宁夏赤霞珠葡萄水分含量的高光谱无损检测研究

利用可见近红外高光谱成像技术对宁夏赤霞珠葡萄含水量的无损检测进行了初步探讨。通过高光谱成像系统(400~1000 nm)采集了136幅赤霞珠葡萄图像,对原始光谱、平均平滑、高斯滤波、中值滤波、卷积平滑、归一化、多元散射校正、标准正态化、基线校准、去趋势化等预处理的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析;采用主成分分析(PCA)、偏最小二乘回归(PLSR)、连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权(CARS)方法选择特征波长,建立4种特征波长下的PLSR的葡萄含水量预测模型,优选CARS提取特征波长的方法。在此基础上,对比分析了全波段与特征波长下的MLR、PCR、PLSR的葡萄含水量预测模型。结果表明:采用多元散射校正(MSC)光谱建立的PLSR模型优于原始光谱和其他预处理光谱的PLSR模型;CARS提取特征波长建立的PLSR模型优于多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)模型,预测集的相关系数(R)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.806、0.144。因此,利用可见近红外高光谱成像技术提取特征波长进行宁夏赤霞珠葡萄含水量的检测是可行的。     

基于可见/近红外高光谱成像技术的鸡蛋新鲜度无损检测

以400~1 000nm高光谱系统获得鸡蛋样本的高光谱图像,利用蒙特卡洛法检测异常样本,采用不同预处理方法处理原始光谱;应用竞争性正自适应加权算法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)、遗传偏最小二乘法(Genetic Algorithms PLS,GAPLS)和间隔蛙跳法(Interval Random Frog,IRF)对预处理后光谱数据提取特征波长;分别建立基于全光谱和特征波长的偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)和最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM)鸡蛋新鲜度预测模型。结果表明:标准正态变量变换(Standardized Normal Variate,SNV)法为最优预处理方法;利用CARS、GAPLS和IRF分别选出8,35,74个特征波长;基于GAPLS提取的特征波长的LS-SVM模型最优,其校正相关系数(Rc)为0.899,预测相关系数(Rp)为0.832。表明基于高光谱成像技术的鸡蛋新鲜度无损检测是可行的。     

灵武长枣蔗糖含量的高光谱无损检测

利用高效液相色谱法检测蔗糖含量,同时运用高光谱成像技术结合化学计量方法建立蔗糖预测模型;通过竞争性自适应加权（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）算法、连续投影算法（successive projection algorithm,SPA）和无信息消除变量（uninformative variable elimination,UVE）降维处理,建立特征波段和全波段的主成分回归（principal component regression,PCR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）和多元线性回归（multivariable linear regression,MLR）模型。结果表明,采用蒙特卡洛方法剔除异常样本后,相关系数由0.611增大到0.846;正交信号校正法预处理效果最佳,RC和RP分别为0.853和0.794;利用SPA、UVE、CARS、CARS＋SPA和CARS＋UVE五种方法提取了5、21、17、10、18 个特征变量,其中CARS-PCR模型最好,校正集、预测集的相关系数为0.861、0.843,校正集、预测集的均方根误差为0.013 mg/g和0.014 mg/g。综上,高光谱成像技术可以实现长枣蔗糖含量的预测,为更深一步探讨枣的内部品质提供参考。     

基于近红外光谱的腌制期咸鸭蛋理化指标无损检测

以高邮麻鸭蛋为研究对象,采集整个腌制期咸鸭蛋近红外光谱数据,对比测定其理化指标值,建立咸鸭蛋关键品质指标（蛋黄含水率、蛋黄氯化钠浓度和咸蛋黄指数）的无损快速检测模型。为尽可能削弱外部其他因素对样本光谱采集过程的影响,使用多元散射校正、归一化等预处理方法,结合竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、连续投影算法（successive projections algorithm,SPA）和非信息变量剔除（uninformative variables elimination,UVE）3种特征选择算法建立偏最小二乘回归模型,并在一次特征波段选取基础上提取二次特征波长,再建立偏最小二乘回归模型。结果表明,蛋黄含水率、蛋黄氯化钠浓度和咸蛋黄指数的最优波长选择方法均是二次特征波段提取法UVE+SPA,发现二次特征波段选择综合表现最优。经对比分析,蛋黄含水率、蛋黄氯化钠浓度、咸蛋黄指数最优模型结构分别是标准化-UVE+SPA-PLSR、卷积平滑-UVE+SPA-PLSR、均值中心化-UVE+SPA-PLSR,训练集相关系数...     

