高光谱在艺术与文物遗产分析的应用

   以先进的高光谱成像技术（HSI) 来分析绘画文物颜色真实性、画品底图材料的时间性以及分析艺术家的作画初衷和笔触风格，从而达到在不接触和损坏文物的情况下来鉴识珍贵文物。

   imec高光谱相机颠覆传统『真实』成像

   应用实例：A Multispectral Study of the “Last Supper”canvas in Tongerlo on Vimeo 

   专访介绍： https://vimeo.com/334536811

   传统艺术品分析没有提供红外反射图像的精细光谱信息。使用Imec紧凑型高光谱相机只要点击个按键就可以简单容易取得高解析的高光谱图像。

•   1100~1650nm SNAPSCAN SWIR(0.8 Mpx)

•    470~900nm SNAPSCAN VNIR(Mobile)(7 Mpx)

• 直观界面易于分析，只需选择不同的波长，即可分析珍貴的文物图像，您无需成为专家也可轻松使用它。

Specim IQ 揭示艺术品中隐藏的细节

     对不同工作距离不同大小区域，搭配三脚架从大型壁画和天花板上的装饰元素和铭文，甚至到感兴趣的小细节都可完整成像。

Specim IQ 荣获德国红点设计奖

 • 简单容易操作的使用软件接口• 可选择触控面板或按键操作• 可直接在相机上进行分析辨识• 可透过USB或Wi-Fi联机创新软件 IQ Studio不需要是数据分析专家，也不需要了解化学计量学或光谱学就可获得想要的结果。

专访介绍：

https://www.youtube.com/watch?v=NMhpiXJ7rKc&t=10s&ab_channel=SpecimSpectral

由高光谱 SAM 算法计算所得的钴蓝分布图 (在影像中的白色部分)

使用高光谱 UMAP-5 分类算法重建了可见光影像

红外高光谱伪彩色底层图像分析

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质粒（plasmid）是一种小型环状DNA，在基因工程中常利用质粒作为运载体，将目的基因转移到受体细胞内。虽然近年来开发了不少更为先进的基因转移载体（如慢病毒载体、腺病毒载体、AAV载体等），但质粒载体由于制备简便以及在各类细胞中的GX转染率，仍然被大多数实验室使用。

随着基因ZL的迅速发展，高纯度的质粒DNA的需求量越来越大。在纯化质粒DNA时，除了需要去除混入的蛋白质、RNA、内毒素和宿主基因组DNA等杂质以外，还需要去除质粒DNA的立体异构体Open circular体（开环状质粒）和Linear体（直链线状质粒），只对Supercoiled体（超螺旋状质粒）进行纯化。

本篇推送中列举了东曹TSKgel色谱柱和Toyopearl层析填料在质粒DNA纯化与分析中的应用实例和相关文献，供大家参考。

01 质粒的色谱分离模式

使用阴离子交换色谱分析质粒DNA

基因ZL实验中质粒纯度的检测方法之一是测量开环质粒和超螺旋质粒的相对量。下图是采用阴离子交换色谱柱TSKgel DNA-NPR分析质粒的谱图。

此款色谱柱采用无孔的亲水聚合物基质填料，表面由弱阴离子交换基团改性，具有极高的蛋白回收率。适用于对DNA片段，PCR产物及质粒的GX分离。

02 质粒的纯化工艺步骤示例

在质粒DNA的纯化工艺中通常使用阴离子交换层析、疏水层析和尺寸排阻层析。质粒DNA与内毒素相比，其疏水性非常低，所以使用疏水填料可以从质粒DNA中有效去除内毒素。

使用Toyopearl Butyl-650S疏水填料纯化质粒

03 使用TSKgel和TOYOPEARL分离纯化质粒载体的应用实例

脉冲宽度调制 (PWM) 是一种常用于以固定频率驱动开关电源的GX技术。这种技术可用于工业控制系统、功率电子和数字通信中的各类电源。因此，PWM 技术广泛用于设计数模转换器（如 D 类音频放大器）、直流-直流电源和逆变器，例如直流电机的变频驱动器 (VFD) 和三相电机驱动器。电桥或多相电机驱动器中的差异信号具有双极性、双脉冲特性，更是对工程师的日常开发与测试造成了挑战。

