高光谱和卷积神经网络的大白菜农残检测

针对大白菜农药残留传统化学检测手段存在前期处理过程繁琐、检测周期长等不足,提出了一种快速无损识别大白菜农药残留种类的方法.以1组无农药残留和4组含有均匀喷洒农药(毒死蜱、乐果、灭多威和氯氰菊酯)的大白菜样本为研究对象(药液浓度配比分别为0.10,1.00,0.20和2.00 mg·kg-1),经12小时自然吸收后,利用...     

改进的QGA-ELM算法水稻叶面积指数反演模型

为了通过植被指数(VI)准确、可靠的获取不同施肥梯度、不同品种的水稻叶面积指数(LAI),提出了一种基于改进的QGA-ELM算法应用于水稻LAI反演.首先通过8折交叉验证确定极限学习机(ELM)最佳的隐含层神经元个数与隐含层激活函数类型,再通过引入组合动态旋转角策略、单点混沌交叉操作、混沌变异操作、确定性选择策略、量子...     

基于组合偏最小二乘的特征波段优选方法在氨、碱化处理玉米秸秆粗蛋白检测中的研究

该文构建了玉米秸秆粗蛋白定量分析模型,并对光谱特征波段选取方法进行探讨及验证。首先对107个样本进行预处理,剔除两个异常样本后采用DB2小波缺省阈值4层分解方式进行光谱重构,预处理后粗蛋白模型交互验证决定系数R²CV从0.788 9提高至0.920 8,采用间隔偏最小二乘(IPLS)及其改进型方法后向区间间隔偏最小二乘(BIPLS)、组合间隔偏最小二乘(SIPLS)进行特征波段选取,并对比主成分分析、竞争性自适应重加权采样法、相关系数法、遗传算法、移动窗口最小二乘等结果,发现基于IPLS及其改进型BIPLS、SIPLS均可有效、准确定位特征波段区间,其中采用SIPLS 30波段间隔在10 128～10 398 cm^-1与11 196～11 462 cm^-1时具有最优模型,验证集相关系数(r_p)为0.978 4,验正集决定系数(R²P)为0.957 2,验正集均方误差根(RMSEP)为0.221 1,相比于其他波段选取方法表现出较好的实时准确性,该方法可为玉米秸秆氨碱化最优条件判...     

高光谱成像的水稻稻瘟病早期分级检测

稻瘟病是世界公认的水稻重大病害之一.实现稻瘟病害的早期分级检测,对水稻病害早期防治及精准用药具有重要意义.以大田自然发病水稻为研究对象,采集稻瘟病发病早期染病叶片和健康叶片,获取所有叶片样本在400～1000 nm波段内的高光谱图像并提取光谱数据.水稻在染病之初不会立刻出现病斑,无法识别采集到的无斑叶片是否染病.为实现...     

基于高光谱成像的牧草粗蛋白含量检测研究

粗蛋白（CP）是评价牧草营养价值和品质参数的关键指标。快速、准确地对牧草中粗蛋白含量进行评估在畜牧业生产研究中具有重要意义。为确定牧草粗蛋白含量的高光谱特征波段及最优检测模型,研究分别于2017年5月至9月间在黑龙江省杜尔伯特自治区的人工牧草场（羊草）内每月随机选取35个样本,5个月共采集175个样本。采样时在样本点处放置1 m×1 m的样方,将样方内所有牧草全部齐地面收割采集后称重并冷藏保存。将样本带回实验室后,立即进行牧草叶片高光谱图像采集,同时采用凯氏定氮法对采集的牧草样本进行粗蛋白化学值测定,以此建立牧草粗蛋白含量高光谱数据集。研究首先通过Savitzky-Golay卷积平滑（SG）、多元散射校正（MSC）、变量标准化（SNV）、一阶导数（1-Der）和直接正交信号校正（DOSC）方法5种预处理方法对高光谱数据进行处理后分别建立偏最小二乘回归（PLSR）检测模型,从中确定最优预处理方法。利用最优预处理结果,分别采用连续投影算法（SPA）和随机蛙跳算法（RF）进行牧草粗蛋白含量的特征波段选择,并利用选择结果分别进一步建立PLSR模型,以此确定适合粗蛋白含量的特征波段选择方法,确定最优高光谱检测模型。结果表明,在五种高光谱预处理方法中,基于SNV方法预处理后所建立的高光谱PLSR模型表现最优（R2-P=0.929,RMSE-P=6.344 mg·g-1,RPD=4.204）。利用连续投影算法筛选的粗蛋白含量特征波长为30个,分布于530～700和940～1 000 nm范围内。经随机蛙跳算法确定的粗蛋白含量特征波段为6个,分别为826.544,827.285,828.766,971.012,972.494和973.235 nm。因此,该研究中牧草粗蛋白含量最优高光谱检测模型为SNV-RF-PLSR（R2-P=0.933,RMSE-P=6.034 mg·g-1,RPD=4.322）,模型精度较高。该研究结果为牧草粗蛋白含量的高光谱检测提供了最优模型和理论基础,同时为指导草业生产开拓了新的技术思路。     

IPLS-SPA波长选择方法在近红外秸秆生物量中的应用研究

在近红外光谱分析模型中全谱信息通常含有大量冗余信息,会导致模型解析时间延长、 加大模型解析难度,因此如何快速有效地选取特征波长至关重要。采用基于间隔偏最小二乘(interval partial least squares, IPLS)结合连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)对小麦秸秆发酵过程微生物生物量进行特征波长选择,共制备85个样本,采用氨基葡萄糖法测定微生物生物量,选择68个样本作为校正集,17个样本作为验证集。首先对全谱区520个波长点根据间隔点大小10, 20, 30, 40进行分段建模,选取出4 450～4 925和9 194～9 993 cm-1两个波段范围作为特征波段,将选取出的特征波段再进行连续投影算法及遗传算法(genetic algorithm, GA)特征波长点选取,并进行综合分析对比。实验结果表明采用IPLS-SPA算法选择4 450～4 925和9 194～9 993 cm-1的组合波段具有最佳建模效果,相比于全谱建模其参与建模的波长点由520个减少到10个,模型验证集决定系数(R-Square, R2)从0.884 9提升至0.945 28,验证集均方误差根(root mean square error prediction, RMSEP)从11.104 9降至8.203 3,GA遗传算法虽取得了更优的模型精度,但其实验结果并不稳定且随机性较强,而IPLS结合SPA方法能够稳定而准确的(地)选择特征波长信息,提高模型运算速度并降低模型拟合难度,可以作为一种新的波段选择参考方法。结果表明采用近红外光谱分析方法对秸秆发酵生物量进行快速检测是可行的。