基于可见/近红外光谱的牛肉品质无损检测系统改进

含水率、颜色和pH值是牛肉的重要品质指标,近年来可见/近红外光谱因其成本低、快速无损等特点被广泛应用于肉品检测中。针对现有探头采集样品面积过小、代表性差等问题,利用高效的环形光源对双通道可见/近红外光谱系统进行改进,建立了一种高效、稳定的双通道可见近红外光谱系统。首先,基于多次采集生鲜牛肉样品获得400~2450nm波段的有效光谱数据,对改进前反射探头和环形探头的性能进行了对比分析,发现环形探头的稳定性更有优势,在整个波段的变异系数均小于10%。然后利用改进后探头组成的系统采集了61块生鲜牛肉样品的可见/近红外光谱数据。采用了无处理、SG平滑、哈尔变换、一阶导数、二阶导数、标准正态变换、多元散射校正、去趋势化以及各方法组合等方法对光谱数据进行预处理。利用第1波段数据建立颜色参数L*、 a* 、b*的偏最小二乘模型,分别利用第1波段数据、第2波段数据和双波段数据（双波段简单拼接）建立含水率和pH值的PLSR模型并进行了对比。结果发现：第1波段的数据无需经过预处理,即可对颜色参数L*、 a* 、b*取得较好的预测结果,其PLSR模型验证集相关系数和标准误差分别为0.9603、0.9616、0.9367和1.3332、1.1844、0.6553;对于含水率和pH值,无论光谱数据是否经过预处理,第1波段数据的建模效果要好于第2波段数据,但是经过预处理的双波段数据（400~2450nm波段）能够取得更好的预测结果,其PLSR模型验证集相关系数和标准误差分别为0.9541、0.8716和0.5475、0.1272。结果证明,基于高效环形探头的双通道可见近红外光谱系统建立的牛肉多品质参数预测模型,可实现准确、无损、快速检测,获得比较稳定的检测结果。     

生鲜猪肉主要品质参数无损在线检测系统

基于可见近红外光谱技术,设计了生鲜猪肉品质无损在线检测装置.介绍了该系统的工作原理、工作过程、硬件组成及软件系统功能.系统硬件包括光谱信息采集装置、样品传送单元、位置检测单元、控制单元和计算机等.基于Delphi和Matlab语言开发了与PC硬件和Windows XP软件环境兼容的光谱信息自动采集和实时处理的无损在线检测软件系统.该系统可实现生鲜猪肉样品光谱数据的自动采集、光谱数据的在线处理、样品品质参数的在线预测与检测结果的在线显示.将该系统用于生鲜猪肉水分含量的在线检测.结果表明,该在线检测装置检测精度高、可靠性好,可用于肉品主要品质参数的无损在线检测.     

基于可见近红外光谱结合不同光谱选择方法检测生姜含水率研究

快速检测生姜含水率对生姜的存储加工和国际贸易非常重要。本文应用可见近红外光谱快速检测生姜含水率,采集330个生姜的可见近红外光谱(光谱范围350~1800nm),然后用烘干法测定生姜的含水率,把330个生姜样本按照含水率的大小以2:1的比例分成校正组和预测组。应用专业知识法、偏最小二乘法和遗传算法三种光谱选择方法建立生姜含水率的预测模型,其模型的精度比应用全光谱(包含1451个光谱变量)所建立的模型精度高。通过比较,应用遗传算法所得预测模型的效果最好,选定的光谱数和因子数分别是300和6,预测组的相关系数、均方根误差和分别是0.9900和4.4440。     

基于近红外光谱的猪肉水分在线检测与分级

基于近红外光谱法,优化光纤探头检测距离并通过检测距离调节系统和多点同时检测,设计了猪肉水分在线检测分级系统。首先,为确定光纤探头与生鲜猪肉样品表面间的最佳检测距离,在13个不同检测距离下(5~29 mm)采集了54个样品的光谱,采用多元散射校正方法对原始光谱进行预处理,分别建立了第1波段(349~1 435 nm)、第2波段(1 037~1 761 nm)和双波段结合3种情况的含水率偏最小二乘回归模型,分析了不同检测距离和不同波段的模型,确认19 mm为在线检测分级装备的最佳检测距离。然后,通过检测距离实时调节系统动态固定最佳检测距离,设计了双波段多点同时检测系统,采集45个猪肉样品在静态条件和在线条件下的光谱,通过比较分析,两种情况下预测结果相近,从而证实了所设计的在线系统能够预测猪肉水分,并且双波段融合建模效果优于单波段,预测结果为:校正集相关系数和校正均方根误差分别为0.906和0.598,验证集相关系数和预测均方根误差分别为0.836和0.402。最后,利用独立的21个猪肉样品验证猪肉预测分级模型精度及稳定性,结果判断正确率为90.48%,表明可见近红外光谱法结合多点检测能有效地在线检测猪肉水分并分级。     