二、罗德与施瓦茨示波器解决方案

要快速、简单地了解 PWM 信号的全局情况，可以使用示波器的余晖显示功能。余晖有助于概览信号中待处理的脉冲宽度类型。

在负向脉冲上通过宽度触发捕获的双极性PWM信号 (以彩色波形显示；红色表示出现频率高)

但是，余晖和颜色分级功能不提供任何分析见解。

除了脉冲宽度，是否还存在脉冲周期调制？

调制周期的重复间隔是多少？

每个数值出现了多少个宽度？

工程师在开发用于电源、处理器电源或电池充电器的电子模块 (如降压变换器) 时，这些信息是必须的。要获得这些信息，需要使用更先进的分析技术，安泰测试为大家推荐罗德与施瓦茨示波器——RTM3000 和 RTA4000 。

罗德与施瓦茨示波器RTM3000 和 RTA4000的跟踪功能可解调 PWM 信号，并提取跟踪波形中的基础调制信号。跟踪波形由测量值按照采集期间的记录时间顺序组成。这种分析工具可以绘制任意给定值相对于时间的结果图，有助于清楚了解在较长的测量时间内 PWM 参数的变化趋势。这样能够正确评估 PWM 稳压器/控制器的跟踪和线性度。

RTM3000 和 RTA4000 跟踪功能的相应标准集成到数学运算中，能够定义解调信号的上限（单极性）和下限（双极性）。

数学运算标配以下跟踪分析功能：

跟踪：周期（单极性和双极性）

跟踪：频率（单极性和双极性）

跟踪：脉冲宽度（单极性和双极性）

跟踪：占空比（单极性和双极性）

三、测量装置

准确的 PWM 测量取决于正确进行探测。大多数示波器通常会配备 10:1 无源探头。然而，此类探头无法明确查找有效的接地参考点，例如在测量两个未连接到接地点的信号之间的差异时。对于此类测量，推荐使用 RT-ZD10 等差分探头。不同应用和环境中的电压也会显著不同，甚至会高达数千伏。RT-ZHD 探头可承受高达 6 kV 的电压，非常适用于这些测量环境。

解调类型示例确保轻松匹配应用

四、仪器设置

将示波器连接到被测电路后，通过示波器应用对话框访问跟踪选项卡，其中包含各种解调类型。

不同的 PWM 技术需要搭配不同的解调类型:

选择 PWM（单极性和双极性）、PDM（单极性和双极性）、逆变器、直流电机、三相电机和 PWM – RGB LED,

根据所选的解调类型，示波器将依据极性设置触发条件；用户还可以使用数学运算菜单调整其他设置，用户设置调制分析，例如周期跟踪、频率跟踪、脉冲宽度跟踪或占空比跟踪，设置单极性迹线的上限 (UL) 和双极性迹线的下限 (LL)，每个阈值均包括电平和迟滞设置，用户可以根据需要予以调整。用户还可以针对频率和周期选择上升沿和下降沿，并设置“边沿开启”、“边沿关闭”以及“双脉冲开启”和“双脉冲关闭”

跟踪功能的操作菜单

五、测量结果

数学运算菜单中的跟踪功能可用于解调 PWM 信号，并将波形显示为数学迹线。这样最多可同时显示五个跟踪曲线。

用户还可以根据提取的跟踪波形进行进一步分析。罗德与施瓦茨示波器RTM3000 和 RTA4000 的跟踪功能有助于用户将每个光标置于跟踪波形，并对其应用所有可用的数学运算选项。用户还可以在跟踪波形上应用所有可用测量，例如 RMS 或频率测量（获取转动频率的信息），并可查看每次测量的统计评估结果。

完成测量和分析之后，用户可以获得更深度的信息，例如调制周期的重复间隔或每个测量值出现的宽度数量。用户可以使用这些信息来查找控制算法错误、探究控制器行为，或者观察启动和关闭行为。这将有助于用户深入了解 PWM 信号的实际情况。用户还可以轻松、快速地将截图、波形、统计结果或完整设置保存到 USB 设备或通过 LAN 保存到电脑，以便生成报告。

