基于地-空遥感耦合的冬小麦叶片氮积累量估算

利用不同冬小麦生态区同步的SPOT-5多光谱遥感影像、地面光谱数据和植株取样数据,提出一种基于波谱响应函数拟合和混合像元分解的纯净像元光谱提取方法,并对比分析了纯净像元光谱、模拟像元光谱和实测像元光谱与冬小麦叶片氮积累量（LNA）的定量关系.结果表明： 模拟像元光谱对叶片氮积累量的反演效果较好,纯净像元光谱反演效果次之,实测像元光谱最差;但基于模拟像元光谱的LNA监测模型不能直接外推至空间尺度.模型检验结果表明,基于纯净像元光谱的LNA监测模型在2个小麦生态区均具有较好的精度和稳定性,该方法综合利用了地-空遥感的优点,可以推广应用到其他不同空间分辨率和光谱分辨率的遥感数据,从而为区域性冬小麦氮素营养状况的遥感监测提供技术依据.     

光谱技术在血液诊断学上的应用

光谱技术能够了解物质结构、物质成分和它们的含量,且分析灵敏度和精度极高.光谱技术不仅可以测定生物组织的光学特性参数,而且光谱本身含有组织分子的许多信息.本文主要介绍:利用光谱技术应用于血液诊断学上的原理;医学上对癌症、白血病等疾病的传统诊断方法及其不足之处;应用光谱技术在诊断学上研究的现状,包括利用血清荧光光谱进行癌症的诊断、利用光声光谱进行白血病的诊断以及利用吸收光谱测量血液中微量元素的含量来诊断疾病;讨论利用光谱技术进行诊断存在的问题并展望其在疾病诊断上的应用前景.     

桉树叶片光合色素含量高光谱估算模型

色素在植物的生理生态过程中非常重要,利用高光谱数据,揭示光谱反射率上特征波段与光合色素含量间的关系将有助于理解光合色素光谱反射特征的规律,同时为利用高光谱遥感技术快速无损监测植物叶片光合色素提供了技术支持.利用野外采集的桉树叶片样本,在实验室内测定了叶片的高光谱反射率及对应的叶绿素、类胡萝卜素含量.利用光谱分析技术和统计学方法对光谱数据进行处理分析,提取了光谱特征参量,并建立叶绿素、类胡萝卜素含量与光谱特征参量间的估算模型.通过精度检验,研究结果表明以(SDr-SDb)/(SDr+SDb)为变量建立的指数模型估算效果最佳.     

水稻病毒的吸收光谱和荧光光谱

本文报导水稻簇矮病毒(RBSV),水稻矮缩病毒(RDV),水稻东格鲁病毒(RTV),水稻齿矮病毒(RRSV)和水稻草矮病毒(RGSV)等的吸收光谱和荧光光谱.结果表明:不同病毒有不同的吸收光谱带和荧光光谱带.它包括主峰,各次峰及其轮廓.通过不同相对强度的光谱,可以判断其浓度.这些光谱可以反映病毒的某些结构信息.同时通过光谱也可以鉴别水稻病毒的类型.     

用于胃癌检测的漫反射光谱

胃癌正严重地威胁人类的健康,为了开发一种可以诊断早期胃癌的新型光学检测技术,建立了一套简便的组织体漫反射光谱检测装置.首先,根据组织体的光学特性,介绍光谱检测方法的基本原理.然后,利用组织癌变导致的组织体光学特性变化,建立漫反射光谱检测的实验装置.最后,利用该实验装置分别获取正常胃组织和胃癌组织的漫反射光谱.实验结果表明:癌变和正常胃组织的漫反射光谱在可见光区域有明显差别,特别是在波长为500 nm和630 nm处,但是漫反射光谱检测无法分辨来自组织不同层的光谱信息.这些结果说明漫反射光谱检测装置可用于胃癌的辅助检测.     

