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。     

高光谱成像技术检测油茶果成熟度

为解决油茶果采摘期判断不准确可能导致的茶油产量降低问题,应用高光谱成像技术结合化学计量法对油茶果成熟度进行定性判别。完成了高光谱图像的曲率校正,分析不同成熟阶段油茶果的光谱特征和理化特征的变化情况。使用4 种不同的分类算法建立基于全波段光谱数据的油茶果成熟度判别模型,发现支持向量机（support vector machine,SVM）模型的分类正确率最高为97%。结合5 种特征变量选择方法对全波段光谱数据进行降维,发现经过竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）选择的特征波长建立的模型正确率最高为82%。提取高光谱图像中的颜色特征和纹理特征建立SVM模型后发现,融合颜色特征和光谱特征建立的SVM模型的正确率高于使用单一的光谱特征（经CARS降维）建立的模型正确率：训练集分类正确率为95%,测试集正确率为93%。结果表明,利用高光谱成像技术能够对不同成熟度的油茶果进行较准确的分类,为茶农对油茶果最佳采摘期的判断提供科学依据,在保障茶籽产量最大化、油质最优化等方面具有重要意义。     

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。     

基于高光谱成像技术的高粱农药残留种类检测研究

高粱作为粮食作物，其中残留的农药对人体危害巨大。本文基于高光谱成像（Hyperspectral Imaging，HSI）技术研究了高粱中农药残留种类的快速鉴别。采用不同预处理方法对高光谱数据进行预处理，通过建立的支持向量机（Support Vector Machine，SVM）模型发现标准正态变换（Standard Normal Variate，SNV）为最佳的预处理方法。使用类型提升算法（Type Boosting Algorithm，CatBoost）、梯度提升树（Gradient Boosting Decision Tree，GBDT）、竞争性自适应重加权采样法（Competitive Adaptive Reweighted Sampling，CARS）和主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）选择特征波长，对比特征波长建立的SVM模型结果发现CatBoost所选择的特征波长建模效果更好。分别建立了基于特征波长的BP神经网络自适应增强算法（Backpropagation Neural Network with Adaptive Boosting，BP-AdaBoost）、轻量梯度提升机（Light Gradient Boosting Algorithm, LGBM）、极度梯度提升（eXtreme Gradient Boosting，XGBoost）、SVM高粱农药残留分类模型，其中，BP-AdaBoost为最佳的分类模型，测试集平均分类正确率为95.17%。研究表明，高光谱成像技术结合BP-AdaBoost算法可以识别出高粱中农药残留的种类，为检测高粱农药残留类别提供了一种新的方法。     

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。     

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。     

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。     

高光谱成像技术结合优化算法窖泥总氮含量的预测

窖泥的总氮含量是窖泥质量评价的指标之一,其常规检测方法周期长且具有破坏性。为实现窖泥总氮含量的快速无损检测,提出了高光谱成像技术（HSI）结合优化算法的窖泥总氮含量的检测方法。首先,使用不同的预处理方法对可见光（Vis）光谱数据进行处理,并建立偏最小二乘回归（PLSR）模型,通过比较模型性能确定了最佳预处理。其次,综合比较了采用全光谱波长、竞争性自适应重加权采样（CARS）算法、连续投影算法（SPA）和CARS与SPA(CARS-SPA)联用策略方法优选特征波长,并作为PLSR和最小二乘支持向量机（LS-SVM）模型输入变量,研究对各模型性能的影响。最后,基于最优模型实现了窖泥样本的总氮含量可视化,直观反映不同层级的总氮含量差异。结果表明,标准正态变量变换（SNV）方法预处理后建立的PLSR模型预测总氮含量最好;CARS-SPA联用策略方法优选特征波长较其他两种方法好,且其建立的LS-SVM模型的预测性能最佳（预测集决定系数Rp2=0.987 6、预测均方根误差（RMSEP）=0.013 8 g/100 g）。高光谱成像技术结合优化算法可以快速、无损检测窖泥总氮含量,为窖泥中总氮含量检...     

库尔勒香梨感官及理化指标的定量无损检测

目的 利用高光谱成像技术建立库尔勒香梨分级指标的快速检测方法。方法 选择采摘期香梨作为研究样本, 以颜色（a*）、硬度（带皮硬度, Hardness）和可溶性固形物（soluble solids content, SSC）为研究指标, 使用高光谱成像系统采集样本900~1700 nm范围波长的漫反射光谱。提取样本感兴趣区域（region of interest, ROI）的光谱进行预处理, 采用多元散射校正（muliplication scattering correction, MSC）、标准正态变量变换（standard normal variable transformation, SNV）及其分别与卷积平滑滤波法（savitzky-golay, S-G）相结合的组合处理方法。基于不同的预处理结果建立偏最小二乘回归（partial least squares regression, PLSR）预测模型, 以验证集相关系数(Rv)和均方根误差(RMSEv)对模型进行评价。为进一步优化模型, 采用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling, CARS）筛选特征波长, 并建立PLSR模型和最小二乘支持向量机（least square-support vector machine, LS-SVM）模型对比建模效果。结果 采用MSC-SG-PLS建立的模型判别准确率最高, 颜色预测模型的Rv和RMSEv值分别达到0.844和0.402; 硬度预测模型的Rv和RMSEv值分别达到0.823和0.417 kg/mm2; 可溶性固形物预测模型的Rv和RMSEv值分别达到0.902和0.301 %。采用CARS算法建立的LS-SVM模型效果最佳, 香梨颜色、硬度和SSC的模型预测值与标准理化值的相关系数分别为0.873、0.908和0.916, 均方根误差分别为0.375、0.385 kg/mm2和0.346 %。结论 研究表明, 利用高光谱成像技术可以实现库尔勒香梨多品质参数的无损检测。     

