基于可见/近红外光谱和变量选择的脐橙可溶性固形物含量在线检测

为联合可见/近红外光谱技术和变量选择方法在线检测脐橙主要内部品质指标可溶性固形物(SSC),分别选定脐橙校正集和预测集样本141个和47个,脐橙运输速度为0.3m/s,利用USB4000微型光谱仪在线采集脐橙样本的可见/近红外光谱,先分别采用无信息变量消除(UVE)和遗传算法(GA)对650~950nm波段范围的波长变量进行预筛选,再分别利用竞争自适应重加权采样(CARS)及连续投影算法(SPA)对波长变量进一步筛选,并应用偏最小二乘(PLS)方法分别建立脐橙SSC的在线预测模型,并与原始光谱等建立的预测模型进行比较。结果表明,对于脐橙SSC,预筛选方法GA优于UVE方法,变量选择方法CARS优于SPA方法;GA-CARS及GA-SPA联合变量选择方法优于对应的单一变量选择方法CARS及SPA。在上述变量选择方法中,GA-CARS方法获得的结果最优,其所建立的脐橙SSC的PLS模型的校正集和预测集相关系数分别为0.933和0.824,校正集和预测集均方根误差分别为0.429%和0.670%,性能优于原始光谱建立的PLS模型,且建模波长变量数由1 385个下降为78个,仅占原波长变量数的5.63%。由此表明,GA-CARS联合变量选择方法可以有效筛选脐橙SSC的波长变量,提高预测模型的稳定性和预测精度。     

基于CARS-SPA的苹果可溶性固形物可见/近红外光谱在线检测

采用CARS(competitive adaptive reweighted sampling)联合连续投影算法(SPA)方法筛选苹果可见/近红外光谱的特征变量,继而联合多种不同建模方法建立苹果可溶性固形物(SSC)预测模型,并对预测模型进行对比研究。研究结果显示,采用CARS-SPA联合筛选出的31个变量,通过采用PLS建立苹果SSC的可见/近红外光谱在线检测模型性能最稳定,其变量数仅为原始光谱的1.69%,预测集的相关系数和均方根误差分别为0.936和0.351%。研究表明采用CARS-SPA能有效提取苹果SSC的光谱特征变量,能有效简化模型并提高模型精度。     

基于近红外光谱结合波长优选检测单颗葡萄的SSC含量

采用无损检测测定单颗葡萄中可溶性固形物(SSC)含量,获得个体和群体信息,以期指导田间管理、葡萄储存条件设置及满足消费者对葡萄口味的不同需求。采用手持式NIR光谱仪在950~1 650nm波长范围采集葡萄的近红外光谱,采用偏最小二乘(PLS)回归建立葡萄SSC预测模型。为了减少冗余无信息变量,增加模型的预测精度和稳定性,采用无信息变量消除法(UVE)、随机蛙算法(RF)筛选出与葡萄SSC含量相关的重要波长变量。结果表明:RF筛选建立的SSC预测模型优于全光谱PLS和UVE筛选建立的模型。RF-PLS模型的校正集、交叉验证及预测集的R2c、R2cv和R~2p分别为0.960 5,0.933 4,0.930 4,校正均方根误差(RMSEC),交叉验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.638 2,0.829 9,0.868 8。表明通过波长优选后的,基于便携式近红外光谱在预测单颗葡萄SSC含量的应用上完全可行,有较高的预测精度。     

基于反向传播神经网络和高光谱成像的芒果可溶性固形物含量检测

目的 比较反向传播神经网络(backpropagation algorithm neural network, BPNN)模型与偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)模型在预测芒果可溶性固形物含量(soluble solids content, SSC)方面的性能评估。方法 使用高光谱成像仪和全自动折光仪采集芒果的近红外高光谱及SSC数据建立两种预测模型, 通过采用多元散射校正(multiplicative scatter correction, MSC)进行光谱预处理, 利用遗传算法(genetic algorithm, GA)、区间变量迭代空间收缩算法(interval variable iterative space shrinkage algorithms, IVISSA)和变量组合群体分析算法(variable combination population analysis, VCPA)提取特征波长变量, 通过比较不同特征波长提取方法进一步优化对比预测模型。结果 与PLSR模型相比, BPNN模型在预测SSC方面更为有效。而在IVISSA特征波长变量提取后优化的BPNN模型预测能力最佳, 预测集判定系数 、均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)、残差预测偏差(residual prediction deviation, RPD)分别为0.8641、0.3924和2.7127。结论 该模型可快速、准确地检测芒果的SSC, 并证明可见光-近红外高光谱成像与反向传播神经网络模型相结合有望预测芒果的SSC, 为开发在线芒果SSC无损检测系统奠定基础。     

