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基于ICO-SPA特征提取的近红外高光谱小麦赤霉病粒呕吐毒素含量预测 预览
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作者 丁静 梁琨 +2 位作者 韩东燊 徐剑宏 沈明霞 《麦类作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期867-876,共10页
为实现小麦呕吐毒素含量快速检测,采集了120个小麦赤霉病籽粒样本的高光谱图像,分别使用连续投影算法(SPA)、区间组合优化结合连续投影算法(ICO-SPA)对1000~2500nm范围的光谱进行特征波段提取,结合偏最小二乘回归(PLSR)、多元线性回归(M... 为实现小麦呕吐毒素含量快速检测,采集了120个小麦赤霉病籽粒样本的高光谱图像,分别使用连续投影算法(SPA)、区间组合优化结合连续投影算法(ICO-SPA)对1000~2500nm范围的光谱进行特征波段提取,结合偏最小二乘回归(PLSR)、多元线性回归(MLR)和最小二乘支持向量机回归(LS-SVR)模型比较了基于三种特征变量输入的模型预测效果。结果表明,ICO-SPA提取出的22个特征波段能够反映病粒样本中淀粉、蛋白质、脂肪、纤维素等大分子含量的差异,比单独使用SPA可多提取淀粉含量信息,少提取已经被控制在同一水平的水分含量信息,能更全面真实地反映小麦感染赤霉病后内部大分子成分含量的变化,同时减少水分含量信息对近红外模型的干扰。基于ICO-SPA所选变量的建模效果优于SPA,其中以ICO-SPA-MLR效果最优,预测集相关系数、均方根误差和相对分析误差分别为0.921、0.375mg·kg^-1和2.789。这说明基于近红外高光谱技术结合ICO-SPA-MLR进行小麦赤霉病籽粒呕吐毒素定量检测是可行的。 展开更多
关键词 近红外高光谱 呕吐毒素 定量检测 区间组合优化算法 连续投影算法
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应用间隔随机蛙结合连续投影算法检测橡胶树叶片氮含量 预览
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作者 陈伟 李创 唐荣年 《河南科技大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2019年第5期51-56,M0005共7页
研究了基于可见/近红外光谱技术的橡胶树叶片氮含量无损检测方法。总共采集了176个橡胶树叶片样本,以350~2 500 nm的可见/近红外数据作为试验数据。首先,采用一种新颖的间隔随机蛙(iRF)算法选择交互验证均方根误差(RMSECV)最小的波长间... 研究了基于可见/近红外光谱技术的橡胶树叶片氮含量无损检测方法。总共采集了176个橡胶树叶片样本,以350~2 500 nm的可见/近红外数据作为试验数据。首先,采用一种新颖的间隔随机蛙(iRF)算法选择交互验证均方根误差(RMSECV)最小的波长间隔组合;然后,采用连续投影算法(SPA)进一步选择特征波长;最后,将选出的特征波长作为输入变量,建立偏最小二乘法(PLS)模型。研究结果表明:通过两步策略进行波长选择,iRF算法粗选,从全光谱2 151个变量中筛选出714个,再采用SPA算法细选,从714个变量中进一步筛选出20个最优变量,降低了信息冗余,变量数减少了99.07%。建立的简化模型结果校正均方根误差(RMSEC)、校正相关系数(Rc)、预测均方根误差(RMSEP)、预测相关系数(Rp)分别为0.091 3%、0.956 5、0.123 8%和0.901 8,比PLS、间隔偏最小二乘法(iPLS)、iRF算法和SPA有更低的均方根误差和更高的相关系数。因此,iRF-SPA可以作为一种策略的波长选择方法用于检测橡胶树叶片氮含量。 展开更多
关键词 橡胶树叶片 氮含量 波长选择 间隔随机蛙算法 连续投影算法
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微分光谱连续小波系数估测雅氏落叶松尺蠖危害下的落叶松失叶率 预览
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作者 黄晓君 颉耀文 +3 位作者 包玉海 包刚 青松 包玉龙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2732-2738,共7页
