基于近红外光谱的脐橙产地溯源研究

为研究近红外光谱分析技术鉴别脐橙产地的可行性,该文采用江西、重庆和湖南3个产地脐橙样品1140～1170nm波段的近红外光谱经一阶导数(9点平滑)预处理,分别建立了簇类独立软模式法脐橙产地鉴别模型。在5%显著水平下,模型对3个产地训练集样品的识别率均为100%,拒绝率分别为85.7%、83.3%、100%;对验证集样品的识别率均为100%,拒绝率分别为100%、89.5%、100%,表明簇类独立软模式法模型基本能够判别脐橙产地。将江西、重庆和湖南3个产地的脐橙样品分别赋值0、1、?1,在全波段范围内建立原始光谱脐橙产地的偏最小二乘判别模型,其预测值与真实值的决定系数为0.973,校正标准差为0.110,预测标准差为0.159,模型对训练集和验证集样品的识别率达到100%。因此,应用近红外光谱分析技术可准确、快速地追溯脐橙产地来源。     

基于可见-近红外光谱识别氧乐果污染的脐橙

该文对喷施过不同浓度氧乐果农药的脐橙样品采集可见-近红外光谱进行识别。采用多元散射校正（MSC）、标准正交变量变换（SNV）、一阶导数（FD）和二阶导数（SD）4种不同光谱预处理方法时,分别选取430～1 000、1 000～1 800和430～1 800 nm 3种波谱范围建立偏最小二乘法（PLS）农药污染预测模型。比较实验结果表明：波谱范围取430～1 000 nm,采用一阶导数的预处理方法时应用建立的PLS预测模型最优,其验证组脐橙表面氧乐果污染程度的实际类别与预测类别的相关系数Rpred为0.9817,预测样本均方根误差RMSEP是0.1564。     

近红外光谱结合SIMCA法溯源羊肉产地的初步研究

产地溯源是食品安全追溯制度的重要组成部分。该文采用近红外光谱结合簇类独立软模式法(SIMCA)建立了羊肉产地溯源模型。结果表明,在11995～3999cm-1波长范围内,光谱经5点平滑(Smooth)与多元散射校正(MSC)预处理,山东济宁市、河北大厂县、内蒙临河市、宁夏银川市4个产地模型的主成分数分别为5、6、5、6时,采用SIMCA模式识别方法可以建立稳健的羊肉产地溯源模型;在1%的显著水平下,4个产地校正集模型对未知样本的识别率分别为95%、100%、100%、100%,拒绝率均为100%;其验证集模型的识别率分别为100%、83%、100%、92%,拒绝率均为100%。该研究表明,近红外光谱技术作为一种羊肉产地的溯源方法切实可行。     

基于近红外光谱和深度学习数据增强的大米品种检测

近红外光谱和深度学习结合的思路是大米品种检测的重要研究方向,其准确检测模型的建立依赖大规模的样本数据,然而采集和预处理样本耗时巨大,对准确性的提升造成限制。为解决上述不足,便于深入探究近红外光谱结合深度学习方法在大米品种检测领域应用的可行性,该研究提出基于近红外光谱结合改进型深度卷积生成式对抗神经网络（deep convolutional generative adversarial network,DCGAN）数据增强的大米品种检测方法。首先,在相同环境下采集4种大米品种的近红外光谱并对原始光谱数据进行预处理,使用去趋势校正（detrend correction,DC）和无信息变量消除算法（uninformative variable elimination,UVE）消除无用光谱特征点。然后,建立改进型DCGAN模型对预处理后的光谱数据进行数据增强,对比试验结果表明,改进型DCGAN相比与传统数据增强方法,改进型DCGAN生成数据的结构相似度指标更优。最后,研究不同数据增强方法结合不同分类方法建立大米品种分类模型的性能,对比试验结果表明,改进型DCGAN数据增强结合一维卷积神经网络（one-dimensional convolution neural network,1D-CNN）分类算法所建模型面向测试集的准确率最高,为98.21%,为简便准确的大米品种检测方案提供了新思路。     

