面向浑浊水体叶绿素a浓度遥感反演的光谱基线校正
拉曼光谱的原理及应用.doc
拉曼光谱的原理及应用 拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性,体积小而功率大的二极管激光器,与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计,提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。 （一）含义 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会按原来的方向透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究谱线特征 （二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同,但对同一样品,同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关； b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上,斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。 c. 一般情况下,斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布,处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。 （三）拉曼光谱技术的优越性 提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析,它无需样品准备,样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外 1 由于水的拉曼散射很微弱,拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。 2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间,可对有机物及无机物进行分析。相反,若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器 3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐,更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中,独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。 4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米,常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且,拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小,可分析更小面积的样品。 5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动,这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。（四）几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术 2、以CCD为代表的多通道探测器用于拉曼光谱的检测仪的分析技术 3、采用傅立叶变换技术的FT-Raman光谱分析技术 4、共振拉曼光谱分析技术 5、表面增强拉曼效应分析技术 (五) 拉曼频移,拉曼光谱与分子极化率的关系 1、拉曼频移：散射光频与激发光频之差,取决于分子振动能级的改变,所以它是特征的,与入射光的波长无关,适应于分子结构的分析 2、拉曼光谱与分子极化率的关系 分子在静电场E中,极化感应偶极矩P为静电场E与极化率的乘积 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子的极化率 分子中两原子距离最大时,极化率也最大 拉曼散射强度与极化率成正比例 （六）应用激光光源的拉曼光谱法 应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性,与表面增强拉曼效应相结合,便产生了表面增强拉曼光谱。其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍,加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制,使分析的信噪比大大提高。已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时,这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍,有利于低浓度和微量样品的检测。已用于无机、有
拉曼光谱基线校正解读
2 Spectroscopy 29(2) February https://www.wendangku.net/doc/102203894.html,Baseline Correction for Raman Spectra Based on Piecewise Linear Fitting The correction of baseline drift is an import part for data preprocessing. An interval linear fitting method based on automatic critical-point-seeking was improved, which made it possible for the baseline to drift automatically. Experimental data were acquired from the sulfamic acid catalytic reaction of the aspirin system, which consisted of different proportions