岩芯高光谱成像及勘查指示意义研究--以西藏邦铺大型多金属矿床为例

西藏邦铺矿床是冈底斯成矿带上重要的斑岩-矽卡岩型矿床,矿区东段矽卡岩矿体研究程度较低。高光谱成像技术可以快速获取岩芯样品“图谱合一”的高光谱数据,选取邦铺矿床东段矽卡岩典型岩芯为样品,应用国产核工业北京地质研究院自主研发岩芯扫描仪与国外SPECIM岩芯成像仪,开展短波红外(SWIR)高光谱成像测试及对比分析,揭示典型矿物的短波红外光谱特征,并探讨先进的高光谱成像技术应用于矽卡岩勘探的潜力与优势。对同一批岩芯样品分别进行了国内外仪器的高光谱成像测试,利用最小噪声分离变换以及纯净像元指数进行端元提取,而后结合光谱信息散度法选取不同矿物的训练集和验证集样本,采用光谱角填图法进行蚀变矿物填图。共识别出方解石、绿帘石、绿泥石、角闪石、石英、白云母六种矿物,两种仪器矿物填图的结果大体一致,并反映了不同蚀变矿物之间的组合与分布。SPECIM成像仪对两个钻孔样品的平均填图精度为91.5%,Kappa系数为0.87;核工业高光谱成像仪对两个钻孔的填图精度为75%左右,Kappa系数为0.66。两种仪器获取的高光谱数据信噪比均较高,但是由于核工业仪器的数据空间分辨率相对更低,导致图像中存在更多的混合像元,进而影响了填图精度,其空间分辨率的进一步提高是下一步研发的重点。高光谱成像数据表明ZK0010钻孔绿泥石Fe-OH吸收峰波长变化范围为2252.3~2260 nm,ZK0011钻孔绿泥石Fe-OH吸收峰变化范围为2251.7~2258.5 nm,由上至下均向短波方向移动,表明了绿泥石远离矿化中心而相对富Mg,其高值指示了矿体中心位置。高光谱成像技术相较于传统的点测法可以提供更加丰富的空间信息和光谱信息,为指针矿物的光谱特征参数提取与变化规律分析提供了技术支撑。利用高光谱成像提供的大量光谱数据进行绿泥石Fe-OH峰位统计分析,进而可以通过其波长高值位置指示矽卡岩矿床勘查。

短波红外成像系统设计及应用的研究进展

短波红外光学成像是目前国际上研究热点之一,通过接收短波红外辐射进行探测和成像,可得到更多目标物体的信息,弥补了可见光成像的不足,从而实现全波段成像。本文从短波红外光学成像的光学特性、成像原理和光学系统结构设计出发,比较了短波红外与可见光和中长波红外成像的优缺点,并简单介绍了短波红外成像系统中铟镓砷探测器的特点和国内外发展现状,以及介绍了短波红外成像在不同领域的应用情况,最后,对短波红外成像未来的发展进行了展望。

地面目标的中波红外高光谱成像特性测量

利用Telops公司设计的Hyper-Cam中波高光谱成像仪对水泥地上某坦克模型进行3~5μm波段的红外高光谱成像测量。对实验数据进行了逐像素点的大气校正。基于矫正后的实验数据,分析了仪器误差、随机误差、大气校正传递误差等对测试不确定度的影响。分析了该坦克模型在不同谱段上的亮度分布和模型上不同部位的光谱分布特性。结果表明:在波数为2000~3000 cm-1波段,其相对不确定度一直稳定在10%以内,但是在大于3000 cm-1的波段,其误差迅速上升,主要因为常温物体的中波辐射低,在该波段目标辐射与大气路程辐射接近,而引起的噪声增大,造成的测试信噪比降低。该坦克模型光谱辐射亮度测试数据的平均相对不确定度在20%以内,整体误差较低。光谱分布上,坦克各部分特征点和水泥地表的光谱辐射亮度在波长为4.2~5μm波段时的差异性比波长为3.0~4.2μm波段时的差异性更大,且探测器接收到的4.2~5μm波段的光谱辐射亮度要大于3.0~4.2μm的光谱辐射亮度。由于4.3μm波段处于大气吸收带,大气透射率几乎为0,以至于无法获得目标的光谱辐射亮度的真实测量值。空间分布上,模型的辐射亮度主要集中在侧边涂层上,炮口处和履带处的辐射亮度较小。目标各部位辐射亮度分布与周边水泥地表的辐射亮度有着明显差异性。在3~5μm的辐射亮度中,4.4~4.8μm波段的辐射亮度占比较高,该波段成像效果最好。3.2~3.8μm波段的辐射亮度占比较低,该波段成像效果较差。处于大气吸收带的4.2~4.4μm波段,由于大气透射率几乎为0,无法获得其准确的空间辐射亮度分布。研究表明该拓展中波高光谱成像仪在地面目标的中波红外高光谱成像特性研究上具有目标区分精确、误差小、“图像光谱合一”的特点,测试数据可以应用于目标的红外高光谱隐身设计、目标的分类与识别等领域。