害虫引起的林木失叶会严重威胁森林健康。森林虫害遥感监测与评价中快速、准确获取失叶信息十分重要。基于此,针对雅氏落叶松尺蠖引起的落叶松失叶灾象,在蒙古国开展受害林木光谱测量和失叶率估测试验。首先通过光谱实测数据的处理,得... 害虫引起的林木失叶会严重威胁森林健康。森林虫害遥感监测与评价中快速、准确获取失叶信息十分重要。基于此,针对雅氏落叶松尺蠖引起的落叶松失叶灾象,在蒙古国开展受害林木光谱测量和失叶率估测试验。首先通过光谱实测数据的处理,得到微分光谱反射率(DSR,对光谱反射率求一阶导数)和微分光谱连续小波系数(DSR-CWC,利用Biorthogonal,Coiflets,Daubechies和Symlets等4种小波系的36个母小波基函数对DSR进行连续小波变换),分析DSR和DSR-CWC对失叶率的敏感性,进而借助MATLAB的Findpeaks(Fp)函数自动寻找DSR和DSR-CWC的敏感波段并确定其对应的敏感特征,然后利用连续投影算法(SPA)对敏感特征进行降维处理,最后利用敏感特征建立偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVMR)失叶率估测模型,并与逐步多元线性回归(SMLR)模型进行比较。研究结果表明:①DSR-CWC与DSR相比,对失叶率变化的敏感性更显著且敏感波段亦较多,其敏感波段主要分布于三个吸收谷(440~515,630~760和1420~1470nm)和三个反射峰(516~620,761~1000和1548~1610nm)范围内。说明DSR-CWC能够增强光谱反射和吸收特征。②Fp与SPA结合模式(Fp-SPA)不仅能够快速、客观选择敏感特征,而且对特征有效降维,是一种光谱敏感特征选择的有效方法。③4种小波系的最优母小波基分别为bior2.4,coif2,db1和sym6,其中db1的失叶率估测性能最稳定,精度最高。④对DSR进行连续小波变换能够提高失叶率估测精度,在DSR-CWC中db1-PLSR模型(R2M=0.9340,RMSEM=0.0890)提高的最为显著,比DSR-PLSR的R2M提高了0.0475并且比DSR-PLSR的RMSEM降低了0.0249。⑤利用DSR-CWC建立的PLSR和SVMR模型估测精度类似,其精度优于SMLR模型。可见,DSR-CWC比DSR失叶率估测更有潜力,可为森林虫害遥感监测中提供重要参考。 展开更多
关键词 雅氏落叶松尺蠖 落叶松失叶率 微分光谱连续小波系数 Findpeaks函数 连续投影算法
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基于高光谱成像的牧草粗蛋白含量检测研究 预览
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作者 高睿 李泽东 +3 位作者 马铮 孔庆明 Muhammad Rizwan 苏中滨 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3245-3250,共6页
粗蛋白(CP)是评价牧草营养价值和品质参数的关键指标。快速、准确地对牧草中粗蛋白含量进行评估在畜牧业生产研究中具有重要意义。为确定牧草粗蛋白含量的高光谱特征波段及最优检测模型,研究分别于2017年5月至9月间在黑龙江省杜尔伯特... 粗蛋白(CP)是评价牧草营养价值和品质参数的关键指标。快速、准确地对牧草中粗蛋白含量进行评估在畜牧业生产研究中具有重要意义。为确定牧草粗蛋白含量的高光谱特征波段及最优检测模型,研究分别于2017年5月至9月间在黑龙江省杜尔伯特自治区的人工牧草场(羊草)内每月随机选取35个样本,5个月共采集175个样本。采样时在样本点处放置1m×1m的样方,将样方内所有牧草全部齐地面收割采集后称重并冷藏保存。将样本带回实验室后,立即进行牧草叶片高光谱图像采集,同时采用凯氏定氮法对采集的牧草样本进行粗蛋白化学值测定,以此建立牧草粗蛋白含量高光谱数据集。研究首先通过Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)、变量标准化(SNV)、一阶导数(1-Der)和直接正交信号校正(DOSC)方法5种预处理方法对高光谱数据进行处理后分别建立偏最小二乘回归(PLSR)检测模型,从中确定最优预处理方法。利用最优预处理结果,分别采用连续投影算法(SPA)和随机蛙跳算法(RF)进行牧草粗蛋白含量的特征波段选择,并利用选择结果分别进一步建立PLSR模型,以此确定适合粗蛋白含量的特征波段选择方法,确定最优高光谱检测模型。结果表明,在五种高光谱预处理方法中,基于SNV方法预处理后所建立的高光谱PLSR模型表现最优(R2-P=0.929,RMSE-P=6.344mg·g^-1,RPD=4.204)。利用连续投影算法筛选的粗蛋白含量特征波长为30个,分布于530~700和940~1000nm范围内。经随机蛙跳算法确定的粗蛋白含量特征波段为6个,分别为826.544,827.285,828.766,971.012,972.494和973.235nm。因此,该研究中牧草粗蛋白含量最优高光谱检测模型为SNV-RF-PLSR(R2-P=0.933,RMSE-P=6.034mg·g^-1,RPD=4.322),模型精度较高。该研究结果为牧草粗蛋白含量的高光谱检测提供了最优模型和理论基础,同时为指导草业生产开拓了新的技术思路。 展开更多
关键词 牧草 粗蛋白 高光谱成像 连续投影算法 随机蛙跳算法
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近红外光谱结合不同变量筛选方法用于黄芩提取过程中黄芩苷含量预测