通过C1开关模式和C2输出测量解调降压变换器的单极性PWM信号

总结：

罗德与施瓦茨示波器RTM3000 和 RTA4000 具备强大的跟踪功能，能够显示各种应用中随时间变化的任何 PWM 信号。此功能将提供每个周期中 PWM 信号的详细信息，并显示任何意外异常。

此外，罗德与施瓦茨示波器RTM3000 和 RTA4000 还具备其他测量功能、10 位模数转换器、深存储以及分段存储功能，是一款经济实惠、节省时间的解决方案。这两款示波器均可协助工程师灵活设计数模转换器、直流-直流电源和逆变器，例如直流电机的变频驱动器和三相电机驱动器。

通过测量、统计结果和光标解调双极性PWM信号

完成测量和分析之后，用户可以获得更深度的信息，例如调制周期的重复间隔或每个测量值出现的宽度数量。用户可以使用这些信息来查找控制算法错误、探究控制器行为，或者观察启动和关闭行为。这将有助于用户深入了解PWM信号的实际情况。用户还可以轻松、快速地将截图、波形、统计结果或完整设置保存到USB设备或通过LAN保存到电脑，以便生成报告。

以上就是安泰测试介绍的罗德与施瓦茨示波器RTM3000 和 RTA4000 分析脉冲宽度调制信号的应用，安泰测试可提供免费样机演示服务，如需申请样机演示或者了解R&S示波器更多相关应用，欢迎访问安泰测试网。

LC-MS的强大功能已经得到了生物医学实验室的认可。1,2现在的LC-MS仪器已经从研究到常规临床实验室范围广泛使用，并有效应用于以下领域：

· ZL药物监测 - 测量血浆，血液或组织中的药物（例如免疫YZ剂） 

· 滥用药物测试 - 测量在尿液或唾液中的药物（例如哌替啶，等等） 

· 激素测试 - 测量血清或血浆中的激素（例如类固醇或甲状腺激素） 

· 生物胺分析 - 测量血浆或尿液中的生物胺（如儿茶酚胺） 

· 新生儿筛查 - 通过使用LC-MS水平监测氨基酸和酰基肉碱检测可ZL的疾病

LC-MS仪器相对于其他分析工具具有很强的吸引力，原因在于该技术能够以非常高的灵敏度同时测量多种复杂分析物。此外，速度和信任也是患者护理的关键因素，同时成功的LC-MS生物医学分析具有高度灵敏度，可追溯性强和数据可靠的特性。因此，对于生物医学用LC-MS工作流程中的试剂水及其水在LC-MS成功分析实践中的作用将通过以下三个方面进行介绍。

 灵敏度 

超纯水被广泛用于LC-MS流程的各个环节（图1），所以是导致实验数据鬼峰，基线噪音和高MS背景等这些原因的主要污染源。同时也会使仪器或方法的灵敏度下降，使一些低浓度分析变的困难3。为了避免干扰，确保检测到的分析物是来自样品，而非来自实验用水4，实验过程需要使用高质量的超纯水，避免数据偏差和再次污染5。

Figure 1. The role of water in the LC-MS laboratory 

超痕量分析是LC-MS生物医学分析中的一个应用领域，在激素检测中，相较于其他实验成分，其中水的使用量是非常大的。因此将Milli-Q水（电阻率18.2MΩ·cm（25℃），TOC<5ppb）作为激素中雌二醇分析的实例进行分析。这个实验的结果如图2所示，其中MRM色谱图显示Milli-Q®水中不存在雌二醇，确保了分析方法的低检出限，使用标准加入法测得雌二醇浓度为265.40ng/L。 

前体离子273m/z和碎片离子255m/z用多反应监测（MRM）ESI+转换。HPLC和MS以及LC-MS/MS的仪器参数以及制备Milli-Q®水所用水源，见图2。

Figure 2. MRM chromatogram (ESI+) of estradiol in a sample and in Milli-Q®water.

