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光谱学与光谱分析 2022年第10期42卷 3031-3038页

作者：张永彬朱丹丹陈颖刘喆段玮靓李少华燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 河北先河环保科技股份有限公司河北石家庄050000

藻华现象的频繁发生严重影响了海洋环境和人类的生产活动,因此对水体浮游植物的监测十分重要。三维荧光光谱被广泛应用于水体浮游植物中藻类的群落组成分析和浓度定量分析,然而三维荧光光谱数据中的信息冗余给藻类定性定量分析带来了一... 详细信息

藻华现象的频繁发生严重影响了海洋环境和人类的生产活动,因此对水体浮游植物的监测十分重要。三维荧光光谱被广泛应用于水体浮游植物中藻类的群落组成分析和浓度定量分析,然而三维荧光光谱数据中的信息冗余给藻类定性定量分析带来了一定的影响。针对光谱信息冗余问题,提出了特征区域积分与凸点提取相结合的三维荧光光谱波长选择方法。以抑食金球藻、细长聚球藻、小球藻为研究对象,采用Savitzky-Golay卷积平滑法对三维荧光光谱进行预处理,解决了因外界因素造成的光谱噪声问题,采用马氏距离法剔除三维荧光光谱数据集中的异常光谱样本,运用浓度残差法剔除三维荧光光谱数据集中的异常浓度值样本,然后通过偏最小二乘回归模型的内部交叉验证均方根误差衡量不同特征区域下凸点的可靠性进行波长变量的选择。为验证波长筛选方法的有效性,对三种藻类建立偏最小二乘回归模型,以内部交叉验证决定系数(R^(2))、内部交叉验证均方根误差(RMSECV)作为模型评价指标。与全光谱数据建立的回归模型进行了比较,抑食金球藻、小球藻、细长聚球藻的波长变量由全谱的1071个分别减少到77个、75个、67个,R^(2)分别提高了0.0164,0.002和0.0324,RMSECV分别降低了1.8×10^(5),2.0×10^(5),2.6×10^(5)。与UVE方法相比,抑食金球藻、小球藻、细长聚球藻的波长变量分别减少了599个、357个、317个,R^(2)分别提高了0.0145,0.0004和0.0123,RMSECV分别降低了1.6×10^(5),7.0×10^(4)和1.6×10^(5)。经过该方法进行波长变量选择后,减少了冗余信息,提高了模型预测能力。

关键词：浮游植物三维荧光光谱特征区域凸点波长选择

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基于神经网络的阿尔茨海默病脑电诊断应用现状

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生物医学工程学杂志 2022年第6期39卷 1233-1239,1246页

作者：刘毅(综述) 李振阳(综述) 危志伟(综述) 徐永红(综述) 谢平(综述) 王玉琳(综述) 刘沁爽(综述) 李昕(审校) 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学康养产业技术研究院河北秦皇岛066004 秦皇岛市第一医院河北秦皇岛066004

脑电信号是脑神经电生理活动的总体反映,具有安全、高效、实时、动态等优点。随着机器学习相关研究的开展与推进,基于神经网络的阿尔茨海默病自动诊断正成为脑电分析研究热点。本文从前馈神经网络入手,比较分析了循环神经网络、卷积神... 详细信息

脑电信号是脑神经电生理活动的总体反映,具有安全、高效、实时、动态等优点。随着机器学习相关研究的开展与推进,基于神经网络的阿尔茨海默病自动诊断正成为脑电分析研究热点。本文从前馈神经网络入手,比较分析了循环神经网络、卷积神经网络和深度信念网络等神经网络模型的结构特性及其在阿尔茨海默病诊断中的性能表现,并探讨了该研究在未来可能面临的挑战和研究趋势,期望为神经网络在阿尔茨海默病脑电诊断的临床应用提供有价值的参考。

关键词：阿尔茨海默病脑电诊断神经网络深度学习

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基于THz-TDS的陶瓷纤维复合材料缺陷检测分析

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光谱学与光谱分析 2022年第5期42卷 1547-1552页

作者：潘钊李宗亮张振伟温银堂张朋杨燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室北京100048

新型陶瓷纤维复合材料由短切氧化硅纤维及其胶合物经高温烧结得到的一种轻质多孔材料,材料微观结构特性直接影响着宏观结构特性和功能特性。该类材料的孔隙度分布在84%~95%之间,微观孔径主要集中在100μm范围内,偶尔有少量纳米孔。陶瓷... 详细信息

