基于MEA-BP神经网络的大米水分含量高光谱技术检测

利用高光谱技术对储藏大米的水分含量进行检测。本实验以120个大米样本为研究对象,采集所有大米样本的高光谱图像,利用多元散射校正的预处理方法对大米样本原始光谱数据进行降噪处理。由于原始高光谱数据量大且冗余性强,故利用逐步线性回归分析方法对预处理后的数据进行特征提取。最后建立BP神经网络的大米水分定量检测模型,由于建模效果没有达到预期目标,因此引入遗传算法(genetic algorithm,GA)和思维进化算法(mind evolutionary algorithm,MEA)优化BP神经网络的权值和阈值。对BP、GA-BP、MEA-BP 3种大米水分预测模型进行比较,3种模型的预测集决定系数都达到0.86以上,其中MEA-BP模型具有最佳的预测效果,预测集决定系数达到0.966 3,且均方根误差为0.81%。     

基于高光谱成像技术和连续投影算法检测葡萄果皮花色苷含量

应用高光谱成像技术结合连续投影算法（SPA）实现葡萄果皮中花色苷含量的快速无损检测。采集60 组样本高光谱图像,获取样本光谱曲线,并采用多元散射校正预处理方法提高信噪比。然后采用SPA选择光谱变量,将其作为多元线性回归（MLR）、偏最小二乘（PLS）模型和BP神经网络（BPNN）的输入变量,分别建立SPAMLR、SPA-PLS和SPA-BPNN模型并与全光谱变量PLS模型相比较。结果表明,SPA-MLR、SPA-BPNN和SPA-PLS模型的预测精度均优于全光谱变量PLS模型,其中SPA-PLS模型获得了最佳预测结果,其预测相关系数Rp和预测均方根误差（RMSEP）分别为0.900 0和0.550 6。结果表明,利用近红外高光谱成像技术能够有效检测酿酒葡萄果皮中花色苷含量。     

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...     

基于高光谱成像的干燥胡萝卜片水分及类胡萝卜素含量无损检测和可视化分析

利用不同波长范围的高光谱成像系统,以热风干燥过程中胡萝卜片水分和类胡萝卜素含量为研究对象,结合多元数据统计分析和化学计量学,分别构建基于偏最小二乘和支持向量机(support?vector?machine,SVM)算法的无损预测模型,并进行可视化分析。结果表明,水分和类胡萝卜素含量预测模型中,基于400～1?000?nm波长范围下多元散射校正的高光谱信息构建的SVM预测模型效果相对最优,对应的预测集决定系数R2P分别为0.984和0.911,预测集均方根误差(root?mean?square?error?of?prediction,RMSEP)分别为0.380?g/g和34.836?mg/100?g。经连续投影算法提取特征波长后,最优模型R2P分别为0.962和0.898,RMSEP分别为0.612?g/g和37.544?mg/100?g,模型剩余预测残差均大于3,精确度和稳定性良好。在最优预测模型的基础上,通过伪彩色成像重现了干燥过程中样品水分及类胡萝卜素的空间分布。实验结果证实高光谱成像技术可以用于胡萝卜片干燥过程水分和类胡萝卜素含量的无损检测,为后续在线检测和胡萝卜片干燥加工提供理论基础和技术支持。     

利用近红外光谱分析技术快速测定高良姜中水分含量

结合化学计量学技术构建高良姜中水分含量NIRS分析模型,可应用于高良姜中水分含量的快速测定。方法:用减压干燥法测定106批样品中水分的含量,采集并用多元散射校正法、二阶导数法、Savitzky-Golay卷积平滑法预处理近红外光谱,结合偏最小二乘法建立高良姜药材中水分含量的定量模型,对所建模型进行了内部交叉验证和23批验证集样品的外部预测验证,并对模型进行了重复性考察。结果:所建立的高良姜药材中水分含量的近红外光谱定量分析模型,内部交叉验证决定系数达到0.9864,校正均方差为0.134,预测均方差为0.145,内部交叉验证均方差为0.311,交叉检验和外部检验RPD均大于3。结论:该模型稳定,准确可靠,可应用于高良姜中水分含量的测定。     

