基于近红外高光谱成像技术的长枣含水量无损检测

利用近红外(NIR)高光谱(900~1 700nm)成像技术对灵武长枣含水量的无损检测进行了研究。通过900~1 700nm高光谱成像系统采集了128个长枣图像,对原始光谱与Savitzky-Golay平滑处理后的光谱反射率R曲线、吸收率A曲线和Kubelka-Munk函数(KM)等曲线的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析;采用PLSR的加权β系数分别提取不同光谱参数下的特征波长,建立RPLSR、A-PLSR和KM-PLSR的长枣含水量预测模型。结果表明,采用原始光谱建立的PLSR模型优于Savitzky-Golay平滑的PLSR模型;原始光谱的特征波长建立的PLSR模型优于全波段的PLSR模型,特征波长建立的KM-PLSR模型优于R-PLSR、A-PLSR模型,决定系数(R2)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.793、1.828。这表明,NIR高光谱成像技术提取特征波长进行长枣水分检测是可行的,同时也为今后长枣品质在线检测提供了理论依据。     

基于近红外高光谱成像技术的长枣含水量无损检测

利用近红外(NIR)高光谱(900～1700nm)成像技术对灵武长枣含水 量的无损检测进行了研究。通过900～1700nm 高 光谱成像系统采集了128个长枣图像,对原始光谱与Savitzky-Golay 平滑处理后的光谱反 射率R曲线、吸收率A曲线和Kubelka-Munk函数(KM )等曲线的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析;采 用PLSR的加权β系数分别提取不同光谱参数下的特征波长,建立R-PLSR、A-PLSR和KM-PLSR的长 枣 含水量预测模型。结果表明,采用原始光谱建立的PLSR模型优于Savitzky-Golay平滑的PLS R模 型;原始光谱的特征波长建立的PLSR模型优于全波段的PLSR模型,特征波长建立的KM-PLSR模型优于R- PLSR、A-PLSR模型,决定系数(R²)和预测均 方根误差(RMSEP)分别为0.793、1.828。这表明,NIR 高光谱成像技 术提取特征波长进行长枣水分检测是可行的,同时也为今后长枣品质在线检测提供了理论依 据。     

便携式苹果糖度光谱检测仪的设计与试验

为快速、便捷地利用近红外光谱检测苹果糖度,设计了以ARM9处理器为核心、以微型光谱仪和自制果托作为光谱检测装置、以Win CE为操作系统的便携式苹果糖度光谱检测仪。以80个苹果样品作为试验对象,采用平滑、多元散射校正、标准正态变量变换等方法对原始光谱进行预处理,结合无信息变量消除法和连续投影算法进行有效波长的筛选,建立基于所选特征波长和全波段的苹果糖度近红外光谱偏最小二乘模型。结果表明,偏最小二乘结合原始光谱信息建模效果最好,其预测相关系数Rp=0.853,预测均方根误差RMSEP=0.534。该检测仪能较好地满足苹果糖度的快速无损检测。该研究为快速、便携的苹果糖度光谱检测仪设计提供了参考。     

基于高光谱图谱融合技术的宁夏滩羊肉嫩度检测方法研究

利用可见/近红外高光谱图谱融合技术对宁夏滩 羊肉嫩度检测进行研究。通过高光谱系统(400～1000nm)采集了128个滩羊肉图像,对原始光谱结合偏 最小二乘回归(PLSR)模型进行多种光谱预处理研究,优选出S-G卷积平滑预 处理方法,采用PLSR的加权β系数提取9个特征波长,对比分析 全波段与特征 波长下的PLSR模型;同时提取出与羊肉嫩度相关的4个图像特征参数,建立基 于图像特征的多元线性回归(MLR)模型;在此基础上,融合特征波长与表面脂肪分布图像特 征 参数建立了羊肉嫩度的PLSR模型。结果表明,采用单一光谱数据下S-G卷积平 滑预处理结合特征波长建立的PLSR模型取得了较好预测效果,基于图谱特征 变量融合的PLSR模型相比于单一光谱模型效果更佳,预测集的相关系数和预测 均方根误差(RMSEP)分别为0.89和0.73,表明本文提出的方法 进行羊肉嫩度定量检测是可行的。     

