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基于高光谱成像技术的宁夏枸杞产地溯源鉴别

食品科学 2024年第6期45卷 254-260页

作者：袁伟东姜洪喆杨诗雨张聪周禹周宏平南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心江苏南京210037

本研究基于高光谱成像(400~1000 nm)结合化学计量学开发一种用于识别枸杞产地多元化的检测方法。获取宁夏、甘肃、内蒙古、青海和新疆5个不同产地的枸杞高光谱图像,并基于阈值分割方法从感兴趣区域提取光谱数据。同时使用多种预处理方... 详细信息

本研究基于高光谱成像(400~1000 nm)结合化学计量学开发一种用于识别枸杞产地多元化的检测方法。获取宁夏、甘肃、内蒙古、青海和新疆5个不同产地的枸杞高光谱图像,并基于阈值分割方法从感兴趣区域提取光谱数据。同时使用多种预处理方法消除光谱的干扰信息,研究表明基于归一化反射光谱的判别模型表现出较好的性能。进一步地采用连续投影算法、竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、粒子群优化算法、迭代保留信息变量算法(iteratively retaining informative variables,IRIV)和CARS+IRIV选择特征波长。研究结果表明CARS+IRIV选取波长建立的简化模型性能最优,从二元分类到五元分类模型,特征波长仅占全波长的15.6%~27.7%,预测集准确率分别为97.7%、90.9%、89.2%、87.1%。此外,为了更加直观辨别分类种类,使用混淆矩阵可视化最佳简化分类模型。在对宁夏枸杞分类中获得了令人满意的灵敏度、特异性和Kappa系数。综上,高光谱成像技术结合化学计量学方法可有效鉴别枸杞产地,可为枸杞产业发展提供关键技术支撑。

关键词：高光谱成像枸杞产地鉴别特征波长

婴幼儿奶粉中多种掺假物高光谱图像检测的特征分析

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农业机械学报 2024年

作者：赵昕马竞一陈晗姜洪喆褚璇赵志磊南京林业大学机械电子工程学院河北大学质量技术监督学院河北大学计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心仲恺农业工程学院机电工程学院

奶粉市场是食品掺假行为频发的领域，其中婴幼儿配方奶粉价格高，地位重要，其质量是消费者、生产厂商和执法部门关注的重点。近红外高光谱成像（Near infrared - hyperspectral imaging， NIR-HSI）技术结合化学计量学和机器学习算法... 详细信息

奶粉市场是食品掺假行为频发的领域，其中婴幼儿配方奶粉价格高，地位重要，其质量是消费者、生产厂商和执法部门关注的重点。近红外高光谱成像（Near infrared - hyperspectral imaging， NIR-HSI）技术结合化学计量学和机器学习算法可以检测奶粉中单一掺假物含量。基于NIR-HSI技术研究了不同品牌婴幼儿奶粉中多掺假物（三聚氰胺、香兰素和淀粉）的定量预测。对基于像素点预处理后的高光谱图像划分感兴趣区域（Region of interest， ROI），提取ROI平均光谱。基于经典的过滤式特征选择算法拉普拉斯得分（Laplacian score）（无监督）和ReliefF（有监督）挑选建模关键变量，建立偏最小二乘回归模型（Partial least squares， PLS）。开发包含自定义选择层的一维卷积神经网络模型（One-dimensional convolutional neural networks， 1DCNN）。自定义层根据权重系数绝对值，可确定重要波长变量。Laplacian score-PLS模型对预测集中奶粉、三聚氰胺、香兰素和淀粉预测结果的均方根误差分别为0.1110%、0.0570%、0.0349%和0.3481%。ReliefF-PLS模型对预测集中奶粉、三聚氰胺、香兰素和淀粉预测结果的均方根误差分别为0.1998%、0.0540%、0.0455%和0.1823%。1DCNN模型对预测集中奶粉、三聚氰胺、香兰素和淀粉预测结果的均方根误差分别为0.8561%、0.0911%、0.0644%和0.2942%。对Laplacian score、ReliefF和自定义选择层挑选出的前15个重要波长进行对比分析，不同特征选择方法挑选的特征波长子集有所区别，但都选择了1210、1474、1524、1680nm等附近波长。基于ReliefF-PLS模型的可视化结果表明了良好的预测能力。