盐池滩羊肉脂肪含量的高光谱预测模型构建

本文利用可见-近红外高光谱成像技术预测冷鲜滩羊肉脂肪含量,优选最佳预测模型。测定90个滩羊背最长肌的脂肪含量并采集其光谱图像,对原始光谱进行不同种预处理后,构建了全波段下的偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)的光谱预测模型。为减少模型运算次数,在预处理效果最优的全波段模型上采用连续投影算法(SPA)、应用竞争性自适应重加权(CARS)、变量组合集群分析(VCPA)和波长空间迭代收缩(IVISSA)方法提取特征波长,构建脂肪含量的光谱预测模型。结果表明:采用归一化(Normlize)预处理后光谱构建的PLSR全波段模型效果最好,校正集模型相关系数(Rc)达到0.921;采用多元散射校正(MSC)预处理后光谱构建的PCR全波段模型效果最好,其校正集模型相关系数(Rc)达到0.850;在4种提取特征波长过程中,IVISSA算法所提取特征波长的交互验证均方根误差(RMSECV)最低,为0.0072;Normlize-IVISSA-PLSR模型较其他3种算法所构建的PLSR模型效果最优,其校正集相关系数(Rc)和预测集相关系数(Rp)值分别为0.931和0.754,表明利用高光谱技术对盐池滩羊肉脂肪含量进行预测是可行的。研究成果为冷鲜滩羊肉品质在线光谱快速无损检测系统开发提供理论依据。     

基于变量筛选的温州蜜桔品质的光谱快速检测

目的利用可见/近红外光谱技术结合变量筛选算法建立预测模型。方法采集7个不同批次蜜桔样本的漫透射光谱,预处理优化后,以无信息变量消除法(uninformative variable elimination,UVE)、竞争性自适应重加权法(competitive adaptive reweighting sampling,CARS)及其组合(UVE-CARS)共3种策略来进行光谱有效波段的筛选,建立蜜桔可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)的偏最小二乘预测模型(partial least square,PLS)。结果比较全变量模型和3个特征变量模型的预测性能,UVE-CARS-PLS模型取得了最优的检测效果,相比全变量模型,建模变量数减少了96.5%,其预测集相关系数R_P提升至0.732,预测集均方根误差(root-mean-square error,RMSEP)下降至0.873~0Brix。结论结合多重变量选择算法,可以进一步压缩建模变量数,简化模型,提高模型预测精度,实现区域蜜桔品质的光谱快速检测。     

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。     

近红外光谱技术无损检测火龙果有效酸度

火龙果是一种有益于人类健康的水果。本文利用Field Spec 3便携式地物波谱仪采集350~2500 nm波段的光谱数据,通过多种预处理方法、连续投影算法(SPA)优选波长、偏最小二乘回归(PLSR)等分析方法,建立了火龙果有效酸度预测模型。实验结果表明:原始光谱经过Savitzky-Golay卷积平滑法(SGS),建立的PLS模型最优,其RCV为0.8862,RMSECV为0.1535;联合SPA算法,利用优选出的25个变量建立的PLS模型,其预测相关系数(RP)为0.8702,预测均方根误差(RMSEP)为0.1682,其模型的预测精度高于原始光谱2151个变量建立模型。比较分析了果皮对模型精度的影响,对光谱数据进行最佳Normalize预处理后,完整果PLS模型的RP为0.8151,果肉PLS模型RP为0.8583,说明果皮存在对模型有影响,但可以进行光谱优化减小影响。本研究结果表明基于近红外光谱技术联合连续投影算法的漫反射无损检测火龙果有效酸度含量具有可行性。     

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。     

冷鲜羊肉品质的高光谱成像无损检测

利用400~1000 nm可见近红外高光谱成像系统对冷鲜羊肉蛋白质含量、嫩度、p H进行无损检测研究。采集冷鲜羊肉表面的高光谱散射图像,提取样本感兴趣区域的反射光谱曲线获得原始数据。先对原始光谱预处理并建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,优选最佳预处理方法,后采用正自适应加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)提取特征波长,建立不同特征波长下各品质参数的PLSR预测模型。结果表明:利用原始光谱建立的冷鲜羊肉蛋白质、嫩度和p H的PLSR模型均优于经过光谱预处理所建PLSR模型;在不同波长下建立预测模型,OS-PLSR光谱模型对冷鲜羊肉蛋白质含量预测效果最佳,Rp=0.869,RMSEP=0.097;建立的SPA-PLSR光谱预测模型对p H预测效果理想,Rp=0.958,RMSEP=0.067;CARS-PLSR光谱预测模型对嫩度的预测能力较高,Rp=0.862,RMSEP=0.706。研究表明:利用可见近红外高光谱技术对冷鲜羊肉品质进行快速无损检测是可行的。     

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。     

Nondestructive Determination of Soluble Solids Content of ‘Fuji’ Apples Produced in Different Areas and Bagged with Different Materials During Ripening