新型陶瓷纤维复合材料由短切氧化硅纤维及其胶合物经高温烧结得到的一种轻质多孔材料,材料微观结构特性直接影响着宏观结构特性和功能特性。该类材料的孔隙度分布在84%~95%之间,微观孔径主要集中在100μm范围内,偶尔有少量纳米孔。陶瓷纤维复合材料以其耐高温、低密度、高比强和抗烧蚀等优异性能在超高声速飞行器外层隔热部件得到应用,但该类材料可能因为制作和装配的工艺水平等因素出现夹杂、孔洞甚至大面积脱粘等现象。由于陶瓷纤维复合材料结构与应用场景的特殊性使得常规的无损检测手段效果不佳,而太赫兹(THz)技术作为一种新兴的无损检测技术,在该类材料的无损检测具有很大的潜力,可与常规检测技术形成互补。针对陶瓷纤维复合材料构件粘接层缺陷检测问题,研究了太赫兹时域信号和太赫兹层析成像方式对缺陷定位方法。基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)无损检测技术获取和对比试样中有粘接层缺陷和粘接层完好位置的时域波形的波形峰值和相位差异,并经过反卷积滤波技术对时域波形进行处理,定性分析时域波形与粘接层缺陷特性的关系,宏观判断缺陷存在;通过对太赫兹波段陶瓷纤维复合材料光学参数提取测定太赫兹波段的平均折射率为1.028,进而分析粘接层缺陷的深度和厚度分别为18.4和0.28mm,与预置缺陷真实深度和厚度相比准确度分别为92%和90%。但由于通过时域信号提取的平均折射率会给粘接层缺陷位置分析造成误差,因此以太赫兹层析成像方式进一步估计缺陷的位置,分析了太赫兹层析成像噪声来源以及对成像质量的影响并采用了双边滤波对层析成像降噪滤波,基于太赫兹层析成像技术建立了位置评估模型,获取了粘接层缺陷的厚度为0.26mm,较预置缺陷厚度的准确度为96%,有效地完善了太赫兹检测技术对缺陷定位的形式,实现了陶瓷纤维复合材料构件的粘接层缺陷的高精度定位表征。

关键词：陶瓷纤维复合材料太赫兹时域光谱反卷积滤波太赫兹层析成像双边滤波

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基于三维荧光光谱和GBDT-LR的褐潮藻辨识

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光学学报 2022年第12期42卷 289-297页

作者：陈颖段玮靓杨英刘喆张永彬刘俊飞李少华燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 河北先河环保科技股份有限公司河北石家庄050035

近年来频繁发生的褐潮污染给沿海地区经济带来巨大损失。准确、高效地识别褐潮藻对预防海洋环境污染意义重大。采用三维荧光光谱、梯度提升决策树(GBDT)和逻辑回归(LR)相结合的方法,实现了对褐潮藻的准确辨识。为解决LR模型对非线性数... 详细信息

近年来频繁发生的褐潮污染给沿海地区经济带来巨大损失。准确、高效地识别褐潮藻对预防海洋环境污染意义重大。采用三维荧光光谱、梯度提升决策树(GBDT)和逻辑回归(LR)相结合的方法,实现了对褐潮藻的准确辨识。为解决LR模型对非线性数据的特征组合能力较弱的问题,引入GBDT算法,充分利用集成学习算法在处理非线性数据上的优势。将GBDT的预测结果作为新特征代替原来的特征输入LR模型,建立了一种将GBDT与LR相融合的褐潮藻辨识模型(GBDT-LR)。针对复杂海洋环境中其他门类藻的干扰,实验引入小球藻、细长聚球藻等5种不同门类的海藻作为对比,并对处于不同生长周期的褐潮藻辨识情况进行分析。相同条件下通过将所提模型与LR、支持向量机(SVM)和反向传播(BP)神经网络等模型进行对比。结果表明,GBDT-LR在分类准确率、召回率和F1分数等评价指标上均优于其他模型,处于指数生长期的藻类荧光光谱最为稳定,这一时期的褐潮藻辨识结果最好。

关键词：光谱学三维荧光光谱褐潮污染特征提取逻辑回归梯度提升决策树

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基于偏振成像和YOLOv8的雾天道路目标检测

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计量学报 2024年第11期45卷 1626-1633页

作者：谈爱玲李晓航赵勇高美静苏海杰刘闯郭天安燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 北京理工大学集成电路与电子学院北京100081

