1 江苏省农业科学院农业信息研究所, 江苏 南京 210014
2 江苏省农业科学院植物保护研究所, 江苏 南京 210014
3 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101
4 江苏省农业科学院农业信息研究所, 江苏 南京 210014江苏大学农业工程学院, 江苏 镇江 212013
油菜菌核病为土传病害, 发病早期叶片无可见症状, 从植株表面很难发现。 用叶片的普通光谱图像或RGB图像无法对其进行识别。 采用高光谱图像作为监测技术, 结合深度学习模型构建油菜菌核病发病早期识别模型, 并取得了较好的识别效果。 以油菜菌核病为研究对象, 采用菌丝块接种法, 在油菜根部诱发病害。 分别于发病后第2、 5、 7、 9天采集发病油菜植株和健康植株光谱图像。 对高光谱图像去除背景、 S-G光谱曲线平滑处理、 剪切、 分割等处理后构建模型训练测试数据集。 以Resnet50深度学习模型为基础, 通过增加特征图数量, 减小第1层卷积核大小来提高模型对油菜菌核病发病早期的识别能力。 通过交叉验证、 模型结构改进前后识别能力对比、 模型泛化能力测试等, 验证了改进模型的识别能力和泛化能力。 Resnet50模型结构改进前后, 对油菜菌核病发病早期的识别正确率分别是66.79%、 83.78%和88.66%, 改进后模型的识别正确率分别提高了16.99%和4.88%, 模型的识别精度和召回率也得到很大提高。 所提出的识别模型平均识别正确率为88.66%, 精度和召回率达到83%以上, 只有对发病第7天的召回率为79.04%。 把构建的多分类模型设定为是否受病害胁迫的二分类模型, 则模型的正确率97.97%, 精度99.19%, 召回率98.02%, 同时, 模型对第9天测试集的识别正确率达到91.25%。 改进后的Resnet50模型可有效保留数据的光谱特征和局部特征, 使模型对油菜菌核病发病早期的识别能力显著提高。 该模型对发病1周内的油菜菌核病严重程度具有较好的识别能力。 对是否发病的识别能力更高, 模型识别正确率、 精度和召回率均达到97.97%以上。 模型对油菜菌核病发病早期识别具有很好识别能力和泛化能力。 因此, 该模型可综合利用高光谱图像的光谱和图像特征, 解决油菜菌核病发病早期无症状、 识别困难的问题; 也可为基于高光谱或多光谱图像的农作物病害早期识别技术的发展提供参考。
深度卷积神经网络 高光谱图像 油菜菌核病 早期诊断 Deep convolution neural network Hyperspectral imaging Sclerotinia stem rot on oilseed rape Early recognition Resnet50 Resnet50 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2220
海军工程大学 电子工程学院，湖北 武汉 430034
舰船尾流激光探测跟踪是水下航行器对舰船进行探测、识别、跟踪的新手段。论文基于舰船尾流分布特性、气泡目标特性，采用蒙特卡洛仿真方法，实现了多尺度、宽数密度、大厚度舰船尾流气泡群的后向散射回波信号特性仿真，得到了水下航行器载激光探测系统在搜索、跟踪阶段信号的变化趋势，以及不同目标舰船的激光后向回波信号变化强度，可有效模拟激光探测系统对舰船尾流目标特性的真实跟踪状态。对于大型船只，当激光探测系统位于尾流之下时，航行器距舰船目标越近，尾流气泡激光回波越强，脉冲宽度展宽幅度越大；当激光探测系统位于尾流之中时，航行器距舰船目标越近，尾流气泡激光回波越弱，脉冲宽度变窄幅度越大。探测系统位于尾流之下时与探测系统位于尾流之中时，信号变化相反。小型船只信号变化趋势基本与大型船只保持一致，但尾流激光探测回波强度变低。开展了湖泊环境下船舶尾流激光探测跟踪试验，当探测系统在尾流之下时，大型船只尾流激光回波信号信噪比高，小型船只尾流激光难以检测。探测系统位于尾流之中时，大小船只尾流激光探测系统都可实现有效探测。论文可为舰船尾流探测实际工程应用提供支撑。
舰船尾流 激光探测 目标跟踪 蒙特卡洛 湖泊试验 仿真模拟 ship wake laser detection target tracking Monte Carlo lake experiment simulation 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220507
西安航空学院材料工程学院, 陕西 西安 710077