of aspirin. A simulated base-line with different interval values of moving average smoothing determined setting parameters in this method. After baseline drifts caused by fluorescence are removed, the differences of character-istic aspirin peaks proved the efficiency of this method. Kuo Sun, Hui Su, Zhixiang Yao, and Peixian Huang Rcharacterization for its ability to obtain information on vibrations from samples. It can also be used for on-line monitoring using a fiber-optic Raman probe (1,2). The Raman spectra show the characteristics for species in sharp and dense peaks. However, during the application of Raman spectroscopy, fluorescence of organic compounds in the samples, which are sometimes several orders of magnitude more intense than the weak Raman scatter, can interfere with the Raman signals (3). A phenomenon of baseline drift shows up, making the resolution and analysis of Raman spectra impractical.Both instrumental (4) and mathematical methods have been developed to reduce the drifted baseline caused by fluorescence. The use of an excitation wavelength such as 785–1064 nm lasers, which does not eliminate fluorescence (5), is the most traditional instrumental method. Raman scattering is directly proportional to the fourth power of frequency; as the excitation wavelength increases, the sen-sitivity of the Raman becomes severely reduced. The use of anti-Stokes Raman spectroscopy is another method, based on theory (6). Mathematical methods (7–10) include the first and second order derivatives, wavelet transform, me-dian filter, and manual polynomial fitting. These methods are useful in certain situations, but still have some limita-tions. For example, derivatives are effective, but as a result the shape of the Raman spectrum is changed; wavelet trans-form can be differentiable in the high- and low-frequency components of the signals; however, it is difficult to choose a decomposition method. Manual polynomial fittings re-quire the user to identify the “non-Raman” locations manu-ally (11), and afterwards the baseline curve is formed by fitting these locations. Consequently, the result involves the inevitable subjective factors and, in addition, the
利用高光谱技术反演作物叶绿素浓度
利用高光谱技术反演作物叶绿素浓度 摘要：高光谱技术作为一种新兴光谱技术，被广泛应用于植物的无损检测中，植被叶片叶绿素含量的估测就是其中之一。利用可见-近红外成像光谱仪采集不同生育期玉米和大豆的冠层“图谱”数据，在逐步提取影像中光照土壤、阴影土壤、光照植被、阴影植被四种组分光谱的基础上，通过选取的敏感波段构建光谱植被指数和叶绿素密度进行波段自相关分析，探讨各个分量对作物叶绿素密度反演的影响。 关键词：高光谱技术；叶绿素；反演 0 引言 植物通过光合作用获取营养物质，在植物光合作用中，植物细胞中的叶绿体占据了重要的地位，而叶绿体中的色素有叶绿素（叶绿素a，叶绿素b 和叶绿素a+b）与类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素）。其中，叶绿素是植物光合作用中最重要的色素，其作为主要吸收光能的物质，直接影响植物光合作用的光能利用率。叶片单位面积的叶绿素含量是植物总体生长状况的一个重要指标。叶片叶绿素含量的测定可以用来检测和研究植物突变、压力和营养状态，作物压力和萎黄病的检测对精细农业具有重要的潜在影响[1]。 随着光谱技术的发展，其被应用到各个领域。而高光谱技术作为光谱技术的一种，由于具有众多优点，在光谱检测方面应用十分广泛，备受人们的青睐。