近红外透射光谱无损检测赣南脐橙糖度的研究

探讨了近红外透射光谱无损检测赣南脐橙内部糖度指标的可行性,并建立近红外透射光谱与赣南脐橙内部糖度指标之间的关系.以80个赣南脐橙为研究对象,利用透射光谱测定法获取完整赣南脐橙的近红外光谱(200～1100nm),选取不同的光谱波段范围对水果样本的透射光谱进行有效信息的提取,并结合多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘法(PLS)3种不同的数学校正方法对赣南脐橙的糖度(SC)进行定量分析.实验结果为:在550～900nm波段范围内,PLS校正模型的预测精度最好,其相关系数为0.9032,预测样本均方根误差为0.2421.实验结果表明,近红外透射光谱可以作为一种准确、可靠、无损的检测方法,用于检测赣南脐橙内部的糖度指标.     

基于近红外光谱技术的叶面药液浓度检测

提出了一种应用近红外光谱技术快速检测叶面药液浓度的方法。采用漫反射测量方式获取了叶面药液的近红外光谱。选用标准偏差归一化、三点滑动平均滤波和一阶导数为最优组合预处理。通过7种波段方案的对比,得出最优波段为350～1 900 nm。采用偏最小二乘法建立了叶面药液质量浓度与光谱反射率的定量分析模型。其预测集相关系数为0.994,预测均方根误差为0.039。结果表明,利用近红外光谱技术检测叶面药液浓度具有实际指导意义。     

基于多元校正法的香梨糖度可见/近红外光谱检测

应用可见/近红外光谱透射技术结合多元校正法探讨了样品在不同温度条件(5、10、15、20℃)下香梨糖度的快速无损检测。在波长500~900nm范围内,用逐步多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘法(PLS)、最小二乘支持向量机(LS-SVM1、LS-SVM2)和遗传算法-偏最小二乘法(GA-PLS)等多种多元校正法进行了建模预测比较研究。预测结果从优到差依次为LS-SVM2、LS-SVM1、GA-PLS、PLS、SMLR。     

水稻白背飞虱虫害的冠层光谱特性与虫量反演

通过测试水稻白背飞虱主害代期间的冠层高光谱数据,采用多元统计分析方法对冠层反射光谱与白背飞虱百株虫量进行相关分析,确定了近红外波段779 nm、1 685 nm及可见光波段558 nm为白背飞虱虫害的3个敏感波段;并基于这些敏感波段及由它们组成的比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI),建立了检测白背飞虱虫量的5种单变量线性函数模型.分析表明,5种模型方程在α=0.01条件下极显著相关,而且利用敏感波段建模时,779 nm处的光谱反射率建立的模型为最优,预测相关系数达到0.921;利用植被指数建模时,RVI建立的模型为最优,预测相关系数达到0.802.     

苹果内部褐变的光学无损伤检测研究

利用可见近红外连续透射光谱技术（650～900 nm）对苹果内部褐变进行了研究.分析了其光谱特性,选择715 nm,750 nm,810 nm 3个特征波长进行了褐变果判别分析,实验结果表明,样品的正确判别率达到95.65%.另外,还讨论了苹果尺寸大小对检测结果的影响.     

南丰蜜桔可溶性固形物近红外特征波段选择

探讨了在350～1 800 nm波段范围内不同光谱预处理方法对提高模型预测能力和稳定性的作用,但其效果不如间隔偏最小二乘法显著.通过间隔偏最小二乘特征波段选择方法,确定了南丰蜜桔可溶性固形物特征波段为:642～787 nm、861～1 006 nm、1 080～1 152 nm和1 226～1 371 nm.采用30个未参与建模的南丰蜜桔样品,预测特征波段建模模型,预测模型的相关系数为0.95,预测均方根误差为0.55°Birx.结果表明:近红外光谱技术结合间隔偏最小二乘特征波段选择方法,可以提高南丰蜜桔可溶性固形物无损检测数学模型预测能力和稳健性.     

