香根草叶片铅含量的近红外光谱快速检测

提出了一种应用近红外光谱技术快速检测香根草叶内重金属铅含量的方法,采用多种预处理方法建立偏最小二乘法(PLS)模型并对建模效果对比分析,得出最优预处理方法。结合不同波段选择方法优化PLS模型参数,建立了香根草叶内重金属铅含量定量分析模型,预测决定系数R2为0.87,预测均方根误差RMSEP为0.18。研究结果表明,利用近红外光谱技术快速定量检测香根草叶内重金属铅含量具有可行性。     

不同预处理对近红外光谱检测脐橙VC含量的影响

为了研究适合近红外光谱无损检测脐橙VC含量的光谱预处理方法,比较了11种光谱预处理方法对偏最小二乘法(PLS)建模预测效果的影响。结果表明,小波消噪效果最好,模型预测值与标准值的相关系数R达到0.9574,交叉验证预测均方差仅为3.90,最优光谱波段为7501.7~5449.8cm-1,主成分数为8。小波消噪是脐橙VC含量近红外光谱无损检测的有效光谱预处理方法。     

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.     

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。     

基于近红外光谱的淀粉掺杂滑石粉检测方法研究

实验运用近红外光谱分析技术检测淀粉中掺杂滑石粉的含量;收集了国内常用的不同品牌不同种类的淀粉样本共32个,将滑石粉按不同浓度掺杂到淀粉中制备实验样本;选择最优的光谱预处理方法和光谱范围,运用近红外光谱分析中的偏最小二乘法(PLS)进行定量分析研究。结果表明,采用偏最小二乘法(PLS)所建的定量分析模型的相关性较高,预测相关系数和预测均方根误差均符合要求。研究发现,近红外光谱技术用于快速无损检测淀粉掺杂滑石粉是可行的。     

水果糖度近红外光谱在线检测装置

采用短波近红外光谱仪,进行机械传送、光谱采集处理、自动控制等系统的设计和集成,研制水果糖度近红外光谱在线检测装置。在550~850nm范围,采用偏最小二乘法,建立了苹果糖度近红外光谱在线检测数学模型。经比较,标准正交校正和一阶导数处理后的光谱建立的数学模型预测效果最优,模型的相关系数为0.78,模型预测均方根误差为0.67°Brix。实验表明:水果糖度近红外光谱在线检测装置可准确地检测苹果糖度含量。     

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。     

基于近红外光谱技术的紫薯贮藏期间花青素含量检测

紫薯采后贮藏过程中,受环境因素影响,紫薯花青素会逐渐发生降解,导致紫薯色泽变化,营养品质下降。应用近红外光谱技术对贮藏期间的紫薯花青素含量变化进行了分析,建立了快速无损检测模型。实验采集了不同贮藏时间紫薯样本(120个)的近红外光谱,基于全波长范围4 000～10 000 cm-1结合不同光谱信号预处理方法(数据卷积平滑、一阶求导、标准正态变量变换(SNV))建立紫薯花青素的PLS(偏最小二乘)、SNV-PLS、i PLS(区间偏最小二乘)、GA-PLS(遗传算法-偏最小二乘)定量预测模型。结果显示,全波段经SNV为最优的原始光谱预处理方法。对经SNV预处理的光谱进行i PLS、GA特征波段筛选,所建立的GA-PLS模型预测效果最佳,预测集决定系数R2v和均方根误差为0. 913 6和7. 239 8 mg/(100 g),剩余预测偏差为3. 339 7。研究结果表明,应用近红外光谱技术可以较好地检测紫薯花青素含量,研究结果可为紫薯加工原料智能筛选以及贮藏品质监测提供一种可靠手段。     

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.     