高分辨率探测器短中波红外滤光片的设计及其光谱特性研究

短中波红外滤光片是航天光学遥感相机上的关键器件之一。高分辨率探测器的光谱响应由滤光片的光谱特性决定,其中短中波红外占有很大比重,传统方式制备的短中波红外滤光片与理论值存在差距,使得短中波红外滤光片发生光谱角漂或温漂等现象,在高分辨率探测器中形成高频和低频光谱混合叠加导致复原光谱失真。本文提出了一种高透过率低漂移高分辨率探测器短中波红外滤光片的设计及研制方法。为了达到短中波红外滤光片特定波长滤光特性的要求(在3.5~4.1μm波段范围内实现98%以上透过率,在2.4~3.35μm、4.25~6.4μm两个波段范围内实现截止),以Si材料为滤光片的基底材料,采用模拟染色体遗传交叉算法以带通滤光高低反射率膜堆结构进行了结构迭代设计,薄膜的高折射率材料采用TiO_(2),低折射率材料采用SiO_(2),该结构设计使得膜层数量大为减少,通过温漂测试、角漂测试、光谱特性分析及面形测试,短中波红外滤光片达到了前后双波段截止、高通带透过率的目标。环境测试试验表明,短中波红外滤光片膜层与基底材料匹配性适宜、膜层稳定性较高,适用于空间严酷的温度变化、高能粒子辐照环境。

苹果片的中短波红外干燥特性和色泽变化研究

为了提高苹果片的制干品质、缩短干燥时间,采用中短波红外干燥技术干燥苹果脆片。研究了不同干燥温度、切片厚度和辐射距离对苹果片干燥特性和色泽的影响。试验结果表明:干燥温度对干燥时间有显著的影响;影响顺序由大到小依次为:干燥温度、切片厚度、辐射距离;苹果切片的整个干燥过程属于降速干燥,通过费克第二定律得出苹果片的水分有效扩散系数在(2.85~7.24)×10-10m2/s范围内,通过阿伦尼乌斯公式得出干燥活化能为36.58 kJ/mol;干燥温度对干燥后的苹果片的色泽具有重要影响,当干燥温度为70℃,辐射距离为80 mm,切片厚度为5 mm时,既有较快的干燥速率又能够得到比较高的L*值(75.860)。

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明:在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。

不同干燥方式对胡萝卜粉品质的影响

分别采用热风干燥、中短波红外干燥、真空微波干燥、真空干燥4种干燥方式对胡萝卜进行干燥制粉,对4种胡萝卜粉的品质进行对比和分析。结果表明:胡萝卜粉的色泽中a*值和复水能力的表现为中短波红外干燥>真空干燥>真空微波干燥>热风干燥;经过4种干燥方式制备的胡萝卜粉吸油能力无明显差异;中短波红外干燥的胡萝卜粉总糖和β-胡萝卜素含量最高,真空干燥的胡萝卜粉VC含量最高;综合来看,中短波红外干燥胡萝卜粉品质优良,适宜于进行胡萝卜粉加工的工业化生产。