便携式红提葡萄多品质可见/近红外检测仪设计与试验

基于可见/近红外漫反射光谱分析技术,设计了便携式生长期红提葡萄多品质参数无损检测仪,该仪器由光谱采集探头、光谱仪、卤素灯光源、锂电池、控制器及外围电路等部分组成,仪器尺寸为200mm× 160mm× 150mm, 方便携带。以生长期内的红提葡萄果粒为研究对象,采集400~1000nm的可见/近红外漫反射光谱信息,对原始光谱进行预处理和特征波长提取,分别建立了红提SSC、总酸质量分数、pH值、硬度和含水率的最优偏最小二乘回归（PLSR）预测模型,所建各指标的最优PLSR预测模型的预测集相关系数分别为0.9545、0.9778、0.9878、 0.9456、 0.9028, 均方根误差分别为1.0122°Brix、2.0225%、0.0747、7.2813N、0.9799%。基于MFC开发工具,运用 C++语 言编写了仪器实时分析处理软件,将所建红提葡萄多品质参数的最优PLSR预测模型植入硬件装置中,实现了生长期红提葡萄果粒的多品质参数一键式无损检测。经检验测试,果粒SSC、总酸质量分数、pH值、硬度和含水率预测集相关系数Rp 分别为0.9414、0.9687、0.9768、0.9348、0.9006,预测集均方根误差分别为1.1567°Brix、2.3645%、0.0986、8.3571N、1.1051%,且该检测仪一次检测时间不超过2s,说明该仪器可完成生长期红提葡萄果粒的实时无损检测。     

便携式猪肉营养组分无损实时检测装置研究

为了实现猪肉营养组分(脂肪和蛋白质)的快速、无损、实时检测,基于近红外反射光谱设计了便携式猪肉营养组分无损检测装置。硬件部分包括光谱采集单元、光源单元和控制单元,并开发了相应的检测软件,实现样品光谱信息的有效获取和实时分析。为了建立稳定可靠的预测模型,考察了波段选择、样本分组方式和筛选变量方法对模型的影响。分别基于可见/短波近红外(Vis/SWNIR)、长波近红外(LWNIR)及Vis/SWNIR-LWNIR,利用随机选择法(RS)、Kennard-Stone法(KS)和基于联合X-Y距离的样本划分法(SPXY)对样本进行划分,建立了脂肪和蛋白质质量分数的偏最小二乘预测模型。结果发现,基于Vis/SWNIR-LWNIR波段,利用SPXY算法进行样本分组,取得了最佳的预测模型。在此基础上,比较分析竞争性自适应加权算法、随机蛙跳算法和蒙特卡罗无信息变量消除-连续投影算法3种算法筛选变量建立的模型效果。基于竞争性自适应加权算法筛选变量的模型结果最佳,对脂肪和蛋白质建立的模型验证集相关系数分别为0.950 5和0.951 0。结果表明:基于近红外反射光谱设计的便携式猪肉组分检测装置可以对脂肪和蛋白质含量进行快速、无损、实时检测。     

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。     

苹果内部品质分级机械手设计与试验

为检测苹果内部品质,基于可见/近红外光谱检测技术并结合分拣机械手,设计了苹果内部品质分级机械手。该装置主要由夹持机构、近红外光谱采集系统、控制系统等组成。机械手稳定夹持苹果后采集苹果的近红外光谱数据,上位机软件中的预测模型对光谱数据进行分析处理,并显示光谱曲线和预测结果。为建立苹果可溶性固形物含量预测模型,基于该装置采集了苹果在650～1 100 nm波长范围内的光谱数据,通过国家标准测量法测得苹果样本的可溶性固形物含量,采用SG卷积平滑(SG-smooth)、标准正态变量变换(SNV)和多元散射校正(MSC)对光谱数据进行预处理,并结合可溶性固形物含量测量值建立偏最小二乘(PLSR)模型。结果表明,采用多元散射校正方法预处理后的建模效果最优,其预测模型的校正集和预测集相关系数分别为0. 978 2、0. 970 1,均方根误差分别为0. 274 6、0. 326 3°Brix。选取20个同品种苹果样本对该装置的稳定性和准确性进行了测试,可溶性固形物含量预测值与测量值相关系数为0. 957 3,均方根误差为0. 422 4°Brix。试验结果表明,苹果内部品质分级机械手在夹持苹果的同时可以实现对苹果可溶性固形物含量的准确预测。     