人类肉眼的视觉范围在380~780 nm 之间，而高光谱的波段非常宽，一些高光谱仪器的波段达350~2 500 nm。因此，通过高光谱技术可以对绿色植物进行叶绿素的检测和定量分析。本文对高光谱技术在植物，特别是在经济作物的叶绿素含量检测和定量分析中的应用加以概述[2]。 1 成像系统简介及数据处理 1.1 高光谱成像技术简介 高光谱成像技术是在多光谱成像的基础上发展而来的，在较宽的波段范围内，利用成像光谱仪对目标物体进行连续成像，从而获得每个像元的数十或数百条光谱信息。其成像特点是：光谱范围广（200~2 500nm）、超多波段（上百个波段）、高的高光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）和图谱合一等。由于所获得的图像信息不仅可以反映物体的大小、形状、缺陷等外部特征，而且不同物体因结构和成分的不同使光谱吸收也不同，从而可以用于物体内部的物理结构和化学成分的检测。 高光谱成像检测装置主要由光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装有图像采集卡的计算机组成，如图1所示[3]
拉曼光谱解读
激光拉曼光谱 [实验目的] 1、学习使用光谱测量中常用的仪器设备； 2、测量4CCl （液体）的拉曼光谱； 3、学习简单而常用的光谱处理方法，并对4CCl 的拉曼光谱进行处理，求出4CCl 的主要拉曼线的拉曼位移。 [拉曼光谱基本原理] 1、 现象 频率0v 的单色辐射入射到透明气体、液体或光学上完整透明的固体上时，大部分辐射无改变地透过，还有一部分受到散射。其中将出现频率为0m v v ±的辐射对。这种辐射频率发生改变的散射成为拉曼（Raman ）散射；还有辐射频率不发生改变的散射称为瑞利散射。一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱，即0v 和0m v v ±合起来构成拉曼光谱。0v 称为瑞利线，0m v v ±称为拉曼线，m v 称为拉曼位移。且频率为0m v v -的拉曼线称为斯托克斯线，频率为0m v v +的拉曼线称为反斯托克斯线。瑞利散射的强度通常约为入射辐射强度的310-，强的拉曼散射的强度一般约为瑞利散射强度的310-， 2、 解释 对拉曼散射的完整理论解释是非常复杂的，限于篇幅这里不作介绍，请大家参看附后的有关参考书。下面用一个简单模型——散射系统与入射辐射之间的能量交换模型对其加以解释。 设散射系统有两个能级1E 、2E ，且有21E E >，210E E hv ->。由于入射辐射的相互作用，系统可以从低能级1E 跃迁到高能级2E ，这是必须要从入射辐射中获得所需能量21E E E ?=-。这个过程可以认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子，从1E 能级跃迁到某一更高能级（通常散射系统并没有这样一个能级，所
以称其为虚能级），然后，放出一个能量为0hv E -?的散射光子而跃迁到2E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h -??= =-=- 另一方面，如果散射系统处于激发能级2E ，由于相互作用的存在，它可以从高能级2E 跃迁到低能级1E 。此时系统必须把能量21E E E ?=-交给入射辐射。同样这一过程可认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子。从2E 能级跃迁到某一高的虚能级，然后以放出一个能量为0hv E +?的散射光子而跃迁到1E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h +??==+=+ 以上的描述可用图1来直观表示。 拉曼散射所涉及到得能级1E 、2E ，一般为散射系统的振动、转动能级（对于分子系统而言），或为晶格振动能级（对于晶体而言）。即拉曼位移m v 通常对应系统的振动、转动频率或晶体振动频率。
拉曼光谱原理及应用简介
拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。（一）含义 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射.弹性散射的散射光是与激发光波长相 同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分,统称为拉曼效应 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征 （二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关； b.在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧,这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的 能量。
c.一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。 （三）拉曼光谱技术的优越性 提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外 1由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。 2拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器3拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。4因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。5共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。 （四）几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术
拉曼光谱仪助力药品检测R1解读