基于近红外光谱技术检测苹果气调贮藏期可溶性固形物含量

目的 基于近红外光谱技术结合偏最小二乘（Partial least square, PLS）法和最小二乘支持向量机回归（Least square-support vector regression, LS-SVR）法建立苹果气调贮藏期可溶性固形物（Soluble solids contents, SSC）含量预测模型。方法 在分析了气调贮藏期苹果细胞结构和SSC变化的基础上,采集了可见-近红外（Visible-near infrared, Vis-NIR）波段和长波近红外（Long wave near infrared, LWIR）波段下不同贮藏时间的苹果漫反射光谱信息,利用主成分分析方法（Principal component analysis,PCA）分析不同贮藏期苹果光谱信息分布特征,使用Kennard-Stone（K-S）算法以3:1比例对样本集进行划分,使用多元散射校正（Multiplicative scatter correction, MSC）和SG（Savitzky-Golay）平滑对光谱进行预处理,利用连续投影算法（Successive projections algorithm, SPA）和竞争自适应重加权采样（Competitive adaptive reweighted sampling, CARS）法对光谱进行特征波长提取,并建立SSC预测模型。结果 在LWIR波段下,经MSC预处理和CARS提取特征波长后建立的PLS模型取得了较好的预测精度,模型相关系数为0.900,均方根误差为0.478;经MSC、SG平滑预处理和CARS提取特征波长后建立的LS-SVR模型取得了更好的预测精度,模型相关系数为0.927,均方根误差为0.507。结论 构建的基于可见/近红外光谱无损预测模型可实现对气调贮藏期苹果SSC的准确预测,为高效贮藏技术提供了理论基础。     

鱼体新鲜度近红外光谱检测方法的比较研究

目的 建立针对淡水鱼整鱼鱼体新鲜度的快速无损检测方法. 方法 通过比较不同的光谱与相应挥发性盐基氮(TVB-N)值的建模结果, 以及对比分析竞争性自适应重加权算法(CARS)、遗传算法(GA)及连续投影算法(SPA)三种特征波长选择方法对模型的优化结果, 对鱼鳞及光谱采集部位等影响因素进行研究。结果 鱼体有鳞时的尾部为最佳新鲜度检测部位。CARS法较优且鱼体新鲜度检测的最优波段为800~1100 nm, 采用CARS特征波长选择方法选择出23个波长变量重新建立PLS模型, 模型预测集相关系数RP=0.957, 预测均方根误差RMSEP=0.589 mg/100 g。利用CARS方法选择的23个波长变量对淡水鱼进行新鲜度评价, 准确率达96.67%。结论 该方法为淡水鱼整鱼新鲜度快速无损检测提供了一种有效的方法。     

基于高光谱图像特征融合的榛子水分含量测定

采用高光谱图像技术对榛子水分含量进行快速无损检测。采集200个榛子在400~1 000 nm波段的高光谱图像,提取榛子图像区域的平均光谱信息。利用K-S算法划分样品验证集和预测集,使用四种预处理方法对光谱进行预处理。通过竞争自适应加权算法（Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS）和逐次投影法（Successive Projection Algorithm,SPA）进行光谱特征的提取;灰度共生矩阵法（Gray Level Co-occurrence Matrix,GLCM）提取图像的纹理特征;分别建立基于光谱特征,图像纹理特征以及两者串联融合的偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）和支持向量回归（Support Vector Regression,SVR）模型对榛子水分进行预测。结果表明,CARS和SPA算法能够有效选择特征波长并提升预测性能;图像特征能够对榛子水分进行预测,基于主成分图像提取的图像特征信息建立的模型预测效果更好。光谱图像特征融合能明显提高对榛子水分含量预测的准确率,CARS提取的特征波段结合主成分图像的纹理特征显示出了更好的效果,SVR模型的RMSECV为0.03,RC 为0.97,RMSEP为0.04,RP为0.96。利用高光谱图像和纹理特征能够对榛子水分进行有效预测,为榛子水分含量检测提供了新的方法。     