基于近红外光谱分析法的奶粉品质快速检测

选择11个品牌的10多种配方奶粉,共80个样品,使用PDA型近红外光谱仪采集奶粉漫反射光谱,波长范围1 089～2 219 nm.对光谱进行了SNV、软阈小波消噪及一阶微分预处理,通过比较主成分在不同波长上的权重分布,选择不同波段建立校正模型和进行预测精度分析.结果表明,奶粉的蛋白质和脂肪的近红外光谱信息主要分布于1 100～1 400 nm和1 800～2 200 nm波段内,采用小波消除原始光谱的噪声能提高校正模型的稳定性和预测精度,可以利用PDA型近红外光谱快速检测多品牌、多类型配方奶粉中蛋白、脂肪含量.     

南丰蜜桔可溶性固形物近红外特征波段选

探讨了在350～1800nm波段范围内不同光谱预处理方法对提高模型预测能力和稳定性的作用，但其效果不如间隔偏最小二乘法显著。通过间隔偏最小二乘特征波段选择方法，确定了南丰蜜桔可溶性固形物特征波段为：642～787nm、861～1006nm、1080～1152nm和1226～1371nm。采用30个未参与建模的南丰蜜桔样品，预测特征波段建模模型，预测模型的相关系数为0.95，预测均方根误差为0.55°Birx。结果表明：近红外光谱技术结合间隔偏最小二乘特征波段选择方法，可以提高南丰蜜桔可溶性固形物无损检测数学模型预测能力和稳健性。     

基于近红外光谱的核桃仁蛋白质含量检测分析

为了实现核桃仁蛋白质的快速无损检测，采用近红外光谱技术，建立了核桃仁蛋白质含量预测模型，并对近红外光谱波段筛选方法进行了研究。首先针对3种不同粒度核桃仁样本，采集了1040~2560nm范围全波段信息，采用多元散射校正法和标准正态化方法对原始光谱进行了预处理。然后，采用间隔偏最小二乘算法筛选了光谱特征波段，并建立了全波段和特征波段下核桃仁蛋白质含量偏最小二乘算法预测模型。通过对不同粒度核桃仁样本近红外光谱分析表明，核桃仁粒度大小对核桃仁蛋白质含量预测效果并无显著影响。采用间隔偏最小二乘算法的波段筛选，核桃整仁样本验证集的均方根误差和相关系数分别为0.021和0.913, 表明该方法能够优化模型质量并降低模型复杂度。     

基于近红外光谱分析法的奶粉品质快速检

选择11个品牌的10多种配方奶粉，共80个样品，使用PDA型近红外光谱仪采集奶粉漫反射光谱，波长范围1089～2219nm。对光谱进行了SNV、软阈小波消噪及一阶微分预处理，通过比较主成分在不同波长上的权重分布，选择不同波段建立校正模型和进行预测精度分析。结果表明，奶粉的蛋白质和脂肪的近红外光谱信息主要分布于1100～1400nm和1800～2200nm波段内，采用小波消除原始光谱的噪声能提高校正模型的稳定性和预测精度，可以利用PDA型近红外光谱快速检测多品牌、多类型配方奶粉中蛋白、脂肪含量。     

基于响应曲面法的畜禽栏舍氨气和硫化氢吸收效果模拟研究

基于响应曲面法，自主构建一种栏舍气体吸收装置来模拟封闭式规模化养殖场栏舍氨气和硫化氢气体的排放特征。以磷酸吸收液pH值、碳酸钠改性活性炭浸渍液浓度为设计因子进行正交试验设计，建立相关数学模型，得到响应曲面模型，获得最优工艺参数。结果表明:氨气和硫化氢气体的吸收率受活性炭浸渍液浓度的影响大于磷酸pH值变化的影响；氨气吸收率和硫化氢吸收率的数学模型及响应曲面具有合理性（相关系数为0.991 0和0.987 1）；最优工艺参数为磷酸吸收液pH值5.25、碳酸钠改性活性炭浸渍液浓度6.3%，此条件下氨气吸收率达98.978%（相对误差0.005%），硫化氢吸收率达90.837%（相对误差0.006%）。      

