呈显著对数负相关。2)城市公园降温增湿效率存在阈值,其中对应的面积阈值分别为18~20 hm^(2)与9~10 hm^(2),对应的周长阈值分别为2.90~3.00 km与1.90~2.00 km;面积相近、公园形状越接近圆形,降温增湿效率越大。3)公园温湿效应与其内部绿地、水体面积呈显著对数正相关,与不透水面面积呈显著对数负相关。4)公园温湿效应影响的距离与公园规模呈显著非线性正相关,公园外240~270 m范围,温湿度变化明显;270 m以外,趋于稳定。

基于热引燃理论的火花试验装置电热效应本质安全性能研究

电路的本质安全性能在IEC火花试验装置上进行检测时会受到电路火花放电和装置热效应的双重影响,但装置的热效应对检测灵敏度的影响因温升较低而被忽略。研究的装置热效应包括火花放电致热以及钨丝电极在镉盘表面的摩擦热。基于热引燃理论,深入分析火花放电时间和距离对火花点燃能力的影响,提高本质安全性能判断的准确性,进而简化从火花放电微观机理来判断引燃气体混合物的方法。

基于高光谱成像的苹果轻微损伤检测有效波长选取

为了确定可用于苹果早期轻微损伤检测的有效波长,以具有代表性的阿克苏苹果为研究对象,采用高光谱成像技术和分段主成分分析方法对损伤发生仅为半小时之内的苹果进行损伤检测研究,对比分析不同光谱区域主成分分析对识别结果的影响,优选出识别光谱区域(780～1000nm)。基于此光谱区域结合主成分图像权重系数获取2个有效波长(820和970nm),并利用这2个波长和全局阈值理论开发了多光谱轻微损伤提取算法。利用独立测试集中25个正常苹果和25个损伤苹果对算法的性能进行评估,结果表明,正常果的识别率为100%,损伤果的识别率为96%,整体检测精度为98%。该研究所获得的有效波长可为开发基于多光谱成像技术的苹果损伤检测系统提供参考。

面向高光谱探测的伪装效果评价方法

20世纪80年代发展起来的高光谱成像技术能充分探测并利用地物的光谱信息,有着较强的伪装识别能力,而传统的伪装评价方法主要基于伪装和背景的空间特征,不适用于基于光谱特征的高光谱伪装探测技术。提出了一种面向高光谱探测的伪装效果评价方法。该方法以伪装目标和背景的光谱特征及光谱导数特征的综合相似度为评价指标,综合相似度值越大则说明伪装效果越好。同时通过实验评价了三种伪装材料的伪装效果,其中绿色棉质布料与背景综合相似度为0.976 6,伪装效果最佳。最后在高光谱图像分类技术基础上提出了错分率的概念,验证了评价方法的客观性。所提出的伪装评价方法对于面向高光谱探测的新型伪装材料的设计有一定的指导意义。

基于AOTF的新型成像光谱系统

声光可调谐滤波器(Acousto-optic Tunable Filter,AOTF)是一种新型电控滤光元件,具有波长任意选择、光谱扫描速度快、体积小、无运动部件、环境适应性好等诸多优点。分析了AOTF的工作原理及多频模式下实现光谱分辨率可编程的方法,介绍了基于AOTF的新型成像光谱系统,给出了初步的实验结果。该系统工作于可见近红外波段,突出特点为光谱扫描波段、各波段光谱分辨率均可通过软件进行配置,因此相比于传统成像光谱系统具有更高的灵活性和数据效率。

高光谱成像技术和主成分分析识别玉米籽粒的胚(英文)

为了分割玉米籽粒的胚部分,本研究搭建了一套高光谱成像系统用于获取波段范围为500～900nm的高光谱反射图像。主成分分析(PCA)方法对样本高光谱数据进行降维以便选择少量有效波长构建多光谱成像系统。研究发现,采用可见光(VIS)区域的3个有效波长510、555和575nm获得的主成分(PC)图像获得了较好的识别结果。100个独立样本用于评估算法性能,结果表明,样本中97.0%的胚可以从玉米籽粒中正确分离。

现代遥感技术在秦始皇陵考古研究中的应用

秦始皇陵考古研究已取得大量成果,但对是否存在西墓道、阻排水渠位置及阻水效果等问题还不清楚。应用现代遥感技术在秦始皇陵区对文物遗存进行探测,对航空全色遥感图像和航空高光谱遥感图像进行数据处理、解释,提取文物遗存信息,发现了封土堆热异常,证实了阻排水渠的存在及其阻水效果,确认了西墓道的存在。与地球物理和地球化学的研究结果进行比较,得到的结论完全一致,证实了遥感方法的准确性和有效性。

长波红外高光谱成像光谱仪的辐射定标

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置(简称CHIPED-I)进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱。结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。

马铃薯叶片早疫病的高光谱识别研究

为实现马铃薯叶片早疫病的快速识别,达到尽早防治的目的,利用高光谱成像系统连续4天采集375~1018nm波段内的健康和染病马铃薯叶片的高光谱数据信息,并用ENVI软件提取感兴趣区域的光谱反射率平均值。分别建立基于全光谱(full spectrum,FS)、连续投影算法(SPA)和载荷系数法(x-LW)提取的特征波长的BP网络和LS-SVM识别模型,其中FS-BP、SPA-BP、x-LW-BP模型中预测集识别率分别为100%、100%、98.33%,LS-SVM模型的预测集识别率均为100%;SPA和x-LW提取的特征波长个数均仅占全波长的1.47%,大大简化了模型,提高了运算速率。实验表明:应用高光谱成像技术可以快速、准确地识别出马铃薯叶片早疫病,且SPA和x-LW可以作为特征波长提取的有效方法,为田间马铃薯早疫病的在线实时检测仪器的开发提供理论依据。