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作者 刘雪松 张丝雨 +7 位作者 赵曼茜 王钧 李页瑞 代军 滕传震 柯潇 陈勇 吴永江 《药学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期138-143,共6页
近红外光谱技术(NIRS)结合化学计量学可以实现中药过程分析中的快速定量,变量筛选算法的应用可以有效去除光谱中的冗余信息并筛选出与成分信息相关的关键变量,与全光谱模型相比可以显著降低模型复杂度,并提高预测精度。本文将近红外光... 近红外光谱技术(NIRS)结合化学计量学可以实现中药过程分析中的快速定量,变量筛选算法的应用可以有效去除光谱中的冗余信息并筛选出与成分信息相关的关键变量,与全光谱模型相比可以显著降低模型复杂度,并提高预测精度。本文将近红外光谱技术结合不同变量筛选算法用于黄芩提取过程黄芩苷含量的快速测定,基于SPXY法划分数据集,采用竞争自适应加权重采样法(CARS)、随机青蛙算法(RF)、连续投影算法(SPA) 3种不同变量筛选方法,以偏最小二乘法(PLS)为基础,建立并比较了黄芩药材提取过程黄芩苷含量的定量校正模型。经CARS法、RF法和SPA法分别筛选出92、10、17个变量, CARS-PLS法建立的黄芩苷模型具有最佳性能, CARS法筛选的关健变量与指标成分黄芩苷的化学结构也有着较好的对应关系。模型的校正均方根误差(RMSEC)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.528 2和0.720 2,与全光谱模型相比,模型的校正集相关系数(Rc)从0.917 0上升到0.979 9,相对预测偏差(RSEP)从10.58%降低到5.59%。 展开更多
关键词 近红外光谱 变量筛选 黄芩苷 竞争自适应加权重采样 随机青蛙算法 连续投影算法 偏最小二乘法
SPA-PLS的高含水原油近红外光谱含水率分析 预览
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作者 韩建 李雨昭 +2 位作者 曹志民 刘强 牟海维 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期3452-3458,共7页
准确及时的检测原油含水率对注水策略调整、原油开采能力评估、油井开发寿命预测等均具有重要意义。然而,当前我国大多数油田均已进入高含水的开发中晚期,含水率测量难度大且准确率不高。在此背景下,开展了高含水情况下利用近红外光谱... 准确及时的检测原油含水率对注水策略调整、原油开采能力评估、油井开发寿命预测等均具有重要意义。然而,当前我国大多数油田均已进入高含水的开发中晚期,含水率测量难度大且准确率不高。在此背景下,开展了高含水情况下利用近红外光谱进行原油含水率测量的研究。首先介绍了目前原油含水率检测的常用方法,分析了它们的优劣。理论上,由于水的近红外光吸收带与原油中C—H键的吸收带有明显区别,根据Lambert-Beer吸收定律和吸光度线性叠加定律可知,不同含水率高含水原油近红外光谱会存在较强响应差异。为此,对高含水原油进行近红外光谱检测,建立原油含水率与近红外光谱响应间的非线性映射模型,可实现高含水原油含水率的精确测量。为了验证该方法的有效性,搭建了近红外光谱数据采集实验装置:采用白炽灯作为光源,经过光路调节成平行光后垂直射入样品池,用近红外光谱仪(海洋光学NIR512)采集光谱用于分析。其中,接收光谱仪带宽为900~1 700nm,平均分成512个波段。光谱数据利用光谱仪配套软件储存在电脑中。样本采用相同厚度不同比例的油水混合物,样本含水率范围为70%~99%,共采集数据60组,每组重复3次取平均值。得到原始数据后,先进行原始数据预处理,以减少数据采集时来自高频随机噪音及温度不稳定、样本不均匀、基线漂移、光散射等不利因素的影响。分别选用了S-G滤波、一阶导数和S-G滤波+一阶导数作为数据预处理的方法,利用连续投影算法(SPA)对光谱数据进行降维,并利用偏最小二乘法(PLS)和多元线性回归(MLR)进行建模,模型精度通过计算均方根误差值(RMSE)和相关系数(r)来验证。对比发现,使用S-G滤波+一阶导数建立的模型RMSE值最小(RMSE=0.007 0,r=0.9983)。使用SPA降维后的模型要优于全波段PLS模型(RMSE=0.083 3,r=0.920 6)与MLR模型(RMSE=0.099 9 展开更多
关键词 近红外光谱 高含水率原油 连续投影算法 偏最小二乘法
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基于高光谱的水稻叶片氮素营养诊断研究 预览
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作者 杨红云 周琼 +3 位作者 杨珺 孙玉婷 路艳 殷华 《浙江农业学报》 CSCD 北大核心 2019年第10期1575-1582,共8页
