高光谱检测技术精品PPT课件
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《检测技术》PPT课件
检测元件的分类
按转换原理分类
结构型传感器
利用机械构件（如金属膜片等）在动力场或电磁场的 作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应 的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动 定律或电磁定律实现转换的。
物性型传感器 复合型传感器
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9
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
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41
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
基础效应
光磁电效应
▪ 克尔效应：光通过各种同性物质并在垂直方向加 电压时分成正常和异常光线（光电→光）
▪ 法拉第效应：线偏振光通过磁性物质时偏振面旋 转（光磁→电）
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42
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
▪ 一般可由物理方程给出，这些方程可作为许多传 感器工作的数学模型。例如，利用静电场制成的 电容式传感器，利用电磁感应定律可制成的电感 （自感或互感）式传感器等等。
▪ 利用场的定律制成，可统称为结构型传感器。
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36
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
自然规律
物质定律
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34
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
自然规律
守恒定律
▪ 包括能量、动量、电荷量等守恒定律。 ▪ 这些定律是分析、研制新型传感
器时必须严格遵守的基本法则。
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35
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
自然规律
场的定律
▪ 动力场的运动定律、电磁场的感应定律等，其作 用与物体在空间的位置及分布状态有关。
按转换原理分类
结构型传感器
利用机械构件（如金属膜片等）在动力场或电磁场的 作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应 的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动 定律或电磁定律实现转换的。
物性型传感器 复合型传感器
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9
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
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41
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
基础效应
光磁电效应
▪ 克尔效应：光通过各种同性物质并在垂直方向加 电压时分成正常和异常光线（光电→光）
▪ 法拉第效应：线偏振光通过磁性物质时偏振面旋 转（光磁→电）
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42
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
▪ 一般可由物理方程给出，这些方程可作为许多传 感器工作的数学模型。例如，利用静电场制成的 电容式传感器，利用电磁感应定律可制成的电感 （自感或互感）式传感器等等。
▪ 利用场的定律制成，可统称为结构型传感器。
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36
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传感技术基础
自然规律
物质定律
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34
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
自然规律
守恒定律
▪ 包括能量、动量、电荷量等守恒定律。 ▪ 这些定律是分析、研制新型传感
器时必须严格遵守的基本法则。
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35
TMT&AI ›› 检测元件与检测技术
传感技术基础
自然规律
场的定律
▪ 动力场的运动定律、电磁场的感应定律等，其作 用与物体在空间的位置及分布状态有关。
光谱分析ppt课件
光电倍增 管 光电二极 管阵列
光电池
电荷耦合 器件
外光电效应与多级二次发 射体相结合 外光电效应，由一行光敏 区和二行读出寄存器构成
内光电效应
模拟集成电路芯片
灵敏度比光电管高200多倍
可同时检测多个波长的光强度。 寿命长、光谱响应范围宽、可靠 性高、读出速度快 结实、便宜、使用方便。但产生 的电流大小不稳定 能同时多谱线检测，极大地提高 分析速度
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26
信号显示系统:
信
号
➢ 是把放大的信号以适当的
显 示
方式显示或记录下来的装
装 置
置。
直读 检流计
电位调节 指零装置
自动记录 和数字显
示装置
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27
二、影响分光光度法准确性的因素
