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锦橙叶片钾含量光谱监测模型研究

中国农业科学 2010年第4期43卷 780-786页

作者：易时来邓烈何绍兰郑永强毛莎莎西南大学柑桔研究所国家柑桔工程技术研究中心中国农业科学院柑桔研究所

【目的】快速、无损、准确地获取柑橘叶片营养信息。【方法】以盆栽蓬安100锦橙为试材,通过精确控制施肥处理(K0:0g,K1:30g,K2:75g,K3:90,K4:120gk2O/株/年),利用鲜叶进行光谱检测钾素营养状况分析。【结果】可见近红外波段范围内,各施... 详细信息

【目的】快速、无损、准确地获取柑橘叶片营养信息。【方法】以盆栽蓬安100锦橙为试材,通过精确控制施肥处理(K0:0g,K1:30g,K2:75g,K3:90,K4:120gk2O/株/年),利用鲜叶进行光谱检测钾素营养状况分析。【结果】可见近红外波段范围内,各施钾处理蓬安100锦橙夏梢叶片光谱反射强度呈K3>K0>K1>K2>K4趋势。通过对反射光谱、一阶微分、二阶微分和倒数对数光谱进行多元散射(multiple scattering correction,MSC)校正处理,运用偏最小二乘法(partial least square method,PLS)与内部交叉验证建立了钾含量预测回归模型,其中反射光谱的二阶微分光谱钾含量定标模型具有最好的预测能力,其预测相关系数最大,r=0.82;预测均方根误差较小,RMSEP=0.0038;偏差(Bias)绝对值最小,Bias=-2.34E-05。【结论】通过锦橙叶片反射光谱二阶微分值与叶片钾含量构建的PLS回归模型,可以较好地预测蓬安100锦橙夏梢叶片钾含量。进一步分析表明,波段477—515nm、541—588nm、632—669nm、701—718nm和754—794nm是反射光谱二阶微分与蓬安100锦橙叶片钾含量定标模型的特征波长。

关键词：锦橙叶片钾含量二阶微分偏最小二乘法可见近红外光谱

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普通光谱仪与高光谱相机之间模型转移的研究

光谱学与光谱分析 2020年第S1期40卷 291-292页

作者：李雪莹吕美蓉刘岩孙中梁侯广利范萍萍齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 山东省海洋环境监测技术重点实验室山东青岛266061 国家海洋监测设备工程技术研究中心山东青岛266061

普通光谱仪是指通过光谱仪仅能获取光谱信号的光谱仪,高光谱相机是通过图像获取图像和光谱两个信息。普通光谱仪测定光谱数据并建立相关模型已经非常成熟,大多通过光纤等测定所需物质的光谱数据后,根据需要建立模型。在使用普通光谱仪... 详细信息

普通光谱仪是指通过光谱仪仅能获取光谱信号的光谱仪,高光谱相机是通过图像获取图像和光谱两个信息。普通光谱仪测定光谱数据并建立相关模型已经非常成熟,大多通过光纤等测定所需物质的光谱数据后,根据需要建立模型。在使用普通光谱仪的条件下,针对不同温度、不同普通光谱仪、不同测量条件、不同地区间样品等因素的模型转移均有一定的研究,但是针对高光谱相机与普通光谱仪之间的模型转移问题研究较少。高光谱相机与普通光谱仪之间的模型转移更加困难,高光谱相机获取的是一个图像数据,首先要对图像数据做处理和分析,高光谱相机多用于野外拍摄获取数据,不仅仪器之间有差异,光照、环境等因素也会对同一样品的光谱信息产生差异,给普通光谱仪和高光谱相机之间的模型转移带来了很大的困难,因此找到一个快速、准确且有效的方法是很有必要的。本文以青岛164份土壤样品为例,获取其普通光谱仪光谱数据和高光谱相机数据(普通光谱仪采用海洋光学QE65000光谱仪,高光谱相机采用便携式高光谱相机GaiaField-V10获取土壤样品高光谱图像),以及TN、TP含量,以普通光谱仪光谱数据分别建立TN、TP含量模型,采用分段直接矫正算法、模型更新和斜率/截距修正法三种方法联用(PDS-MP-S/B)[1-3]对高光谱数据进行模型转移,将转移后的高光谱数据代入TN、TP含量模型预测其含量值,通过绝对系数R2 t和预测均方根误差RMSEP评价预测效果,同时对不同PDS窗口个数和标准集个数对预测结果的影响做了分析。当PDS窗口个数为19,当标准集个数为120个时,模型转移后预测效果最好,R2 t为0.736,RMSEP值0.274,可以用来实现高光谱相机光谱数据在普通光谱仪TN含量模型的预测;在TP含量预测中,当PDS窗口个数为23,标准集个数为80个时,模型转移后预测效果最好,R2 t为0.647,RMSEP值0.231。本文采用PDS-MPS/B方法,从多方面校正实现了普通光谱仪和高光谱相机之间的模型转移问题。普通光谱仪和高光谱相机之间模型转移问题的解决,对高光谱相机采集的大量图像信息数据可进行快速的预测,大大减少工作量,以及为高光谱相机广泛应用于定量分析、速测技术提供了有力的基础。