为快速、准确地实现水稻氮素营养诊断,以中嘉早17水稻为试验对象,设置4种施氮水平的水稻栽培试验,利用便携式地物波谱仪获取240组水稻分蘖期顶三叶在350~2500nm的光谱数据。随机将样本划分为训练集(160个样本)和测试集(80个样本)。首先... 为快速、准确地实现水稻氮素营养诊断,以中嘉早17水稻为试验对象,设置4种施氮水平的水稻栽培试验,利用便携式地物波谱仪获取240组水稻分蘖期顶三叶在350~2500nm的光谱数据。随机将样本划分为训练集(160个样本)和测试集(80个样本)。首先,通过多元散射校正(MSC)、变量标准化校正(SNV)、平滑算法(SG)3种方法分别对原始光谱进行预处理;然后,采用主成分分析(PCA)和连续投影算法(SPA)对预处理后的光谱进行特征降维,选取累积贡献率超过99.98%的前24个主成分作为模型的输入变量,对于经过MSC、SNV和SG处理后的光谱数据,还分别筛选出12、15、19个特征波长;最后,应用支持向量机(SVM)基于上述处理分别建立水稻氮素营养诊断模型。结果表明,采用MSC-PCA-SVM模型进行水稻氮素营养诊断的识别准确率最高,其在训练集和预测集上的准确率分别达99.38%和97.50%。 展开更多
关键词 水稻叶片 氮素营养诊断 高光谱 主成分分析 连续投影算法 支持向量机
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基于高光谱成像技术的三文鱼肉脂肪含量可视化研究 预览
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作者 章海亮 代启 +2 位作者 叶青 刘雪梅 罗微 《江苏农业科学》 2019年第18期220-223,共4页
采用高光谱成像技术实现三文鱼的脂肪含量检测,并基于Matlab编程语言实现三文鱼肉脂肪含量分布的可视化。将5条整鱼按照相同切分规则切分成100个三文鱼样本,并分别采集100个样本的高光谱成像数据,在此基础上,提取每个样本感兴趣区域的... 采用高光谱成像技术实现三文鱼的脂肪含量检测,并基于Matlab编程语言实现三文鱼肉脂肪含量分布的可视化。将5条整鱼按照相同切分规则切分成100个三文鱼样本,并分别采集100个样本的高光谱成像数据,在此基础上,提取每个样本感兴趣区域的光谱数据。利用偏最小二乘(PLS)模型,对100个样本的光谱数据进行三文鱼脂肪建模分析,其中75个样本组成建模集,25个样本组成预测集,分析结果显示,预测集决定系数为0.913,均方根误差(RMSEP)为0.921%。为简化模型,对全谱利用连续投影算法(SPA)提取特征波长,然后基于特征波长建立PLS模型,模型预测集的决定系数为0.913,均方根误差为0.920%,说明模型得到简化的同时,精度并没有降低。最后采用Matlab语言编程对三文鱼的脂肪含量进行可视化研究,结果显示,基于Matlab语言编程可以很形象地表达三文鱼的脂肪含量分布。 展开更多
关键词 三文鱼 脂肪含量分布 偏最小二乘(PLS)模型 连续投影算法 可视化表达
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基于连续投影算法与BP神经网络的玉米叶片SPAD值高光谱估算 预览
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作者 董哲 杨武德 +3 位作者 朱洪芬 郭琪 王子轩 白建伟 《山西农业科学》 2019年第5期751-755,共5页
叶片叶绿素含量是评价作物生长状况的重要指标。为实现玉米叶片叶绿素含量的准确、高效高光谱估测,以玉米大田试验为基础,于7月1日(大喇叭口期)、7月19日(灌浆初期)和8月18日(腊熟期)利用ASD高光谱仪和便携式叶绿素仪(SPAD-502)分别测... 叶片叶绿素含量是评价作物生长状况的重要指标。为实现玉米叶片叶绿素含量的准确、高效高光谱估测,以玉米大田试验为基础,于7月1日(大喇叭口期)、7月19日(灌浆初期)和8月18日(腊熟期)利用ASD高光谱仪和便携式叶绿素仪(SPAD-502)分别测定了玉米叶片高光谱数据和叶绿素含量相对值SPAD;利用连续投影算法提取出玉米叶片光谱的特征波长,再用BP神经网络构建SPAD值的估算模型,并对模型进行验证。结果表明,3个日期的分段监测模型及统一监测模型的R2分别为0.885,0.900,0.675,0.827;RMSE分别为2.156,2.103,3.236,2.651;7月1日模型、7月19日模型和统一监测模型均具有较高的精度,同时检验模型RPD均大于2,具有很好的预测能力;而8月18日的监测模型表现较差(RPD=1.641),但也达到可用水平。表明利用连续投影算法结合BP神经网络可以进行玉米叶片SPAD值的高光谱估算。 展开更多
关键词 高光谱 玉米叶片 SPAD值 连续投影算法 BP神经网络
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基于分数阶微分和连续投影算法-反向传播神经网络的小麦叶片含水量高光谱估算
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作者 吾木提·艾山江 买买提·沙吾提 马春玥 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第15期243-251,共9页