单色性不纯的影响 杂散光的影响 吸收池的影响 电压、检测器负高压波动的影响 其它因素的影响
光深入到物体内部，将物体内部原子中的一部分束缚电 子激发成自由电子，但这些电子并不逸出物体，而是留 在物体内部从而使物体导电性增强，称为内光电效应。 利用内光电效应可制成光敏电阻、光敏二极管以及光电 池。
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25
几种常用检测器比较
检测器 工 作 原 理
特点
光电管 外光电效应
简单,灵敏度低
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4
一、光谱分析技术的基础理论
☺ 光的波粒二象性：微粒性 波动性
E h hc
E 为光子的能量；ν为光波的频率（Hz）；h为普朗克常数（6.626）； c为光速（2.9977×108m／s）；λ为光波的波长
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5
物质的吸收光谱:在连续光谱中某些波长的光被物 质吸收后产生的光谱被称作吸收光谱,包括分子吸收
高光谱遥感的发展PPT课件.ppt
(4)基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法； (5)混合光谱分解模型； (6)基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算
法
24
高光谱影像分析技术：
国内外关于成像光谱仪的遥感应用研究中，所采用 的分析方法可归纳为两大类：
一、 基于纯像元的分析方法 （1）。。。 （2）。。。
二、基于混合像元的分析方法
14
历史：
• 20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技 术，始于成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。 该计划最早由美国加州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab，JPL）的一些学者提出。
• 1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功， 并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初 显了高光谱遥感的魅力。
➢ 成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信 息，每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。这就是 高光谱遥感与常规遥感的主要区别。
➢ 如一个TM波段内只记录一个数据点，而航空可见光/红外光 成像光谱仪(AVIRIS)记录这一波段范围内的光谱信息用10个 以上数据点。
7
8
• 成像光谱技术则把遥感波段从几个、几十 个推向数百个、上千个。高光谱遥感数据 每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲 线，使我们利用高光谱反演陆地细节成为 可能。
28
高光谱的应用
• 由于高光谱图像具有很高的光谱分辨率，因而能够提 供更为丰富的地物细节，有利于地物物理化学特性的 反演。
（1）海洋遥感方面。 • 由于中分辨率成像光谱仪具有光谱覆盖范围广、分辨
率高和波段多等许多优点，因此已成为海洋水色、水 温的有效探测工具。它不仅可用于海水中叶绿素浓度、 悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，也可用 于海冰、海岸带等的探测。
法
24
高光谱影像分析技术：
国内外关于成像光谱仪的遥感应用研究中，所采用 的分析方法可归纳为两大类：
一、 基于纯像元的分析方法 （1）。。。 （2）。。。
二、基于混合像元的分析方法
14
历史：
• 20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技 术，始于成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。 该计划最早由美国加州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab，JPL）的一些学者提出。
• 1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功， 并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初 显了高光谱遥感的魅力。
➢ 成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信 息，每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。这就是 高光谱遥感与常规遥感的主要区别。
➢ 如一个TM波段内只记录一个数据点，而航空可见光/红外光 成像光谱仪(AVIRIS)记录这一波段范围内的光谱信息用10个 以上数据点。
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8
• 成像光谱技术则把遥感波段从几个、几十 个推向数百个、上千个。高光谱遥感数据 每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲 线，使我们利用高光谱反演陆地细节成为 可能。
28
高光谱的应用
• 由于高光谱图像具有很高的光谱分辨率，因而能够提 供更为丰富的地物细节，有利于地物物理化学特性的 反演。
（1）海洋遥感方面。 • 由于中分辨率成像光谱仪具有光谱覆盖范围广、分辨
率高和波段多等许多优点，因此已成为海洋水色、水 温的有效探测工具。它不仅可用于海水中叶绿素浓度、 悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，也可用 于海冰、海岸带等的探测。
高光谱与高空间分辨率遥感实习课件
数据质量评价
01
数据完整性
检查获取的数据是否完整，是否存 在缺失或异常值。
辐射与几何精度
对数据的辐射和几何精度进行评估 ，确保数据质量可靠。
03
02