低盐豇豆泡菜预处理工艺优化及贮藏特性分析

选择不同漂烫条件及护色液浓度优化豇豆护色保脆的工艺条件,采用中短波红外干燥技术对豇豆进行脱水干燥处理,研究干燥过程中不同辐射温度、辐射功率和辐射距离对豇豆干燥特性的影响,确定豇豆中短波红外干燥的工艺参数并探讨豇豆泡菜半干制品干燥水分临界点,并对豇豆半干制品贮藏期品质及泡制方式进行研究。结果显示,乳酸钙溶液(20 g/L)浸泡和热烫处理(90℃,1 min)能有效防止豇豆在贮藏期间的变色和软化问题;豇豆中短波红外干燥的工艺参数为辐射温度70℃、辐射功率900 W、辐射距离10 cm、辐射时间50 min,干燥水分临界点为70%;豇豆半干制品贮藏4周后,菌落总数为4.4×10~3 CFU/g,大肠菌群最可能数(most probable number,MPN)报告小于3 MPN/g,样品的微生物安全性良好;通过复水比可确定较适宜的复水条件为20℃处理3 h;综合泡制后品质指标得到豇豆半干制品的最适泡制方式为泡菜水发酵。

干制方式对鲜食枣脆片香气品质的影响

通过对微波真空冷冻干燥(microwave vacuum freeze drying,MVFD)、微波真空膨化(microwave vacuum puffing,MVP)、真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,VFD)和中短波红外干燥(short-and medium-wave infrared drying,ID)4种鲜食枣脆片的香气成分的分析,明确干制方式对鲜食枣脆片香气品质的影响。结果表明:通过固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术,从4种干制鲜食枣脆片中鉴定出70种香味物质,包括醇类、酸类、醛类、酯类、酮类、烃类和其他类化合物共7类成分,其中酸类物质29种,是VFD、MVFD和MVP枣脆片中主要的香气成分,醛类物质31种,是ID枣脆片中主要的香味物质,不同干制方式制得的枣脆片香气品质差异很大。对7类香气成分进行主成分分析,并建立香气品质评价模型,得出MVP鲜食枣脆片的综合得分最高,其香气品质最佳,其次是VFD、MVFD,均优于ID,为鲜食枣的干制加工提供了技术依据。主成分分析可以作为鲜食枣脆片香气品质的评价方法。

草莓中短波红外干燥动力学拟合及品质变化分析

为了提高草莓干燥效率及产品品质,将中短波红外干燥技术应用于草莓干燥,研究不同干燥温度（60、70、80和90℃）和不同干燥功率（675、1125、1575和2025 W）条件下的干燥特性和品质变化。草莓中短波红外干燥属于降速干燥过程,干燥速度快,且干燥温度较干燥功率影响显著;水分有效扩散系数范围为0.607×10^-9-2.126×10^-9m^2/s,草莓中短波红外干燥的活化能Ea为39.54 k J/mol;通过模型拟合,表明最适合描述草莓中短波红外干燥的模型为Page模型。在干燥温度70℃,干燥功率1 125 W,干燥时间190 min下,草莓产品的色泽较好,复水比为3.59,硬度为3 128.01 N,VC的含量达到了259.93 mg/100 g,矢车菊素-3-葡萄糖苷的含量为0.23 mg/100 g,天竺葵素-3葡萄糖苷的含量为2.79 mg/100 g,草莓的综合品质较好。

不同干燥方式对胡萝卜粉香气成分的影响

采用固相微萃取/气相色谱-质谱(SPME/GC-MS)联用技术,分别对胡萝卜鲜样及四种不同干燥胡萝卜粉的香气成分进行测定与分析。结果表明:胡萝卜鲜样的主要芳香成分为萜烯类,包括石竹烯,α-蒎烯,β-蒎烯,β-月桂烯,柠檬烯等并以石竹烯为主。胡萝卜经过热风干燥、中短波红外干燥以及真空干燥后萜烯类物质损失较多,新生成了醛类、酮类及其他化合物。真空冷干燥能够最大程度的保留了鲜样胡萝卜的香气组分,同时酯类物质含量增高。