白光LED是指稀土掺杂的荧光粉被蓝光芯片或紫外芯片激发后获得各种室温发白光的器件。 该种光致发光的实现方式是一种新型全固态照明光源, 具有节能、 环保及绿色照明等优点, 被誉为第四代照明光源。 对于现代设施农业, 480～500nm之间的蓝光有一种调整植物节律的作用, 对植物生长是有益的。 蓝光在绿色植物的光合作用和光形态中起着重要的作用, 绿色植物通过叶绿素、 胡萝卜素、 叶黄素和光敏素来捕获太阳光进行光合作用, 适合植物生长的LED灯可提高光合作用效率, 但传统的光源由于光质问题难以调节光波长, 在这种情况下, 需要将太阳光谱成分中380 nm以下的紫外光转换成蓝光, 可提高作物光能利用率。 所以, 高光效、 高热稳定性蓝色荧光粉已成为全光谱照明、 光生态农业等领域的重要材料。 蓝色荧光材料在近紫外（NUV）芯片激发的白光用发光二极管（W-LED）的制造中起重要作用。 采用高温固相法制备YVO4∶Tm3+蓝色荧光粉, 通过X射线衍射仪、 扫描电子显微镜、 荧光光谱仪等检测手段对样品的物相结构、 表观形貌及发光性能进行表征分析。 结果表明: 通过高温固相法1 100 ℃下煅烧2 h可以制备出YVO4∶Tm3+蓝色荧光粉, 粉体呈2 μm左右的球形, 激发峰位于319 nm紫外区域, 发射峰位于479 nm蓝光区域, 样品色坐标位于（0.104 4, 0.122 4）, 是一种有望应用于白光LED的蓝色荧光粉。
蓝色荧光粉 白光LED 光致发光 YVO4∶Tm3+ YVO4∶Tm3+ Blue-emitting Phosphor WLED Photoluminescence
海军工程大学电子工程学院，湖北 武汉 430034
舰船尾流气泡具有尺度范围大、稀疏、离散等特征。利用蓝绿激光的海水穿透性能以及气泡对激光的后向散射特性，可以实现舰船尾流气泡的远场检测。舰船尾流的稀疏、离散特征导致气泡的激光散射回波信噪比极低，对光学接收处理系统及尾流信号处理方法带来了困难与挑战。建立了舰船尾流气泡的激光后向散射模型，通过蒙特卡罗仿真验证了不同水质、不同气泡距离和不同尺度气泡的激光后向散射特性，设计了可抑制近场水体强散射干扰的水下气泡激光测试分析系统，实现了激光能量与雪崩光电二极管接收增益间的匹配调节。针对室内和湖泊环境，开展了不同水质和光电探测参数下的尾流气泡检测性能测试，通过对数据进行统计处理分析得到了舰船尾流气泡的激光探测特征规律。设计的水下气泡激光测试分析系统可以实现对舰船尾流气泡的有效探测，为舰船尾流探测系统在不同水质环境下的工程应用提供了理论及数据支撑。
海洋光学 舰船尾流 蒙特卡罗 后向散射 仿真研究 实验研究
西安航空学院材料工程学院, 陕西 西安 710077
以Al2(SO4)3·18H2O、 尿素为原料, 采用水热-热解法制备了球形α-Al2O3粉体。 以自制α-Al2O3、 Y2O3及CeO2为原料, 固相法制备了白光LED用Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+黄色荧光粉, 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)、 X射线能谱(EDS)及荧光光谱(PL)等对产物的物相、 形貌及光致发光性能进行了表征。 结果表明: 水热-热解法制备出了物相纯净、 分散性良好的球形α-Al2O3粉体, 以该α-Al2O3为原料, 合成出可被460 nm蓝光有效激发, 发射光谱为峰值在550 nm宽带的Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+荧光粉, 色坐标为(0.453, 0.531 9), 采用GSAS软件对Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+荧光粉的XRD图进行了Rietveld结构精修, 精修图与XRD测试图完全吻合, Y, Al, Ce, O四元素均匀地分布在黄色荧光粉产物中, Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+黄色荧光粉的激发光谱由两个部分组成, 在340和460 nm处有两个非常明显的吸收峰, Ce3+的4f能级由于自旋-耦合而劈裂为两个光谱支项2F7/2和2F5/2, 其中2F5/2为基谱项。 340 nm的激发峰对应于2F5/2→5D5/2的跃迁, 460 nm的激发峰属于2F7/2→5D3/2的跃迁, 并且460 nm处的激发强度强于340 nm处激发强度。 以460 nm为监测波长得到的发射光谱, 最强发射峰位于550 nm, Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+荧光粉是一种适用于白光LED的高性能黄色荧光粉。
白光LED 荧光粉 光致发光 Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+; WLED Phosphor Luminescence properties Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+;
