近红外高光谱的脐橙粒化检测研究

作     者：刘燕德 李茂鹏 胡军 徐振 崔惠桢 LIU Yan-de;LI Mao-peng;HU Jun;XU Zhen;CUI Hui-zhen

作者机构：华东交通大学智能机电装备创新研究院江西南昌330013 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2022年第42卷第5期

页      面：1366-1371页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0804[工学-仪器科学与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(31760344) 江西省国家科技奖后备培育项目(20192AEI91007)资助 

主　　题：高光谱 赣南脐橙 粒化程度 无信息变量消除 

摘      要：脐橙粒化影响消费者食用口感,降低品质,受到广大果农和消费者的关注。脐橙粒化的检测是一项具有挑战性的任务,对品质分级具有重大意义。以不同粒化程度的赣南脐橙为研究对象,探究利用高光谱检测实现对赣南脐橙粒化程度定性判别的可行性。肉眼是无法判断脐橙粒化程度的,因此对脐橙样本做好序号标记后先测光谱再切开判断粒化程度,按照粒化程度分为无粒化(粒化面积为0%)、轻度粒化(粒化面积小于25%)、中度粒化(粒化面积25%~50%),每类各58个脐橙样品。在这三类脐橙底部均匀取3个点,每类174个样本,共计522个样本数据用作构建原始光谱矩阵。利用近红外高光谱成像系统采集样本397.5~1014 nm波段内的高光谱图像信息,再利用ENVI4.5软件通过选择感兴趣区域(ROI)提取样本的平均光谱信息。采用主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)、无信息变量消除(UVE)三种降维方法对光谱数据进行降维处理,消除无关变量,提取有用信息。原始光谱176个波长,PCA挑选出6个主成分因子,SPA挑选17个特征波长,UVE挑选54个特征波长。以全谱数据和三种降维方法挑选出来的变量作为输入分别建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型。建立的PLS-DA建模方法,PCA-PLS-DA误判率最高为25.58%,UVE-PLS-DA误判率最低为5.38%。基于RBF-Kernel和LIN-Kernel两种核函数下的LS-SVM建模方法,整体上RBF-Kernel建模效果优于LIN-Kernel,UVE波长筛选后建立的模型效果优于其他降维方法且降低了模型的误判率。基于RBF-Kernel的UVE-LS-SVM模型效果最佳,检测精度最高,分类总误判率为0.78%,达到最佳效果。该研究结果表明建立的模型能很好地对不同粒化程度的脐橙进行判别,该模型仅采用30.68%的数据,在降低光谱空间维度的同时还降低了误判率,对促进脐橙产业的品质分级发展具有一定的现实意义。