干制方式对鲜食枣食用及营养品质的影响

通过对微波真空冷冻干燥(microwave vacuum freeze drying,MVFD)、微波真空膨化(microwave vacuum puffing,MVP)、真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,VFD)和中短波红外干燥(short-and medium-wave infrared drying,ID)4种干制加工的鲜食枣食用及营养品质进行分析,以期明确干制方式对鲜食枣营养特点的影响。结果表明:干制加工显著提高鲜食枣总糖、还原糖含量(P<0.05),除ID外,干制后总酸含量均显著降低(P<0.05),产品褐变程度低,糖酸比明显提高;MVFD对VC保留率高达98.62%;MVP和MVFD后总酚含量显著提高(P<0.05),分别为4 721.30 mg/100 g(以干质量计,下同)和4 516.25 mg/100 g;VFD后黄酮含量增加到80.51 mg/100 g。微观结构方面,VFD鲜食枣密集多孔,呈蜂窝状;MVFD鲜食枣孔大均匀;MVP鲜食枣结构疏松,多小分子颗粒;ID鲜食枣紧实致密,无空腔结构。感官评定方面,MVFD和MVP对鲜食枣色泽、香气、口味和外形的综合评价接近于VFD。综合来看,MVFD和MVP对鲜食枣加工具有显著优势,且效率高成本低,应用前景广阔。

超微粉碎对冬枣粉芳香成分的影响

采用固相微萃取与气相色谱质谱联用法(SPME-GC-MS),测定了中短波红外干燥和变温压差膨化干燥的冬枣粉在超微粉碎后芳香成分的变化。结果表明,从中短波红外干燥普通粉碎枣粉中检测到38种芳香成分,超微粉碎枣粉中检测到44种芳香成分;从变温压差膨化干燥普通粉碎枣粉中检测到35种芳香成分,超微粉碎枣粉中检测到51种芳香成分。枣粉在超微粉碎后,酚类化合物、醇类化合物和烷烃类化合物的含量均有明显增加;酯类化合物,酸类化合物和醛类化合物的含量均有明显降低。

基于Hyperion数据的油砂分布遥感研究

依据油砂中烃类的微渗漏和油砂组分光谱特征响应原理,利用Hyperion高光谱影像提取和识别与油砂分布相关的波谱信息,进行非常规油气能源——油砂分布的有利区预测。根据油砂所致烃类微渗漏的地表特征可知,低植被覆盖区的异常以矿物异常为主,中、高植被覆盖区的异常以植被异常为主。利用归一化植被指数表征地表植被的不同覆盖程度:当其值为[0.0,0.4)时,采用SAM(spectral angle method)提取矿物异常信息;当值为[0.4,0.7]和(0.7,1.0]时,分别采用LIC(lichenthaler index)和CTR(carter indices)方法提取植被异常信息。同时,为确保提取的矿物和植被异常信息的产生是由油砂中烃类的微渗漏所导致,以野外油砂反射光谱为端元,运用光谱角分类方法提取油砂信息,并将其与获取的矿物和植被异常信息进一步应用空间叠置分析确定油砂分布有利区。结果表明,综合运用野外实测高光谱数据和高光谱影像数据能够较准确地预测出研究区中油砂的分布位置。因此,应用高光谱影像进行油砂分布的有利区预测,可为未来利用遥感技术深入研究油砂可采储量评价提供参考依据。

资源一号02D卫星可见短波红外高光谱相机研制

高光谱技术获取的地物观测数据可应用于精细化的地物分类。文章论述了资源一号02D卫星上的主载荷之一可见短波红外高光谱相机(AHSI)的基本结构、成像原理和技术特点。通过在轨测试验证了该相机的主要性能指标,相机光谱范围覆盖可见到短波红外(400~2500nm),实现了可见近红外10nm、短波红外20nm的光谱分辨率,可以以30m空间分辨率获取地面60km幅宽的高光谱图像,具有突出的地物分类和识别能力,在国土资源和地质矿产调查,生态环境以及灾害监测,农、林、牧业精细作业,城市规划等领域具有良好的应用前景。

红外成像制导技术在反隐身空空导弹上的应用展望

现代隐身飞机对雷达型空空导弹构成巨大挑战,而红外成像制导技术在体制上具有良好的反隐身能力。本文介绍了国内外空空导弹红外成像制导技术研究发展现状,分析了红外成像导引头技术在未来反隐身超视距空空导弹上的应用前景,提出了一种反隐身红外成像导引头的技术方案。该导引头采用了中/长波双色成像探测技术,能够满足发射后截获条件下探测隐身目标和抗红外诱饵干扰的要求。分析研究表明红外双色成像导引头技术对于提高国内超视距空空导弹的反隐身性能具有重大意义。