不同波长提取方法的高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病的研究

提出了基于连续投影算法（successive projections algorithm ，SPA）、载荷系数法（x-loading weights ， x-LW）和格拉姆-施密特正交（gram-schmidt orthogonalization ，GSO）提取特征波长的高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病的方法。首先获取380～1023 nm波段范围内70个健康和70个染病番茄叶片的高光谱图像信息，然后提取健康和染病叶片感兴趣区域（region of interest ，ROI）的光谱反射率值，建立番茄叶片早疫病的最小二乘-支持向量机（least squares-support vector machine ，LS-SVM ）鉴别模型，建模集和预测集的鉴别率都是100％。再通过SPA 、x-LW和GSO提取特征波长（effective wavelengths ，EW），并建立EW-LS-SVM和特征波长-线性判别分析（ew-linear discriminant analysis ，EW-LDA ）鉴别模型。结果显示，每个模型的鉴别效果都很好，EW-LS-SVM模型中预测集的鉴别率都达到了100％，EW-LDA模型中预测集的鉴别率分别是100％，100％和97.83％。基于 SPA ， x-LW 和 GSO 所建模型的输入变量分别是4个（492，550，633和680nm），3个（631，719和747 nm）和2个（533和657 nm），较少的特征波长便于实时检测仪器的开发。结果表明，高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病是可行的，SPA ，x-LW和GSO都是非常有效的特征波长提取方法。

高光谱成像用高帧频CMOS图像传感器

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求,设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管,读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片,为了抑制光电二极管的光谱干涉效应,后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺,并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期,成像效果良好,像素具备积分可调和全局快门功能,最终实现的像素规模为512×256,像元尺寸为30μm×30μm,最大满阱电子为400 ke^(-),FPN小于0.2%,动态范围为72 dB,帧频为450 f/s,相邻10 nm波段范围内量子效率相差小于10%,可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。

基于Landsat影像的西宁市主城区热岛效应分析

利用西宁市主城区1987、2001年和2013年3个时期的Landsat遥感影像反演出了不同时期的地表温度,并对地表温度进行归一化处理后得到相应时期的热岛等级分布图。结果表明,西宁市城区的热岛效应呈先减弱后增强的态势,热岛区分布逐渐集中,主要分布在城市边缘未利用地、主城区中商业区、工业区以及城市交通线路周围;热岛效应的范围在扩展,其分布与建成区的扩展范围在空间上基本相吻合,但是强度有小幅减弱;热岛效应与植被覆盖度呈负相关,植被覆盖度每增加10%,地表温度下降约1.23℃;建设用地及未利用地的均温最高,而水体及有植被覆盖区域均温较低;绿色植被和水体有缓解热岛效应的作用,而因建成区的扩大有大规模的不透水面是热岛效应加剧的主要原因;气候和天气因素也对热岛效应有一定的影响。

热红外高光谱成像仪(ATHIS)对矿物和气体的实验室光谱测量

首先介绍了热红外高光谱成像应用的独特优势,然后论述了机载热红外高光谱成像仪(Airborne Thermal-Infrared Hyperspectral Imaging System,ATHIS)灵敏度优化设计方法,结合仪器特点介绍了实验室矿物发射光谱和气体吸收光谱测量的辐射模型,分析了样本红外光谱与温度分离的数据处理流程。在此基础上,利用ATHIS开展了矿物发射光谱和气体红外吸收光谱的实验室测量,结果表明,利用ATHIS仪器和本文建立的数据方法具备准确反演矿物发射率光谱和气体吸收光谱的能力,后续将利用该仪器开展多平台的遥感应用试验,为未来开展星载热红外高光谱相机研制和数据处理奠定基础。

基于相关系数的长波红外光谱成像气体探测方法研究

报道了高光谱红外时间空间混合调制型傅里叶干涉光谱成像方法,可应用于环境气体的二维空间监测,有助于提高化学防护的检测效率,迅速定位化学污染的源头。针对气体云团特征探测的技术要求和高光谱分辨要求,技术采用时空混合调制红外干涉成像被动探测方案,利用超长波红外焦平面器件接收场景的干涉图像,采用高速热成像电路采集干涉图像序列,生成干涉数据立方体,采用了并行高速数据处理服务器进行数据处理,以及智能图像鉴别算法,实现了云团气体种类和分布的快速识别。自研的CHIPED-1长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6×10-8 W·(cm-1·sr·cm2)-1,与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当;反映了技术的先进性,并留有较大的改进空间。文章以野外探测实验为例,研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法。在复杂背景和低试验浓度情况下实现红外光谱信息的光谱特征选择、提取及优化技术,快变背景下的信号预处理和基于辐射的无背景亮温鉴别技术,可以清楚看到氨气蒸气的空间分布。

红外热像仪用于金属材料断裂过程的实验研究

对4种金属材料14个试件受力变形直至断裂过程产生的红外辐射信息进行了实验研究。结果表明:金属试件在加载过程中所产生的红外热效应总体上比煤(岩)所产生的红外热效应明显,金属试件断裂前,在其未来断裂面形成的位置会出现高温前兆。这一现象将为红外遥感技术在大型复杂金属结构应力分析及无损检测方面的工程应用提供了实验基础。