关键词：奶粉掺假 laplacian score reliefF 偏最小二乘卷积神经网络近红外高光谱成像

转盘式板栗可见/近红外光谱检测分选系统与装置研究

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农业机械学报 2024年

作者：姜洪喆谭烽李兴鹏王大臣蒋雪松周宏平南京林业大学机械电子工程学院

针对典型木本粮食板栗的现场非破坏快检分选需求，基于可见/近红外光谱检测分析技术，设计了转盘式板栗在线检测分选装置及配套系统。该装置主要由上料单元、光谱采集单元、控制单元、分选单元和显示单元组成，上料单元振动盘经试验确定... 详细信息

针对典型木本粮食板栗的现场非破坏快检分选需求，基于可见/近红外光谱检测分析技术，设计了转盘式板栗在线检测分选装置及配套系统。该装置主要由上料单元、光谱采集单元、控制单元、分选单元和显示单元组成，上料单元振动盘经试验确定150 Hz为最佳频率并联合伺服电机对转盘进行驱动，光谱采集单元以卤素灯为光源应用微型光谱仪采集光谱信息，控制方案执行经对比后确定并行式方案，基于QT平台及C++语言开发单片机程序，配合上位机开发的光谱采集软件，实现了光谱信息的采集、处理、显示存储以及分类，分选执行机构采用电磁推杆带动挡板伸缩完成孔洞的开合。以迁西、丹东、玉溪板栗为对象，采集光谱并对比不同预处理方法分别建立产地与霉变的偏最小二乘判别（Partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）模型，交叉验证后产地模型预测集准确率为97.12%、霉变模型预测集判别准确率为94.74%。最后将模型植入装置软件后应用随机预测集板栗进行测试，产地与霉变判别分选准确率分别为93.83%和94.12%，最优检测分选效率为每分钟处理37颗。结果表明，本文设计的板栗转盘式检测分选系统与装置效率高、采集稳定、检测准确率高，具备快速实现不同产地以及霉变板栗无损检测分选的可行性。

关键词：板栗转盘式分选装置无损检测可见/近红外光谱

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深度学习在林果品质无损检测中的研究进展

农业工程学报 2024年第17期40卷 1-16页

作者：蒋雪松计恺豪姜洪喆周宏平南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

林果品质与消费者和果农密切相关,在保障消费者安全、优化运输贮藏、改善后续分级、实现优质优价、提高果农收益等方面均有重要作用,然而传统的林果品质检测方法存在效率低、检测范围有限和鲁棒性差等问题。近年来,随着深度学习的迅猛发... 详细信息

林果品质与消费者和果农密切相关,在保障消费者安全、优化运输贮藏、改善后续分级、实现优质优价、提高果农收益等方面均有重要作用,然而传统的林果品质检测方法存在效率低、检测范围有限和鲁棒性差等问题。近年来,随着深度学习的迅猛发展,林果品质无损检测技术也取得了突破性的进步。该研究梳理了目前主流的深度学习模型及其作用,然后从林果安全品质、外部品质和内部品质3个方面阐述了深度学习的研究进展,发现卷积神经网络是林果品质无损检测领域应用最广泛的深度学习模型。同时结合深度学习应用现状与模型不足分析了该领域仍存在数据质量低、模型泛化能力差、实际部署困难等问题,提出未来应围绕数据增强与评价指标、建立公共数据集、多模态融合、模型融合、元学习、拓展应用、模型压缩等方面展开研究。该文旨在为深度学习在林果品质无损检测中的进一步发展提供参考,以加快林果产业的数字化、信息化进程。