基于VIS/NIR高光谱成像技术检测鸡肉嫩度

利用400~1000 nm可见近红外高光谱成像系统对鸡肉嫩度进行快速无损检测研究。采集鸡肉表面的高光谱散射图像,提取样本感兴趣区域反射光谱曲线并用剪切力值表征鸡肉的标准嫩度。以原始光谱和多元散射校正(MSC)预处理光谱数据建立鸡肉嫩度的偏最小二乘回归(PLSR)模型,预处理光谱建立的模型效果更优。基于MSC预处理,采用偏PLS权重系数法结合逐步回归法筛选出了4个特征波长。然后采用PLSR和多元线性回归(MLR)模型分别建立特征波长处光谱反射值和鸡肉嫩度关系的数学模型,优选最佳模型。结果显示:MLR模型预测效果较好,预测相关系数(RP)和均方根误差(RMSEP)分别为0.94和1.97。研究表明:利用可见近红外高光谱成像技术结合多元回归分析法对鸡肉嫩度的快速无损检测是可行的。     

基于阈值选取高光谱感兴趣区域的牛肉掺假检测

目的建立一种通过阈值选取高光谱图感兴趣区域建立模型从而提高快速检测牛肉掺假猪肉水平的方法。方法以2%为间隔,掺假比例为2%～50%(w/w),配制掺入猪肉糜的掺假牛肉样本并采集高光谱反射数据,根据某波长处光谱数据频率曲线设定阈值提取高光谱感兴趣区域,同时以直径为150个像素的圆形区域提取光谱作为对比。采用浓度梯度法、Kennard-Stone法、光谱-理化值共生距离法(sample set partitioning based on joint x-y distance,SPXY)、极大线性无关法将样本划分为校正集和预测集,借助多元散射校正结合平滑预处理后采用偏最小二乘法建立掺假预测模型进行比较分析。结果通过设定阈值提取感兴趣区域建立的模型比圆形区域提取所建模型更加稳定、精准,其中SPXY法划分样本所建立的模型预测效果最好,校正相关系数r_c~2为0.9733,验证集相关系数r_p~2为0.9515。结论基于高光谱技术通过设定阈值提取特征光谱并结合化学计量学可提高预测牛肉掺假的能力。     

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。     

冷鲜羊肉冷藏时间和水分含量的高光谱无损检测

利用可见-近红外高光谱成像技术对冷鲜羊肉的冷藏时间和水分含量进行无损检测。通过波长400～1 000 nm可见-近红外高光谱系统采集160 个羊肉样本光谱信息,优选主成分-14-线性判别法对原始光谱建立羊肉冷藏时间的判别模型,校正集对羊肉冷藏时间的判别率为99.17%,预测集为100%,模型可较好地判别羊肉的冷藏时间。其次,针对羊肉冷藏过程中水分含量的变化,优选最佳预处理方法并运用偏最小二乘回归（partial leastsquares regression,PLSR）法建立水分含量预测模型;结果表明,经过Savitzky-Golay卷积平滑预处理的PLSR模型对水分含量的建模效果最优,校正集和预测集相关系数分别为0.888和0.784,交互验证均方根误差为0.696。研究表明,采用可见-近红外高光谱成像技术对冷鲜羊肉冷藏时间的判别和冷藏过程中羊肉水分含量的快速预测是可行的。     

苹果可溶性固形物的可见/近红外无损检测

利用可见/近红外光谱对苹果可溶性固形物含量进行检测,并建立了最优预测模型。通过400～1 000 nm高光谱成像系统采集了120个"富士"苹果图像,分析比较了二阶导数(second derivative,SD)、标准正态变换(standard normal variation,SNV)以及多元散射校正(multi-scatter calibration,MSC) 3种光谱预处理方法对预测模型的检测效果;分别应用连续投影算法(successive proiection algorithm,SPA)和竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)对光谱数据进行降维,进而建立基于特征光谱的误差反向传播(error back propagation,BP)网络和多元线性回归(multiple linear regression,MLR)预测模型。结果表明,二阶导数预处理后的BP网络模型优于原始光谱及其他预处理方法;通过提取特征波长建立的SPA-BP网络模型的预测性能最优,其预测集相关系数rp和均方根误差(root mean ...