紫外可见光谱检测水体COD算法研究

应用紫外可见(ultraviolet/visible,UV/Vis)光谱技术对宜昌市环境监测站水体有机物指标化学含氧量(chemical oxygen demand,COD)进行快速检测,对采集的94份水样进行UV/Vis波段全光谱扫描,采用平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)、一阶导数(first-derivative,1-Der)以及二阶导数(second-derivative,2-Der)对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)对水样建立COD回归预测模型,并利用该回归预测模型预测水样COD浓度。实验结果表明采用SG平滑预处理后结合连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)选取全波段光谱中的特征波长得到的PLS模型预测精度最高,相关系数r=0.91882,预测均方根误差RMSEP=2.8156mg/L-1。进一步研究发现,使用SG平滑预处理得到的岭回归(Ridge Regression)模型精度(r=0.92,RMSEP=2.765 mg/L-1)高于PLS模型,且模型仅仅选取了4个特征波长变量,占238个全波段光谱变量的1.38%。说明针对该水样样本,利用平滑光谱预处理后,再建立岭回归模型,能节约时间和降低算法复杂度,能够快速准确地进行水样COD浓度预测,为进一步实现水样的COD浓度快速检测奠定了基础。     

紫外可见光谱检测水体COD算法研究

应用紫外可见(ultraviolet/visible,UV/Vis)光谱技术对宜昌市环境监测站水体有机物指标化学含氧量(chemical oxygen demand,COD)进行快速检测,对采集的94份水样进行UV/Vis波段全光谱扫描,采用平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)、一阶导数(first-derivative,1-Der)以及二阶导数(second-derivative,2-Der)对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘回归(PartialLeast Squares Regression,PLSR)对水样建立COD回归预测模型,并利用该回归预测模型预测水样COD浓度。实验结果表明采用SG平滑预处理后结合连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)选取全波段光谱中的特征波长得到的PLS模型预测精度最高,相关系数r=0.91882,预测均方根误差RMSEP=2.8156mg/L-1。进一步研究发现,使用SG平滑预处理得到的岭回归(Ridge Regression)模型精度(r=0.92,RMSEP=2.765 mg/L-1)高于PLS模型,且模型仅仅选取了4个特征波长变量,占238个全波段光谱变量的1.38%。说明利用平滑光谱预处理后,再建立岭回归模型,能节约时间和降低算法复杂度,能够快速准确地进行该水样样本COD浓度预测,为进一步实现水样的COD浓度快速检测奠定了基础。     

基于SPA和PSO-LSSVM的可见-近红外光谱水质pH值检测

为了提高可见-近红外（Vis-NIR）光谱法检测水质pH值的精度和稳定性，基于连续投影算法（SPA）和粒子群优化-最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）建立了多元校正模型。采集60个不同pH值水溶液样品的Vis-NIR光谱数据，运用Savitzky-Golay卷积平滑和标准正态变量变换对原始光谱数据进行预处理。基于SPA筛选的特征波长和PSO算法自动优化LSSVM的建模参数，建立多元非线性校正模型。结果表明，相比于其他对比模型，SPA-PSO-LSSVM模型具有更高的精度与更优的稳定性，验证集的均方根误差为0.67、决定系数为0.91，剩余预测偏差为3.10。     

油脂酸价近红外光谱检测PLS建模方法研究

将目前广泛流行的近红外光谱分析技术应用于食用油脂酸价的检测。由于近红外光谱分析是一种间接检测方法,需要先利用校正集样本建立统计模型,然后再利用模型来预测未知样品性质,因此建立准确可靠的模型是近红外光谱分析的关键。详细介绍了偏最小二乘（PLS）回归的基本思想和建模方法。为使建立的校正模型更稳健,还研究了光谱波段选择。通过间隔偏最小二乘回归波段选择法进行特征波段提取,对提取的特征波段和全谱分别进行偏最小二乘回归建模,对比分析以说明波段选择的必要性。     

基于PCR和PLS的蔗糖浓度透反射测量方法研究

利用近红外透反射光谱技术,研究短波近红外光谱(780~1100nm)无损检测蔗糖溶液的可行性,并通过主成分回归(PCR)和偏最小二乘(PLS)方法建立了蔗糖溶液的近红外定量分析模型。采用Savitzky-Golay卷积平滑(5点)和多元散射校正(MSC)进行预处理,并且对预处理后的数据进行建模分析。PCR定量分析的结果:主成分数PC=7,交互验证相关系数RCV=0.957335,交互验证的校正标准偏差RMSECV=0.015859;PLS定量分析结果:主成分数PC=4,交互验证相关系数RCV=0.975789,交互验证的校正标准偏差RMSECV=0.012251。分别用PCR和PLS的校正模型对预测集样本进行预测,两种模型的预测标准偏差RMSEP分别为0.0127,0.0118。二者均对高浓度蔗糖溶液的预测结果比较理想,而且在PLS模型下,77%以上的样本相对误差在10%以下,较PCR模型的高。综合结果,PLS所建立的模型简单,而且精度很高,所以,基于短波近红外光谱的蔗糖浓度的快速无损检测是可行的。     