UV-B辐射胁迫下杨梅幼苗的高光谱响应

设置UV-B滤光减弱、UV-B辐射增强和自然光(对照)3组模拟大田试验,比较了不同UV-B辐射处理下,亚热带典型木本植物杨梅幼苗的叶绿素含量、光谱反射率及光谱特征参数,研究UV-B辐射变化对亚热带森林树种的影响.结果表明:增强UV-B辐射可降低杨梅幼苗的叶绿素含量,而降低辐射则会显著促进叶绿素的增加,并且这种胁迫反应于光谱反射率中.3种不同梯度UV-B辐射作用下,可见光部分光谱反射率间的差异主要集中在绿光反射峰及红边附近,同时红边所在波长位置“红移”.UV-B辐射对杨梅的胁迫在时间上具有积累性.用反高斯模型参数R0、λ0、λp、Rs、6指示杨梅受UV-B胁迫,以Rs最显著.不同UV-B辐射水平下植物叶片光谱反射率上的差异,可通过较窄波段光谱反射率或特定波长光谱反射率所构建的植被指数加以有效区分.     

大型沉水植物苦草的光谱特征识别

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键.利用地物光谱仪在实验室和上海“梦清园”人工湿地中,分别实测了不同盖度沉水植物苦草的反射光谱特征.结果表明随着苦草盖度的增加,其光谱反射率也相应增加,不同盖度苦草的光谱反射率差异主要表现在500～650 nm和700～900 nm 波段范围.受水体环境影响,实验室模拟试验与室外控制试验测得的苦草光谱反射率差异主要表现在近红外波段（700～900 nm）.分别将苦草的不同盖度与其在QuickBird多光谱遥感影像4个波段与盖度相关性最大波段处的光谱反射率进行回归分析,得到了较好的线性关系.应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的苦草盖度.研究结果可为监测沉水植物的高光谱遥感影像判读和解译分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据.     

亚热带典型常绿阔叶树种叶片叶绿素含量与其高光谱特征间的关系

叶绿素在植物的生理生态过程中非常重要.利用高光谱数据,揭示光谱反射率上特征光谱与叶绿素含量间的关系将有助于理解叶绿素光谱反射特征的规律.选取了6种亚热带常绿阔叶树种,抽取一定数量的叶片样品,分别测量了叶片的光谱反射率及其叶绿素含量,并建立了光谱反射率曲线上的红边位置附近的光谱反射率和叶绿素总量间的回归模型.结果显示:对所研究的树种而言,红边位置处一窄波长范围内的平均光谱反射率与叶绿素总量间的相关性普遍较高,回归效果显著.从高光谱遥感的角度结合植物的生理生态特点分析了其机理.建立的有关红边位置处的光谱反射率与叶绿素总量间的回归模型普遍具有较高的拟合度,其应用前景较好.     

陇中黄土高原春小麦光谱反射特征

通过田间小区试验,测定了3个春小麦品种(高原602、陇春8139和定西24)在不同生育期和不同种植密度的光谱反射率及对应叶面积指数(LAI)和地上生物量,分析了其光谱反射的一般特征和红边参数特征以及光谱变量与LAI和地上生物量的相关性.结果表明:在整个波段内,春小麦冠层光谱表现为高原602＞陇春8139＞定西24,其叶片光谱表现为定西24＞陇春8139＞高原602;春小麦冠层光谱在可见光波段和中红外波段成熟期明显大于孕穗期,而叶片光谱在近红外波段孕穗期明显大于成熟期;随着种植密度的提高,在近红外波段冠层和叶片的光谱反射率逐渐增加;冠层光谱的红边均具有"双峰"现象,从孕穗期到成熟期,冠层红边位置呈现"蓝移"现象;LAI和地上生物量与冠层光谱变量之间存在较好的相关性.     

振动光谱与蛋白质二级结构

红外光谱和拉曼光谱(统称分子振动光谱)应用于蛋白质构象研究经历了定性阶段和半定量阶段.近5年来,去卷积和二阶导教等提高分辨率方法以及曲线拟合方法的应用,使得振动光谱在定量计算蛋白质二级结构和监测蛋白质构象变化等方面取得突破性的进展,进入了定量化的阶段.     

滨海盐土土壤水分的高光谱参数及估测模型

基于滨海盐土5个试验点的土壤含水量和室内土壤表面高光谱反射率,综合分析了350~2500 nm波段范围内土壤含水量与土壤光谱之间的关系,并基于比值光谱指数(RSI)、归一化光谱指数(NDSI)和差值光谱指数(DI)确定了光谱参数,进而构建土壤含水量估测定量模型.结果表明:滨海盐土原始光谱反射率与土壤含水量呈显著负相关关系,且最大负相关出现在1930 nm(r=0.86)附近.对RSI、NDSI和DI的直线回归方程、幂函数回归方程进行对比,以RSI(R_(1407),R_(1459))为自变量构建的土壤含水量指数函数线性回归方程决定系数最大(0.780),标准误较小(0.016),拟合方程为y=0.00001e~(9.72053 x).估测模型能够更好地监测滨海盐土土壤水分状况.基于RSI(R_(1407),R_(1459))构建的模型可实现对江苏省滨海盐土土壤水分的精确监测.     