可见-近红外高光谱成像技术对灵武长枣VC含量的无损检测方法

为探究基于高光谱成像技术预测灵武长枣VC含量的可行性并寻找最佳预测模型。采集100?个长枣样本在波长400～1?000?nm处的高光谱图像,对光谱数据进行预处理;应用遗传算法（genetic algorithm,GA）、连续投影算法（successive projection algorithm,SPA）和竞争性正自适应加权（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）算法对原始光谱数据提取特征波长;分别建立基于全光谱和特征波长的偏最小二乘（partial least squares regression,PLS）和最小二乘支持向量机（least squares support vector machine,LSSVM）VC含量预测模型。结果表明,采用标准正态变换预处理算法效果最优,其PLS模型的交叉验证相关系数为0.839?5,交叉验证均方根误差为16.248?2;利用GA、SPA和CARS从全光谱的125?个波长中分别选取出12、5?个和26?个特征波长;基于CARS建立的PLS模型效果最优,其Rc、Rp、校正均方根误差、预测均方根误差分别为0.896?2、0.889?2、10.746?2%、12.145?3%。研究结果表明基于高光谱成像技术对灵武长枣VC含量的无损检测是可行的。     

基于近红外高光谱成像技术的宁夏羊肉产地鉴别

使用900~1700 nm高光谱成像系统采集宁夏银川、固原、盐池三个不同产地的绵羊后腿样本的近红外高光谱数据,对光谱采用面积归一化方法预处理,利用SPA、CARS、UVE算法对预处理后的光谱数据提取特征波长分别为17、40、121个;结合PLS-DA及KNN建立特征波段下的判别模型。结果表明KNN判别模型效果较差,3种特征波长中利用CARS提取的特征波长建模效果最佳,代替全光谱建立PLS-DA判别模型是可行的;综合对比模型效果,CARS-PLS-DA为最优模型,校正集正确率90.48%,预测集正确率84.21%。证明利用近红外高光谱成像技术对羊肉产地鉴别是可行的。     

基于高光谱成像技术无损检测芒果轻微损伤

目的 使用高光谱成像技术实现对芒果轻微损伤的无损识别。方法 在可见光-近红外波长范围内采集完好芒果和损伤芒果的高光谱图像,并提取相应的感兴趣区域(regions of interest, ROI)获得样本高光谱数据。经过多种预处理方法比较,选择光谱预处理方法。使用竞争性自适应重加权算法(competitiveadaptivereweighted sampling, CARS)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)分别对预处理后的光谱提取特征波长,并分别建立了多元线型回归(multiplelinearregression,MLR)模型和偏最小二乘回归(partialleastsquaresregression,PLSR)模型。结果 选择多元散射校正(multiplicative scatter correction, MSC)作为光谱预处理方法。针对芒果轻微损伤识别,CARS-MLR模型识别效果最好,其校正集相关系数为0.881,预测集相关系数为0.821,校正集均方根误差(calibration set root mean squa...     

黄瓜水分和硬度高光谱特征波长选择与预测模型构建

为实现高光谱对黄瓜新鲜度的快速、准确检测,以硬度和失水率作为品质指标,采用高光谱成像技术对同一批次不同贮藏日期的黄瓜进行检测。采用Savitzky-Golar法、多元散射校正、标准正态变量变换3种方法对黄瓜高光谱数据进行预处理,并对预处理结果进行对比,确定Savitzky-Golar预处理方法;运用竞争性自适应重加权算法、偏最小二乘、连续投影算法对高光谱特征波长进行选择,针对硬度指标分别选取了25,13,20个特征波长,针对失水率指标,分别选取了20,16,20个特征波长;运用BP神经网络构建黄瓜硬度和失水率预测模型。结果表明,基于连续投影算法所筛选出的特征波长光谱信息所建立的BP模型判别效果最佳,其对硬度判别的训练集准确率和测试集准确率分别为95.24%,91.67%;对失水率判别的训练集准确率和测试集准确率分别为97.78%,95.00%。     

基于可见/近红外高光谱成像技术的牛肉品种鉴别

利用可见/近红外高光谱成像技术实现荷斯坦奶牛、秦川牛、西门塔尔牛三个品种牛肉的快速无损鉴别。首先,对原始光谱进行预处理并对样本集进行划分;应用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)和无信息变量消除算法(UVE)对预处理后的光谱数据提取特征波长;结合偏最小二乘判别模型(PLS-DA)、K最近邻(KNN)模型及支持向量机(SVM)模型进行全波段及特征波段鉴别分析。结果表明,一阶导数(FD)法为最优预处理方法,利用光谱-理化值共生距离法(SPXY)法划分后的样本模型预测性能最好;利用CARS、SPA和UVE分别选出24、17和19个特征波长;基于CARS法提取的特征波长所建的RBF-SVM模型的校正集与预测集正确率分别为100%、98.82%。由此可见,基于高光谱成像技术能够获得较好的牛肉品种鉴别效果。该研究可为牛肉品种的快速无损鉴别提供参考。     