翠冠梨坚实度可见/近红外光谱在线检测

采用可见/近红外光谱技术对翠冠梨的坚实度进行在线检测研究,并对不同预处理方法和不同平滑点数的影响进行研究.试验采用USB4000微型光纤光谱仪在0.5 m/s的水果运动速度下采集翠冠梨的透射光谱,并应用偏最小二乘(PLS)算法建立预测模型.试验样品为176个,119个样品作为校正集,57个样品作为预测集.研究结果表明,应用可见/近红外光谱技术检测翠冠梨的坚实度是可行的,确定580～840 nm为较合适的建模波段;光谱经一阶微分和变量标准化(SNV)处理后建立的预测模型性能最优,其相关系数R为0.820,校正标准差为2.50 N,预测标准差为3.02 N;对于S-G平滑处理,5点S-G平滑的效果最好,其相关系数R为0.848,校正标准差为2.31N,预测标准差为2.85 N.     

椰糠基质有效氮近红外检测仪设计与试验

为了实现椰糠基质有效氮含量的快速实时检测,基于漫反射光谱设计了椰糠基质有效氮近红外检测仪。该检测仪的硬件系统主要由前处理装置、气力输送装置、重力式沉降样品室、近红外光谱检测装置、样品回收装置和空气压缩机等组成。制备了不同有效氮含量的椰糠基质样本135个,采用研制的检测仪获取了样本原始光谱数据,并建立了椰糠基质有效氮含量的最优偏最小二乘回归预测模型,其校正集相关系数和验证集相关系数分别为0.973和0.965,校正集均方根误差和验证集均方根误差分别为14.025 mg/(100 g)和15.757 mg/(100 g),残差预测偏差为3.72。基于MFC开发工具,采用C/C++语言开发了检测仪硬件控制及实时检测分析软件界面,将建立的最优有效氮光谱预测模型移植到软件程序中,实现了椰糠基质有效氮近红外检测仪功能硬件控制及有效氮检测的一键式操作。试验验证结果表明,所研制仪器预测值与国标测量值相关系数为0.883,测试集均方根误差为18.605 mg/(100 g)。该检测仪实现了椰糠基质有效氮含量的快速实时检测,并且预测性能较好,可以满足快速评价椰糠基质养分的实际需求。     

基于无人机多光谱影像的矮林芳樟叶片含水率与叶水势反演

叶片含水率和叶水势反映植物组织中水分的状态,是衡量植物水分供应和水分利用效率的重要指标。为探究基于不同高度下无人机多光谱影像反演叶片含水率和叶水势模型的差异,本研究在3个飞行高度处理F30、F60、F100 (30、60、100m)下采集多光谱影像数据,通过使用6种光谱反射率+经验植被指数的组合与地面实测数据进行相关性分析,获得不同飞行高度下的光谱反射率+经验植被指数组合与叶片含水率和叶水势的反演模型及其决定系数,以决定系数为依据分别构建支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和径向基神经网络（RBFNN）模型,分析不同飞行高度无人机多光谱影像反演芳樟叶片含水率和叶水势的精度。结果发现：3个飞行高度下,基于RF模型的反演精度均高于SVM模型和RBFNN模型。F30处理对叶片含水率与叶水势反演效果均优于F60和F100处理。F30处理对叶片含水率反演的敏感光谱反射率+植被指数组合为红光波段反射率（R）、红边1波段反射率（RE1）、红边2波段反射率（RE2）、近红外波段反射率（NIR）、增强型植被指数（EVI）、土壤调节植被指数（SAVI）。RF模型训练集的R2、RMSE、MRE分别为0.845、0.548%、0.712%;测试集的R2、RMSE、MRE分别为0.832、0.683%、0897%。对叶水势反演的敏感光谱反射率+植被指数组合为R、RE2、NIR、EVI、SAVI、花青素反射指数（ARI）。RF模型训练集的R2、RMSE、MRE分别为0.814、0.073MPa、3.550%;测试集的R2、RMSE、MRE分别为0.806、0.095MPa、4.250%。研究结果表明飞行高度30m与RF方法分别为反演叶片含水率和叶水势的最优光谱获取高度与最优模型构建方法。本研究可为基于无人机平台的矮林芳樟水分监测提供技术支持,并可为筛选无人机多光谱波段与经验植被指数、实现植物长势参数快速估测提供应用参考。     