滨海盐土土壤水分的高光谱参数及估测模型

基于滨海盐土5个试验点的土壤含水量和室内土壤表面高光谱反射率,综合分析了350～2500 nm波段范围内土壤含水量与土壤光谱之间的关系,并基于比值光谱指数(RSI)、归一化光谱指数(NDSI)和差值光谱指数(DI)确定了光谱参数,进而构建土壤含水量估测定量模型.结果表明： 滨海盐土原始光谱反射率与土壤含水量呈显著负相关关系,且最大负相关出现在1930 nm(r=0.86)附近.对RSI、NDSI和DI的直线回归方程、幂函数回归方程进行对比,以RSI(R₁₄₀₇,R₁₄₅₉)为自变量构建的土壤含水量指数函数线性回归方程决定系数最大(0.780),标准误较小(0.016),拟合方程为y=0.00001e^9.72053x.估测模型能够更好地监测滨海盐土土壤水分状况.基于RSI(R₁₄₀₇,R₁₄₅₉)构建的模型可实现对江苏省滨海盐土土壤水分的精确监测.     

黄土丘陵沟壑区土壤养分含量的高光谱预测模型

基于高光谱数据快速准确估算土壤养分含量,可为土壤养分监测及土壤理化参数反演提供优化方法.本研究在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型样地,分析土壤养分含量与光谱反射率的定量关系,采用连续投影算法提取其光谱特征波长,利用偏最小二乘法、多元线性回归法、支持向量机法分别对土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量进行预测并对比分析,构建该区域土壤养分含量的最优高光谱预测模型.结果表明: 黄土丘陵沟壑区土壤养分含量与光谱反射率在可见光区(400～760 nm)和近红外区(760～1100 nm)相关性较高,相关系数最大值均位于这两个光谱区间.4种土壤养分含量的SPA-SVM模型的普适性好且反演精度高,建模过程简单高效,适用于小数据量试验.本研究结果可为采用机器学习算法构建黄土丘陵沟壑区土壤养分含量高光谱预测模型提供参考.     

几种生物大分子的激光拉曼光谱

第一个生物大分子——溶菌酶的激光拉曼光谱发表于1968年。两年后R.C.Lord等用浓溶菌酶水溶液实验,对其大部分拉曼谱带作了指认。1970年Rimai等人发表了胡萝卜素、番茄红素、番茄组织和视网膜中视蛋白的共振拉曼光谱。随后十年,拉曼光谱在生物学领域中应用发展极其迅速,     

组织模型偏振散射光谱特性研究

结合偏振门技术和米氏散射理论,建立了组织模型的偏振散射差分光谱理论模型.计算分析了粒子群的平均尺寸、相对折射率变化时后向偏振散射差分光谱的特征.结果表明,利用偏振门技术测量的差分光谱主要是来自表层粒子的光信号,偏振散射差分光谱对粒子平均尺寸及相对折射率的变化比较敏感,随着粒子平均尺寸的增加,光谱振荡频率将增加,而随着相对折射率的减小,光谱的振幅减小,且差分光强值减小.该方法对于早期癌症检测具有潜在应用意义.     