基于可见/近红外光谱的菠萝水心病无损检测

水心病近年严重危害菠萝产业,探究一种菠萝水心病的无损检测方法对保证上市果品、指导采后处理、促进产业提升具有重要意义。该研究采用自行搭建的菠萝可见/近红外光谱无损智能检测平台,考虑实际应用成本与效果,搭载覆盖不同波段（400～1 100、900～1 700和400～1 700 nm）的检测器对菠萝样本进行采样,随后人工标定水心病发生程度。研究结果表明,3种不同光谱波段对菠萝水心程度检测的较优方法均为：采用全波段进行多项式平滑（Savitzky Golay,SG）处理,再进行标准正态变量校正（Standard Normal Variate,SNV）,最后结合概率神经网络（Probabilistic Neural Network,PNN）建模识别。其中,400～1 100 nm所建模型对菠萝水心病训练集的回判正确率为98.51%,对验证集的检测正确率为91.18%;900～1 700 nm所建模型对菠萝水心病训练集的回判正确率为100%,对验证集的检测正确率为62%;400～ 1 700 nm所建模型对菠萝水心病训练集的回判正确率为100%,对验证集的检测正确率为91.18%。主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）和偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）分析结果均显示,采用400～ 1 700 nm能轻微提升400～1 100 nm的检测效果。综合考虑实际应用成本与效果,实际应用建议采用400～1 100 nm光谱结合SG + SNV + PNN对菠萝水心病进行识别。研究结果证明可见/近红外光谱技术可为菠萝水心病无损、快速、智能检测提供有效的解决方案,为相关领域提供参考。     

应用伽马射线和可见近红外光谱测定土壤容重

现有的土壤容重测定方法存在诸多不足,不能满足快速发展的精准农业、生态环境模拟、土壤碳储量估算等对大量、准确容重数据的需求。鉴于此,有研究提出γ射线衰减与可见-近红外并用测定土壤容重的方法,并成功地将该方法应用于土壤碳储量估算中,得到了较好的应用结果。为了检验该方法在我国南方丘陵区土壤容重测定上的准确性和适用性,本研究采集了广西南宁丘陵区的土壤样品,使用该方法计算出土壤容重,并与传统环刀采样烘干称重法的容重结果进行比较。结果表明,两者测定的土壤容重具有较高的回归决定系数,R~2可达0.92,且两者间的均方根误差较低,仅占土壤容重平均值的4.48%。因此,本研究认为,γ射线衰减与可见-近红外并用测定土壤容重在我国南方丘陵区有较好的准确性和适用性。     

可见/近红外光谱快速鉴别米粉辐照剂量

为了实现对不同剂量辐照处理后米粉的快速鉴别,提出了一种基于可见-近红外光谱技术的快速、无损检测方法。试验先利用不同剂量的60Coγ-射线对米粉进行辐照处理,得到了4种样品共200个样本。再应用ASD可见-近红外光谱仪获取所有样本的反射光谱数据,并采用主成分分析方法对数据进行聚类分析,将提取的前6个主成分作为BP神经网络的输入值,建立不同米粉样品的鉴别模型。结果表明,在设定偏差标准为±0.1的情况下,利用该模型对预测集样本进行鉴别,识别率达到100%。该文提出的方法具有很好的分类和鉴别作用,为快速鉴别米粉类产品是否经辐照灭菌及处理剂量等提供了新的技术方法。     

可见/近红外光谱结合遗传算法无损检测牛肉pH值

为了实现牛肉在整个货架期内(4℃环境)pH值的无损快速检测,该文采用可见/近红外光谱技术并结合遗传算法(GA,genetic algorithm),搭建了可见/近红外光谱检测系统,采集储藏在4℃下1～18d的120个牛肉样品400～1700nm范围的光谱,用不同预处理方法处理,并分别建立全波段光谱和经过遗传算法提取有效光谱的预测牛肉pH值的多元线性回归(MLR,multiple linear regression)模型、偏最小二乘回归(PLSR,partial least-squares regression)模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM,least square-support vector machine)模型。结果表明,多元散射校正(MSC,multiplicatives catter correction)结合Savitzky-Golay(SG)平滑为最佳预处理方法,遗传算法提取光谱后所建模型的预测精度均高于全波段光谱所建模型,其中LS-SVM为最佳预测模型,其预测相关系数和标准差分别为0.935和0.111,相比全波段LS-SVM模型预测,精度得到了提高。研究表明可见/近红外光谱技术结合遗传算法所建LS-SVM预测模型能够实现4℃下牛肉整个货架期内pH值的无损快速检测。该研究为进一步开发实用的牛肉pH值无损快速检测设备提供依据。     