基于高光谱成像技术的小麦籽粒品种鉴别方法研究

为了更精确地鉴别小麦品种,实现小麦品种快速、无损、有效、稳定的鉴别。利用高光谱成像系统采集6个小麦品种籽粒光谱和图像信息,提取小麦籽粒胚、胚乳、胚和胚乳混合部位的光谱,采用不同的预处理方法对原始光谱进行处理,利用竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)提取特征波长,基于全波长和特征波长建立线性判别分析(LDA)、支持向量机(SVM)和K最邻近(KNN)模型,筛选出最佳的籽粒部位光谱、预处理方法和特征波长提取方法;在此基础上,分析光谱信息、形态特征及二者结合信息对小麦品种的鉴别效果。结果表明,基于34个特征波长光谱信息结合形态特征建立的LDA模型效果最佳,其训练集和预测集的正确判别率分别为91.3%和86.0%。基于高光谱成像技术进行小麦品种鉴别是可行和有效的。     

高光谱成像的非烟物质分类识别研究

  目的  利用高光谱成像技术和机器学习方法对烟叶中的非烟物质进行分类识别。  方法  使用可见—近红外高光谱成像技术,采用归一化（Normalization）、标准正态变化（SNV）、多元散射校正（MSC）、一阶导数（FD）、卷积平滑（SG）对光谱数据进行预处理,通过连续投影变换（SPA）和主成分载荷（PCA loadings）进行特征波长选择,并应用随机森林（RF）、Softmax和支持向量机（SVM）建立分类模型。  结果  SNV为最佳光谱预处理方法,SPA选择特征波长建立的SVM模型为最优模型,训练集和测试集正确率分别为99.82%和99.47%。  结论  高光谱成像技术结合SPA-SVM模型可以有效分类识别烟叶中的非烟物质。      

基于Fisher判别分析可分性信息融合的马铃薯VC含量高光谱检测方法

为提高马铃薯VC含量检测结果的准确性和可靠性,提出一种基于Fisher判别分析（Fisher?discriminant?analysis,FDA）可分性数据融合的检测模型输入变量构建方法。首先,利用高光谱成像技术采集200个马铃薯的高光谱信息,通过对比6种预处理方法和原始数据的建模结果,确定多元散射校正为光谱数据的预处理方法;其次,采用竞争性自适应重加权采样（competitive?adaptive?reweighted?sampling,CARS）、连续投影算法（successive?projections?algorithm,SPA）及CARS-SPA组合算法3种方法提取相应特征波长,通过对比分析最终确定34个有效特征波长;然后,将有效特征波长进行FDA可分性数据融合,根据融合的新变量对样本间差异性判别能力的大小进行筛选,确定构建检测模型的输入变量;最后,分别对FDA融合前后筛选的变量建立偏最小二乘模型和反向传播神经网络（back?propagation?neural?network,BPNN）模型,并对检测结果进行对比分析。结果表明,将CARS算法提取的34个特征波长进行FDA融...     

基于可见/近红外光谱预测枇杷糖度及模型优化

为实现枇杷糖度的快速无损检测,并探究开阳枇杷糖度最优预测模型。首先利用光纤光谱仪获取开阳枇杷的反射光谱,分析比较标准正态变换和多元散射校正方法对原始光谱数据的预处理效果;然后基于原始全光谱和预处理后的全光谱数据分别构建预测开阳枇杷糖度的偏最小二乘回归和主成分回归模型;最后,采用连续投影算法和竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling, CARS）筛选特征光谱,并基于特征光谱构建预测开阳枇杷糖度的多元线性回归（multi linear regression, MLR）模型。结果表明,采用CARS算法从785个全光谱中筛选了23个特征波长,不仅提升了预测模型的运算效率,而且建立的CARS-MLR模型具有最佳的校正性能（R_C=0.89,RMSEC=0.62）和预测性能（R_P=0.89,RMSEP=0.65,RPD=2.29）。这表明利用可见/近红外光谱技术结合化学计量学预测开阳枇杷糖度是可行的,且CARS-MLR模型相对最优,为枇杷品质的无损快检和分选提供了理论依据与技术基础。     