 可追溯性 

水纯化系统的在线监测功能使科学家们确定他们所使用的水是否符合LC-MS分析的要求。但是，当问题产生时，说明LC-MS分析过程中已经出现了污染，找到并消除其来源至关重要，因为污染隐患来源非常多，使用LC-MS实验时收集记录的水质参数的数据可以在特定的日期与污染源联系起来，从而促进水质评估和问题的排查。

而且，在所有临床实验室中，可追溯性都是质量管理体系中的重要需求，能使实验室符合认证，例如，ISO15189：2007标准或CLSI®C3—A4。所以，在这种情况下用电子方式记录水质参数的方法是一种确保高质量认证的解决方案。

 可靠性 

为了满足LC-MS生物医学实验室的要求，水源必须可靠。所以水纯化系统不仅要生产高质量的实验用水，而且这个质量必须始终如一。为确保水质的一致性，使用在线监测工具。水中的离子含量通过电阻率测量来评估，通常电阻率18.2MΩ·cm（25℃）的水表示不含离子杂质。 

为了检测有机污染物程度，可用可氧化总有机碳（TOC）计算;TOC低于5ppb的水（或μg/L）适用于LC-MS实验。因此，要检测水质的稳定性需要连续监测Milli-Q®水质的电阻率和TOC参数。图3显示了Milli-Q®系统提供的水质稳定性在线监测数据。

Figure 3. Levels of Resistivity (MOhm·cm) measured continuously and TOC (ppb) measured every 3 minutes as a function of volume produced by a Milli-Q® water system. Different colors refer to data obtained for three different sets of consumables installed by turns. 

 结论 

超纯水适用并符合LC-MS生物医学分析实验的要求，而且良好的水质对实验的高质量和稳定性至关重要。临床实验室LC-MS实验 可以使用Milli-Q®水净化系统即能符合LC-MS仪器高灵敏度的要求还可以获得可靠和可追溯的分析结果。

References

1. K. S-Y. Leung, B. M-W. Fong, LC–MS/MS in the routine clinical laboratory: has its time come? Analytical and Bioanalytical Chemistry, 406, 2289-2301 (2013). 

2. M. Himmelsbach, 10 years of MS instrumental developments--impact on LC-MS/MS in clinical chemistry, J. Chromatogr. B, 883– 884, 3– 17 (2012). 

3. A. Khvataeva-Domanov, S. Mabic, Four Ways to Better Water Quality in LC-MS, R&D Magazine, (2015); http://www.rdmag.com/articles/2015/09/four-ways-better-water-quality-lc-ms 

4. CLSI®C62-A - Liquid-Chromatography-Mass Spectrometry methods; approved guideline, Johns Hopkins Medical Institutions, First Edition, 5.3.1, 34, (2014); http://shop.clsi.org/chemistry-documents/C62.html 

5. Controlling Contamination in UltraPerformance LC?/MS and HPLC/MS Systems, Waters Corporation; http://www.waters.com/webassets/cms/support/docs/715001307d_cntrl_cntm.pdf 

6. B. Keller, J. Sui, A.B. Young, R.M. Whittal, Interferences and contaminants encountered in modern mass spectrometry, Anal. Chim. Acta, 627, 71-81 (2008). 

7. M. Vogeser, C. Seger, Pitfalls associated with the use of liquid chromatography-tandem mass spectrometry in the clinical laboratory, Clin. Chem. 56, 1234-1244 (2010). 

8. Millitrack? e-Solutions, A unique set of data management and monitoring software solutions for water purification systems, MilliporeSigma; www.emdmillipore.com/millitrack-esolutions

高光谱遥感数据处理系列（一）

地表反射的太阳辐射包含着丰富的信息，从太阳外层大气的吸收到地球大气的吸收，经过与地物的相互作用反射回大气，最 终被传感器捕获。高光谱遥感可以在每个像元获取高分辨率的光谱数据，这些光谱信息提供了一种理解事物的新的维度。下图展示了几种典型地物的光谱。可以看出不同地物展现出显著不同的光谱特征。除此之外，同种地物在不同状态下，也可能在特定波段展现出显著不同的光谱特征。通过比对光谱数据，可以实现对地物区分，状态区分，异常监测等难以通过传统遥感手段实现的应用。高光谱遥感被广泛应用于农林业、矿业、环境、保险、等领域。

太阳辐射与典型地物反射率

通常彩色影像有红绿蓝三个波段，多光谱影像有几到十几个波段，而高光谱影像有着几十到上百个波段。波段的增加除了提高了信息量，还使得数据量成比例增加。这种数据量对计算机的性能提出了较高的要求，更多的是要求对处理者新的思路和方法。在接下来的文章中，我们将详细介绍高光谱数据的处理流程与方法，希望能在此过程中给读者以新的思考。