基于可见/短波近红外光谱检测结球甘蓝维生素C含量

维生素C是人类必需的营养素,结球甘蓝作为主要蔬菜品种之一富含维生素C。该试验利用可见/短波近红外光谱分析技术,开展结球甘蓝维生素C含量的快速检测方法研究。首先通过Kennard-Stone(K-S)法将样本按照6:1划分为校正集(60个样本)和验证集(11个样本),分别利用反射率和吸光度的原始光谱、一阶导数(first derivative,FD)和二阶导数(second derivative,SD)光谱预处理后对应的6个数据集,建立偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归模型。针对最优光谱预处理方法处理后的光谱,设置5个置信水平(0.95,0.975,0.99,0.995,0.999 5),利用逐步回归(stepwise regression,SR)进行建模波长选择,以各置信水平对应的各组优选波长进行多元线性回归建模。结果表明:利用FD光谱预处理方法可以提高PLS回归模型精度,验正集R~2从处理前的0.85提高到0.96,是该研究的最佳光谱数据预处理方法。利用降维后的7个主成分继续建立PLS回归模型,校正集R~2为0.92,交互验证均方根误差(root mean squared error of cross validation,RMSECV)为0.658 0 mg/100 g,验证集R~2为0.96,预测均方根误差(root mean squared error of prediction,RMSEP)为1.620 4 mg/100 g。PLS回归模型预测维生素C含量,检测精度高,可以代替传统检测方法,为结球甘蓝的品质评定提供一种新的途径。进一步分别应用8,6,5个优选波长进行多元线性回归建模,校正集R~2平均为0.78,RMSECV平均为3.760 9 mg/100 g,验证集R~2平均为0.73,RMSEP平均为2.879 2 mg/100 g,虽然R~2有所降低,但波长点少,利用较少的波长变量来预测维生素C含量,降低模型复杂度,可以为便携式检测仪器开发提供技术支持,以提高结球甘蓝内部品质评定作业效率。     

基于近红外光谱技术的淡水鱼品种快速鉴别

为探索淡水鱼品种的快速鉴别方法,该文应用近红外光谱分析技术,结合化学计量学方法,对7种淡水鱼品种的判别分类进行了研究。采集了青、草、鲢、鳙、鲤、鲫、鲂等7种淡水鱼,共665个鱼肉样品的近红外光谱数据,经过多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、正交信号校正(orthogonal signal correction,OSC)、数据标准化(standardization,S)等20种方法预处理,在1 000~1 799 nm范围内分别采用偏最小二乘法(partial least square,PLS)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和BP人工神经网络技术(back propagation artificial neural network,BP-ANN)、偏最小二乘法和BP人工神经网络技术对7种淡水鱼原始光谱数据进行了鉴别分析。结果表明,近红外光谱数据,结合主成分分析和BP人工神经网络技术建立的淡水鱼品种鉴别模型最优,模型的鉴别准确率达96.4%,对未知样本的鉴别准确率达95.5%。模型具有较好的鉴别能力,采用该方法能较为准确、快速地鉴别出淡水鱼的品种。     

脐橙果皮镉铅含量激光诱导无损检测试验

为了验证激光诱导击穿光谱(LIBS)快速无损检测农产品中重金属污染物的可行性,对赣南脐橙样品进行了实验室镉铅污染处理。首先对样品LIBS试验参数进行了优化分析,根据美国NIST(National Institute of Standards and Technology)原子光谱数据库,确定试验用的最佳特征谱线位置分别为Cd226.502nm和Pb405.783nm。观测了光谱信噪比和强度随着延迟时间和激光能量的变化规律,综合考虑结果表明,最佳延迟时间和激光能量分别为1300ns和130mJ。利用优化的LIBS试验参数对镉(Cd)和铅(Pb)元素的光谱信息进行了采集。同时,采用原子吸收分光光度计对脐橙表皮中镉铅元素的真实浓度进行了检测,建立了镉铅元素特征谱线强度与真实浓度之间的关系模型,相关系数分别为0.94669和0.96059。由定标模型得到镉铅元素的检测限分别为17.375和22.782μg/g。为了验证模型的准确性,采用3个样品做了定标曲线反演分析,预测值与真实值之间的相对误差保持在10%左右。试验结果表明,LIBS技术能应用于农业安全方面的农产品重金属Cd、Pb的快速无损检测。     