基于高光谱成像的大米中蛋白质含量的可视化研究

为了研究大米蛋白质含量在品种和产地之间的差异,将采集的大米按照品种、产地进行分类。将提取的感兴趣区域光谱信息与化学方法测定的蛋白质含量相结合,建立全波长预测模型,通过对比确定最优的模型为偏最小二乘回归(partial least-squares regression,PLSR)。连续投影算法(successive projection algorithm,SPA)筛选特征波段,建立PLSR的特征波长模型,其性能与全波长模型相当。提取特征波长下的高光谱图像,将提取的特征图像上的所有像素点的光谱数据导入已建好的SPA-PLSR模型,预测各像素点的蛋白质含量,并把高光谱灰度图像进行伪彩色处理,得到不同品种产地大米的蛋白质含量分布图。结果表明,利用高光谱成像技术对大米中蛋白质含量分布进行可视化研究具有可行性,为后期筛分大米的产地和品种提供依据。     

鸡蛋新鲜度、pH值及黏度的高光谱检测模型

利用高光谱成像仪采集鸡蛋的高光谱透射图像,并利用游标卡尺、pH计、黏度计测定鸡蛋的新鲜度、酸碱度与黏度,用竞争性自适应重加权（competitive adaptive reweighed sampling,CARS）算法与连续投影算法（successive projections algorithm,SPA）选取特征波长分别建立鸡蛋品质与其高光谱特征的简单多元线性回归（multiple linear regression,MLR）模型,并在CARS提取的特征波长基础上用SPA进行了二次波段提取,建立相应的MLR模型,对比一次波长提取与二次波长提取选择的特征波长建立的模型性能。结果表明,CARS与SPA建立的MLR模型的验证集相关系数均在0.9以上。二次特征波段建立MLR模型的验证集相关系数比一次特征波段提取建立的MLR相关系数高,且均方根误差（root mean square error,RMSE）均有所减小,选取的特征波段比单独使用CARS或SPA选取的波段要少。建立的鸡蛋新鲜度、酸碱度（pH值）、黏度MLR模型的相关系数R分别为0.94、0.95、0.95,RMSE分别为6.36、0.17、149。即CARS、SPA提取特征波长可以优化模型,二次特征波段提取能更进一步的优化模型,提高了模型的稳定性,该模型能完好无损预测鸡蛋品质。     

基于可见/近红外光谱技术的橘小实蝇侵染柑橘检测研究

目的 使用可见/近红外光谱技术实施橘小实蝇侵染柑橘不同时期的无损检测。方法 研究选取人工制备的不同侵染时期的柑橘样本作为研究对象,利用搭建的可见/近红外光谱系统测量的光谱信息结合人工标定的侵染时期,对原始光谱进行了5种预处理,采用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)两类方法提取反映侵染柑橘时期变化的光谱特征波长,应用偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)建立基于特征波长光谱的柑橘侵染时期分类模型,对比分析不同光谱预处理方法的模型分类效果。结果 原始光谱经多元散射校正(multiplicative scatter correction, MSC)预处理的模型分类效果最佳,分别经CARS方法和SPA方法优选出了34和16个光谱特征波长。采用MSC-CARS-PLS-DA方法构建的模型分类效果最好,总准确率、假阳率分别为96.8%和0.0...     

基于近红外光谱技术的空苞山核桃快速识别

空苞山核桃是指果实没有种仁或者发育受阻的山核桃,严重影响山核桃产品品质。为实现空苞山核桃的快速无损识别,利用2种近红外检测装置在200～1 160 nm波长范围采集带壳山核桃样本的光谱,采用8种预处理方法进行光谱预处理,利用竞争自适应重加权采样（CARS）方法筛选空苞山核桃的特征波长变量,最后应用线性判别分析（LDA）、二次判别分析（QDA）和马氏距离判别分析（MDA）建立空苞和正常山核桃的分类模型。结果表明,使用检测装置1所建立的空苞山核桃分类模型性能优于检测装置2的分类模型,经多元散射校正（MSC）预处理后建立的分类模型的识别结果最好,LDA、QDA及MDA模型的特异性、敏感性和正确率均为1,优于其它预处理方法建立的分类模型。经CARS变量筛选后,建模所用的光谱变量数目大大减少,有效简化了分类模型,而模型性能仍与全波长模型性能持平。本文为空苞山核桃的快速、无损识别提供了一种可行的方法。     

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。     

基于高光谱成像技术的金银花霉变检测模型

利用高光谱成像技术,研究一种快速、准确、无损检测金银花霉变程度的方法。通过比较Savitzky-Golay(SG)卷积平滑、多元散射校正(MSC)和SG-MSC 3种预处理方法对偏最小二乘算法(PLS)建模效果的影响,得到SG-MSC为建模最优预处理方法。使用连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)选择经预处理后光谱的特征波长,并分别建立偏最小二乘判别(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的判别分析模型。结果表明,光谱经SG-MSC预处理后,应用CARS提取特征波长并建立LS-SVM判别分析模型为金银花不同霉变程度最优判别模型,其训练集与验证集的正确率均达到100%。利用高光谱成像技术能够快速无损、有效地鉴别金银花霉变程度,并且在特征波长下能实现金银花霉变程度的快速判别分析。