关键词：深度学习品质保障卷积神经网络林果无损检测

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白纹肉与木质肉品质安全无损检测研究进展

食品与发酵工业 2024年第8期50卷 365-373页

作者：张聪袁伟东周禹周宏平姜洪喆娄彭予谢程南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

随着我国居民生活水平日益提升,消费者对食品品质及食品安全问题日渐关注。鸡肉味美价廉,肉质鲜美,深受消费者喜爱。为了满足消费者的鸡肉供应需求,禽肉业一味追求快速出栏率,导致鸡肉已出现一系列肌肉缺陷问题,发生率最高的白纹肉(whit... 详细信息

随着我国居民生活水平日益提升,消费者对食品品质及食品安全问题日渐关注。鸡肉味美价廉,肉质鲜美,深受消费者喜爱。为了满足消费者的鸡肉供应需求,禽肉业一味追求快速出栏率,导致鸡肉已出现一系列肌肉缺陷问题,发生率最高的白纹肉(white striping,WS)和木质肉(woody/wooden breast,WB)目前对禽肉业及消费者影响最为严重。常用的判别白纹肉、木质肉的方法是对其进行视觉观察和感官触碰,这种方法存在着主观、效率低和繁琐等缺点,而化学实验法会对鸡肉样本带来污染,显然不适用于后续的快速、在线检测及分选。近年来,无损检测技术发展迅速,其凭借快速、准确和安全等特点已广泛应用于食品品质安全领域。该文综述了近年来国内外关于近红外光谱、机器视觉以及高光谱成像等无损检测技术在白纹肉、木质肉检测中的最新研究进展,对各项技术现阶段存在的问题及未来的发展前景进行了总结和展望,以期为我国肉类食品品质安全检测提供参考和借鉴。

关键词：白纹肉木质肉无损检测近红外光谱机器视觉高光谱成像

显微高光谱成像技术在食品质量安全检测中的研究进展

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食品与发酵工业 2024年

作者：吴俣袁伟东周禹张聪王大臣蒋雪松周宏平姜洪喆南京林业大学机械电子工程学院

高效获取食品的质量与安全信息是实现食品在线检测和智能分选的基础。高光谱成像技术（hyperspectral imaging，HSI）作为一种快速、无损的检测手段，在食品工业中发挥着重要作用。显微成像技术则是一种功能强大的传统检测手段，可精确... 详细信息

高效获取食品的质量与安全信息是实现食品在线检测和智能分选的基础。高光谱成像技术（hyperspectral imaging，HSI）作为一种快速、无损的检测手段，在食品工业中发挥着重要作用。显微成像技术则是一种功能强大的传统检测手段，可精确提供食品细胞及组织层面的微观结构信息。显微高光谱成像技术（hyperspectral microscope imaging，HMI）集成高光谱成像技术和显微成像技术的优势，不仅能够获取样品的光谱和空间信息，还可以观察样品的微观结构。HMI能够实时获取食品样品的丰富信息，并实现多维分析，为食品质量评估和安全检测提供更全面、准确和高效的手段。因此HMI在食品质量分析与安全检测等方面具有巨大的潜力，研究者正不断开展相关研究。本文旨在介绍HMI的原理与系统组成，并总结其在食品质量监测和安全检测方面的研究进展。对于现阶段的应用瓶颈也进行探讨，并提出了拓展检测适应性和与其他技术联用的兼容性等发展前景。希望本文能够为HMI在食品科学领域的进一步研究和应用提供参考。

关键词：显微高光谱成像红外光谱食品质量食品安全无损检测

近红外光谱及成像检测影响因素与校正方法研究进展

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激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 29-38页