精度评价
通过与已知地物信息进行对比，评 估分类与识别的精度。
应用效果评价
将处理后的数据应用于实际应用场 景，评估其效果和价值。
04
04
案例分析与实践操作
高光谱遥感的应用领域
高光谱遥感广泛应用于环境监测、资源调查、城市规划等领 域。
在环境监测方面，高光谱遥感可用于检测大气污染、水体污 染和土壤污染等；在资源调查方面，可用于调查土地利用、 森林覆盖、矿产资源等；在城市规划方面，可用于城市扩张 监测、城市绿化监测和城市环境质量评估等。
02
高空间分辨率遥感基本原 理
高空间分辨率遥感图像能够准确监测土地 资源的利用状况和变化情况，为土地管理 和治理提供依据。
环境保护和治理
灾害监测与救援
通过高空间分辨率遥感图像的监测，可以 及时发现和评估环境问题，为环境保护和 治理提供决策支持。
高空间分辨率遥感图像能够快速获取灾区 地形地貌和灾情状况，为灾害监测、救援 和恢复提供重要信息。
报告撰写
撰写实习报告，总结实习过程、 方法、成果和经验教训，为后续 实践提供参考。
05
实习总结与展望
实习收获与体会
掌握高光谱与高空间分辨 率遥感技术的基本原理和 应用方法。
学会使用相关软件和工具 进行遥感数据处理和分析 ，如ENVI、ERDAS Imagine等。
ABCD
了解遥感数据处理和分析 的流程，包括数据预处理 、特征提取和分类识别等 。
特征提取
从遥感图像中提取地物光谱、纹理、形状等特征 ，为后续分析提供依据。
高光谱检测技术58页PPT
40、人类法律，事பைடு நூலகம்有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
高光谱检测技术
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
高光谱检测技术
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
《高光谱检测技术》PPT课件
使透射光强减弱的原因:光的吸收与光的散射
I
I e l
I0I0el
其中，α：吸收系数
β：散射系数
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6
3. 近红外光与固体样品的作用
精选课件ppt
7
食品物料的光学
特性主要包括光反射率 、光透过率、光吸收率 、光密度、光发射现象
等，如图。
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8
小麦中各成分的光谱
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• 各种多元校正技术有多元线性回归法(mu ltiple linear regression, MLR )
• 主成分回归法( principa l component regression, PCR )
• 偏最小二乘法( partia l least square, PLS)
• 人工神经网( art ific ia lneura l ne tw ork, ANN )
精选课件ppt
16
反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测 器检测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，以各种 方式反射回来的光。物体对光的反射分为规则反射光（镜面反 射）与漫反射。规则反射光指在物体表面按入射角等于反射角 的反射定律发生的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉
末）后，在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
第四章 高光谱图像检测技术
第一节 近红外光谱检测技术 第二节 高光谱图像检测技术
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1
第一节 近红外光谱检测技术
一、基本概念 二 近红外光谱分析原理 三、 近红外光谱的常见分析方法 四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
五、近红外光谱分析技术的优缺点
六、近红外光谱技术在食品检测中的应用
激光光谱学PPT课件PPT课件PPT学习教案
激光光谱学PPT课件PPT课件
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
Wif
2π
|
f
| H | i |2 δ
(E f
Ei )
第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
Wif
2π 2
|
f
| H | i |2δ
(ω
ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
Wif
2π
|
f
| H | i |2 δ
(E f
Ei )
第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
Wif
2π 2
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f
| H | i |2δ
(ω
ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化
高光谱与高空间分辨率遥感课件.ppt
光谱微分公式（以二阶为例）为：
''(i) ['(i 1 )'(i 1 )]/2
式中， i 为 波长， ' ( i ) 为波长 i 处的一阶微分光谱，
为相邻 两波段间的高光波谱与长高空间间分隔辨率。遥感课件
2、光谱积分 光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内
的下覆面积。
2
f ( )d 1
高光谱与高空间分辨率遥感课件
由FLAASH模块取得相关参数后,影像反射率就可利 用辐射传输方程对逐个像元进行计算.步骤如下: ①通过计算Column water vapor 的量来计算 A,B,S和La.Column water vapor 在不同场景下 各不相同,运行几次不同水蒸气数量的MODTRAN 模型,构成一个查找表,每个像素可从该表中获得水 蒸气量,进一步计算A,B,S 和La.