中短波红外干燥白果的色泽变化预测及品质研究

为预测白果在干燥过程中色泽变化,提高干燥品质,该研究将中短波红外干燥技术应用于白果干燥,研究白果在不同干燥温度(60、70、80和90℃)下干燥动力学和色泽变化,利用人工神经网络建立其色泽预测模型,并探究白果的复水率、总黄酮含量、抗氧化性以及微观结构等相关品质参数。结果表明:白果整个干燥过程只有一个降速干燥阶段;干燥温度从60℃升高到80℃,干燥时间显著减少(P<0.05);干燥温度从80℃升高到90℃,白果干燥时间没有显著性差异(P>0.05)。随着干燥进行,白果色泽L~*值逐渐降低,a~*值和b~*值均呈现先增加而后降低的趋势,总色差值ΔE呈现两段式的增加趋势;本研究建立的人工神经网络模型能够很好的预测干燥过程中色泽参数的变化。综合白果品质参数,白果在干燥温度70℃条件下会获得最优的复水比(1.580),最好的抗氧化活性(175.70μmol trolox/100 g)以及较优的总黄酮含量(198.40 mg/100 g)。通过对白果微观结构分析,干燥温度低于70℃时,白果淀粉颗粒结构保持完好,而干燥温度高于80℃时,其淀粉颗粒结构会发生明显的破坏。

中波红外短波通滤光片的设计与镀制技术研究

研究了中波红外宽光谱短波通滤光片优化设计和镀制,论述了设计该种滤光片的原则和方法。根据等效折射率理论,以周期性对称膜系为基础,使用部分膜层优化方法,设计了中波红外宽光谱短波通滤光片,在2 300～4 700 nm透射波段范围上的平均透射率设计值大于90%,在5 000～6 300 nm截止波段范围上的平均透射率小于1.00%。采用"会聚光红外光学系统"和等离子体辅助沉积工艺实验制备了滤光片。实验表明,在透射波段范围上的平均透射率约为83%,截止波段的平均透射率约为0.45%。结果表明,部分膜层优化方法设计的膜系,膜层结构简单,有利于膜层厚度的监控。

丰水梨中短波红外干燥特性和品质变化规律

为了提高丰水梨片的品质,缩短其干燥时间,采用中短波红外干燥技术,研究丰水梨在不同温度、辐射功率、辐照距离下的中短波红外干燥特性,以及不同干燥条件对丰水梨片产品感官质量的影响。结果表明:丰水梨片在备干燥条件下的整个干燥过程中属于降速干燥,有效水分扩散系数Deff范围为8.6226×10^(-10)~2.2077×10^(-9)m^2/s,其中干燥温度对丰水梨片干燥影响最大。干燥温度65℃、辐射距离120 mm、辐射功率1350 W时干制品的感官品质较优,干基含水率为0.1048 g/g,L值为62.70,△E值为7.10,脆度为4.67 mm。

白玉菇中短波红外干燥特性及动力学模型

为提高白玉菇的货架期,采用中短波红外线对白玉菇进行干燥,考察了干燥温度(60、70、80、90℃)和干燥功率(675、900、1125、1350 W)对白玉菇干燥特性的影响,并通过7种常用的农产品干燥模型对干燥过程进行了拟合,建立了白玉菇中短波红外干燥的动力学模型。研究结果表明:干燥温度和干燥功率对白玉菇的干燥过程均有影响,但干燥温度对干燥过程影响更大,干燥温度越高,干基含水率下降越明显。白玉菇干燥过程由内部水分扩散控制,降速阶段为主要阶段。Page模型的预测值与实验值具有较高的拟合度,能够较准确地反映白玉菇红外干燥过程,可以用来定量描述不同干燥温度和不同干燥功率下白玉菇的红外干燥过程规律。固定干燥功率为1125 W时,水分有效扩散系数随着干燥温度的升高而增大,当干燥温度从60℃升高到90℃时,水分有效扩散系数从2.723×10^-9 m^2/s升高到9.088×10^-9 m^2/s;固定干燥温度为70℃时,水分有效扩散系数随着干燥功率的升高而增大,当干燥功率从675 W增加到1350 W时,水分有效扩散系数从4.847×10^-9 m^2/s升高到5.243×10^-9 m^2/s。白玉菇中短波红外干燥活化能为39.45 kJ/mol。本研究旨在对白玉菇的中短波红外干燥工艺设计、设备选型及生产控制提供理论参考。