拉曼光谱仪助力药品检测 拉曼光谱技术作为一个新兴的检测技术，在药品检测应用方面有着一些得天独厚的优点。与红外光谱相比，其样品制备简单甚至不需要制备，并可在密封的透明容器中进行检测，同时还可以直接测试水溶液; 与近红外光谱相比，其数据具有高度特异性，不需要复杂的建模，便于定性或定量;同时与液相色谱相比，其检测速度大大加快，检测时间可缩短到几分钟甚至几秒钟。由于其具有的这些优点，使其非常适合于药品检测的应用。尤其随着近几年来Raman技术的不断发展和成熟，越来越多的轻巧便携、功能强大、低维护成本的便携式拉曼光谱仪不断面世，使得拉曼光谱仪的应用场合可从实验室内扩展到了仓储和生产现场，大大扩展了拉曼的应用领域。另外，随着美国FDA过程分析技术(PAT)的启动，拉曼光谱技术也被认为是一种非常有希望的在线、实时监测制药全过程的技术。 B&W TEK公司是世界知名的便携式拉曼光谱仪生产商，拥有多种轻巧便携、功能强大的便携式拉曼光谱仪。同时公司还针对制药行业中对药品生产原材料的监测及药品真伪的鉴定应用需要，专门开发了符合21 CFR Part 11标准的BWID TM快速鉴定软件。该软件能快速的分析可疑物质，并立刻给出鉴定结果(匹配/不匹配)或检验结果(通过/不通过)。并具有直观的用户界面和规范化的工作流程，从而使得用户造成的人为误差最小化，保证即使是新手也能很快上手。同时该软件还支持用户对样品鉴定方法进行自定义，并自建光谱数据库。而预定义的方法允许所有的仪器操作者能够通过一键点击就完成样品的鉴定过程。另外该软件还支持FDA 21 CFR Part 11关于电子记录与电子签名规则。可提供增强的系统存取安全性，数据活动记录的审核追踪以及包括IQ和OQ流程的系统校验。完全符合现行药品生产管理规范的要求。 图1. BWID TM用户界面 实验与结果： 采用B&W TEK 公司的MiniRamII便携式拉曼光谱仪和BWID TM软件，对四种常见药品：复方磺胺甲恶唑、泰诺、阿司匹林和安乃近的标准样片进行拉曼检测(对有包衣的药品刮除其包衣后进行检测)，并利用得到的拉曼光谱仪建立数据库。然后每种药品再各选取4个样品对建立的数据库进行检验，其结果如下：
基于辐射传输模型的叶绿素含量定量反演(精)
生态学杂志ChineseJournalofEcology 2006,25(5):591~595 基于辐射传输模型的叶绿素含量定量反演*施润和1,2** 庄大方牛铮王汶 21343(1中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101; 北京100101;4中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院遥感应用研究所,中国人民大学环境学院,北京100872) 摘要利用基于叶片内部辐射传输机制的PROSPECT模型模拟大量不同生化含量和叶肉结构的叶片光谱,研究利用高光谱植被指数定量反演叶绿素含量的可行性和精度,并比较各指数的稳定性和抗干扰能力。结果显示,各指数在对叶绿素的敏感性方面相差不大,除三角植被指数(TVI)外,其它指数均随叶绿素含量的增加而减小。叶片水分含量的差异对各指数的影响很小,干物质次之,叶肉结构影响最大。在抵抗干物质影响和叶肉结构影响方面,结构无关色素指数(SIPI)明显优于其它四种指数,吸收中心波深归一化后的面积指数(ABNC)次之。通过使用叶片光学模型的模拟光谱来研究叶绿素含量变化的光谱响应及其影响因素和反演策略,具有较强的理论性和普适性。研究结果与实际观测相吻合,方法简单易行。 关键词辐射传输模型,叶绿素,高光谱,植被指数,反演 中图分类号 Q945 11 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2006)05-0591-05 Quantitativeinversionofchlorophyllcontentbasedonradiativetransfermodel.SHIRunhe,Z HUANGDafang1,NIUZheng3,WANGWen4(1InstituteofGeographicalSciencesandNatu ralResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China;2GraduateUni versityofChineseAcademyofSci ences,Beijing100049,China;3InstituteofRemoteSensingApplications,ChineseAcademyo fSciences,Bei jing100101,China;4SchoolofEnvironmentandNaturalResources,RenminUniversityofChi na,Beijing100872).ChineseJournalofEcology,2006,25(5):591~595. PROSPECTmodelisawell knownleafopticalmodelbasedontheradiativetransferprocesseswithinaleaf,whichwasusedi nthispapertosimulatetheleafreflectancespectraofchlorophyll,water,anddrymattercon tentsandmesophyllstructureparameters,aimedtoinvestigatethefeasibilityandprecisionofhy perspectralvegetationindices(VIs)inchlorophyllprediction,andtheirresistantperformances againstleafwater,drymatter,andmesophyllstructure.Atotalof5widely usedVIsforpredictingchlorophyllcontent,i.e.Chloro phyllAbsorptionRatioIndex(CARI),TriangularVegetationIndex(TVI),PhotochemicalRef lectanceIndex(PRI),Structured IndependentPigmentIndex(SIPI),andAreaofBandNormalizationtotheCenterofAb sorptionFeature(ABNC),wereconsidered.ThesimulationresultsshowedthatalltheVIsexce