为了探索分数阶微分在高光谱估算小麦叶片含水量上的可行性,在农田尺度上,利用春小麦野外光谱数据与实测叶片含水量数据,以0.2阶为步长,计算光谱0~2阶微分,并分析其与小麦叶片含水量的相关性,再利用连续投影算法(SPA)从通过0.01水平显... 为了探索分数阶微分在高光谱估算小麦叶片含水量上的可行性,在农田尺度上,利用春小麦野外光谱数据与实测叶片含水量数据,以0.2阶为步长,计算光谱0~2阶微分,并分析其与小麦叶片含水量的相关性,再利用连续投影算法(SPA)从通过0.01水平显著性检验的波段中筛选出估算叶片含水量的最佳波段组合,并建立估算春小麦叶片含水量的反射传播(BP)神经网络模型。结果表明:分数阶微分可以细化小麦叶片含水量与光谱数据相关性的变化趋势;分数阶微分处理后,相关系数通过0.01水平显著性检验的波段数量呈现先增后减的趋势,在不同的波段范围内,分数阶微分的最佳阶数也有所不同;SPA筛选出的敏感波段基本上集中在红光、近红外波段范围内,1.2阶微分后水分敏感波段数最多,达到13个;所建立的模型中,基于1.8阶微分建立的6-4-1结构的BP神经网络模型为最佳模型,其建模组均方根误差为0.701,决定系数为0.751,验证组的均方根误差为0.227,决定系数为0.917,相对分析误差为3.253,说明了分数阶微分后的模型稳定性和预测能力较整数阶微分得到明显的提升,可为高光谱定量反演春小麦叶片含水量提供参考。 展开更多
关键词 光谱学 分数阶微分 连续投影算法 叶片含水量 春小麦 高光谱估算
紫外-可见光谱法定量检测牛乳中大肠杆菌总数
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作者 司绍博 周真 +2 位作者 杨旭 盖建新 王晓莹 《分析试验室》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期782-786,共5页
采用紫外-可见光谱技术对牛乳中大肠杆菌总数进行定量分析。采用标准正态校正法(SNV)对原始光谱数据进行预处理,消除基线漂移和光散射引起的噪声干扰;利用X-Y共生矩阵算法(SPXY)实现样本集的合理分配,以提高模型预测性能;使用连续投影算... 采用紫外-可见光谱技术对牛乳中大肠杆菌总数进行定量分析。采用标准正态校正法(SNV)对原始光谱数据进行预处理,消除基线漂移和光散射引起的噪声干扰;利用X-Y共生矩阵算法(SPXY)实现样本集的合理分配,以提高模型预测性能;使用连续投影算法(SPA)进一步减少数据量,优选出特征波长;利用偏最小二乘法(PLS)建立特征波长对应吸光度值与大肠杆菌总数之间的模型关系,优化后模型的稳定性(R^2原=0. 8857,R^2优=0. 9601)和精度(RM SEP原=0. 1256,RM SEP优=0. 0669)均得到了明显的改善。 展开更多
关键词 紫外-可见光谱 大肠杆菌 标准正态校正 连续投影算法
不同灌水处理下冬小麦地上干生物量的高光谱监测
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作者 杨晨波 冯美臣 +4 位作者 孙慧 王超 杨武德 谢永凯 靖秉翰 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1767-1773,共7页
地上干生物量是反映作物生长发育和产量的重要指标。本试验通过不同的灌溉处理,研究了冬小麦生育期地上干生物量的变化规律,分别利用多元线性回归(MLR)和连续投影算法-MLR(SPA-MLR)构建了冬小麦地上干生物量光谱监测模型。结果表明:拔节... 地上干生物量是反映作物生长发育和产量的重要指标。本试验通过不同的灌溉处理,研究了冬小麦生育期地上干生物量的变化规律,分别利用多元线性回归(MLR)和连续投影算法-MLR(SPA-MLR)构建了冬小麦地上干生物量光谱监测模型。结果表明:拔节期+孕穗期+开花期+灌浆期的灌溉方案有利于生物量积累;基于SPA-MLR构建的预测模型精度均高于MLR预测模型,其中,以开花期模型最优,R~2达到了0.96,RMSE为0.092,验证集的R~2为0.76,RMSE为0.18;综合冬小麦主要生育时期(拔节期至灌浆期)的预测模型的R~2达到了0.64,RMSE为0.30,验证集的R~2为0.54,RMSE为0.26,可以实现拔节期至灌浆期冬小麦地上干生物量的预测。本研究可为利用高光谱遥感技术预测冬小麦地上干生物量提供技术支持。 展开更多
关键词 冬小麦 高光谱 干生物量 连续投影算法 回归分析
基于近红外高光谱成像技术的小麦不完善粒检测方法研究 预览 被引量:1
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作者 刘欢 王雅倩 +5 位作者 王晓明 安冬 位耀光 罗来鑫 陈星 严衍禄 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期223-229,共7页