关键词：可见近红外光谱高光谱模型转移

蓬莱镇组紫色土光谱特征及其碱解氮预测方法研究

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中国南方果树 2016年第2期45卷 23-27页

作者：汪志涛易时来吕强何绍兰谢让金郑永强王克健邓烈西南大学柑桔研究所重庆400712 国家柑桔工程技术研究中心重庆400712

从重庆忠县蓬莱镇组紫色土区域随机采集土样，在不同土样厚度（10、20、25、30mm）和粒径（〈0．150、0．150-0．180、0．180-0．250、0．250-0．425和0．425-0．850mm）下分别采集土样的可见近红外（425-1000nm）光谱反射率数据，采用... 详细信息

从重庆忠县蓬莱镇组紫色土区域随机采集土样，在不同土样厚度（10、20、25、30mm）和粒径（〈0．150、0．150-0．180、0．180-0．250、0．250-0．425和0．425-0．850mm）下分别采集土样的可见近红外（425-1000nm）光谱反射率数据，采用偏最小二乘法（PLS）在土样可见近红外光谱反射率与碱解氮含量之间建立预测模型，对比分析了士样厚度和粒径对土样光谱特征及预测精度的影响。结果表明，就柑桔栽培而言，总体上忠县蓬莱镇组紫色土碱解氮含量处于适宜至缺乏水平范围，1／3区域的土壤缺氮；土样光谱反射率随土样厚度增加而增大，随士样粒径增大而减小；碱解氮含量光谱预测精度有随土样厚度增加、粒径增大而提高的趋势；在土样厚度30mm、粒径0．250-0．850mm条件下采集可见近红外光谱建立的PLS模型，预测效果较好。

关键词：蓬莱镇组紫色土可见近红外光谱碱解氮粒径偏最小二乘法

光谱预处理对苹果可溶性固形物含量VIS/NIR预测模型的影响

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北方园艺 2016年第20期 1-4页

作者：刘亚郭俊先木合塔尔.米吉提岳建魁王艳刘明涛新疆农业大学机械交通学院新疆乌鲁木齐830052 阿克苏职业技术学院新疆阿克苏843000

可溶性固形物含量是苹果内部品质的重要指标,以"红富士"苹果为试材,测定了从果实膨大定型期到采收期整个成熟阶段,不同生长天数苹果的可见近红外反射光谱;对光谱进行了预处理,包括导数处理、标准正态变换、多元散射校正等方法;利用偏最... 详细信息

可溶性固形物含量是苹果内部品质的重要指标,以"红富士"苹果为试材,测定了从果实膨大定型期到采收期整个成熟阶段,不同生长天数苹果的可见近红外反射光谱;对光谱进行了预处理,包括导数处理、标准正态变换、多元散射校正等方法;利用偏最小二乘法(PLS)建立了苹果可溶性固形物含量的预测模型。结果表明:使用一阶导数和二阶导数处理后的光谱进行预测的准确度高于原始光谱,相关系数分别为0.915 9、0.934 4。