水稻上部叶片叶绿素含量的高光谱估算模型

叶片叶绿素 (Chl) 状况是评价植株光合效率和营养胁迫的重要指标,实时无损监测Chl状况对作物生长诊断及氮素管理具有重要意义.以不同生态点、不同年份、不同施氮水平、不同类型水稻品种的4个田间试验为基础,于主要生育期同步测定了水稻主茎顶部4张叶片的高光谱反射率及Chl含量,并计算了350～2500 nm范围内任意两波段组合而成的比值(SR[λ1,λ2])和归一化(ND[λ1,λ2])光谱指数以及已报道的对Chl敏感的光谱指数,进一步系统分析了叶片Chl含量与上述光谱指数之间的定量关系.结果表明,红边波段的比值和归一化光谱指数可以较好地预测水稻上部4叶的Chl含量(R~2>0.9),但对于不同Chl指标其最佳组合波段有所差异.估算叶绿素a (Chla)、叶绿素总量(Chla+b)和叶绿素b (Chlb)的最佳比值光谱指数分别为SR(724,709)、SR(728,709)和SR(749,745),方程拟合决定系数R~2分别是0.947、0.946、0.905;最佳归一化光谱指数分别为ND(780,709)、ND(780,712)和ND(749,745),R~2分别是0.944、0.943、0.905.引入445 nm波段反射率对上述光谱指数进行修正,可以降低叶片表面反射差异的影响,提高模型的应用范围.利用不同年份独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果表明,修正型比值光谱指数 mSR(724,709)、mSR(728,709) 和 mSR(749,745),以及修正型归一化光谱指数mND(780,709)、mND(780,712) 和 mND(749,745) 预测 Chla、Chla+b 和 Chlb 的效果更好,其测试的RMSE分别为 0.169、0.192、0.052、0.159、0.176、0.052,RE分别为8.18%、7.74%、13.01%、8.26%、7.59%、12.96%,均较修正前降低,说明修正后的光谱指数普适性更好.     

拉曼光谱在胃癌诊断中的应用与研究进展

拉曼光谱是一种分子振动光谱技术,具有分子水平的肿瘤检测和诊断能力.胃癌是常见恶性肿瘤,经常到晚期才得到诊断,死亡率较高,而早期胃癌预后较好,因此胃癌早期检测和诊断显得尤为重要.文章介绍了拉曼光谱用于胃癌早期检测和诊断的应用,并综述其研究进展,结果认为拉曼光谱探针与内镜整合,将实现胃癌活体检测和诊断,极具临床应用价值.     

生物组织拉曼光谱数据的统计分析

拉曼光谱技术在生命科学领域已取得较为广泛的研究与应用,如何从低信噪比、质量差的拉曼光谱信号提取并充分利用谱图中所含信息,对光谱后续分析、样品的归类等至关重要.本文首先明确了生物组织拉曼光谱统计分析中几个重要的概念,进而对拉曼光谱数据的预处理,光谱分析研究中较为常用的几种多元统计方法进行了归纳、对比与分析.     

橡胶树叶片高光谱特征分析

从光谱曲线特征和光谱变换特征分析橡胶树(Hevea brasiliensis)叶片反射曲线特征.结果表明,蓝边、红边、黄边位置特征分别出现于525 nm、725 nm、550 nm波段附近,红谷位置特征变化较大,并提取了红边积分面积等重要光谱变量特征.叶片氮含量与反射光谱的相关分析表明橡胶树叶片氮素敏感波段为700～1300 nm,其中730 nm处相关性最好,达到0.8422的极显著水平,以730 nm处的反射率与叶片氮含量建立线性模型,其复相关系数R2达到0.7094.     

青海祁连瑞香狼毒的光谱差异特征提取

瑞香狼毒是分布在青海省高寒草甸的主要毒害草之一,近年来其迅速蔓延对当地畜牧业危害严重并使草地生态系统日趋退化.在海北州祁连县选取狼毒分布的典型退化草甸,采用2012—2014年狼毒盛花期获取的实测光谱数据,分析狼毒与牧草的光谱差异性.结果表明： 在350~900 nm的可见光 近红外波段,狼毒顶花的光谱反射特征明显异于狼毒叶片和同期牧草等绿色背景,顶花与绿色背景的光谱反射率差异主要体现在红谷和蓝谷.随着盖度的增加,狼毒群落光谱反射率整体升高,在近红外反射峰处狼毒群落与牧草群落光谱反射率具有最大差值,且不同盖度狼毒群落之间的差异性最明显.顶花与绿色背景以及狼毒群落与牧草群落的一阶导数光谱差异均体现在黄边幅值和蓝边幅值.狼毒群落盖度与光谱特征参量的线性回归分析表明,红谷与狼毒群落盖度的相关性最好(R²=0.94),反演狼毒群落盖度的精度最高.盛花期区分狼毒与牧草的主要光谱特征参量为红谷、蓝谷与近红外反射峰,其对应的红、蓝及近红外波段的组合可用于构建狼毒提取的敏感指数.