Hyperspectral light sheet microscopy | Nature Communications

ENVI (The Environment for Visualizing Images) 是美国Exelis Visual Information Solutions 公司的旗舰产品。它是由遥感领域的科学家采用交互式数据语言IDL (Interactive Data Language) 开发的遥感图像处理软件。ENVI已经广泛应用于科研、环境保护、气象、石油矿产勘探、农业、林业、医学、国防&安全、地球科学、公用设施管理、遥感工程、水利、海洋、测绘勘察和城市与区域规划等领域。

双击ENVI图标打开ENVI软件，可以看到ENVI软件的主界面由以下六个部分组成：①菜单栏、②工具栏、③图层管理窗格、④图像显示部分、⑤工具箱、⑥状态栏。

ENVI软件的布局如图所示，首先点击 依次点击①菜单栏->File->Open，在弹出的对话框中选取所需要的文件，

 一般的ENVI文件由两部分组成，文件本体和头文件（.hdr）。文件本体记录了文件的数据信息，而头文件中记录了关于这些数据信息的描述。使用记事本文件可以直接打开hdr文件，可以看到其中包括了：

• 操作记录

• Samples：栅格列数

• Lines：栅格行数

• Bands：波段数

• Header offset：文件开头到实际数据起始位置的偏移量

• File type：文件类型

• Data type：数据存储类型，用数字表示bit位数

• Interleave：存储顺序

• Map Info：图像采用的投影系统参数，坐标系统及单位

• Coordinate System String：详细的坐标系统信息

• Wavelength：每个波段所对应的波长

两个文件应该放在同一目录下面，ENVI在读取时会自动进行关联。

    任选其中一个文件都可以打开该文件，但是ENVI对两个文件的处理方式有所不同。如果选择.hdr文件，ENVI会直接载入显示文件的第 一个波段，如下图所示。使用鼠标滚轮可以对图像进行缩放操作，使用②工具栏中的工具可以对图像进行拖动缩放等一系列操作。加载成功的图像会显示在③图层管理区，通过点击图像前面的勾选框来控制图像在④图像显示区的显示与否。

使用如果打开文件本体，ENVI会弹出Data Manager窗口

 该窗口包含三个部分，分别是①波段信息、②文件信息、③RGB波段选取。①中展示了所有波段的名称，②中是经过处理后的头文件信息，③是进行RGB合成的波段选取，点击三种颜色的方框后，在①中单击选择波段，选择完成后点击Load Data。如果只想要显示一个波段的灰度影响可以在①中选中目标波段后直接点击Load Greyscale。

RGB 合成象素值的彩色图，就是将三个波段的数据分别通过红、绿、蓝三个通道加载，然后进行渲染。

将多波段影像数据添加到地图中之后，可使用多波段栅格数据集中的任意三个可用波段的组合来创建 RGB 合成图。与仅处理一个波段相比，通过将多个波段共同显示为RGB 合成图通常可从数据集收集到更多信息。

来源：简书

    通常我们选取650nm、550nm和450nm分别赋给RGB通道进行合成以获得最 佳的显示效果。显示效果如下图：

在②工具栏中选择按钮，ENVI会在图上显示框标，并弹出光谱特征（Spectral Profile)窗口。光谱特征窗口中显示了框标中心白点所在像元的光谱曲线。如下图所示：

点击光谱特征窗口中的    ，可以对光谱曲线进行一些操作，如平滑，计算NDVI，显示RGB波段所在位置等：

小结

    本文介绍了高光谱影像的基本原理以及简单的读取及可视化操作。使用ENVI软件可以实现大部分简单的高光谱数据处理。在接下来的教程中，我们将从植被指数提取、高光谱滤波、非监督分类与监督分类等方面介绍ENVI软件的使用。除此以外，我们还将介绍基于Python的高光谱处理，从编程角度介绍高光谱相关知识，以及高光谱数据与大数据处理的结合。

参考：

【1】百度百科

【2】 www.jianshu.com/p/d0765ee89b86