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可见近红外光谱结合多元统计分析的面粉吸水率检测模型构建

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光谱学与光谱分析 2023年第9期43卷 2825-2831页

作者：吴永清唐娜黄璐瑶崔雨同张波郭波莉张影全中国农业科学院农产品加工研究所/农业农村部农产品加工综合性重点实验室北京100193 韶关学院生物与农业学院广东韶关512005

面粉吸水率是评价面粉质量和预测面制品加工特性的重要品质性状。面粉吸水率的测定主要参照国际或国家标准利用粉质仪进行,其测定方法费时费力。基于此,提出利用可见近红外光谱分析技术结合多元统计分析进行面粉吸水率快速、无损检测。... 详细信息

面粉吸水率是评价面粉质量和预测面制品加工特性的重要品质性状。面粉吸水率的测定主要参照国际或国家标准利用粉质仪进行,其测定方法费时费力。基于此,提出利用可见近红外光谱分析技术结合多元统计分析进行面粉吸水率快速、无损检测。参照国标法测定150份小麦面粉样品的吸水率,面粉吸水率变幅为53.10%~74.50%。利用可见近红外分析仪采集面粉样品的光谱信息,有效光谱范围为570~1100 nm。采用偏最小二乘回归(PLSR)、主成分回归(PCR)和支持向量机回归(SVR)将光谱信息和面粉吸水率进行关联,分别建立面粉吸水率的定量分析预测模型,筛选最优的建模方法。在优选的建模方法的基础上,采用竞争性自适应重加权(CARS)、区间随机蛙跳(iRF)、迭代保留信息变量(IRIV)和连续投影(SPA)算法提取特征波长,筛选最优的特征波长提取算法。基于最优的建模方法和最优的特征波长提取算法提取的特征波长,采用标准化(NL)、一阶求导(1 st Der)、基线校正(BL)、标准正态变换(SNV)和去趋势化(DT)5种光谱预处理方法对特征波长的光谱进行预处理,筛选最优的光谱预处理方法。结果表明,采用NL光谱预处理方法对CARS算法提取的24个特征波长(仅占原始波长的2.26%)的光谱进行预处理后建立的PLSR模型性能最佳,预测集相关系数(R_(p)^(2))、预测集均方根误差(RMSEP)和预测相对分析误差(RPD)分别为0.8894、1.4585和2.6413。采用CARS算法提取的特征波长所建的模型不仅能提高模型的性能,还很大程度提高模型运算效率、降低仪器制造成本和光谱仪微型化的难度,从而为面粉吸水率可见近红外无损、快速检测研究奠定了基础。

关键词：可见近红外光谱面粉吸水率偏最小二乘回归竞争性自适应重加权算法

利用可见近红外光谱多指标综合预测生鲜牛肉储存期

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光谱学与光谱分析 2012年第12期32卷 3242-3246页

作者：马世榜徐杨汤修映田潇瑜付姓中国农业大学工学院北京100083 南阳理工学院河南南阳473004

建立了牛肉基于TVB-N、菌落总数、pH值和肉色参数L*多个指标的储存期预测模型,利用可见近红外光谱(Vis/NIR)技术结合区间偏最小二乘(iPLS)和遗传算法(GA)建立了各个指标的PLS预测模型,实现了多指标综合无损快速预测4℃下牛肉的储存期。... 详细信息

建立了牛肉基于TVB-N、菌落总数、pH值和肉色参数L*多个指标的储存期预测模型,利用可见近红外光谱(Vis/NIR)技术结合区间偏最小二乘(iPLS)和遗传算法(GA)建立了各个指标的PLS预测模型,实现了多指标综合无损快速预测4℃下牛肉的储存期。用iPLS和iPLS-GA提取有效波长变量建立PLS预测模型,以预测相关系数和预测标准差作为模型评价标准,结果表明用iPLS-GA选择变量建立的各个指标的PLS预测模型均优于全波段和iPLS组合的PLS模型。由多个指标的预测值和储存期的预测模型,对校正集和预测集样品储存期进行预测,其预测相关系数和标准差分别是0.903,0.897和1.88,2.24。说明利用光谱技术结合得出的储存期预测模型可以实现多指标综合预测牛肉储存期,为无损快速检测牛肉储存期或货架期提供了一种新方法。

关键词：可见近红外光谱牛肉储存期多指标检测变量选择偏最小二乘

河套蜜瓜糖度可见近红外光谱特征波长提取方法研究

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光谱学与光谱分析 2015年第9期35卷 2505-2509页