雾天天气下,车辆和行人目标的准确检测对汽车自动驾驶非常重要。首先通过偏振成像装置采集了0°、45°、90°和135°角度的偏振图像,并通过3种不同的融合方式构建了I04590、stokes和pauli图像数据集。提出一种改进YOLOv... 详细信息

雾天天气下,车辆和行人目标的准确检测对汽车自动驾驶非常重要。首先通过偏振成像装置采集了0°、45°、90°和135°角度的偏振图像,并通过3种不同的融合方式构建了I04590、stokes和pauli图像数据集。提出一种改进YOLOv8的目标检测算法以提高雾天偏振图像中汽车和行人两类目标的检测准确率。提出一种基于混合池化的MixSPPF结构,改善了原有SPPF结构对全局信息的提取能力;然后基于不同大小的卷积设计了Multiscale Module模块并结合Coordinate Attention注意力机制增强了对空间信息和通道信息的提取。实验结果表明,提出的改进YOLOv8算法获得的全类平均准确率P_(A)@0.5和P_(A)@0.5:0.95分别达到了83.4%和39.3%,比初始YOLOv8算法分别提升了1.6%和0.9%。

关键词：目标检测偏振图像融合雾天天气 YOLOv8 MixSPPF Multi-scale Module

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卒中后神经肌肉功能耦合的多尺度特征分析及其临床应用

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中华神经外科杂志 2024年第4期40卷 372-377页

作者：张浩浩毛之奇陈晓玲李天晴刘迪余新光南开大学医学院天津300350 解放军总医院第一医学中心神经外科医学部北京100853 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004

目的初步分析卒中患者神经肌肉功能耦合(FCMC)的多尺度特征,并探讨其在运动功能评估中的作用。方法前瞻性纳入2018年1—3月解放军总医院第一医学中心神经外科医学部收治的发病后右上肢偏瘫的卒中患者(n=8,卒中组)以及健康人(n=8,健康对... 详细信息

目的初步分析卒中患者神经肌肉功能耦合(FCMC)的多尺度特征,并探讨其在运动功能评估中的作用。方法前瞻性纳入2018年1—3月解放军总医院第一医学中心神经外科医学部收治的发病后右上肢偏瘫的卒中患者(n=8,卒中组)以及健康人(n=8,健康对照组)作为受试者。对受试者进行右上肢恒定握力试验,通过复杂多尺度一致性(CMSC)分析方法对同步采集的多通道脑电和肌电信号进行分析;采用一致性显著性阈值计算方法计算20个时间尺度下的显著面积指标,并采用双因素重复测量的方差分析比较卒中组与健康对照组显著面积指标的差异。采用皮尔逊相关性分析方法验证卒中组患者多尺度FCMC显著面积指标与右上肢上田敏量表评级的相关性。结果与健康对照组比较,卒中组在不同时间尺度和频率范围内的CMSC值大多较低,且CMSC高值通常出现在高频段(45~60Hz)。在<1Hz的低频率范围内,6/8的健康对照组在时间尺度10左右出现CMSC较高值,而5/8的卒中组在此处的CMSC值相对较低。双因素重复测量的方差分析结果显示,卒中组与健康对照组显著面积的差异具有统计学意义(F_(组间)=14.20,P_(组间)=0.007;F_(时间尺度)=14.35,P_(时间尺度)<0.001;F_(交互作用)=13.29,P_(交互作用)<0.001);与健康对照组比较,卒中组在时间尺度9、10、11和12上的显著面积均较低(均P<0.05)。皮尔逊相关性分析结果显示,在时间尺度分别为9(r=0.74,P=0.032)、10(r=0.62,P=0.021)及12(r=0.71,P=0.030)时,卒中组的多尺度FCMC显著面积指标与上田敏量表评级呈正相关。结论初步分析发现,卒中后存在多尺度FCMC现象,且尺度特征较健康人改变,其中特定尺度的FCMC特征指标有望应用于卒中患者运动状态的临床评估。

关键词：卒中神经肌肉监测神经电生理监测复杂多尺度一致性显著性面积指标

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三维荧光光谱结合ICSO-SVM对性激素的分类鉴别

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光学学报 2021年第10期41卷 214-221页

作者：王书涛展书杰刘诗瑜张靖昆燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

为了提高复杂水环境中性激素的分类识别率,提出一种三维荧光光谱法结合改进的鸡群算法(ICSO)优化支持向量机(SVM)的模型。利用FS920荧光光谱仪对雌酮、雌二醇和雌三醇3种典型性激素的单组分溶液及混合溶液进行荧光特性分析,并在光谱重... 详细信息

