磁共振成像谱仪梯度波形分析

梯度是磁共振成像（MRI）的关键环节.通过采集谱仪梯度波形信号并进行分析,提取出各通道波形的特征点,从而有助于快速准确地判断谱仪梯度硬件电路或脉冲序列编写是否存在问题.采用虚拟仪器LabVIEW软件控制高速采集卡DAQ-2005设计实现多路采集系统,对谱仪的梯度输出进行采集.通过对波形数据进行直方图统计、滤波、差分计算等分析,提取出波形的特征点,这些特征点包含时间与幅度信息.使用实验室自主研发的谱仪进行了多次实验,对该方法进行验证,证明了该方法的有效性,也为谱仪研制和脉冲序列开发提供了一种辅助测试方法.     

基于移动激光扫描的橡胶林风害相关参数精准反演

林木参数反演是森林资源管理与培育经营的关键环节。迅速发展的激光探测与测量技术突破了传统测量方法,可以快速的获取林木的空间三维信息,在林业普查中具备高效率、高精度的优势。结合计算机图形学与图像学方法,以中国最大的橡胶生产基地海南省儋州市长期受台风侵害下的两个不同品种橡胶林段(林段1 PR107,林段2 CATAS7-20-59)为研究对象,设计了面向离散激光点云的单株林木参数提取方法,自动获取橡胶林木风害后的生物量指标。首先,通过人背负移动激光雷达获取林段点云数据并使用瑞利商求取台风造成的主枝干倾角,以找寻每株橡胶树的树冠中心点。其次,对点云进行垂直投影,并采用分水岭与Meanshift算法实现株株分离。最后,基于以上操作自动获取与实测值相近的林木参数,例如冠幅、冠径、冠积、叶面积密度、叶面积分布以及主枝与分枝之间夹角等。计算表明,林段1与林段2东西冠幅分别为3.95和3.73 m,与实测相差1.74%～6.27%;林段1与林段2南北向冠幅分别为6.47和6.51 m,与实测相差2.54%～4.02%;林段1与林段2平均胸径分别为5.20和4.73 cm,与实测相差0.64%～2.44%;林段1与林段2平均冠积分别为168.01和141.80 m3,与实测相差0.67%～0.85%;林段1与林段2主枝干倾斜角分别为18.80°和13.11°,与实测相差5.53%～7.09%;林段1与林段2二级分支与主枝干的夹角分别为40.21°~69.23°和10.63°~32.14°,它们相差62.63%;林段1在不同天顶角下的叶面积指数均大于林段2。通过对一定样本（150棵/每类林段）的分析结果与真实比对表明,该方法对林木参数反演结果精度较高,有效地评估了不同品种橡胶树在台风下的损伤度（如主枝干歪斜率、叶面积密度及衰减分布）。参数反演结果与实测值仅有8%的偏差,此偏差主要由橡胶林分叶片稠密,导致林分中叶面与枝干扫描数据获取缺失,以及外界环境干扰如风力扰动、点云拼接误差、激光束发散率、激光扫描范围等原因造成。同时,由于林段1(PR107)的橡胶树的主枝与分枝夹角、冠积以及叶面积指数均大于林段2(CATAS7-20-59)的橡胶树,导致林段1的橡胶树比林段的2橡胶树在台风侵害下更脆弱。因此,该研究可用于研究风力侵害对于不同森林地块的影响,以及量化风害造成的生态系统紊乱的影响。同时,该方法解决了人背负激光扫描数据进行单株提取与林木参数反演的问题,为激光测绘在林业中的应用提供了新思路。     

两原子相干共振能量传递的单次与N次能量提取

两原子间隔一定距离且两原子跃迁频率接近时,两原子之间可发生能量传递.理论研究了供能原子和受能原子两共振原子的能量传递.求解薛定谔方程得出两原子共振能量传递效率.结果表明,供能原子在真空场中的激发态寿命在能量传递效率中起到十分重要的作用.能量传递效率与两原子间距离的负三次幂的正弦值的平方成正比,在一阶近似条件下,与两原子间距离的6次方成反比.以供能原子处于激发态时为初始时刻,能量从初始时刻随时间由供能原子向受能原子传递,对受能原子的单次能量提取的最大值大约在供能原子寿命的2/3时刻;对受能原子的连续N次能量提取的最大值,每次提取时间大约在供能原子寿命的1/2时刻.     

遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。     

在线加压溶剂微提取-湍流色谱-高效液相色谱法同时测定管花肉苁蓉中3种苯乙醇苷

建立了在线加压溶剂微提取-湍流色谱-高效液相色谱(online PLME-TFC-HPLC)法,并将其应用于管花肉苁蓉中松果菊苷、毛蕊花糖苷和异毛蕊花糖苷3种苯乙醇苷类成分含量的同时测定。微量样品粉末(0.5 mg)置于空预柱芯中并用正相硅胶填充,得到提取池后装入预柱套(Security Guard^TM)。将预柱套置于70℃柱温箱中,将一根长聚醚醚酮(PEEK)管线(1000 mm×0.13 mm)连于预柱套末端,采用0.1%(v/v)甲酸水为提取溶剂,以2.5 mL/min的速度流经PEEK管线,产生高压,实现管花肉苁蓉的在线加压溶剂微提取,通过TurboFlow cyclone色谱柱在线净化和富集。引入两个电子六通阀,将整个分析过程分为提取阶段和洗脱阶段,并在洗脱阶段将TurboFlow cyclone色谱柱中的分析物反冲至Capcell PAK C₁₈ AQ分析柱上,以0.1%(v/v)甲酸水-乙腈为流动相进行梯度洗脱,以340 nm为检测波长同时定量分析松果菊苷、毛蕊花糖苷和异毛蕊花糖苷3种苯乙醇苷类成分。结果表明,3种苯乙醇苷类在1~200 mg/L范围内线性良好,相关系数r均大于0.999,定量限分别为0.50 mg/L(松果菊苷)、0.25 mg/L(毛蕊花糖苷)和0.38 mg/L(异毛蕊花糖苷),加标回收率为83.13%~114.00%,相对标准偏差为1.89%~13.34%。该方法简便、快速、可靠,不仅节约了药材和溶剂的使用量,而且极大地简化了前处理方法,省时省力,同时显著降低了化学成分在提取过程中降解的几率,适用于管花肉苁蓉中苯乙醇苷类化合物的含量测定。     

车削零件表面粗糙度图像法检测优选方法

为实现对车削零件表面粗糙度检测,提出一种基于机器视觉表面粗糙度检测图像处理的新方法。该方法先按相应算法对所采集图像剔出受光衍射影响严重区域,然后再按其灰度分布情况进行区域优化,获得的图像灰度特征参数能反映表面粗糙度量值的有效特征区域。用该方法对表面粗糙度Ra标称值为0.8 μm~12.5 μm的五种车削样件测试,处理后图像灰度的均值、方差、能量和熵等特征参数与Ra标称值单调关系显著,各特征曲线的非线性误差均在1.5%以内。对比实验显示,这种特征提取和区域优化方法可应用于表面粗糙度的区分与检测。     

基于扫描相机的激光三维成像研究

随着条纹管器件技术的发展,条纹管作为瞬态光学器件的应用不再局限于高速摄影和光谱学研究领域。建立以单狭缝条纹管为核心器件的扫描相机激光成像系统,对目标进行推扫成像,获得原始条纹图像,并进行特征数据提取和三维重建。理论计算出的两目标的距离差与实际距离差较接近,从而验证采用该系统作激光雷达成像的可行性。实验结果表明,基于扫描相机激光雷达具有高分辨率,具有较好的应用前景。     

旋转加速度计式重力梯度仪输出解调与滤波

重力梯度仪是对地球表面微小重力梯度变化进行连续测量的仪器。由于核心敏感元件加速度计工艺与性能水平限制,以及多环节安装误差等因素导致系统实际输出信号中包含了大量噪声,且信噪比极低,为了能够在强噪声中有效提取真实的重力梯度信号,需在信号解调过程中降低谐波干扰引起的测量偏差。结合误差产生机理,分析比较了不同的解调方法对重力梯度信号解调的影响,明确了合理的信号解调手段。同时,在数据处理过程中增加带通滤波环节,进一步降低动态噪声对系统的影响。结合动态摇摆实验数据的仿真验证结果表明:上述措施对重力梯度仪原始观测数据的噪声抑制具有明显效果,测量偏差在一定程度上得到解决,解调后信号的噪声幅度下降至20%,提高了系统的空间分辨率,具有工程化应用意义。     

鰤鱼诺卡氏菌全肽聚糖的提取及鉴定

以鰤鱼诺卡氏菌(Nocardia seriolae)为研究材料,经扩大培养,离心集菌,用三氯乙酸处理以除去细胞壁上的磷壁酸及菌体内的核酸,甲醇、丙酮脱脂后,再经胰蛋白酶及中性蛋白酶复合酶解去除菌体内部的蛋白质,离心清洗、冻干即可制得肽聚糖.经过溶菌酶溶解试验,紫外可见光谱扫描分析证明所得产物为肽聚糖,透射电镜观察显示所提取的肽聚糖为囊状结构,且仍保持着原有的细菌细胞形态,证实所提取的肽聚糖为全肽聚糖.     

基于ICA的X射线医学图像目标提取

X射线医学成像能观察到患者体内病变组织,对医学诊断有重要参考价值。针对传统医学X射线图像噪声强、层次感差和器官组织重叠的问题,提出利用多能谱X射线成像结合独立成分分析(independent component analysis, ICA)进行图像去噪和目标提取。首先ICA结合稀疏编码收缩法对图像降噪预处理以保证目标提取精度;然后根据图像中各目标组成特性,分离图像中每个像素对应的目标厚度矩阵;最后ICA以盲分离理论获得收敛矩阵重建出目标对象。在ICA算法中,借助于主观评价标准,发现当收敛次数大于40时目标分离成功;当幅值尺度在[25, 45]区间内,目标图像对比度高且失真较小。同时,通过观测实验得到的三维峰值信噪比图表明：ICA算法中收敛次数和幅值对图像质量有较大影响,当重建图像的对比度和边缘信息均达到较好效果时,收敛次数与幅值为85和35。