高光谱与高空间分辨率遥感课件
2、回归分析 回归分析（regression analysis)是确定两种
或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统 计分析方法。研究一个随机变量Y对另一个(X)或 一组(X1，X2，…，Xk)变量的相依关系的统计分 析方法。
高光谱与高空间分辨率遥感课件
三、实习仪器与数据 SPSS软件、EXCELL软件及玉米叶片反射光
实习一 光谱的微分和积分
一、实习目的
熟悉和掌握光谱的微分和积分的概念，利用相 关软件对植被高光谱数据进行微分和积分处理； 利用高光谱数据分析植被的“红边”等典型植被 高光谱特征。
高光谱与高空间分辨率遥感课件
二、原理与方法 1、光谱微分
光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模 拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同的光谱 参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、 植被环境背景（阴影、土壤等）的影响，以反映 植物的本质特征。
''(i) ['(i 1 )'(i 1 )]/2
式中， i 为 波长， ' ( i ) 为波长 i 处的一阶微分光谱，
为相邻 两波段间的高光波谱与长高空间间分隔辨率。遥感课件
2、光谱积分 光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内
的下覆面积。
2
f ( )d 1
高光谱与高空间分辨率遥感课件
由FLAASH模块取得相关参数后,影像反射率就可利 用辐射传输方程对逐个像元进行计算.步骤如下: ①通过计算Column water vapor 的量来计算 A,B,S和La.Column water vapor 在不同场景下 各不相同,运行几次不同水蒸气数量的MODTRAN 模型,构成一个查找表,每个像素可从该表中获得水 蒸气量,进一步计算A,B,S 和La.
高光谱与高空间分辨率遥感课件
2、回归分析 回归分析（regression analysis)是确定两种
或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统 计分析方法。研究一个随机变量Y对另一个(X)或 一组(X1，X2，…，Xk)变量的相依关系的统计分 析方法。
高光谱与高空间分辨率遥感课件
三、实习仪器与数据 SPSS软件、EXCELL软件及玉米叶片反射光
实习一 光谱的微分和积分
一、实习目的
熟悉和掌握光谱的微分和积分的概念，利用相 关软件对植被高光谱数据进行微分和积分处理； 利用高光谱数据分析植被的“红边”等典型植被 高光谱特征。
高光谱与高空间分辨率遥感课件
二、原理与方法 1、光谱微分
光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模 拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同的光谱 参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、 植被环境背景（阴影、土壤等）的影响，以反映 植物的本质特征。
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• 目前国际流行的方法是依靠主成分分析( PCA )结合 Mahananob is距离判据 , 既利用了PCA处理不丢失信息 的特点, 又利用Mahananob is距离便于建立定量域值的 优点。
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定量分析常用的方法
• 定量分析是通过多元校正方法建立光谱与组成或性质 间的校正模型, 使用该模型可预测未知样品的组成或 性质。
• 各种多元校正技术有多元线性回归法(mu ltiple linear regression, MLR )
• 主成分回归法( principa l component regression, PCR )
• 偏最小二乘法( partia l least square, PLS) • 人工神经网( art ific ia lneura l ne tw ork, ANN
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缺点： （1）建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品； （2）模型需要不断的维护改进 ； （3）近红外测定精度与参比分析精度直接相关，在参比方法 精度不够的情况下，无法得到满意结果。
3
2. 光散射的定义及物理解释
光的散射定义: 指由于媒质中存在的气体，液体或固体的微小粒子对光
束的影响，使光波偏离原来的传播方向而向四周散射的现 象
物理解释：
A: 强调粒子概念－－分子场吸收一个光子的 同时，发射一 个光子（拉曼散射）
B: 强调波动概念－－由于物质密度的起伏光被散 射瑞利散射）
4
散射引起反射，折射及衍射：散射是衍射的一种特 殊情况，即散射是细微粒子（比波长要小）的衍射 效应。
– A=lg (I0 /I)
• I0 ： 单色光的入射能量 • I ：光通过样品后的出射能量
（3）反射率R（Reflectance）
10
Lambert-Beer Law
理想的情况下，浓度为C的某种特定成分对于某波长光 （辐射）的吸收可用如下公式描述：
I I0 exp(cl)
T I / I0
A lnT cl
使透射光强减弱的原因:光的吸收与光的散射
I
I
I e l
0I0e l
其中，α：吸收系数
β：散射系数
5
3. 近红外光与固体样品的作用
6
食品物料的光学 特性主要包括光反射率 、光透过率、光吸收率 、光密度、光发射现象
等，如图。
7
小麦中各成分的光谱
8
4.分子吸收能量后发生的变化
分子吸收一个光子后，分子就从基态跃迁到激发态；反之，当 分子释放一个光子，分子能量降低的程度与光子的能量相当。
处理方法： 1和6属于宏观现象，由几何光学就可很好地说明； 2、3、4、5需考虑物质的微观结构及性质。
2
X-射线
0,2
紫外
200
红外光谱 可见光 近红外 中远红外 微波
收音机
400-800 1200-2400
纳米
3mm-20cm 10m-30km
-9
1纳米 = 10 米 1000纳米 = 0,000 001 米 = 0,001毫米
15
反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测 器检测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，以各种 方式反射回来的光。物体对光的反射分为规则反射光（镜面反 射）与漫反射。规则反射光指在物体表面按入射角等于反射角 的反射定律发生的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉
末）后，在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
第一节 近红外光谱检测技术
一、基本概念 二 近红外光谱分析原理 三、 近红外光谱的常见分析方法 四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
五、近红外光谱分析技术的优缺点
六、近红外光谱技术在食品检测中的应用
七、近红外光谱检测系统
1
一、 基本概念
1. 光与物质的作用
1、简单透过 2、只改变传播方向（折射、衍射、弹性散射） 3、传播方向和波长同时改变（非弹性散射） 4、被吸收 5、发出不同波长的光 6、简单反射
) • 拓扑( topo logy, TP)法
18
四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
19
20
五、近红外光谱分析技术的优缺点
优点： （1）快速，通常30秒内就可给出分析结果，可进行在线分析； （2）制样简单； （3）信息量大，可同时测定多组分； （4）经定标建模后，无须用其他常规化学分析手段，不使用有毒 有机 试剂，无污染； （5）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检测； （6）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。
12
对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动 ---弯曲振动---剪切振动
13
三、 近红外光谱的常见分析方法
透射光光谱法
反
n透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检 测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互 作用后的光，若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经 过的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决 定。
原子轨道刻划了原子中的电子的分布，同理，分子轨道描述了 分子中电子的分布。
在电子跃迁过程中，电子从一个分子轨道跃迁到另一个轨道， 并伴随着分子能量的增加或者减少。
9
5.光谱测量的基本方法
（1）透射率（Transmittance）
– T=I/I0 (一般采用百分比)
（2）吸光度（Absorbance）
其中 I:
c:
透射光强度； I0: 入射光强度 特定成分的浓度(concentration)
: 特定成分在某吸收波长处的吸收系数 (absorptivity)
L: 光程长(样品的厚度, pathlength)
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二、 近红外光谱分析原理
• 近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从 基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团X-H （X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收。不同基团（如甲 基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环境中的近 红外吸收波长与强度都有明显差别，NIR光谱具有丰富的 结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成与性 质的测量。
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定性分析常用的方法
• 聚类分析是典型的无监督模式识别方法, 利用同类样本 彼此相似, 即物以类聚 , 聚类分析就是使相似的样本聚 在一起, 从而达到分类的目的
• 另一种常用方法是Mahananobis距离, 其核心是通过多波 长下的光谱数据, 定量描述出测量样本离校正集样本的 位置, 因而在光谱匹配、异常点检测和模型外推方面都 很有用。
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定量分析常用的方法
• 定量分析是通过多元校正方法建立光谱与组成或性质 间的校正模型, 使用该模型可预测未知样品的组成或 性质。
• 各种多元校正技术有多元线性回归法(mu ltiple linear regression, MLR )
• 主成分回归法( principa l component regression, PCR )
• 偏最小二乘法( partia l least square, PLS) • 人工神经网( art ific ia lneura l ne tw ork, ANN
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缺点： （1）建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品； （2）模型需要不断的维护改进 ； （3）近红外测定精度与参比分析精度直接相关，在参比方法 精度不够的情况下，无法得到满意结果。
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2. 光散射的定义及物理解释
光的散射定义: 指由于媒质中存在的气体，液体或固体的微小粒子对光
束的影响，使光波偏离原来的传播方向而向四周散射的现 象
物理解释：
A: 强调粒子概念－－分子场吸收一个光子的 同时，发射一 个光子（拉曼散射）
B: 强调波动概念－－由于物质密度的起伏光被散 射瑞利散射）
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散射引起反射，折射及衍射：散射是衍射的一种特 殊情况，即散射是细微粒子（比波长要小）的衍射 效应。
– A=lg (I0 /I)
• I0 ： 单色光的入射能量 • I ：光通过样品后的出射能量
（3）反射率R（Reflectance）
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Lambert-Beer Law
理想的情况下，浓度为C的某种特定成分对于某波长光 （辐射）的吸收可用如下公式描述：
I I0 exp(cl)
T I / I0
A lnT cl
使透射光强减弱的原因:光的吸收与光的散射
I
I
I e l
0I0e l
其中，α：吸收系数
β：散射系数