西安航空学院材料工程学院, 陕西 西安 710077
采用高温固相法制备了ScVO4:Eu3+红色荧光粉。 通过X射线粉末衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)和光致发光光谱(PL)对样品的物相、 形貌及发光性能进行了表征。 结果表明: 所合成的ScVO4:Eu3+红色荧光粉为四方锆石型结构。 激发光谱中, 位于382, 395和466 nm的激发峰分别归属于7F0→5L7, 7F0→5L6及7F0→5D2跃迁。 发射光谱中, 位于598, 622和710 nm的发射峰对应Eu3+的5D0→7F1, 5D0→7F2及5D0→7F4跃迁。 当Eu3+掺杂量为7%, 1 200 ℃煅烧3 h时, ScVO4:Eu3+红色荧光粉CIE色坐标为(0.671 6, 0.327 3), 荧光寿命为0.521 ms, 是一种有望用于白光LED的高效红色荧光粉。
白光LED 荧光粉 光学性能 White LEDs ScVO4:Eu3+ Phosphor Optical performance ScVO4:Eu3+ 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3077
1 西安航空学院 材料工程学院, 西安 710077
2 商洛学院 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室, 商洛 726000
以镍网(NM, Nickel Mesh)为基体、NaH2PO2·H2O为磷源、CuSO4·5H2O为铜源、NiSO4·6H2O为镍源, 采用一步水热法合成镍铜磷复合电催化剂, 对制备工艺进行优化, 并通过不同方法进行形貌、结构、组成和电催化性能表征。结果表明：当溶液中镍、铜、磷的配比为8: 1 :20时, 在140 ℃水热合成24 h, 制得主晶相为Ni2P和Cu3P、具有三级微纳结构的镍铜磷复合电催化剂。在电流密度为10 mA·cm -2时, NiCuP/NM的催化析氢及肼氧化过电势分别为165和49 mV; 在双电极体系中, 同电流密度下的分解槽压仅为0.750 V, 催化24 h后分解槽压几乎保持不变, 展现出优异的催化稳定性。无论三电极体系还是双电极体系均表现出优异的催化活性。分析认为, 电催化活性面积为空白镍网的近14倍, 为电催化过程提供了大量的活性位点; 掺入P改变了Ni、Cu原子的电子结构, 提高了材料的本征肼氧化活性, 两者的协同作用促进了电催化活性的提升。本研究为纳米尺度的合成提供了一个新的视角, 有望推动新型纳米孔结构材料在燃料电池和传感器应用中的发展。
镍铜复合磷化物 混合水电解 析氢反应 肼氧化反应 nickel copper-based phosphides hybrid water electrolysis hydrogen evolution reaction hydrazine oxidation
西安航空学院材料工程学院, 陕西 西安 710077
有机电致发光材料具有主动发光、 视角广、 对比度高等显著特点。 稀土有机配合物电致发光材料目前备受广大研究者的关注。 以水杨醛和苯甲酸衍生物为原料, 经酯化、 肼化及希夫碱缩合合成了水杨醛对甲氧基苯甲酰腙(1-H2L)、 水杨醛对甲基苯甲酰腙(2-H2L)、 水杨醛对溴基苯甲酰腙(3-H2L) 3种配体, 以Pr(NO3)3为原料, 合成了水杨醛酰腙系列镨稀土配合物, 经红外光谱、 紫外光谱等分析手段对该类配合物的结构进行表征, 配体在3 136～3 141 cm-1出现羟基ν(OH)伸缩振动峰, 在配合物的红外光谱中消失, 配合物在3 330～3 368 cm-1之间的吸收峰归属为结晶的H2O的ν(O—H)羟基弯曲振动吸收峰, 配合物在与配体对应的3 140 cm-1均不出现羟基吸收峰, 三种配体及配合物的吸收波形相似, 反映出配体及配合物的结构基本一致, 但配体与配合物的吸收波峰相差较大, 据此可推测配体已经配位。 采用荧光分光光度计测定了该类配合物的荧光光谱, 并讨论了配体取代基的变化对荧光强度的影响。 配体分别在352, 369, 365和417 nm波长监测下, 于517 nm处出现发射峰。 其中3-H2L的荧光强度最高。 配合物均在470 nm的蓝光激发下, 分别于608和617 nm出现镨的电偶极跃迁特征发射峰, 归属于3P0→3F2跃迁。 配合物均可被470 nm蓝光激发, 在608～617 nm处有较好的红光发射, 该类荧光粉有望应用于OLED上进行应用。
有机电致发光 希夫碱配合物 荧光粉 光谱性能 Organic electroluminescent Schiff base complexes Phosphors Spectral properties 光谱学与光谱分析
2019, 39(9): 2879