关键词：光谱预处理苹果成熟期可溶性固形物含量可见近红外光谱偏最小二乘法

苹果可溶性固形物和糖酸比可见/近红外漫反射与漫透射在线检测对比研究

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光谱学与光谱分析 2017年第8期37卷 2424-2429页

作者：刘燕德吴明明李轶凡孙旭东郝勇华东交通大学光机电技术及应用研究所江西南昌330013

可溶性固形物和糖酸比是苹果内部品质主要评价指标之一。为此进行苹果糖酸比和可溶性固形物可见/近红外漫反射和漫透射对比检测研究。180个冰糖心和红富士样品被分成建模集和预测集(136∶44),分别用于建立偏最小二乘模型和验证模型的预... 详细信息

可溶性固形物和糖酸比是苹果内部品质主要评价指标之一。为此进行苹果糖酸比和可溶性固形物可见/近红外漫反射和漫透射对比检测研究。180个冰糖心和红富士样品被分成建模集和预测集(136∶44),分别用于建立偏最小二乘模型和验证模型的预测能力。在运动速度5个/秒时,采集了冰糖心和红富士两种样品的可见近红外光谱。漫反射和漫透射可见近红外光谱经多元散射校正、标准正态变量变换、基线校正等预处理后,建立了偏最小二乘回归模型。未参与建模的44个样品用于评价模型的预测能力,经比较,漫透射检测方式优于漫反射检测方式,主要因为漫透射检测方式能更有效地克服杂散光。可溶性固形物模型预测相关系数达到0.936,预测均方根误差为0.476°Brix;糖酸比模型预测相关系数达到0.785,预测均方根误差为10.94。研究结果表明:应用可见/近红外漫透射光谱技术,可实现苹果可溶性固形物和糖酸比在线检测。为大宗水果内部品质分选提供了技术支持和参考依据。

关键词：可见近红外光谱漫透射漫反射可溶性固形物糖酸比

鸭梨黑心病和可溶性固形物含量同时在线检测研究

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农业机械学报 2016年第1期47卷 227-233页

作者：孙旭东刘燕德李轶凡吴明明朱丹宁华东交通大学机电工程学院南昌330013

采用可见近红外漫透射光谱技术,探讨鸭梨黑心病和可溶性固形物含量同时在线检测的可行性。在5个/s运动速度下,采集了黑心果和正常果的可见近红外能量谱。分析了正常果和黑心果的可见近红外光谱响应特性,分别建立了鸭梨黑心病峰值比判别... 详细信息

采用可见近红外漫透射光谱技术,探讨鸭梨黑心病和可溶性固形物含量同时在线检测的可行性。在5个/s运动速度下,采集了黑心果和正常果的可见近红外能量谱。分析了正常果和黑心果的可见近红外光谱响应特性,分别建立了鸭梨黑心病峰值比判别模型和偏最小二乘判别模型。同时建立了可溶性固形物偏最小二乘回归模型,考察了黑心病对鸭梨可溶性固形物偏最小二乘回归模型预测精度的影响,提出了鸭梨黑心病和可溶性固形物含量同时在线检测策略。采用未参与建模的新样品,评价鸭梨黑心病和可溶性固形物含量在线分选的准确性,黑心果判别准确性达到100%,正常果可溶性固形物预测标准差为0.45°Brix,分选正确率达到98%。

关键词：鸭梨黑心病可溶性固形物在线检测可见近红外光谱漫透射

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肉品无损检测光学传感器设计与试验

农业机械学报 2020年第S02期51卷 484-490页

作者：郭庆辉彭彦昆李永玉田文健乔鑫中国农业大学工学院北京100083 国家农产品加工技术装备研发分中心北京100083

畜肉品质光谱检测过程中,不同样品之间的厚度差异导致肉品表面到光纤探头的检测距离存在差异,对预测结果影响较大。针对这一问题,设计了一种用于肉品无损检测的光学传感器,并间隔玻璃从下至上对畜肉品质进行检测,消除了样品厚度对检测... 详细信息

