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基于多维度光谱特征波长提取大豆冠层SPAD值估算模型

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江苏大学学报（自然科学版） 2020年第3期41卷 334-338,372页

作者：王璐李伟凯关海鸥于崧侯玉龙黑龙江八一农垦大学电气与信息学院黑龙江大庆163319 东北农业大学电气与信息学院黑龙江哈尔滨150030 黑龙江八一农垦大学农学院黑龙江大庆163319

应用多种光谱特征波长段提取技术,研究了全生育期大豆冠层的近红外光谱曲线特性,提出了基于多维度光谱特征波长提取的大豆冠层叶绿素相对含量(SPAD值)估算模型.在大豆冠层原始近红外光谱曲线中,优选多元散射校正预处理和偏最小二乘回归... 详细信息

应用多种光谱特征波长段提取技术,研究了全生育期大豆冠层的近红外光谱曲线特性,提出了基于多维度光谱特征波长提取的大豆冠层叶绿素相对含量(SPAD值)估算模型.在大豆冠层原始近红外光谱曲线中,优选多元散射校正预处理和偏最小二乘回归法建模.经多元散射校正预处理后,应用竞争性自适应重加权采样算法(CARS)、主成分分析法(PCA)和连续投影算法(SPA),提取大豆冠层的光谱特征波长数量分别为22,51和12个.以此特征波长为基础,利用偏最小二乘回归法和多元线性回归法(MLR),分别建立大豆冠层SPAD值估算模型.结果表明CARS-MLR模型试验效果较好,该模型校正样本和预测样本SPAD值的均方根误差分别为5.67和5.94,平均值约为5.81.

关键词：大豆冠层 SPAD值光谱分析波长提取多维度特征估算模型

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小麦近红外特征波长提取及蛋白质含量测定

激光与红外 2003年第2期33卷 125-127页

作者：郑咏梅张军李荣福陈星旦申铉国张铁强吉林大学物理学院物理教学研究中心吉林长春130025 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130022

采用多元线性回归的逐步分析算法,对小麦粉的近红外光谱波段(Ⅰ:1000nm～1400nm;Ⅱ:1400nm～1860nm;Ⅲ:1860nm～22500nm;)进行了回归特征提取,确定了最佳回归波长,给出了各段回归的数学模型,对小麦粉蛋白质的近红外谱成分进行了比较分析... 详细信息

采用多元线性回归的逐步分析算法,对小麦粉的近红外光谱波段(Ⅰ:1000nm～1400nm;Ⅱ:1400nm～1860nm;Ⅲ:1860nm～22500nm;)进行了回归特征提取,确定了最佳回归波长,给出了各段回归的数学模型,对小麦粉蛋白质的近红外谱成分进行了比较分析,讨论了不同波段模型的蛋白质的近红外分析结果,在应用中有一定的参考价值。

关键词：小麦近红外特征波长提取蛋白质含量测定多元线性回归

C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪谱图还原模型

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光学学报 2016年第7期36卷 273-280页

作者：张锐巴音贺希格杨晋尹禄崔继承李晓天中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

中阶梯光栅光谱仪通过交叉色散形成的二维光谱图,无法直接对入射光的波长进行光谱标定。为此,建立了C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型,分别分析了棱镜和光栅色散方向的色散规律以及棱镜与光栅之间的相互作用关系,并且建... 详细信息

中阶梯光栅光谱仪通过交叉色散形成的二维光谱图,无法直接对入射光的波长进行光谱标定。为此,建立了C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型,分别分析了棱镜和光栅色散方向的色散规律以及棱镜与光栅之间的相互作用关系,并且建立了波长与像面坐标的关系表达式。根据该类中阶梯光栅光谱仪的光路结构特点,以及光束在各个光学元件的传输特性,校正各光学元件引入的坐标计算误差,最终精确计算出波长所对应的像面坐标,完成谱图还原模型的建立。通过该方法建立的模型可快速准确地对该类型中阶梯光栅光谱仪二维谱图进行谱图还原及波长标定,模型的计算误差小于一个像元。

关键词：光谱学中阶梯光栅光谱仪二维光谱图谱图还原波长提取

基于DMD的中阶梯光栅光谱仪光谱信号处理方法及软件

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基于DMD的中阶梯光栅光谱仪光谱信号处理方法及软件

作者：姜闻宇吉林大学

学位级别：硕士

中阶梯光栅光谱仪是一种采用交叉色散技术以获得高级次光谱并实现全波段闪耀的光谱仪。因其具有覆盖波段范围宽、光谱分辨率高、无可移动部件等特点被广泛应用于医疗、工农业以及食品安全等领域。目前中阶梯光栅光谱仪的检测器主要采用... 详细信息