基于可见/近红外光谱技术的黄瓜叶片SPAD值检测

为了快速准确检测黄瓜叶片的SPAD值,采用可见/近红外光谱技术并结合化学计量学方法建立了黄瓜叶片SPAD值校正模型.并用不同建模方法对全波段光谱进行建模,结果表明用最小二乘支持向量机(LSSVM)建模得到的预测效果最好,其相关系数r和预测均方根误差RMSEP分别为0.9583和0.9732.通过分析黄瓜叶片的光谱反射率与SPAD值的相关系数和PLS建模回归系数,得到了531~581nm和696~716nm 2个特征波段以及556nm、581nm、698nm和715nm 4个特征波长,应用LSSVM分别对特征波段和特征波长建模.分析表明,采用特征波段建模,其预测相关系数r和预测均方根误差分别为0.9338和1.1370,与全波段建模结果相近,而采用特征波长建模效果稍差.特征波段建模大大减少了建模中的运算量,提高了建模速度,便于相应检测仪器的开发,所以,采用光谱特征波段建模对黄瓜叶片SPAD值的检测更为有效.     

高光谱成像技术的苹果品质无损检测

高光谱成像技术把二维成像和光谱技术融为一体,图像技术可全面反映水果的外部品质、表面缺陷及污染等,光谱技术则可用于水果内部品质的检测,能对水果的综合品质进行全面、快速的检测。以苹果为研究对象,得用高光谱成像技术和主成分分析方法分析了苹果的风伤和压伤,对比分析不同光谱区域主成分分析对识别结果的影响,优选出识别光谱区域（550～950nm）。通过主成分分析根据权重系数,选取了714nm作为苹果风伤研究的最佳特征波长。     

基于iPLS原理最优化信息区间的桃糖度组合权重PLS模型研究

采用反向区间偏最小二乘法和组合区间偏最小二乘法优化桃糖度可见/近红外光谱的信息区间组合,在选择的信息区间的基础上建立了一种线性组合权重PLS模型.对近红外光谱进行二阶导数处理、卷积平滑校正后,发现在区间分割数为15时筛选结果最优,BiPLS所选择的信息区间为742~770nm和 862~920nm,SiPLS所选择的信息区间为742~770nm、832~860nm和892~920nm.直接组合信息区间BiPLS和SiPLS模型的RMSEP值分别为0.386和0.308,线性组合权重PLS模型的RMSEP值分别为0.351和0.364.结果说明在近红外定量分析中线性组合权重模型的建立克服了复杂样品各信息区间对PLS建模贡献率不一样的问题.     

Hyperspectral Fluorescence Imaging for Mouse Skin Tumor Detection

This paper presents a hyperspectral imaging technique based on laser‐induced fluorescence for non‐invasive detection of tumorous tissue on mouse skin. Hyperspectral imaging sensors collect image data in a number of narrow, adjacent spectral bands. Such high‐resolution measurement of spectral information reveals contiguous emission spectra at each image pixel useful for the characterization of constituent materials. The hyperspectral image data used in this study are fluorescence images of mouse skin consisting of 21 spectral bands in the visible spectrum of the wavelengths ranging from 440 nm to 640 nm. Fluorescence signal is measured with the use of laser excitation at 337 nm. An acousto‐optic tunable filter (AOTF) is used to capture images at 10 nm intervals. All spectral band images are spatially registered with the reference band image at 490 nm to obtain exact pixel correspondences by compensating the spatial offsets caused by the refraction differences in AOTF at different wavelengths during the image capture procedure. The unique fluorescence spectral signatures demonstrate a good separation to differentiate malignant tumors from normal tissues for rapid detection of skin cancers without biopsy.     

基于iPLS原理最优化信息区间的桃糖度组合权重PLS模型研究

采用反向区间偏最小二乘法和组合区间偏最小二乘法优化桃糖度可见/近红外光谱的信息区间组合,在选择的信息区间基础上提出了建立一种线性组合权重PLS模型的方法。对近红外光谱进行二阶导数处理、卷积平滑校正后,在区间分割数为15时筛选结果最优,BiPLS所选择的信息区间为742~770nm和 862~920nm,SiPLS所选择的信息区间为742~770nm、832~860nm和892~920nm;直接组合信息区间BiPLS和SiPLS模型的RMSEP值分别为0.386和0.308;线性组合权重PLS模型的RMSEP值分别为0.351和0.364。结果说明在近红外定量分析中,建立线性组合权重模型具有克服复杂样品各信息区间对PLS建模贡献率不一样的问题。     