作者：张德虎田海清武士钥刘超陈亚莉王辉内蒙古农业大学机电工程学院内蒙古呼和浩特010018 辽宁机电职业技术学院辽宁丹东118009

河套蜜瓜是我国西北河套地区独具特色的果品,一直深受消费者的喜爱。糖度(sugar content)是衡量蜜瓜品质和成熟度重要指标。采用Maya 2000pro便携式光谱仪和PR-101ɑ便携式数字折光仪获取"金红宝"蜜瓜光谱信息及糖度值,研究了不同特征... 详细信息

河套蜜瓜是我国西北河套地区独具特色的果品,一直深受消费者的喜爱。糖度(sugar content)是衡量蜜瓜品质和成熟度重要指标。采用Maya 2000pro便携式光谱仪和PR-101ɑ便携式数字折光仪获取"金红宝"蜜瓜光谱信息及糖度值,研究了不同特征波长提取方法:逐步多元线性回归(SMLR)、间隔偏最小二乘法(iPLS)、反向区间偏最小二乘法(biPLS)以及联合区间偏最小二乘法(siPLS))对蜜瓜样品模型精度和预测结果的影响。结果表明:采用biPLS特征波长提取方法将全波段光谱均匀分成20个子区间,PLS因子数为14,当剔除其中8个子区间,选择的波长变量数为218时,得到的biPLS模型最佳,对应的校正集和预测集的RMSE分别为0.996 1和1.18。采用biPLS光谱波长筛选方法可以有效地提取蜜瓜糖度的特征波长,提高建模预测能力,实现蜜瓜糖度的快速检测。

关键词：河套蜜瓜可见近红外光谱糖度特征波长

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可见近红外光谱多功能实时测量系统

光电子．激光 1996年第5期7卷 307-309,324页

作者：巢志成任建伟崔敦杰长春光机所

本文主要叙述了可见近红外光谱多功能实时测量系统的结构。主要性能指标、原理、主要技术指标的标定及应用结果。该系统是测量目标的发射、反射、透过光谱特性的理想设备。

关键词：可见近红外光谱测量标定

基于可见近红外光谱的牙周炎患者牙龈组织血氧含量分析

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光谱学与光谱分析 2023年第8期43卷 2563-2567页

作者：郭园黄义翔黄长平孙雪剑栾庆先张立福北京大学口腔医学院·口腔医院牙周科国家口腔疾病临床医学研究中心口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室口腔数字医学北京市重点实验室北京100081 北京大学口腔医院第二门诊部北京100101 中国科学院空天信息创新研究院北京100101 中国科学院大学北京100049 天津中科谱光信息技术有限公司天津300392

牙周炎是牙齿周围软硬组织的一种感染性、破坏性疾病,主要临床表现为牙周袋的形成,临床附着丧失以及牙槽骨吸收。可见近红外光谱技术具有无创、快速检测等优势,在医学领域得到了较为广泛的应用。利用可见近红外光谱技术检测重度牙周炎... 详细信息

牙周炎是牙齿周围软硬组织的一种感染性、破坏性疾病,主要临床表现为牙周袋的形成,临床附着丧失以及牙槽骨吸收。可见近红外光谱技术具有无创、快速检测等优势,在医学领域得到了较为广泛的应用。利用可见近红外光谱技术检测重度牙周炎牙龈组织内含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白含量。本研究纳入5名健康对照者和5名重度牙周炎患者,采集健康者20个位点和重度牙周炎20个位点龈缘、龈缘下4 mm及龈缘下7 mm的牙龈组织光谱(400~1700 nm),研究发现含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白分别在544和576 nm处表现出明显光谱吸收特征。对原始光谱数据进行包络线去除分析,并计算含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对吸收深度。结果表明重度牙周炎牙周袋内的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白含量均显著高于健康组(p可见近红外光谱技术应用于牙周炎患者牙龈组织中含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白含量的无创检测提供科学依据。

关键词：可见近红外光谱无创检测牙周炎含氧血红蛋白脱氧血红蛋白

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猪肉pH值的可见近红外光谱在线检测研究

光谱学与光谱分析 2010年第3期30卷 681-684页

作者：廖宜涛樊玉霞伍学千成芳浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310029

pH值是猪肉关键品质之一,实施在线检测对优化肉品加工工艺、保证产品质量、提高肉及肉制品的经济价值有重要意义。研究应用可见近红外光谱对新鲜猪肉pH值进行在线检测,实验时样品以0.25m.s-1的速度运动,采集其可见近红外漫反射光谱（350... 详细信息

pH值是猪肉关键品质之一,实施在线检测对优化肉品加工工艺、保证产品质量、提高肉及肉制品的经济价值有重要意义。研究应用可见近红外光谱对新鲜猪肉pH值进行在线检测,实验时样品以0.25m.s-1的速度运动,采集其可见近红外漫反射光谱（350~1 000 nm）,进行反射距离校正后应用偏最小二乘回归法建立猪肉pH值在线检测模型。研究通过Kennard-stone算法划分样品校正集与预测集,对比了不同的光谱预处理方法（多元散射校正,微分等）对预测结果的影响,并对建模所用光谱变量进行优化。研究发现经过多元散射校正结合一阶微分预处理的模型效果最好,模型预测相关系数为0.905,预测均方根误差为0.051,经过优化的模型建模所用波长变量数减少一半,模型的预测相关系数提高到0.926,预测均方根误差下降至0.045。结果表明可见近红外光谱可用于新鲜猪肉pH值的在线检测。