赣南脐橙园土壤全磷和全钾近红外光谱检测

为建立一种能够同时快速检测土壤全磷和全钾的定量估计模型,该文采用近红外漫反射技术对赣南脐橙果园的土壤进行研究,对56个土样风干、过筛,然后进行光谱采集和化学分析。光谱经过Savitzky-Golay平滑后再用一阶微分变换的方法进行预处理,分别应用偏最小二乘回归（partial least square regress PLS）、主成分回归（principal component regression PCR）和最小二乘支持向量机（least squares support vector machine LS-SVM）3种方法,在4 000～7 500 cm-1波数范围内,建立赣南脐橙果园土壤全磷和全钾快速定量检测模型。结果发现在建立土壤全磷模型时,PLS和PCR的预测模型效果均不理想,但LS-SVM建立的模型较为理想, 其预测相关系数（correlation coefficient of prediction RP）为0.884,预测集均方根误差（the root mean square error of prediction RMSEP）为0.341,预测相对分析误差（residual predictive deviation RPD）为2.59。在建立土壤全钾模型时,PLS、PCR和LS-SVM 建立3种模型效果均理想,其中以LS-SVM模型最理想,其预测相关系数（RP）为0.971,预测集均方根误差（RMSEP）为0.714,预测相对分析误差（RPD）为5.12。研究表明,采用LS-SVM建立的土壤全磷和全钾模型对实现土壤全磷和全钾含量快速检测具有可行性。     

鱼粉中肉骨粉的可见-近红外光谱快速定性判别方法（简报）

为了能更加快速准确的定性判别鱼粉中是否掺有肉骨粉（MBM）,该文收集中国常用的鱼粉和肉骨粉,制备定标集样品201个,其中111个为掺有不同肉骨粉质量分数（1%～33%）的样品,90个为纯鱼粉,并独立制备113个验证集样品,其中74个为掺有不同肉骨粉质量分数（1%～33%）的样品,39个为纯鱼粉。在400～2 498 nm波长范围内进行光谱扫描,选择合适的光谱预处理方法和光谱范围,采用DPLS方法建立判别分析模型。建立的判别分析模型：数学预处理方法为2-8-6-1,散射校正方法为变量标准化处理（SNV）,光谱范围为全谱（408～ 2 492 nm）,定标模型的正确判断率为95.7%,外部验证正确判断率为95.6%,对于掺入量≥5%MBM时,正确判断率为100%。研究结果证明近红外反射光谱可以提供一种快速鉴别鱼粉中MBM的方法。     

基于近红外光谱技术的茶油原产地快速鉴别

为研究茶油原产地溯源问题,维护其市场秩序,促进公平竞争。该文利用近红外光谱技术采集湖南、江西、安徽和浙江4个不同产地茶油的光谱数据,并运用 Savitzky-Golay 平滑（savitzky-golay, SG）、多元散射校正（multiplicative scatter correction, MSC）、一阶导数（first derivation, FD）和矢量归一化（vector normalization, VN）等4种方法对其进行预处理。采用偏最小二乘法（partial least squares, PLS）提取最佳主成分,构建 PLS 回归模型;同时,采用主成分分析（principal component analysis, PCA）和 PLS 算法提取最佳主成分,作为 BP 人工神经网络（BP artificial neural network, BPANN）输入变量,构建 PCA-BPANN 和 PLS-BPANN 模型。以验证集相关系数 RP 和验证集均方根误差 RMSEP 为模型的评价指标,分别优选最佳 PLS 和 BPANN 模型。试验结果表明,SG-PLS-DA 和 SG-PLS-BPANN-DA 模型对未知样本的整体分类准确率均大于90%。其中,SG-PLS-BPANN-DA 的鉴别效果优于前者,其建模集相关系数 RC、均方根误差 RMSEC 分别为0.974、0.170,验证集相关系数 RP、均方根误差 RMSEP 分别为0.972、0.172,对上述两类样本集的总体分类准确率分别为98.15%、95.83%,该模型能较准确鉴别茶油原产地。研究结果可为快速辨别茶油原产地提供参考。     