便携式马铃薯多品质参数局部透射光谱无损检测装置

基于可见/近红外局部透射光谱,根据马铃薯大小及形状特征,设计了便携式马铃薯多品质无损检测装置,包括光谱采集模块、光源模块、控制与显示模块、供电模块和黑白参考盒,装置尺寸为11 cm×6.5 cm×9.5 cm。选取大西洋品种马铃薯样品85个,基于装置建立了马铃薯含水率、淀粉质量分数和还原糖质量分数的偏最小二乘定量预测模型,马铃薯含水率、淀粉质量分数和还原糖质量分数预测模型验证集相关系数分别为0.927 8、0.914 6、0.933 8,均方根误差分别为0.325 3%、0.344 9%、0.041 6%。基于QT开发工具,采用C/C++语言编写了装置实时分析控制软件,将所建预测模型植入到软件中,实现了马铃薯多品质参数实时无损检测一键式操作。最后对便携式马铃薯多品质无损检测装置的检测精度进行了验证。20个马铃薯样品含水率、淀粉质量分数和还原糖质量分数的装置预测值与标准理化值的相关系数分别为0.914 1、0.912 2和0.914 0,均方根误差分别为0.352 7%、0.340 4%和0.040 0%,平均偏差分别为0.295 1%、0.253 6%和0.031 6%,重复采样最大变异系数分别为0.006 7、0.012 4和0.123 1。结果表明:马铃薯多品质局部透射无损检测装置可以实现马铃薯含水率、淀粉质量分数和还原糖质量分数的实时无损检测。     

基于人工神经网络的苹果可溶性固形物无损检测

采集了60个苹果在400～1 100nm范围内的可见-近红外漫反射光谱,然后使用连续投影算法将光谱变量进行压缩,最后采用BP神经网络建立了苹果糖度的预测模型。实验表明,连续投影算法从400～1 100nm范围提取出25个优选波长参与建模,有效简化了模型结构。BP神经网络模型对苹果糖度的预测相关系数达到0.853,预测均方根误差为1.303 0。结果表明,基于近红外光谱的苹果糖度无损检测是可行的。     

典型拉曼光谱技术及其在农业检测中应用研究进展

拉曼光谱是一种散射光谱,具有快速、不易受水分干扰、样品无需预处理和在体检测等特点,可作为分析、测试物质分子成分和结构强有力的表征手段。随着拉曼光谱技术的不断发展,其在农业检测领域中逐渐发挥出极其重要的作用。本文概述了拉曼光谱的检测原理,从共聚焦显微拉曼光谱、傅里叶变换拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、针尖增强拉曼光谱、共振拉曼光谱、空间偏移拉曼光谱、移频激发拉曼差分光谱、基于非线性光学的拉曼光谱等8个方面介绍了拉曼光谱技术,重点总结了拉曼光谱技术在植物检测、土壤检测、水质检测、食品检测等方面的应用研究进展,并提出了其在农业检测领域中应用需要解决的难题和未来的发展方向,以期对未来农业生产和研究带来启发。     

基于功率测量的联合收获机喂入量检测方法研究

为了准确分析联合收获机不同喂入量检测方法的精度,提出基于割台主动轴功率和倾斜输送器功率的2种喂入量检测方法。以河北冬小麦作为试验对象,以新疆-3型联合收获机为试验平台,进行了喂入量检测系统田间试验。喂入量检测系统包括割台主动轴扭矩传感器、倾斜输送器动力轴扭矩传感器、割台主动轴转速传感器和车载工控机等。对2种喂入量检测方法进行分析,根据试验数据分别建立计算模型,将2种方法的检测结果与实测结果进行对比,结果表明,基于割台主动轴功率的喂入量检测方法平均相对误差为19. 6%,基于倾斜输送器功率的喂入量检测方法平均相对误差为16. 1%。2种方法的检测精度在一定程度上能满足田间应用需求,基于倾斜输送器功率的喂入量检测方法检测精度稍高。     

基于CA3070的相干检波在无线电罗盘中的应用

文章简要介绍调制解调原理,结合无线电罗盘的检波电路,分析了罗盘的调幅检波。文中围绕器件CA3070着重叙述相干解调的原理及过程,同时使用仿真软件Multisim对解调的电路进行仿真。     

快速检测粮食含水率的方法

快速检测粮食含水率在农业工程中具有十分重要的意义。迄今为止,国内外对含水率的测量方法和技术已进行了大量的研究和探索。通过参考大量的文献,对各种方法进行了综合分析,找出了各自的优缺点,以便对粮食含水率的检测方法进行改进,为粮食含水率快速无损检测提供了新的意见,最后对粮食无损检测的前景进行了展望。     