紫外/可见光谱技术无损检测李子可溶性固形物含量

利用光谱技术结合化学计量学对李子可溶性固形物含量检测进行研究,为李子品质无损检测提供科学方法。通过反射式光谱采集系统获取了"红"李子和"青"李子的平均光谱,并对原始光谱数据进行预处理;应用连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)对预处理后的光谱数据提取特征波长;分别建立基于全光谱和特征波长的预测李子可溶性固形物含量的误差反向传播(BP)网络模型。结果表明:利用SPA和CARS算法分别从全光谱的1024个波长中选取出31和104个特征波长;而基于特征波长建立的CARS-BP网络模型效果最优,其相关系数r_c为0.998,r_p为0.887,均方根误差RMSEC为0.026,RMSEP为1.767。这表明光谱技术结合化学计量学进行李子可溶性固形物含量的无损检测具有可行性。     

基于高光谱成像快速检测牛肉糜中大豆分离蛋白掺入量

采用近红外高光谱成像技术(900~1700 nm)结合化学计量学算法快速定量预测牛肉糜中大豆分离蛋白掺入量。首先按照2%~30%(w/w),掺入间隔1%的浓度梯度,制备不同大豆分离蛋白掺入浓度的牛肉糜样品,然后采集样品的高光谱图像并提取光谱数据,最后运用偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)和多元线性回归(Multiple linear regression,MLR)算法建立预测模型。为了减少模型的高维共线性问题,采用回归系数法(Regression coefficients,RC)和连续投影算法(Successive projection algorithm,SPA)筛选最优波长,优化全波段预测模型。结果显示基于RC法筛选的22个最优波长构建的RC-PLSR模型和RC-MLR模型预测效果优于基于SPA法筛选的21个最优波长构建的SPA-PLSR模型和SPA-MLR模型。其中,RC-PLSR模型预测效果最接近全波段PLSR模型,r_P为0.95,RMSEP为2.73%,RPD为3.32。试验结果表明近红外高光谱成像技术结合化学计量学方法可快速预测牛肉糜中大豆分离蛋白的掺入量。     

基于VIS/NIR高光谱技术的灵武长枣SSC含量的无损检测研究

利用高光谱技术对灵武长枣可溶性固形物含量(SSC)检测进行研究,为灵武长枣内部品质无损检测提供科学方法。以灵武长枣为对象,对光谱数据进行预处理,应用连续投影算法(SPA)和正自适应加权算法(CARS)进行关键波长的选择,通过偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)建立预测模型。实验结果表明:采用去趋势(Detrend)预处理算法效果最优,PLSR模型的交叉验证相关系数(Rcv)为0.809,交叉验证均方根误差(RMSECV)为1.331;通过SPA算法和CARS算法能够有效地对光谱数据进行降维处理,对SPA优选的8个和CARS优选的21个特征变量分别用PLSR和PCR建立预测模型,CARS-PLSR建模效果最优,其相关系数(Rp)为0.864,预测均方根误差(RMSEP)为1.174;研究结果表明基于高光谱成像技术采集的灵武长枣漫反射光谱进行SSC无损检测具有可行性。     

基于微型近红外光谱仪的油菜籽含油率模型参数优化研究

为实现油菜籽含油率快速无损检测,采用微型近红外光谱仪,结合竞争性自适应重加权(CARS)、遗传算法(GA)、连续投影算法(SPA)、无信息变量消除法(UVE)、向后区间偏最小二乘法(BIPLS)、联合区间偏最小二乘法(SIPLS)等方法优选油菜籽含油率近红外光谱特征波长,建立偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)定量分析模型,同时对LS-SVM模型参数进行优化。研究表明,对PLSR模型,BIPLS+GA优选的26个特征波长建模效果最好,其预测相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.9330和0.0075,对LS-SVM模型,SIPLS+GA优选的13个特征波长建模效果最好,预测相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别0.9192和0.0055。证明了波长优选和参数优化可有效简化油菜籽含油率近红外光谱定量分析模型,提高模型预测精度和稳定性,为进一步拓展微型近红外光谱仪的应用提供技术参考。