基于变量选择的蚕茧茧层量可见-近红外光谱无损检测

以蚕茧茧层量为研究对象,研究了基于可见-近红外光谱技术的蚕茧茧层量无损检测方法。采用最小二乘支持向量机（least square-support vector machine,LS-SVM）建立可见-近红外光谱模型。采用无信息变量消除算法（uninformative variable elimination, UVE）与连续投影算法（successive projections algorithm, SPA）相结合选取光谱有效波长。结果表明,基于UVE-SPA法进行变量选择,最终将原始光谱的600个光谱变量减少到了8个（673,937,963,982,989,992,995和1 008 nm）。基于此8个变量建立的LS-SVM模型得到了预测集的确定系数（Rp2）为0.5354,误差均方根（RMSEP）为0.0373的预测结果。表明可见-近红外光谱可以用于对蚕茧的茧层量进行无损检测,同时UVE-SPA是一种有效的光谱变量选择方法。     

紫花苜蓿幼苗耐盐性的近红外光谱鉴定

紫花苜蓿幼苗耐盐性快速鉴定对于耐盐种质资源筛选和耐盐新品种选育具有重要意义。脯氨酸和丙二醛是表征植物耐盐性的两种重要生化指标。研究应用便携式近红外仪和近红外光谱分析技术,结合偏最小二乘回归法,研究了40个不同紫花苜蓿品种幼苗耐盐性的脯氨酸和丙二醛含量,建立了新鲜样品和干燥样品的近红外漫反射光谱定量分析模型。研究结果表明：脯氨酸、丙二醛的近红外漫反射光谱分析效果均较好,校正模型决定系数R2 和验证集样品预测值与常规分析测定值的验证决定系数r2都大于0.85,两种样品脯氨酸的相对分析误差RPD值分别为1.72     

可见-近红外光谱联合随机蛙跳算法检测生物柴油含水量

生物柴油是一种优质清洁柴油,可从各种生物质中提炼,其特有的优势受到越来越广泛的关注。该文应用可见-近红外光谱技术原理对生物柴油的含水率进行了检测。配置含水率分别为0、2.5%、5.0%、7.5%和10.0%的试验样品并获取可见-近红外光谱,进行主成分分析,观察不同含水率生物柴油的聚类性,并采用Random Frog算法进行特征波段的提取,最后采用随机蛙跳算法(Random Frog)挑选出的特征波段作为偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)和最小二乘支持向量机(least squares-support vector machine,LS-SVM)模型的输入量,建立生物柴油含水量的预测模型。结果发现:采用Random Frog提取出的8条特征波段(563、560、642、565、562、493、559和779 nm)所建立非线性模型LS-SVM所得到的结果较好,其中Random Frog-LS-SVM的结果中R均大于0.95,校正集均方根误差RMSEC=0.722,预测集均方根误差RMSEP=0.520。结果表明采用Random Frog-LS-SVM模型可以准确的预测生物柴油的含水量,为实际应用提供参考。     

茶叶咖啡碱近红外光谱模型简化方法

该文以茶叶为研究对象,以近红外光谱分析技术快速检测茶叶中的咖啡碱含量为目的,采用一种小波包分析-移动窗口偏最小二乘法（WPA-MWPLS）的处理光谱数据方法,即利用小波包精细的多层分解功能扣除背景、降低噪声的影响,利用移动窗口偏最小二乘法（MWPLS）挑选与茶叶中咖啡碱相关性较大的波数区间使用偏最小二乘法建立校正模型。与只经过Savitzky–Golay预处理后直接利用PLS所建模型相比,采用小波包分析-移动窗口偏最小二乘法使得预测相关系数R由0.9170提高到了0.9625;预测均方差RESEP由0.3071下降为0.2463。该结果表明：该方法具有预处理简单、优选参数和建模变量少等特点,能在很大程度上简化建模过程、提高建模和分析速度。