基于近红外光谱技术的蔬菜农药残留种类检测

该文基于近红外光谱技术,提出一种快速无损检测方法,以期实现蔬菜农药残留的分类检测。通过对喷洒了氰戊菊酯溶液、三唑磷溶液和未喷洒农药的生菜样本进行研究,比较不同预处理后的建模效果,选用SNV算法作为最优预处理方法。分别采用连续投影算法（SPA）、自主软收缩法（BOSS）和竞争性自适应重加权算法（CARS）对预处理后的光谱数据进行特征波段选择。采用支持向量机（SVM）和基于灰狼算法（GWO）优化的支持向量机（SVM）算法对特征波长变量分别建立分类模型。再通过对建立的模型进行比较得出:CARS-GWO-SVM模型取得了最佳的分类效果,模型的训练集精度和预测集精度均为100%。因此,利用近红外光谱技术对蔬菜上的农药残留进行分类检测是可行的。该研究为生菜中其他农药残留的快速无损检测分析提供参考。      

基于近红外光谱岭回归的甜椒氮素检测试验

针对设施作物营养水平无损检测技术,着重描述了基于近红外光谱数据岭回归分析的甜椒氮素检测试验研究过程.利用近红外反射光谱成像技术对目标作物进行叶片尺度的光谱图像采集,应用计算机图像分析软件进行光谱数字图像处理、提取光谱数据,经过统计分析对数据完成筛选作为变量,结合化学分析试验结果建立作物营养检测模型,检验模型得出结论.为了解决自变量间存在的多重共线性造成模型难以建立的问题,在数据处理阶段,采用了在农业探测领域内并不多见的岭回归分析方法,利用其特殊的有偏估计算法,拟合建立回归方程.同时,由于岭回归分析可以用于进一步筛选特征波段,最终得到的是基于三特征波段近红外光谱反射率数据的甜椒叶片氮营养检测模型.经过模型检验,模型的调整R2为0.843,RMSE为0.105.     

基于CARS算法的脐橙可溶性固形物近红外在线检测

采用可见/近红外光谱在线检测装置进行赣南脐橙可溶性固形物含量在线检测模型优化研究。样品以5个/s的速度运动,采集可见/近红外漫透射光谱。光谱经过预处理后,分别应用向后区间偏最小二乘法（BiPLS）、遗传算法（GA）和正自适应加权算法（CARS）筛选特征变量,并通过外部验证评价PLS模型预测能力。一阶微分处理后经CARS筛选特征变量建立的PLS模型预测结果最优,预测相关系数和预测均方根误差分别为0.94和0.42%。结果表明CARS算法可有效简化赣南脐橙可溶性固形物可见/近红外光谱在线检测模型并提高模型的预测精度。     

基于可见/近红外光谱技术的板栗产地识别

采用可见/近红外光谱分析技术对河北和安徽两个产地的板栗进行检测分级,获得板栗样品在600~1 100 nm波长区间的可见/近红外光谱,采用偏最小二乘判别分析（PLSDA）进行建模,比较不同预处理方法和波长范围对PLSDA模型精度的影响。结果显示,不同预处理方法对模型性能影响较大,一阶导数预处理在全波长范围所建PLSDA模型性能最优,校正集和验证集的决定系数分别为0.884和0.863,均方根误差分别为0.170和0.191。不同波长范围也会影响模型的预测和识别性能,在波长区间为750~1 000 nm的光谱所建立的PLSDA模型性能要高于全波长光谱所建立的模型性能,其中经过Savitzky Golay平滑预处理后,模型性能的提高最为明显,且其与原始光谱在校正集和验证集的敏感性和特异性均达到最优,即识别率均可达到100%。因此,可见/近红外光谱分析技术能够对板栗产地进行鉴别。     

鲜枣品种和可溶性固形物含量近红外光谱检

采用近红外光谱分析技术无损鉴别鲜枣品种和测定其可溶性固形物含量.对3个不同品种的鲜枣进行光谱分析,各获取30个样本数据.采用平滑法和多元散射校正方法对样本数据进行预处理,再用主成分分析法对光谱数据进行聚类分析并获得各主成分数据.将样本随机分成75个建模样本和15个预测样本,将建模样本的主成分数据作为BP神经网络的输入变量,鲜枣品种和可溶性固形物含量作为输出变量,建立3层人工神经网络鉴别模型,并用该模型对15个预测样本进行预测.结果表明,在阈值设定为±0.17的情况下该模型对预测集样本品种鉴别准确率达到100%,可溶性固形物含量预测值与实测值相对偏差小于10%.     