小麦作为主要的粮食作物在我国农业生产、运输、食品加工等方面占有重要地位。不完善籽粒严重影响了小麦质量与粮食安全。不完善籽粒主要在生产、存储、包装等过程中产生,目前我国小麦质量检测多以人工分选为主,但存在人主观性较强,肉... 小麦作为主要的粮食作物在我国农业生产、运输、食品加工等方面占有重要地位。不完善籽粒严重影响了小麦质量与粮食安全。不完善籽粒主要在生产、存储、包装等过程中产生,目前我国小麦质量检测多以人工分选为主,但存在人主观性较强,肉眼易疲劳,且费时费力等问题,因此,如何快速准确鉴别小麦不完善粒是现阶段提高生产率和保证粮食安全的重要问题。运用高光谱成像技术和特征波段选取方法提出一种快速有效的小麦不完善粒鉴别方法。利用近红外高光谱成像系统获得1 000粒小麦样本在862.9~1 704.2 nm共256个波段的高光谱反射图像,其中包括健康粒、生芽粒、霉变粒和赤霉粒各250粒,提取每个样本感兴趣区域的平均反射率光谱作为分类特征。本文首先对提取的全波段光谱信息进行窗口平滑、一阶导数差分、矢量归一化等数据预处理,将原始光谱数据的隐藏信号放大并消除随机误差;在预处理的基础上运用伪偏最小二乘(DPLS)和正交化线性判别分析(OLDA)对光谱进行特征提取,降低数据的冗余度;最后采用仿生模式识别(BPR)建立四类小麦的鉴别模型。实验结果表明,采用全波段光谱信息建立的小麦不完善粒鉴别模型的平均识别精度达到97.8%,分析结果可知,利用近红外高光谱成像技术的全波段光谱信息对小麦不完善粒鉴别是可行的。尽管全波段光谱信息取得了较好的鉴别效果,但高光谱成像设备较为昂贵,获取高光谱全波段光谱信息数据量较大,无法满足对现场设备运算速度的高要求,因此,采用连续投影算法(SPA)对全波段光谱数据进行特征波段的选择,使波段数量由256维降低到10维,从而提高系统的可行性和运算速度。采用选取的10个特征波段建立小麦不完善粒鉴别模型,实验结果表明10个特征波段的平均识别精度仅为83.2%,分析结果可知,尽管采用10个特征波 展开更多
关键词 小麦不完善粒 高光谱成像技术 连续投影算法 光谱特征 图像特征
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基于光谱仪的杉木表面缺陷检测 预览
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作者 陈旻鹏 陆荣鑑 +2 位作者 徐兆军 周海燕 戴林恩 《林业机械与木工设备》 2019年第1期26-29,33共5页
为了实现对杉木表面缺陷的识别,利用光谱仪对杉木表面节子、裂纹、心材的缺陷以及杉木无缺陷部分进行了检测。在不同波长条件下,利用反射率区分杉木表面缺陷种类,运用连续投影算法对实验所得的反射率数据进行处理与分析,并验证最终检测... 为了实现对杉木表面缺陷的识别,利用光谱仪对杉木表面节子、裂纹、心材的缺陷以及杉木无缺陷部分进行了检测。在不同波长条件下,利用反射率区分杉木表面缺陷种类,运用连续投影算法对实验所得的反射率数据进行处理与分析,并验证最终检测结果。结果显示,在400~800 nm波段下,节子的反射率<心材的反射率<裂纹的反射率<杉木无缺陷部分的反射率,且在545~655nm之间的波段,可以通过对应反射率值对杉木缺陷进行识别;连续投影算法得出的预测模型相关系数为0.76894,预测的均方根误差为0.54635。实验结果表明,基于光谱仪的杉木表面缺陷检测,在同一波段下不同的反射率值对应不同的缺陷,能够实现有效区分不同杉木表面缺陷的目的,优化杉木资源、提高杉木的利用率。 展开更多
关键词 光谱仪 缺陷 反射率 连续投影算法
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基于近红外光谱的红提维生素C含量、糖度及总酸含量无损检测方法 预览
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作者 高升 王巧华 +1 位作者 李庆旭 施行 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期941-949,共9页
建立了基于近红外光谱技术的红提维生素C(Vc)含量、糖度及总酸含量的快速无损检测方法。采集红提样本的光谱数据,分别应用竞争性自适应重加权算法(CARS)、稳定性竞争自适应重加权采样算法(SCARS)和连续投影算法(SPA)进行一次有效特征波... 建立了基于近红外光谱技术的红提维生素C(Vc)含量、糖度及总酸含量的快速无损检测方法。采集红提样本的光谱数据,分别应用竞争性自适应重加权算法(CARS)、稳定性竞争自适应重加权采样算法(SCARS)和连续投影算法(SPA)进行一次有效特征波段提取,对比测量上述3项指标,建立相应偏最小二乘回归模型,并在一次有效特征波段的提取的基础上结合SPA进行二次特征波段的提取,建立相应偏最小二乘回归算法(PLSR)模型。结果表明,二次特征波段建立的PLSR模型的校正集与预测集的相关系数与一次特征波段提取建立的PLSR相关系数相比有较大提高,模型的均方根误差均有所减小。根据二次特征波段提取的最优波段点建立的红提Vc含量、糖度、总酸含量的最优PLSR模型的校正集相关系数分别为0.983、0.982和0.976,预测集相关系数分别为0.975、0.980和0.975。本研究利用较少波段建立稳定模型预测Vc、糖度和总酸含量的方法,大大减少了运行时间,可为后续便携式检测仪和在线动态检测研究提供技术支持。 展开更多
关键词 近红外光谱 红提 内部品质 连续投影算法 偏最小二乘回归法
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基于高光谱图像的黄瓜种子活力无损检测 预览