为了提高复杂水环境中性激素的分类识别率,提出一种三维荧光光谱法结合改进的鸡群算法(ICSO)优化支持向量机(SVM)的模型。利用FS920荧光光谱仪对雌酮、雌二醇和雌三醇3种典型性激素的单组分溶液及混合溶液进行荧光特性分析,并在光谱重叠严重的前提下建立ICSO-SVM模型对3种性激素进行分类鉴别。ICSO-SVM模型不仅训练过程稳定,收敛速度快,而且测试集的性激素识别率为100%,均优于PSO-SVM模型。结果表明,三维荧光光谱法结合ICSO-SVM模型是一种有效的性激素检测方法。

关键词：光谱学支持向量机(SVM) 改进鸡群算法性激素检测

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密集连接网络在SAR与多光谱影像融合中的应用

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光学精密工程 2021年第5期29卷 1145-1153页

作者：王书涛崔凯孔德明刘诗瑜吴兴燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

为克服单一卫星传感器成像的不足,提出了基于密集连接网络的合成孔径雷达(SAR)与多光谱影像的融合算法。首先分别对SAR影像与多光谱影像进行预处理,使用双三次插值法重采样到同一空间分辨率下,然后使用密集连接网络来分别提取影像的特征... 详细信息

为克服单一卫星传感器成像的不足,提出了基于密集连接网络的合成孔径雷达(SAR)与多光谱影像的融合算法。首先分别对SAR影像与多光谱影像进行预处理,使用双三次插值法重采样到同一空间分辨率下,然后使用密集连接网络来分别提取影像的特征图,并采用区域能量最大的融合策略将深度特征进行融合,将融合图像输入到预训练的解码器中进行重构,获得最终融合影像。实验采用哨兵1号SAR影像、Landsat-8影像和高分1号卫星影像进行验证,并与基于成分替换、基于多尺度分解和基于卷积神经网络的代表性方法进行对比试验。实验结果表明,基于密集连接网络的融合算法在多尺度结构相似度指标上的精度高达0.9307,在其他多种评价指标上也都优于其他融合算法,SAR影像的细节信息和多光谱影像的光谱信息得到很好的保留。

关键词：合成孔径雷达图像融合密集连接网络多光谱

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基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

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光谱学与光谱分析 2021年第11期41卷 3462-3467页

作者：谈爱玲赵荣孙嘉林王鑫蕊赵勇燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有... 详细信息

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag2和Ag3对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326, 463, 741, 781, 1 068, 1 294, 1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag2和Ag3银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463, 741~781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag2和Ag3入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。

关键词：拉曼光谱表面增强拉曼光谱密度泛函理论银团簇毒死蜱

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基于多层面压缩深度神经网络的轴承故障诊断

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电子测量与仪器学报 2022年第7期36卷 189-198页

作者：刘钊孙洁娣温江涛燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省信息传输与信号处理重点实验室秦皇岛066004 燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004

针对在资源有限的工业环境中难以应用基于深度神经网络的故障诊断模型的问题,提出一种压缩深度神经网络的轴承故障诊断方法,将结构化剪枝、非结构化剪枝、参数量化及矩阵压缩多层面处理相结合,实现了网络多级压缩。首先用结构化剪枝剔... 详细信息

针对在资源有限的工业环境中难以应用基于深度神经网络的故障诊断模型的问题,提出一种压缩深度神经网络的轴承故障诊断方法,将结构化剪枝、非结构化剪枝、参数量化及矩阵压缩多层面处理相结合,实现了网络多级压缩。首先用结构化剪枝剔除卷积层中输出低秩特征图对应的滤波器;再用非结构化剪枝去除全连接层中非重要性连接;最后通过对权重矩阵的参数量化减少参数表示所需比特数,并结合权值矩阵压缩存储方法进一步减小了网络的参数存储量。实验表明提出的压缩方法在保证较高诊断准确率的前提下,极大减少了网络的参数存储量和浮点运算量,缩短了网络训练时间,加快了网络响应速度,为深度神经网络方法的工业实际应用进行了有益探索。

关键词：轴承故障诊断深度学习模型压缩网络剪枝参数量化

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