畜肉品质光谱检测过程中,不同样品之间的厚度差异导致肉品表面到光纤探头的检测距离存在差异,对预测结果影响较大。针对这一问题,设计了一种用于肉品无损检测的光学传感器,并间隔玻璃从下至上对畜肉品质进行检测,消除了样品厚度对检测距离的影响,并分析了光谱曲线随检测距离变化的变化规律。为探究所设计方案的可行性,搭建了试验平台,包括光谱仪、距离调节机构、光源、石英玻璃、光学传感器和计算机,其中石英玻璃可透过220~2500 nm波长范围的光而无吸收,光学传感器可以帮助采集更多的肉品漫反射光。选择了18个猪肉样品贮藏在4℃环境中,并在不同的冷藏时间取出进行光谱采集(400~1100 nm),采用不同的检测距离(8~22 mm,间隔2 mm),最后测量样品的挥发性盐基氮(TVB-N)含量。在获得样品光谱数据后,分别用1阶导数、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)和1阶导数+SNV等方法进行预处理,并建立猪肉的TVB-N含量的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型。结果表明:当检测距离为16 mm,采用1阶导数+SNV预处理时,建立的TVB-N含量预测模型效果最好,校正集相关系数和均方根误差分别为0.98和0.92 mg/(100 g),预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.97和1.56 mg/(100 g)。因此,利用所设计光学传感器对猪肉新鲜度进行检测是可行的。

关键词：猪肉新鲜度光学传感器检测距离可见近红外光谱

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基于光谱形态特征的红枣品质定量检测研究

基于光谱形态特征的红枣品质定量检测研究

作者：刘鸿阳塔里木大学

学位级别：硕士

红枣产业是南疆农户增收的重要产业之一,目前红枣产业向着高质量发展,需要进行标准化生产,以提升红枣品质。但是传统的红枣品质标准检测方法,其检测过程需要精确的操作技巧、较长的检测周期和较高的成本。光谱分析技术是一种非破坏性、... 详细信息

红枣产业是南疆农户增收的重要产业之一,目前红枣产业向着高质量发展,需要进行标准化生产,以提升红枣品质。但是传统的红枣品质标准检测方法,其检测过程需要精确的操作技巧、较长的检测周期和较高的成本。光谱分析技术是一种非破坏性、快速、无需样品预处理的分析技术,但由于红枣内部结构较为复杂,理化数据与光谱数据之间存在着众多繁杂的耦合关系,数据冗余,难以提取到有效信息,极大影响了红枣品质光谱检测模型的精度和稳定性。针对以上问题,本文从影响红枣光谱的因素开展研究,建立了红枣品质定量检测模型,并在试验结论基础上,搭建了红枣品质检测装置。主要研究内容和成果如下:(1)在不同因素对红枣光谱的影响中,探究了探测角度、偏振角度和光源功率对光谱形态特征的影响。搭建了一套光谱采集系统,以探测角度(A)、偏振角度(B)和光源功率(C)为自变量,光谱形态特征的综合评分(Y)为因变量,进行了三因素三水平试验并构建多元回归模型。其中得到了多元回归方程:Y=17.13+1.24A+0.0788B+0.5389C+0.1316AB+0.5521AC-0.0264BC,回归模型的P值光源功率>偏振角度。红枣的最佳光谱采集方式为探测角度为90°,偏振角度为90°,光源功率为1000W,此时所得到的光谱形态特征信息最丰富。(2)在红枣硬度、可溶性固形物含量和含水率的定量检测模型中,对红枣的峰高、峰面积、半高宽、半高宽的斜率和肩宽等光谱形态特征与理化值进行皮尔逊相关性分析,相关性高的光谱形态特征与特征波长进行数据融合,共同构建红枣品质模型。与传统模型相比,发现在融合光谱形态特征之后,对于红枣硬度检测模型,模型的Rp提升至0.859,RMSEP降为1.049(N);对于红枣可溶性固形物含量检测模型,模型的Rp为0.922,RMSEP降为0.792(°Brix);对于红枣含水率检测模型,模型的Rp提升至0.955,RMSEP降为0.767(%)。融合光谱形态特征后,红枣硬度、可溶性固形物含量和含水率检测模型性能都有所提高。(3)在红枣品质定量检测装置的搭建中,硬件方面,考虑到前期的试验结论,探测角度和光源功率对光谱影响较大,搭建了可以多角度调节的检测探头,选择了光源功率较大的卤素灯,挑选了能覆盖特征波长范围的光谱传感器以及完成附件模块的设计。软件方面,主要完成了光谱采集模块程序的植入以及利用App-designer开发了红枣品质检测的软件。装置测试与对比中,所测试红枣的含水率,装置的平均绝对误差仅比光谱仪高了0.569%,且检测装置能实现多角度非接触测量,测量的有效距离在50cm之内,所搭建的装置能够对红枣品质进行有效的初步判断。