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作者 王新忠 卢青 +2 位作者 张晓东 吴又新 承银辉 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期1197-1202,共6页
为实现对黄瓜种子的快速、无损检测,以人工老化0 h、36 h、72 h的3个不同活力梯度的黄瓜种子为研究对象,利用波长400~1000 nm的可见光光谱对黄瓜种子活力进行检测。对比了多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)、卷积平滑(S-G)3种预处... 为实现对黄瓜种子的快速、无损检测,以人工老化0 h、36 h、72 h的3个不同活力梯度的黄瓜种子为研究对象,利用波长400~1000 nm的可见光光谱对黄瓜种子活力进行检测。对比了多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)、卷积平滑(S-G)3种预处理方法,结果显示SNV预处理的效果最优。从特征提取和特性选择2个角度进行降维分析。分别使用主成分分析法和连续投影算法,对比各个主成分数的正确分类率,选取最佳的主成分数。通过连续投影算法(SPA)选择9、12、13个特征波长,通过对比分类正确率,选出最佳波长数为12个。最后将提取出的最佳主成分和选择的最佳特征波长作为支持向量机的输入,分别选择线性核函数和径向基核函数,结合网格搜索方法,确定模型的惩罚因子c和径向基核函数中的参数gamma,建立判别分析模型。所有模型分类正确率均达到97.3%以上,其中SPA-SVM(基于RBF核函数)效果最佳,分类正确率达到98.6%。可见,利用高光谱图像技术结合SPA-SVM能有效地鉴别黄瓜种子的活力。 展开更多
关键词 高光谱图像 种子活力 主成分分析 连续投影算法 支持向量机
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基于太赫兹时域光谱技术的红木分类识别 预览
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作者 王远 折帅 +2 位作者 周南 贾培兴 张军国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2719-2724,共6页
提出了一种利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)进行红木分类识别方法。红木价格昂贵,同时由于种类繁多难以识别,导致红木市场以次充好,以假乱真的现象层出不穷,严重扰乱了市场秩序,给生产者和消费者造成巨大的经济损失,传统的红木分类识... 提出了一种利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)进行红木分类识别方法。红木价格昂贵,同时由于种类繁多难以识别,导致红木市场以次充好,以假乱真的现象层出不穷,严重扰乱了市场秩序,给生产者和消费者造成巨大的经济损失,传统的红木分类识别方法难以兼顾准确性和快速性,因此需要研究一种新的方法对现有木材分类识别方法进行补充和发展。相比于传统方法,太赫兹波对红木具有良好的穿透性及指纹特性,在红木的分类识别中有较大的应用潜力。选用5种红木(巴里黄檀、奥氏黄檀、大叶紫檀、小叶紫檀、交趾黄檀)作为试验样品木材。利用THz-TDS系统得到木材的太赫兹时域光谱,通过对五种木材的太赫兹时域光谱进行快速傅里叶变换,得到木材太赫兹频域光谱,并对太赫兹时域光谱提取光学参数,分别得到木材的太赫兹折射率谱和吸收系数谱,结果表明不同种类的木材在时域光谱上具有时间延迟线与振幅的差异,在频域光谱上显示衰减趋势及幅值各不相同,在吸收系数谱中各种类红木吸收峰出现的频段不同,能够直观地展示出各种类木材之间的区别,表明THz-TDS进行红木分类识别具有一定的可行性。利用连续投影算法(SPA)提取吸收系数谱和折射率谱的特征频率,对吸收系数谱260个频率点筛选出28个特征频率点,频段占比10.77%;对折射率谱260个频率点筛选出12个特征频率点,频段占比4.62%。分别建立基于吸收系数谱和折射率谱的随机森林分类模型和支持向量机(SVM)红木分类模型,并对各模型分类结果进行对比。实验结果表明,THz-TDS具有良好的木材识别效果,基于木材太赫兹吸收系数谱和折射率谱建立的随机森林分类模型对红木种类有着较好的分类性能,总体分类准确率分别达到了94%和96%,能够准确对红木种类进行分类识别。利用太赫兹时域光谱技术实现了红木的分� 展开更多
关键词 太赫兹时域光谱 连续投影算法 随机森林 红木 支持向量机
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基于GA-SVR的苹果可溶性固形物质量分数的高光谱检测 预览
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作者 查启明 顾宝兴 姬长英 《食品与生物技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期125-132,共8页