基于颜色分量运算与色域压缩的杂草实时检测方法

提出了一种基于RGB分量运算和色域位屏蔽压缩的杂草实时检测方法。对杂草和作物的大量实验显示:颜色分量运算可增强目标的显示特性,而对色域的屏蔽压缩可在保证实时性的同时减弱图像噪声污染,减小干扰引起的纹理分割误差。该方法的处理时间几乎不受目标复杂度影响,可在30ms内有效分割出320×240分辨率图像中有颜色差异的不同杂草或农作物,对颜色分布波动具有较强的鲁棒性。颜色分量运算的线性组合系数可通过有监督的学习自动确定。     

基于动态称量原理的泛函式播种施肥量检测方法

针对动态检测播种施肥量的测量系统易受振动干扰影响且难消除的问题,本文采用高压氮气弹簧的支撑力和S型传感器的拉力组合成称量式播量检测装置,利用压力和拉力之间存在力向相反、幅值呈比例的互补特性,提出了一种泛函式播量检测方法,该方法构建了以目标播量函数为变量的泛函,通过求取泛函极值确定目标播量函数。利用外槽轮式小麦播种施肥机平台,在不同目标播量（225、300、375kg/hm2）和不同车速（3、5km/h,3~7km/h变速）下开展了18组室外车载式小麦播种交叉试验,并应用泛函式播量检测方法获取累积播量和动态播量信息。累积播量的绝对相对偏差的最大值、平均值和标准差分别为5.61%、2.26%和1.58%;动态播量的检测数据在作业面积较小时（少于0.020hm2时）存在较大波动,随着作业面积的增加呈明显收敛趋势,动态播量稳定阶段（作业面积大于0.033hm2）,所有测试最大绝相对偏差为9.61%,单次测试中,最大平均值为4.73%,最大标准差为1.97%。试验结果表明,泛函式播量检测方法能有效获取动态播量和累积播量信息,为播种施肥机的播量检测提供了一种测量方法。     

基于双目视觉的作物苗期障碍物三维信息检测方法

农业智能装备在实际农田环境中行进或作业的过程中需要感知多变环境下的各种障碍物。为此,基于双目视觉,开展了作物苗期农田障碍物三维信息检测方法研究,提出了一种基于特征的障碍物检测算法。首先,利用边缘检测算法去除天空背景,提取出障碍物潜在区域的上边界线,利用超绿特征颜色变换去除绿色作物苗期农田背景,提取下边界线;然后,通过阈值分割算法提取障碍物目标区域;最后,通过重心特征点立体匹配来获取视差值,结合MatLab标定获取的相机内外参数进行三维重建,计算障碍物的距离、宽度和高度三维信息。田间试验结果表明:该算法可以正确提取出障碍物目标区域,障碍物距离、宽度和高度检测的平均相对误差分别为4.7%、5.79%和1.78%,能够满足农业智能装备田间障碍物检测的需求,具有较好的可靠性。     

基于改进Hough变换的收获机器人行走目标直线检测

提出了基于改进随机Hough变换(RHT)的收获机器人行走目标直线检测算法.将摄像机安装在联合收获机的顶部,在收获过程中采集农田场景图像.根据已收获区域、未收获区域和非农田区域的不同颜色特征,利用统计分析和边缘检测,确定行走目标直线的终点位置以及直线方向上的候选点.以候选点为点集,采用改进RHT完成直线检测.与传统的RHT相比,避免了无效采样和累积问题.经过对多幅图片的处理,证明算法能够有效检测出直线参数,且处理时间在200 ms左右.     

关于帕萨特发动机故障传感检测的研究

面对复杂多样的汽车发动机的故障问题,为了能够快捷的查出故障原因,文章通过对帕萨特B5轿车的设故检测,运用传感检测的方法检测故障。     

基于立体视觉的智能农业车辆实时运动检测

为满足智能农业车辆的精确导航,提出基于立体视觉的车辆实时运动检测方案.该方案通过多线程特征点检测提高传统SIFT特征检测算法的效率,通过归一化综合距离法剔除误匹配的特征点,最后通过相邻时刻同一特征点坐标的变化反推车辆的运动.试验表明:多线程SIFT特征点检测能够缩短检测时间,提高计算效率.归一化综合距离法能够有效剔除传统SIFT算法的误匹配点.当车速为0.8 m/s,图像采集频率为5 Hz时,车辆在x方向和z方向单次测量误差小于0.004 5 m,当持续运动时间达到10s时,2个方向累积测量误差均小于0.15m.