拉曼光谱的数据初步处理
摘要 欧阳学文 本文主要目的是熟悉拉曼光谱仪原理，并掌握拉曼光谱仪的实验测量技术以及拉曼光谱的数据初步处理。 文章首先论述了拉曼光谱仪开发设计、安装调试中所应用的基本理论、设计原理与关键技术，介绍了激光拉曼光谱仪的发展动态、研究方向和国内外总体概况。其次阐述了拉曼散射的经典理论及其量子解释。并说明了分析拉曼光谱数据的各种可行的方法，包括平滑，滤波等。再次根据光谱仪器设计原理详细论述了分光光学系统的结构设计和激光拉曼光谱仪的总体设计，并且对各个部件的选择作用及原理做了详细的描述。最后，测量了几种样品的拉曼光谱，并利用文中阐述的光谱处理方法进行初步处理，并且进行了合理的分析对比。 总之，本文主要从两个方面来分析拉曼光谱仪的实验测量和光谱数据处理研究：一、拉曼光谱仪的结构，详细了解拉曼光谱仪的工作原理。二、拉曼光谱数据处理分析，用合理的方法处理拉曼光谱可以有效便捷的得到较为理想的实验结果。通过对四氯化碳、乙醇、正丁醇的光谱测量以及光谱数据分析，得到了较为理想实验效果，证明本文所论述方法的可行性和正确性。 关键词: 拉曼光谱仪光栅光谱分析 Abstract
Purpose of this paperisfamiliar withRamanSpectrometer, and mastery of experimental measurements ofRaman spectroscopyandRaman spectroscopytechniquespreliminarydataprocessing. The article firstdiscusses theRaman spectrometerdevelopment, design,installation and commissioningin theapplication of the basictheory, designprinciples andkey technologies,laserRaman spectrometerdevelopments,research direction andoverall profileat home and abroad. The second section describesthe classical theoryof Ramanscatteringandquantumexplanation.And showsthe Ramanspectraofthe variouspossible ways, includingsmoothingand filtering.Againaccording tospectrometerdesign principlesdiscussed in detail thespectroscopicoptical systemdesignand laserRaman spectrometeroveralldesign, andthe choiceforthe role ofthe various componentsand the principle ofa detaileddescription. Finally, themeasuredRaman spectraof severalsamples, and use paper describesmethodsforspectralprocessinginitial treatment, and for a reasonableanalysis and comparison. In summary, this paper mainly fromtwoaspects to analyzeexperimental measurementsof Ramanspectroscopyand spectral dataprocessing research: First, the structure ofRaman spectroscopy, Raman spectroscopydetailed understanding ofthe working principle. Second,Raman spectroscopydata processing and analysis, a reasonableapproach toeffectiveand convenientRaman spectroscopycanbemore idealresults. Throughcarbon tetrachloride, ethanol, nbutanolandspectraldata analysisspectral
叶绿素浓度反演
原理 1.SeaDAS大气校正公式 2.叶绿素浓度计算公式： IDL编程实现： proautumn ;443波段autumn file=filepath('lw443.2002autumn.flat',root_dir='E:',subdir='课件\定量遥感\实验二\20121212-10级学生上机') openr,lun,file,/get_lun data443au=fltarr(700,1100,1) readu,lun,data443au data443au1=1.2386*data443au+0.0008574 help,data443au1,/str free_lun,lun ;490 autumn file=filepath('lw490.2002autumn.flat',root_dir='E:',subdir='课件\定量遥感\实验二\20121212-10级学生上机') openr,lun,file,/get_lun data490au=fltarr(700,1100,1) readu,lun,data490au data490au1=0.92887*data490au+0.0015606 help,data490au1,/str free_lun,lun ;510 autumn file=filepath('lw510.2002autumn.flat',root_dir='E:',subdir='课件\定量遥感\实验二\20121212-10级学生上机') openr,lun,file,/get_lun data510au=fltarr(700,1100,1) readu,lun,data510au data510au1=1.0118*data510au+0.00039303 help,data510au1,/str free_lun,lun