To investigate the feasibility of hyperspectral imaging technique in nondestructive determination of soluble solids content (SSC) of fruits produced in different places and bagged with different materials during ripening, the near infrared hyperspectral reflectance images were acquired on 196 ‘Fuji’ apples picked from four orchards in different areas and bagged with polyethylene film or light-impermeable paper. Mean reflectance spectrum from the regions of interest in the hyperspectral image of each apple was extracted. Standard normal variate (SNV) was used to eliminate the effect of instrument and environment on spectra. The sample set partitioning based on joint x–y distances method was applied to divide the samples into calibration set and prediction set as the ratio of 3:1. Successive projection algorithm (SPA) and uninformative variable elimination (UVE) method were used to select effective wavelengths (EWs) from the full spectra. Partial least squares (PLS), least squares support vector machine (LSSVM), and extreme learning machine (ELM) were used to develop SSC determination models. The results showed that 24 and 122 EWs were selected by SPA and UVE, respectively. The selection of EWs was helpful to SSC determination performance improvement. The optimal SSC prediction model was LSSVM based on selected EWs by SPA, with the correlation coefficient and root-mean-square error of prediction set of 0.878 and 0.908 °Brix, respectively. This study indicates that hyperspectral imaging technique could be used to determine SSC of intact apples produced in different places and bagged with different materials during ripening.     

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。     

基于高光谱信息的生鲜鸡肉离心损失率快速预测模型构建

本文旨在挖掘900~1700 nm波长范围内的高光谱信息构建生鲜鸡肉离心损失率的快速预测模型。通过采集生鲜鸡肉样品的高光谱图像,并提取图像感兴趣区域的光谱信息,经基线校正(Baseline Correction,BC)、高斯滤波平滑(Gaussian Filter Smoothing,GFS)、多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)、移动平均值平滑(Moving Average Smoothing,MAS)、中值滤波平滑(Median Filtering Smoothing,MFS)5种光谱预处理后,建立全波段偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)回归模型,并利用回归系数法(Regression Coefficient,RC)、连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)和逐步回归法(Stepwise)筛选特征波长,优化全波段模型。结果显示,基于Stepwise法从原始光谱中筛选的16个最优波长(900.6、915.4、1024.0、1089.8、1111.2、1155.6、1165.5、1288.9、1305.4、1433.9、1442.1、1486.7、1493.3、1541.1、1690.1和1693.4 nm)构建的PLS模型预测效果较好,其中,r_C为0.94,RMSEC(Root Mean Square Error of Calibration)为1.43%,r_P为0.94,RMSEP(Root Mean Square Error of Prediction)为1.60%。本文表明,基于高光谱信息构建的PLS模型可快速预测生鲜鸡肉离心损失率。     

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。     

基于近红外高光谱成像快速无损检测注胶肉研究

采用近红外高光谱成像技术结合化学计量学方法建立注胶肉的快速无损检测模型。首先通过近红外高光谱成像系统获取含有不同浓度梯度卡拉胶的猪里脊肉高光谱图像,然后提取图像中的光谱数据,使用偏最小二乘法(Partial least square,PLS)探究光谱信息与不同掺假比例卡拉胶之间的定量关系。结果表明全波段光谱(900~1700 nm)所构建的PLS校正集模型均方根误差(Root mean square error,RMSE)为1.74%,预测模型RMSE为3.16%。表明基于全波段所建立的PLS模型具有较优的预测性能。利用连续投影算法(Successive projection algorithm,SPA)筛选获得11个特征波长,并优化全波长PLS模型,将预测集样品带入,以验证模型的预测效果,结果表明SPA算法结合PLS建模方法所建立的模型预测效果更优,预测集相关系数(R_P)为0.93,均方根误差(Root mean square error of prediction,RMSEP)为3.51%,预测偏差(Residual predictive deviation,RPD)为2.66。试验表明利用高光谱成像技术可实现对注胶猪肉的快速无损检测。     

采后猕猴桃可溶性固形物含量的高光谱无损检测

为探讨基于高光谱成像技术无损检测采后猕猴桃可溶性固形物含量（soluble solids content,SSC）的可行性,基于猕猴桃900～1 700 nm波长范围的反射高光谱,建立了预测SSC的偏最小二乘、支持向量机及误差反向传播 （error back propagation,BP）网络模型,并综合比较了分别以全光谱的226 个波长,利用连续投影算法提取的12 个有效波长和采用无信息变量消除法提取的128 个有效波长作为模型的输入变量对各模型预测效果的影响。结果表明,连续投影算法能有效地提取有效波长,其在简化模型方面优势明显;BP网络与连续投影算法相结合具有最好的预测性能（预测相关系数为0.924,预测均方根误差为0.766）。研究表明,高光谱成像技术可无损检测猕猴桃的SSC,该技术将使猕猴桃内部品质的工业化分级成为可能。     

近红外光谱技术结合反向区间偏最小二乘算法-连续投影算法预测哈密瓜可溶性固形物含量

采用近红外光谱技术结合数据降维的方法,建立了哈密瓜可溶性固形物含量的预测模型,对原始光谱进行特征区间选择,共选取了6个子区间,432个光谱变量;将6个联合子区间的光谱数据分别结合特征选择竞争性自适应重加权采样算法、遗传算法、连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)提取特征...