高光谱成像技术检测冷却羊肉表面细菌总数

为了对冷却羊肉表面细菌总数进行无损检测,采用不同波段范围高光谱成像系统结合多种建模方法建立预测模型,进行理论分析和实验验证。分别在400nm~110nm和900nm~1700nm波长范围内获取冷却羊肉样本的高光谱图像信息,结合偏最小二乘和人工神经网络(反向人工神经网络和径向基人工神经网络)建立预测模型。结果表明,神经网络建模效果优于偏最小二乘;其中,径向基人工神经网络模型在400nm~1100nm和900nm~1700nm波长范围内相关系数分别为0.9872和0.9988,均方根误差分别为0.8210和0.2507,预测效果最好;而900nm~1700nm波长范围为最佳建模波长。这一结果说明利用高光谱图像技术对冷却羊肉表面细菌总数进行快速无损检测是可行的。     

高光谱图像光谱域噪声检测与去除的DSGF方法

高光谱遥感图像中不仅存在空间域噪声而且存在光谱域噪声.传统的图像滤波仅对图像空间域噪声进行处理,而不能去除光谱域噪声,为改进这种状况,提出了DSGF(Derivative based Savitzky-Golay F ilter)方法.首先,基于反射率光谱的二阶导数对反射率光谱各波段噪声大小进行判定,然后用不同大小平滑窗的Savitzky-Golay滤波器对反射率光谱作两步滤波.对高光谱图像进行的逐像元DSGF滤波,在去除光谱域中噪声的同时,保留了图像反射率光谱的大部分细微特征.     

基于高光谱的苹果树冠层磷素状况估测模型研究

利用高光谱技术估测了苹果树冠层的磷素含量。先用ASD Field Spec3型地物光谱仪测定了春梢停止生长期苹果树冠层的高光谱反射率,并对光谱数据进行了多种变换处理。然后对其与磷素含量进行了相关分析,找出了与磷素相关性较显著的光谱参量,并通过逐步回归分析建立了磷素估测模型。结果表明,近红外波段是苹果树冠层磷素的敏感波段;808 nm、921 nm、1195 nm、1272 nm及其组合的归一化红外光谱指数与苹果树冠层磷素高度相关。在构建的估测模型中,以808 nm、921 nm、1195nm、1272 nm及其组合的归一化红外光谱指数为自变量构建的高光谱估测模型的估测效果最佳。该研究实现了苹果树冠层磷素含量的快速估测,同时也为苹果的实时营养诊断提供了理论依据。     

基于高光谱的砂岩露头孔隙度估算方法

为快速获得宏观、定量的砂岩露头孔隙度,提出了基于高光谱的孔隙度估算新方法.采集野外露头砂岩样品并测得其孔隙度,利用岩石薄片鉴定资料分析砂岩孔隙度的影响因素;对岩样实测光谱预处理,探索砂岩孔隙度的光谱响应机理;考虑到光谱波段高维性和波段间多重相关性,采用偏最小二乘方法构建孔隙度估算模型;通过变量投影重要性分析模型中重要波段.研究结果表明:基于砂岩填隙物与孔隙度的相关性以及填隙物的光谱特征,可间接反演孔隙度;砂岩孔隙度具有良好的光谱响应;反射率能够定量估算砂岩孔隙度(全波段模型R2=0. 72,RMSE=2. 28,RPD=1. 94);重要波段帮助降低自变量维度,发现孔隙度敏感波谱响应.本研究为基于高光谱图像的野外露头孔隙度表征奠定了基础.     

叶面降尘的高光谱定量遥感模型

利用自主设计的叶面降尘量测定方法,测定了榆树叶面的降尘量数据,结合地面高光谱遥感数据,研究了叶面降尘对榆树叶片高光谱特征的影响及叶面降尘量的高光谱定量反演.研究结果表明,叶面降尘可提高可见光波段的反射率,降低近红外波段的反射率,且对可见光波段的影响要大于近红外波段; 叶面降尘对三边位置没有影响,对三边幅值和面积有明显影响; 利用降尘光谱指数和三边参数建立的叶面降尘量模型,只具备粗略预测能力,而采用多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归建立的模型,均具有很强的预测能力,其中以一阶微分建立的偏最小二乘回归模型的效果最佳,预测决定系数为0.92,预测均方根误差为1.06,样本标准差与预测均方根误差比为8.2.     

基于天宫一号高光谱成像仪的替代光谱定标方法精度对比分析

基于天宫一号高光谱成像仪2012年3月6日获取的可见近红外谱段数据,分别进行了氧气吸收通道的同步和非同步替代光谱定标,为了提高非同步替代光谱定标结果的可靠性,利用与同步实验日期相近的另外两景图像进行了多次非同步替代光谱定标.结果表明:基于三景图像的非同步替代光谱定标结果相近,差异小于0.2 nm,标准差小于0.11;同步和非同步两种替代光谱定标结果差异小于0.3 nm;以星上定标结果为基准,两种替代光谱定标方法的误差分别为0.384 nm和0.489 nm,二者差异较小.可见,可采用非同步替代光谱定标方法对高光谱成像仪进行高频次的光谱定标.