基于季节分异的太湖叶绿素浓度反演模型研究
第11卷 第4期2007年7月 遥 感 学 报 J OURNAL OF REMOTE SENSI N G V o.l 11,N o .4 Ju l y ,2007 收稿日期:2006-05-31;修订日期:2006-11-23 基金项目:国家自然科学基金项目: 湖泊水质高光谱遥感监测的机理模型研究 (编号:40571110)。 作者简介:乐成峰(1982 ),男,现为南京师范大学地图学与地理信息系统专业硕士研究生,主要从事水质遥感研究。E -ma i :l lcf 320@126.co m 。 文章编号:1007-4619(2007)04-0473-08 基于季节分异的太湖叶绿素浓度反演模型研究 乐成峰,李云梅,孙德勇,王海君 (南京师范大学江苏省地理信息科学重点实验室,江苏南京 210097) 摘 要: 叶绿素浓度反演算法主要有经验方法、半经验/分析方法和分析方法,其中半经验/分析方法应用最为广泛。但是反演的模型以及模型中的参数和反演精度都随着水体中叶绿素浓度的变化而改变。不同的季节水体中叶绿素浓度不同,水体反射光谱曲线特征和与叶绿素浓度相关性较高的敏感波段也不一致,使得各季节选用的反演模型和模型中的参数也存在一定的差异。本文在对2005年1 10月份叶绿素a(Chla)浓度季节差异进行分析的基础上,对4 10月份同步测量的水体光谱数据分春、夏、秋三个季节进行分析,分季节建立叶绿素浓度反演模型,并对它们进行比较,旨在为各季节选择最佳的反演模型。研究结果表明:春季和秋季选用波段比值算法反演精度较高,其中对数模型,线性模型和一元二次模型都有较高的相关性;夏季选用微分算法较好,该算法所建立的三种模型均具有较高的相关性。 关键词: 季节分异;太湖;Ch l a 浓度;反演模型中图分类号: TP701 文献标识码: A R esearch on Chlorophyll Concentration R etrievalM odels of Tai hu L ake Based on Seasonal D ifference LE Cheng -feng ,L IY un -m e,i S UN D e -yong ,WANG H a-i jun (Jian g su P rovi n ci a lL ab .of Geog ra ph i c Infor m ati on Sci encesN anjin g N or m al University ,Jian g su N anji ng 210097,C hina ) Abstract : R etrieval chlorophyll conce ntrat i on models could be classified i nto t hree categories ,na me l y e m pirical appr oach ,se m -i e m pirical/analytical approac h and a nalyt ical appr oach .Am ong those a l gorithm s ,the se m -i e m pirical/analytical algorith m i s app lied w i del y .But as c h l orophyll c oncentration changes ,retrieval models asw ell as para m eter in mode ls a nd retrieval precision are c hanged accordi ngly .D ifferent season has d ifferent chl orophyll concentrati on in water body ,character of w ater reflect -spectr a l and sensiti v ity band whic h are better relate d to chl orophyll concentration also have difference ,resulting in the d ifference i n retrievalm odels and para m eters i n models f or each season .Th i s paper first analyzes the seasonal d ifference of chl orophyll a (Chla)concentrati on data whic h w ere collected fro m Januar y to O ctober i n 2005,and the n analyzes reflect -spectral data whic h were collected sync hronous w ith w ater sa m ple fro m A pril to O ctober i n 2005.W e di v i ded the tm i e span i nto spring ,summer and autumn ,built differe nt models for the t hree seasons and co mpared the m,so as to buil d an optm i al model for each season .The research result i ndicates that :in spri ng and aut umn ,the band -ration algorith m has better retrieval precisi on ,a m ong differe nt m odels ,logarith m mode,l li nerm odel and quadratic equation model has h i gher relat i v ity ; i n summ er ,differential algorithm has better retrieval result , three models bu ilt dependent on the algorith m has h i gh relativity .K ey words : season d ifference ;T ai hu Lake ;Chla concentration ;retrieval m odels