关键词：可见近红外光谱偏最小二乘法在线检测新鲜猪肉 pH值

奥林达夏橙叶片锌含量可见近红外光谱监测模型研究

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光谱学与光谱分析 2010年第11期30卷 2927-2931页

作者：易时来邓烈何绍兰郑永强王亮赵旭阳西南大学柑桔研究所重庆400712 中国农业科学院柑桔研究所重庆400712 国家柑桔工程技术研究中心重庆400712

以奥林达夏橙叶片粉末干样为对象,利用化学分析与可见近红外光谱技术相结合的方法,通过样品原始光谱的二阶微分及消噪(Noise)处理,运用偏最小二乘法(PLS)与交叉验证方法建立的Zn含量数学模型,其中使用Zn含量特征光谱400～500nm和1201～1... 详细信息

以奥林达夏橙叶片粉末干样为对象,利用化学分析与可见近红外光谱技术相结合的方法,通过样品原始光谱的二阶微分及消噪(Noise)处理,运用偏最小二乘法(PLS)与交叉验证方法建立的Zn含量数学模型,其中使用Zn含量特征光谱400～500nm和1201～1300nm的组合波段建模,具有较好的预测能力,校正建模和预测模型的相关系数分别为0.9975和0.9920,交互验证预测均方根误差为0.5868。因此,利用可见近红外光谱技术,运用PLS及交叉验证方法,建立叶片Zn含量与特征波段的光谱校正模型,能快速定量检测柑桔叶片Zn含量。

关键词：奥林达夏橙叶片锌含量可见近红外光谱偏最小二乘法

手持式黄油桃可溶性固形物可见近红外光谱检测设备研制

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农业工程学报 2024年第1期40卷 286-292页

作者：朱文杰黄文倩祝清震樊书祥江苏大学农业工程学院镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097

桃在鲜果市场中占有重要份额。可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)是衡量桃品质的重要参数,是挑选优质桃以及预测最佳采摘时期的重要决策依据。该研究开发了一款基于可见近红外光谱技术的手持式黄油桃SSC无损检测设备。该设... 详细信息

桃在鲜果市场中占有重要份额。可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)是衡量桃品质的重要参数,是挑选优质桃以及预测最佳采摘时期的重要决策依据。该研究开发了一款基于可见近红外光谱技术的手持式黄油桃SSC无损检测设备。该设备的硬件系统主要由微型光谱仪、卤素灯、OLED显示屏、微控制器以及自主设计的驱动电路组成。为了评估所开发设备的检测性能,采用北京平谷区种植的黄油桃作为样品进行验证。首先,获取校正集样品在680~940 nm范围内的可见近红外光谱,经5点平均平滑和最大值归一化对光谱预处理建立黄油桃SSC偏最小二乘回归模型并用于预测集样本的SSC分析,预测相关系数和均方根误差分别为0.947和0.728%,单果检测时间不超过2 s。为了提高模型精度和稳定性,将校正集和预测集合并后作为新的校正集进行建模,并将重新构建的模型对独立验证集进行预测,SSC预测值与实测值的相关系数为0.906,均方根误差为0.732%。采用分段直接校正算法将主机模型传递到从机。经过模型传递后,从机对独立验证集SSC的预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.865和0.919%。该手持式SSC检测设备可将SSC预测数据以蓝牙方式传输到手机客户端,借助手机定位功能,在地图上实现黄油桃SSC空间可视化分布。研究结果表明,该手持式SSC无损检测设备可以实现黄油桃SSC的准确测量,借助模型传递算法实现了模型在不同设备间的有效传递,避免了重复建模,可为该设备批量生产节约大量成本,具有广阔的应用前景。

关键词：无损检测模型可见近红外光谱可溶性固形物黄油桃

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应用伽马射线和可见近红外光谱测定土壤容重

土壤学报 2019年第4期56卷 994-1003页

作者：王晓晴孙孝林王会利中山大学地理科学与规划学院广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室广州510275 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 广西壮族自治区林业科学研究院南宁530002

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... 详细信息

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。

关键词：土壤容重 γ射线衰减可见近红外光谱