基于近红外光谱法无损检测芦柑表面多种农药残留研究

以表面喷施不同浓度梯度的乙酰甲胺磷和毒死蜱混合农药的芦柑为研究对象。把两种农药以1:1比例混合,然后用自来水配置成1:100、1:300、1:500三种浓度农药溶液,分别喷施在192个芦柑表面上。采集近红外光谱数据后,应用NY/T761―2008方法 ,通过SP―6890气象色谱仪检测芦柑表面两种农药的残留量。对所得数据分别采用多元散射校正(MSC)和标准正态变量变换(SNV)两种光谱预处理方法 ,并结合联合区间偏最小二乘法(SiPLS)建立农药残留预测模型。结果表明:采用MSC的光谱预处理方法时建立的乙酰甲胺磷预测模型较优,其预测集相关系数R为0.8199;而采用SNV的光谱预处理时建立的SiPLS毒死蜱预测模型较优,其预测集相关系数为0.8434。可见,应用近红外光谱技术定量检测芦柑表面多种农药残留是可行的。     

田间冬小麦抽穗期长势分析——基于可见-近红外光

为了快速估测大田冬小麦叶绿素含量指标,指导冬小麦抽穗期追肥管理,基于光谱分析技术在可见光和近红外波段(325~1 075 nm)处,对陕西省杨凌区揉谷镇粮食基地的冬小麦进行长势检测、分析。试验在1 000 m×600 m区域内划分为30个采样区进行数据采集,使用ASD Field Spec Hand Held光谱辐射仪(Analytical Spectral Devices.,USA)采集冬小麦的冠层光谱反射率数据,使用SPAD-5 0 2 Plus便携式叶绿素仪测量小麦倒一叶和倒二叶的叶绿素指标(SPAD值),使用G738 CM型手持式GPS记录采样点的位置信息。分别进行冠层光谱反射率小麦倒一叶和倒二叶的预处理,结果表明:冠层反射光谱倒二叶的SPAD值相关系数高于倒一叶。基于相关性分析,选取4个敏感波段538、661、740、850 nm分别与预处理前后的光谱数据进行多元线性回归分析,结果表明:预处理后的模型精度较高,建模精度R2=0.8 3,验证建模精度R2=0.7。同时,绘制了大田作物长势分布图,可为冬小麦抽穗期追肥提供支持。     

基于调制近红外反射光谱的土壤养分近场遥测方法研究

土壤养分作为农业生产的重要指标，含量过少会降低农作物产量，过多则会造成环境污染。因此，快速、准确检测土壤养分对于精准施肥和提高作物产量具有重要意义。基于取样和化学分析的传统方法能够全面准确地检测土壤养分，但检测过程中土壤的取样及预处理过程繁琐、操作复杂、费时费力，不能实现土壤养分的原位快速检测。本研究基于调制近红外光谱，提出了一种土壤养分主动式近场遥测方法，可有效避免土壤反射自然光的干扰。该方法使用波长范围1260~1610 nm的8通道窄带激光二极管作为近红外光源，通过测量8通道激光光束的土壤反射率，建立土壤养分中氮（N）关于土壤反射率的计量模型，实现了N的快速检测。在74组已知N含量的土壤样品中，选取54组作为训练集，20组作为预测集。基于一般线性模型，对训练集中土壤N含量与土壤反射率的定量化参数进行训练，筛选显著波段后的计量模型R²达到0.97。基于建立的计量模型，预测集中土壤N含量预测值与参考值的决定系数R²达到0.9，结果表明该方法具有土壤养分现场快速检测的能力。