拉曼光谱的数据初步处理34577
摘要 本文主要目的是熟悉拉曼光谱仪原理，并掌握拉曼光谱仪的实验测量技术以及拉曼光谱的数据初步处理。 文章首先论述了拉曼光谱仪开发设计、安装调试中所应用的基本理论、设计原理与关键技术，介绍了激光拉曼光谱仪的发展动态、研究方向和国外总体概况。其次阐述了拉曼散射的经典理论及其量子解释。并说明了分析拉曼光谱数据的各种可行的方法，包括平滑，滤波等。再次根据光谱仪器设计原理详细论述了分光光学系统的结构设计和激光拉曼光谱仪的总体设计，并且对各个部件的选择作用及原理做了详细的描述。最后，测量了几种样品的拉曼光谱，并利用文中阐述的光谱处理方法进行初步处理，并且进行了合理的分析对比。 总之，本文主要从两个方面来分析拉曼光谱仪的实验测量和光谱数据处理研究：一、拉曼光谱仪的结构，详细了解拉曼光谱仪的工作原理。二、拉曼光谱数据处理分析，用合理的方法处理拉曼光谱可以有效便捷的得到较为理想的实验结果。通过对四氯化碳、乙醇、正丁醇的光谱测量以及光谱数据分析，得到了较为理想实验效果，证明本文所论述方法的可行性和正确性。 关键词: 拉曼光谱仪光栅光谱分析 目录 第1章引言 (1) 1.1 拉曼光谱分析技术 (1)
1.2 现代拉曼光谱技术与特点 (1) 1.3研究拉曼光谱仪的意义 (2) 1.4 本文的主要容 (2) 第2章基本理论 (3) 2.1拉曼散射经典解释[8] (3) 2.2拉曼散射的量子解释 (5) 2.2.1散射过程的量子跃迁 (5) 2.2.2量子力学结果 (5) 2.2.3 Placzek近似 (10) 2.3拉曼光谱数据分析方法 (13) 2.3.1数据平滑处理 (13) 2.3.2基线校正 (14) 2.3.3数据求导处理 (14) 2.3.4数据增强算法 (15) 2.3.5傅里叶变换 (15) 2.3.6小波变换 (16) 2.3.7 数字滤波 (16) 第3章常规拉曼检测系统 (17) 3.1 光源 (18) 3.2 滤光片 (19) 3.3 拉曼光谱仪及计算机软件 (20) 3.3.1光栅 (20) 3.3.2光电倍增管 (22) 第4章拉曼光谱测量及数据处理和结论 (23) 4.1 物质的拉曼光谱测量 (23) 4.2拉曼光谱数据处理与分析 (26) 4.2.1平滑处理 (26) 4.2.2 低通滤波处理 (29) 4.3结论 (30) 第5章论文总结与展望 (31) 致： (31) 参考文献：............................................... 错误!未定义书签。
拉曼光谱法
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拉曼光谱法1
拉曼光谱法是研究化合物分子受光照射后所产生的散射， 散射光与入射光能级差及化合 物振动频率、转动频率间关系的分析方法。 与红外光谱类似，拉曼光谱是一种振动光谱技术。所不同的是，前者与分子振动时偶极 矩变化相关，而拉曼效应则是分子极化率改变的结果，被测量的是非弹性的散射辐射。 拉曼光谱采用激光作为单色光源， 将样品分子激发到某一虚态， 随后受激分子弛豫跃迁 到一个与基态不同的振动能级，此时，散射辐射的频率将与入射频率不同。这种“非弹性散 射”光被称之为拉曼散射，频率之差即为拉曼位移（以 cm-1 为单位），实际上等于激发光的 波数减去散射辐射的波数， 与基态和终态的振动能级差相当。 频率不变的散射称为弹性散射， 即所谓瑞利散射。如果产生的拉曼散射频率低于入射频率，则称之为斯托克散射。反之，则 称之为反斯托克散射。实际上，几乎所有的拉曼分析都是测量斯托克散射。 用散射强度对拉曼位移作图得到拉曼光谱图。 由于功能团或化学键的拉曼位移与它们在 红外光谱中的吸收波数相一致，所以谱图的解析也与红外吸收光谱相同。然而，通常在拉曼 光谱中出现的强谱带在红外光谱中却成为弱谱带甚至不出现，反之亦然。所以，这两种光谱 技术常互为补充。 拉曼光谱的优点在于它的快速，准确，测量时通常不破坏样品（固体，半固体，液体或 气体），样品制备简单甚至不需样品制备。谱带信号通常处在可见或近红外光范围，可以有 效地和光纤联用；这也意味着谱带信号可以从包封在任何对激光透明的介质（如玻璃，塑料 内）或将样品溶于水中获得。现代拉曼光谱仪使用简单，分析速度快（几秒到几分钟），性 能可靠。 因此， 拉曼光谱与其他分析技术联用比其他光谱联用技术从某种意义上说更加简便 （可以使用单变量和多变量方法以及校准）。 除常规的拉曼光谱外，还有一些较为特殊的拉曼技术。它们是共振拉曼光谱，表面增强 拉曼光谱，拉曼旋光，相关-反斯托克拉曼光谱，拉曼增益或减失光谱以及超拉曼光谱等。 其中，在药物分析应用相对较多的是共振拉曼和表面增强拉曼光谱法。 ⑴ 共振拉曼光谱法 当激光频率接近或等于分子的电子跃迁频率时， 可引起强列的吸收或共振， 导致分子的 某些拉曼谱带强度急剧增强数百万倍，这就是共振拉曼效应。 许多药物在紫外-可见光区有强的电子跃迁。某些含发色团化合物的拉曼光谱因共振而 增强， 而其基体物质的光谱却不会增强。 共振拉曼技术与常规拉曼光谱技术不同之处在于要 求光源可变，可调谐染料激光器是获得共振拉曼光谱的必要条件。 有些化合物可通过化学反应改变其结构， 使之最大吸收峰接近激发光频率， 如生成有色 化合物，然后再进行共振拉曼光谱测定也是一个提高灵敏度的有效方法。 共振拉曼技术由于灵敏度高而特别适用于药物和生物大分子的研究。 但伴随样品本身或 由杂质引起的荧光，以及对仪器如激光光源的更高要求，限制了共振拉曼光谱的应用。 ⑵ 表面增强拉曼光谱法（SERS） 吸附在极微小金属颗粒表面或其附近的化合物 （或离子） 的拉曼散射要比该化合物的常 3 6 规拉曼散射增加 10 ～10 倍。这种表面增强拉曼散射(SERS)在银表面上最强，在金或铜的 表面上也可观察到。 SERS 现象主要由金属表面基质受激而使局部电磁场增强所引起，效应的强弱取决于与 光波长相对应的表面粗糙度大小，以及和波长相关的复杂的金属电介质作用的程度。许多 SERS 基质可以用于药物分析，最常用的包括溶胶，电极，电介质表面金属膜等。
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本法由原指导原则改为测定方法收载，并对个别处的文字进行修改。