基于近红外光谱的活性米品质检测研究

选取105份具有代表性的活性米样品,研究光谱范围在918~1 045nm内12个波长点的近红外反射光谱与其品质的相关性。利用近红外光谱技术和多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘法3种校正方法对活性米中γ-氨基丁酸、水分、蛋白质、淀粉、明度值、红度值及黄度值进行定量分析;选出最优校正模型,模型的预测决定系数分别为0.903、0.964、0.953、0.951、0.949、0.961、0.916,预测标准偏差分别为0.598、1.367、1.367、2.688、0.996、50.144、0.952。研究结果表明:应用近红外光谱技术检测活性米品质是可行性的。     

基于激光诱导荧光光谱分析的黄瓜叶片叶绿素含量检测

利用反射式激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术对黄瓜活体叶片叶绿素含量进行检测实验研究。通过对中心波长为473nm和660nm 2种激发光的4种激发强度(2.5、5.0、7.5、10.0mW)条件下荧光光谱的分析,结果显示:在强度7.5 mW、波长473 nm的光源下激发产生的荧光光谱具有很好的准确性和稳定性;在此条件下,荧光参数F_(732)/F_(685)与植物活体叶片内叶绿素含量成极显著线性关系,并以此为基础建立了数学回归模型(R~2>0.93,p<0.001),模型回归系数显著,模型可靠性极好,准确地反映了荧光参数与叶绿素含量的关系。     

利用可见―近红外光谱术无损检测牛奶中的三聚氰胺

初步探讨了利用可见―近红外光谱术检测牛奶中三聚氰胺的可行性及方法。通过往牛奶中掺入不同浓度三聚氰胺的方法,制备了165个样品,三聚氰胺浓度为0~1000ppm。利用光纤光谱仪采集样本的可见―近红外光谱,其光谱范围为350~1800nm。然后分别采用最小二乘法(PLS)、区间偏最小二乘法(IPLS)及联合区间偏最小二乘法(SIPLS)建立预测模型。比较实验结果表明:把光谱分为10个子区间,通过SIPLS方法,选出3个光谱子区间(4、7、9)联合建立的预测模型最优,其校正集和预测集得相关系数分别为0.9981和0.9946,校正集和预测集的均方根误差分别为0.1942和0.3299。因此,可见近红外光谱术结合联合区间偏最小二乘法能无损、快速的检测牛奶中的三聚氰胺。     

芝麻油掺伪的近红外透射光谱检测技术

采用近红外光谱技术结合间隔偏最小二乘法分别建立芝麻油中掺入大豆油、玉米油和花生油的定量检测模型。实验配制不同比例的掺假芝麻油混合样品,采集样品在4 000～12 000 cm-1范围内的近红外透射光谱,把数据分为校正集与预测集。将4 420～12 000 cm-1波段的光谱进行各种预处理,最佳方法为平滑预处理,并利用间隔偏最小二乘波长筛选法(iPLS)选取光谱特征波段,最后采用偏最小二乘法建立掺假芝麻油的定标模型。结果显示:3种掺假芝麻油的PLS模型预测相关系数分别达到0.998、0.999、0.999,预测均方根误差分别为0.24%、0.24%和0.19%,具有较高的预测精度。实验证明近红外光谱技术对芝麻油掺假的快速检测具有可行性。     

基于热红外遥感影像的作物冠层温度提取

热红外影像较难直接提取作物冠层区域,因而无法获得较精准的作物冠层温度。本文以拔节期的玉米为研究对象,利用六旋翼无人机搭载热红外成像仪和大疆精灵四Pro无人机,获得热红外影像及正射影像。基于高分辨率正射影像,采用改进的Canny边缘检测算子、支持向量机(Support vector machine,SVM)和小波变换3种方法提取玉米冠层区域,将提取结果进行二值化处理后,在热红外影像中以此生成掩膜并提取玉米冠层温度。应用提取的矢量面分析提取效果并对3种提取算法的精度进行评价。实验结果表明,改进的Canny边缘检测算子提取效果最优、SVM算法次之、小波变换最差,提取精度分别为87. 3%、74. 5%、68. 2%。同时,将手持测温仪测得的玉米冠层温度与提取的冠层温度进行误差分析,结果表明,基于改进的Canny边缘检测算子提取的玉米冠层温度与地面实测值相关性最高,决定系数R~2=0. 929 5,SVM算法决定系数R~2=0. 895 7,小波变换决定系数R2=0. 876 0。改进的Canny边缘检测算子能够更好地提取玉米冠层区域,获取更加精确的玉米冠层温度,从而能够更有效地监测玉米生理状况,进行旱情预测,制定合理的灌溉、施肥措施以提高玉米产量。     