以建立一种高精度的无损苹果可溶性固形物含量的检测模型为目标,通过提取高光谱图像中圆形150像素感兴趣区域(ROI)内的平均光谱反射率,分别使用Savitzky-Golay平滑处理(S-G)、标准正态变量变换(SNV)和小波变换(Wavelet-Transform)对原... 以建立一种高精度的无损苹果可溶性固形物含量的检测模型为目标,通过提取高光谱图像中圆形150像素感兴趣区域(ROI)内的平均光谱反射率,分别使用Savitzky-Golay平滑处理(S-G)、标准正态变量变换(SNV)和小波变换(Wavelet-Transform)对原始光谱数据进行预处理,然后利用连续投影算法(successive projection algorithm,SPA)提取特征波长,基于特征波长建立BP神经网络(BPNN)和遗传支持向量机(GA-SVR)预测模型。在GA-SVR建模过程中,采用遗传算法获取支持向量机的最优惩罚参数和核函数参数。研究结果表明,S-G预处理后的GA-SVR模型预测效果最佳,模型的预测相关系数为0.8505,预测均方根误差为0.3031,所以基于该ROI内数据建立的GA-SVR模型在提高模型性能方面是可行的。 展开更多
关键词 苹果 高光谱 BPNN 支持向量机 连续投影算法
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基于去包络线和连续投影算法的枣园土壤电导率光谱检测研究 预览
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作者 王涛 喻彩丽 +2 位作者 张楠楠 王斐 白铁成 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2019年第5期193-199,217共8页
选取新疆阿拉尔市典型极端干旱区为研究对象,利用土壤高光谱特征对土壤电导率进行反演。为了准确快速检测土壤电导率,通过获取南疆阿拉尔市红枣种植区土壤电导率和高光谱信息,在去包络线处理基础上,分别采用相关性分析法和连续投影算法(... 选取新疆阿拉尔市典型极端干旱区为研究对象,利用土壤高光谱特征对土壤电导率进行反演。为了准确快速检测土壤电导率,通过获取南疆阿拉尔市红枣种植区土壤电导率和高光谱信息,在去包络线处理基础上,分别采用相关性分析法和连续投影算法(SPA)筛选特征波长,并建立特征波长与土壤电导率的偏最小二乘回归模型,使用均方根误差(RMSE)、决定系数(R 2)以及相对分析误差(RPD)对不同处理方法的模型效果进行评价。结果表明,基于原始光谱直接使用相关性分析法的预测精度RMSE=0.85566,R 2=0.7479,RPD=2.7569;通过去包络线处理使用相关性分析筛选特征波长后,模型的预测精度RMSE=0.44490,R 2=0.9500,RPD=6.4510;基于原始光谱使用SPA选择特征波长后,模型的预测精度RMSE=0.31178,R 2=0.9707,RPD=8.4445;通过去包络线处理使用SPA选择特征波长后,模型的预测精度RMSE=0.30173,R 2=0.9764,RPD=9.3215。综上,说明SPA方法具有较强的特征波长选择能力,基于去包络线处理+SPA的偏最小二乘回归反演模型的预测精度最好,可实现新疆阿拉尔地区土壤电导率的快速检测。 展开更多
关键词 土壤电导率 光谱检测 连续投影算法 去包络线 预测
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基于近红外光谱波长优选的土壤有机质含量预测研究 预览
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作者 张小鸣 汤宁 《现代电子技术》 北大核心 2018年第22期126-129,共4页
近红外光谱技术是检测土壤信息的有效工具,为了提高预测模型的准确度和建模效率,需要对波长进行优选。提出SiPLS-GA-SPA特征波长提取方法,即协同区间偏最小二乘算法(SiPLS)、遗传算法(GA)和连续投影算法(SPA)对土壤有机质特征波长进行... 近红外光谱技术是检测土壤信息的有效工具,为了提高预测模型的准确度和建模效率,需要对波长进行优选。提出SiPLS-GA-SPA特征波长提取方法,即协同区间偏最小二乘算法(SiPLS)、遗传算法(GA)和连续投影算法(SPA)对土壤有机质特征波长进行梯度提取,最终从1050个波长中提取9个土壤有机质的特征波长。利用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVMR)建立6种基于特征波长的土壤有机质含量预测模型。结果表明:SiPLS-GA-SPA-SVMR模型的预测结果为RMSEP=1.15,R2=0.91,优于其他模型;SiPLS-GA-SPA特征波长提取方法能够简化预测模型,提高模型预测精度,为开发便携式近红外光谱土壤养分检测仪提供理论基础。 展开更多
关键词 近红外光谱 特征波长 协同区间偏最小二乘 遗传算法 连续投影算法 支持向量机回归
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