关键词：光谱形态特征红枣定量检测可见近红外光谱品质

南方丘陵水稻土氧化铁高光谱特性与估测模型研究

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南方丘陵水稻土氧化铁高光谱特性与估测模型研究

作者：谢碧裕江西农业大学

学位级别：硕士

随着遥感技术尤其是高光谱及近红外光谱分析技术的快速发展,近年来,应用高光谱近地遥感技术快速获取土壤氧化铁信息已成为当前土壤遥感科学研究的重要内容。作为农作物必需的微量元素,铁对作物的生长发育和增产起着重要的作用。利用高... 详细信息

随着遥感技术尤其是高光谱及近红外光谱分析技术的快速发展,近年来,应用高光谱近地遥感技术快速获取土壤氧化铁信息已成为当前土壤遥感科学研究的重要内容。作为农作物必需的微量元素,铁对作物的生长发育和增产起着重要的作用。利用高光谱遥感技术分析土壤氧化铁特征及含量估测是科学管理农田土壤的迫切需求,也是大力发展精准农业的必然要求。本文通过对来自江西兴国县和高安市两地水稻土样本进行高光谱测量和化学分析,做出可见及近红外波长范围(350500nm)的原始反射光谱曲线、光谱对数曲线、一阶微分曲线及去包络线曲线等共14条曲线。进一步分析土壤氧化铁高光谱特性,研究发现,在可见光波段45020nm,土壤氧化铁含量与土壤反射率成负相关关系,而1200800nm波段的光谱反射率差异增大,即光谱反射率随土壤氧化铁含量递增有着很大幅度增加的特征。不同氧化铁含量的光谱反射率的方差分析表明,1500800nm波段可以作为研究区域内水稻土氧化铁的光谱响应波段。目前,可见/近红外高光谱技术与建模分析方法相结合研究已成为土壤近地遥感研究中的重要方向,是快速获取土壤氧化铁信息及科学管理农田作物的重要前提。本研究一方面通过对土壤氧化铁含量和14条曲线数据进行相关性分析,另一方面对数据深入挖掘,寻找包括沙化土壤指数、土壤线参数、土壤氧化铁指数及去包络线曲线的深度、宽度、面积、对称度、角度在内的特征参数,分别与土壤氧化铁含量进行相关性分析,同时利用一元回归分析、多元回归分析、偏最小二乘回归分析建模方法,分别构建土壤氧化铁含量估测模型,并对模型择优筛选与验证,确定最优估测模型。结果表明:本研究通过对一元回归模型、多元回归模型及偏最小二乘回归模型的验证、对比,选择了精度偏高的3个模型:一元回归优选模型为包络线波段1632nm建立的一元曲线模型:Y=57.4(λ1632)125.53;多元逐步回归优选模型由去包络线的高光谱对称度和面积参数建立,其多元回归模型为Y=70.164-69.256S-0.341A;基于全波段建模样本和验证样本比值为0.75:0.25时,偏最小二乘回归估测模型B的拟合度最高。其中,偏最小二乘回归估测模型B的精度最高:RC2最高,为0.92,RMSEC最小,为4mg/kg,RMSEP最小,为5.03 mg/kg,RPD在3个模型中最大,为2.92。因此,本文选择了偏最小二乘回归模型为土壤氧化铁含量高光谱的最优估测模型。

关键词：可见近红外光谱高光谱特性建模方法水稻土氧化铁