作者：周禹张睿加袁伟东蒋雪松周宏平孙梦梦张聪姜洪喆南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

近红外光谱及成像检测凭借其高效、无损、非接触等优点近年来被广泛应用于农林产品、食品检测等方面。该技术可快速获取样品光谱和图像信息,进而结合化学计量学、机器学习建模等对样品进行品质安全、掺杂掺假、理化指标和产地溯源等方... 详细信息

近红外光谱及成像检测凭借其高效、无损、非接触等优点近年来被广泛应用于农林产品、食品检测等方面。该技术可快速获取样品光谱和图像信息,进而结合化学计量学、机器学习建模等对样品进行品质安全、掺杂掺假、理化指标和产地溯源等方面检测,深受各行各业的认可。但光学仪器使用环境以及被测样品性质具有局限性,光学检测结果易受到各种因素干扰,从而影响检测精度,应当予以消除或削弱。简述了近红外光谱和高光谱成像的检测基本原理,并对国内外近红外光谱及成像技术在检测时受到的影响因素进行总结与归纳,结合国内外研究学者在相关方面的研究内容,重点在温度、光照、水分、曲率变化和湿度等5个方面及相关校正方法的应用进行阐述,对当前存在的部分问题提出总结与建议,以期为相关方向的研究人员提供参考及借鉴。

关键词：近红外光谱高光谱成像无损检测化学计量学影响因素校正方法

带壳板栗含水率的可见/近红外与中短波近红外光谱检测对比研究

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包装与食品机械 2024年第2期42卷 47-54,61页

作者：姜洪喆吴俣李兴鹏袁伟东张聪周禹周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037

为实现带壳板栗含水率的无损快速检测与评价,利用可见/近红外和中短波近红外光谱技术进行定量预测方法探索与对比研究。应用不同光谱预处理方法在波段Ⅰ和波段Ⅱ建立全光谱PLSR模型,结果显示,标准正态变量变换预处理的波段Ⅰ模型及归一... 详细信息

为实现带壳板栗含水率的无损快速检测与评价,利用可见/近红外和中短波近红外光谱技术进行定量预测方法探索与对比研究。应用不同光谱预处理方法在波段Ⅰ和波段Ⅱ建立全光谱PLSR模型,结果显示,标准正态变量变换预处理的波段Ⅰ模型及归一化预处理的波段Ⅱ模型为优选,预测集相关系数分别达0.882和0.856,预测均方根误差为1.389%和1.665%。进一步对优选预处理光谱应用iPLSR,BiPLSR和SiPLSR建模预测并对比,研究结果表明,波段Ⅰ总体优于波段Ⅱ,且iPLSR模型的预测效果最优,Rp和RMSEP分别可达0.910及1.180%,明确了近红外光谱检测带壳板栗含水率的优选波段、预处理及建模方法。研究为后续板栗含水率高通量在线快检提供技术与方法支撑。

关键词：板栗含水率偏最小二乘波段近红外光谱

工程教育认证背景下“热工基础与流体力学”课程达成度评价体系构建

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科技风 2024年第20期 19-21页

作者：姜洪喆陈青成锋娜杨风波贾向东南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

工程教育认证是国际上广泛认可的工程教育质量保障制度,是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。本文以南京林业大学机械设计制造及其自动化专业工程教育认证为基础,阐述了“热工基础与流体力学”课程的课程目标以及与... 详细信息

工程教育认证是国际上广泛认可的工程教育质量保障制度,是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。本文以南京林业大学机械设计制造及其自动化专业工程教育认证为基础,阐述了“热工基础与流体力学”课程的课程目标以及与毕业要求指标点的支撑对应关系,构建了该课程的达成度评价体系,同时以2021—2022学年2019级机械设计制造及其自动化专业为例,对“热工基础与流体力学”课程达成度结果进行了分析,在此基础上提出教学方法持续改进、理论实际相联系以及评价体系持续完善等方面的建议和对策。

关键词：热工基础与流体力学工程教育认证达成度评价体系持续改进