基于PDWT与高光谱的生菜叶片农药残留检测

在离散小波变换特征提取算法基础上,结合有机物近红外谱区倍频中心近似位置,提出一种分段离散小波变换特征提取的方法。以4类农药残留水平(重度超标、中度超标、轻微超标、低于国标)生菜为研究对象,通过透射电镜对生菜叶片微观结构进行检测,并利用近红外高光谱成像仪采集生菜样本的高光谱图像。在生菜高光谱图像中选取感兴趣区域并提取该区域的平均光谱,依据常见基团主要中心近似位置对平均光谱进行有效分段,以sym5为小波基函数,依次对每段光谱数据进行小波变换分解。通过每段不同层次高频小波系数曲线的奇异值分析,来获取光谱特征波段。为了便于判断特征提取波段的优劣,提出初步评估参数契合度,并结合支持向量机分类准确率进一步评估提取特征波段。试验结果表明:随着农药残留浓度的增加,生菜叶片内部嗜锇颗粒数量变多,而淀粉颗粒变少,细胞间隙逐渐变大。不同浓度农药残留的生菜叶片内部细胞排列结构方式和组织结构存在差异,从而使不同浓度农药残留的生菜近红外光谱具有一定的差异性。与离散小波变换特征提取算法相比,分段离散小波变换具有较高的预测分类准确率。分段数取值为4时,取得最佳的契合度、校正集、交叉验证集与预测集准确率分别为75%、95%、92.86%和90.63%。分段离散小波变换结合契合度参数评估,能有效提高光谱特征提取波段可靠性,为快速、准确地无损检测生菜农药残留提供了一种新方法。     

基于特征光谱提取的有机基质全氮含量快速检测方法

以醋糟有机基质为研究对象,采用便携式可见/近红外光谱仪获得基质样品的光谱信息,经过归一化和一阶微分预处理后,采用逐步回归法提取对有机基质全氮反应敏感的特征光谱,建立基于特征波长组合的线性回归模型.其中,以1 699、746、1 864和2 154 nm为特征波长的四元回归模型为最佳,其预测相关系数和预测均方根误差分别为0.933 4和1.04.结果表明,利用可见/近红外光谱技术,通过特征光谱的提取并建立相应的回归模型,可以实现对有机基质全氮含量的快速准确检测.     

基于特征波长优化的便携式作物叶绿素检测仪研究

为了满足田间作物长势快速检测与指导变量管理的需求,基于作物叶绿素光谱响应特征波长筛选与优化,开发了一款便携式作物叶绿素检测仪。首先,采用高光谱仪采集玉米冠层325～1 075 nm反射光谱,并采样萃取叶片叶绿素含量真值,开展叶绿素敏感响应波长筛选。经蒙特卡洛无信息变量消除(MC-UVE)算法在10～100个特征波长范围内进行变量筛选,表明采用50个特征波长时具有最优的叶绿素含量检测能力。其次,选择AS7265x型光谱传感器,以半峰宽20 nm的12个区间覆盖筛选的50个波长,设计的叶绿素检测仪包括传感器、主控制器、显示和控制等模块,实现作物冠层反射光数据采集、处理、显示和存储功能。开展传感器反射率标定与田间应用测试,基于传感器获取的反射率构建叶绿素含量偏最小二乘检测模型验证集决定系数为0.628;进一步组合归一化红边植被指数(NDRE:730、900 nm)和绿光归一化差值植被指数(GNDVI:535、900 nm),检测模型精度提高到0.69,模型嵌入系统最终实现了田间叶绿素含量快速检测,为作物长势高效分析提供了技术支持。