中阶梯光栅光谱仪是一种采用交叉色散技术以获得高级次光谱并实现全波段闪耀的光谱仪。因其具有覆盖波段范围宽、光谱分辨率高、无可移动部件等特点被广泛应用于医疗、工农业以及食品安全等领域。目前中阶梯光栅光谱仪的检测器主要采用电荷耦合器件,这类检测器在紫外波段的量子效率较低,可通过将检测器改进为背照式或者镀荧光膜将短波转化为长波检测,进而改善紫外波段的灵敏度,但会提高仪器成本。此外,可以通过延长积分时间提高信噪比,但检测时间会增加。基于数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)的中阶梯光栅光谱仪由于引入了DMD作为空间光调制器,可以实现检测范围内任意波长的快速选择,并通过搭配高灵敏度的光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)作为检测器,能够对光谱信号进行快速、高灵敏度检测。光谱信号处理方法及软件是光谱仪的重要组成部分,为了配合基于DMD的中阶梯光栅光谱仪正常工作,本文研究了专用的光谱信号处理方法,并开发了专用软件,最终进行了测试实验。本文主要研究工作如下:(1)基于DMD的中阶梯光栅光谱仪光谱信号处理方法研究光谱信号预处理方法,包括空间域滤波及背景扣除方法。针对DMD测量谱图时快速且可选取任意位置测量的特点,运用统计的思想,可迅速、准确地计算出测量谱图的背景并扣除。针对仪器周围环境变化以及棱镜折射率偏差导致的波长偏移问题,为了保证准确绘制一维谱图,提出了一种波长标定方法,根据实测特征波长信号的质心位置重新拟合折射率并校正谱图还原模型。提出了一种波长提取方法,该方法能够在提升谱图信息处理速度的同时,避免因相邻级次之间距离过近而引起的假峰现象,提高了波长提取精度。(2)基于DMD的中阶梯光栅光谱仪专用软件开发根据仪器的特点分析了软件需求,并制定了软件与下位机之间的通信协议,在此基础上采用MATLAB与C#联合编程的方式开发专用软件。软件包括UI交互界面以及控制部件等,具有联机、对DMD及PMT的控制、数据采集、谱图数据处理、谱图显示以及数据存储的功能。(3)测试实验运用砷(As)、铋(Bi)、镉(Cd)、铅(Pb)、锡(Sn)元素的无极放电灯进行波长标定,并运用汞(Hg)元素无极放电灯进行波长提取及软件的功能验证。将基于DMD的中阶梯光栅光谱仪用于ICP-AES系统测量铜(Cu)元素的标准样品进行现场测试。本文所提出的方法与软件已成功应用于课题组研制的基于DMD的中阶梯光栅光谱仪,实验表明波长提取精度小于0.012nm。

关键词： DMD 中阶梯光栅光谱仪波长标定波长提取软件开发

基于近红外光谱和SPA算法的棉花叶面积指数定量分析

同方学位论文库评论

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江苏农业科学 2018年第6期46卷 174-177页

作者：张树艳王有武白铁成张晓石鲁珍塔里木大学信息工程学院新疆阿拉尔843300 塔里木大学植物科学学院新疆阿拉尔843300 中国农业科学院农业信息研究所新疆南疆农业信息化研究中心新疆阿拉尔843300

棉花叶面积指数是作物长势诊断和产量预测的重要参数。运用近红外光谱仪测定不同生育时期的棉花冠层光谱反射率,通过连续投影算法从1 557个近红外光谱波长中提取出5个有效特征波长,然后用最小二乘法对叶面积指数进行建模。将连续投影算... 详细信息

棉花叶面积指数是作物长势诊断和产量预测的重要参数。运用近红外光谱仪测定不同生育时期的棉花冠层光谱反射率,通过连续投影算法从1 557个近红外光谱波长中提取出5个有效特征波长,然后用最小二乘法对叶面积指数进行建模。将连续投影算法和最小二乘法(简称SPA-PLS)模型与全光谱建立的PLS模型预测结果进行比较,预测相关系数(r)由0.801 23提高到0.928 27,预测均方根误差(RMSEP)由0.501 22降低到0.294 7,建模均方根误差(RMSPCV)由0.425 33降低到0.294 20。结果表明,SPA-PLS模型仅用占全波段0.32%的特征波长建模,不仅缩短了运算时间,而且模型精度、预测能力和稳定性均得到明显提高。

关键词：近红外光谱偏最小二乘法波长提取连续投影算法棉花叶面积指数