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3. 近红外光与固体样品的作用
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食品物料的光学 特性主要包括光反射率 、光透过率、光吸收率 、光密度、光发射现象
等，如图。
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小麦中各成分的光谱
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4.分子吸收能量后发生的变化
分子吸收一个光子后，分子就从基态跃迁到激发态；反之，当 分子释放一个光子，分子能量降低的程度与光子的能量相当。
处理方法： 1和6属于宏观现象，由几何光学就可很好地说明； 2、3、4、5需考虑物质的微观结构及性质。
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X-射线
0,2
紫外
200
红外光谱 可见光 近红外 中远红外 微波
收音机
400-800 1200-2400
纳米
3mm-20cm 10m-30km
-9
1纳米 = 10 米 1000纳米 = 0,000 001 米 = 0,001毫米
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反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测 器检测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，以各种 方式反射回来的光。物体对光的反射分为规则反射光（镜面反 射）与漫反射。规则反射光指在物体表面按入射角等于反射角 的反射定律发生的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉
末）后，在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
第一节 近红外光谱检测技术
一、基本概念 二 近红外光谱分析原理 三、 近红外光谱的常见分析方法 四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
五、近红外光谱分析技术的优缺点
六、近红外光谱技术在食品检测中的应用
七、近红外光谱检测系统
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一、 基本概念
1. 光与物质的作用
1、简单透过 2、只改变传播方向（折射、衍射、弹性散射） 3、传播方向和波长同时改变（非弹性散射） 4、被吸收 5、发出不同波长的光 6、简单反射
) • 拓扑( topo logy, TP)法
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四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
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五、近红外光谱分析技术的优缺点
优点： （1）快速，通常30秒内就可给出分析结果，可进行在线分析； （2）制样简单； （3）信息量大，可同时测定多组分； （4）经定标建模后，无须用其他常规化学分析手段，不使用有毒 有机 试剂，无污染； （5）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检测； （6）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。
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对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动 ---弯曲振动---剪切振动
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三、 近红外光谱的常见分析方法
透射光光谱法
反
n透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检 测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互 作用后的光，若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经 过的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决 定。
原子轨道刻划了原子中的电子的分布，同理，分子轨道描述了 分子中电子的分布。
在电子跃迁过程中，电子从一个分子轨道跃迁到另一个轨道， 并伴随着分子能量的增加或者减少。
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5.光谱测量的基本方法
（1）透射率（Transmittance）
– T=I/I0 (一般采用百分比)
（2）吸光度（Absorbance）
其中 I:
c:
透射光强度； I0: 入射光强度 特定成分的浓度(concentration)
: 特定成分在某吸收波长处的吸收系数 (absorptivity)
L: 光程长(样品的厚度, pathlength)
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二、 近红外光谱分析原理
• 近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从 基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团X-H （X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收。不同基团（如甲 基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环境中的近 红外吸收波长与强度都有明显差别，NIR光谱具有丰富的 结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成与性 质的测量。
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定性分析常用的方法
• 聚类分析是典型的无监督模式识别方法, 利用同类样本 彼此相似, 即物以类聚 , 聚类分析就是使相似的样本聚 在一起, 从而达到分类的目的
• 另一种常用方法是Mahananobis距离, 其核心是通过多波 长下的光谱数据, 定量描述出测量样本离校正集样本的 位置, 因而在光谱匹配、异常点检测和模型外推方面都 很有用。