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基于移动窗口-迭代遗传算法的近红外光谱波长选择方法

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分析化学 2006年第S1期34卷 123-126页

作者：成飙陈德钊吴晓华浙江大学化学工程与生物工程学系浙江大学化学工程与生物工程学系杭州310027

光谱样本数据常会受到环境噪声和其它组分的干扰,应作波长选择,以提高分析精度。近红外光谱谱区宽,搜索空间过大,难以直接采用遗传算法进行波长选择。为此本研究提出先用移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)从宽谱区中初选出信息区间,再采用改... 详细信息

光谱样本数据常会受到环境噪声和其它组分的干扰,应作波长选择,以提高分析精度。近红外光谱谱区宽,搜索空间过大,难以直接采用遗传算法进行波长选择。为此本研究提出先用移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)从宽谱区中初选出信息区间,再采用改进的迭代遗传算法(IGA)从中选出最优的信息子区间。MWPLS用移动窗口沿全谱区扫描,对信息区间的定位效果好,而IGA将顾及光谱数据的连续相关特性,运行多轮GA,并以上轮选择结果平滑处理后作为先验知识支持下轮的种群初始化。由此选出的连续相邻的波长点作为自变量,进行PLS建模,既可显著地简化模型,又保留一定的数据冗余,模型的稳健性好,分析精度高。将其用于小麦水分的近红外分析,效果良好,预测性能明显优于其它方法。

关键词：近红外光谱波长选择移动窗口偏最小二乘遗传算法

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比色温度计的波长选择

冶金自动化 2003年第3期27卷 45-47页

作者：白日午宋立王浦河北科技大学电气信息学院河北石家庄050054 河北科技大学电气信息学院河北经贸大学

为抵消辐射率变化的影响,比色温度计的两波长应相距较近并处于辐射率恒定或变化平缓的波段。选择较短波长可提高辐射亮度的饱和温度,以扩大比色测温范围。测量通路介质吸收辐射能量,波长应选在其透过率较高的波段。

关键词：波长选择辐射亮度饱和辐射率介质吸收比色温度计

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空-地激光通信链路波长选择因素分析

应用光学 2004年第1期25卷 30-33页

作者：李晓峰陈彦胡渝电子科技大学物理电子学院四川成都610054

空 -地激光通信链路波长选择主要和通信传输所使用的大气随机信道、光束跟踪、捕获、瞄准 (Acquisition,Pointing and Tracking— APT)子系统 ,通信子系统及接收、发射系统采用的主要光电器件等因素有关。本文对影响空 -地激光通信链路... 详细信息

空 -地激光通信链路波长选择主要和通信传输所使用的大气随机信道、光束跟踪、捕获、瞄准 (Acquisition,Pointing and Tracking— APT)子系统 ,通信子系统及接收、发射系统采用的主要光电器件等因素有关。本文对影响空 -地激光通信链路波长选择的因素进行了分析 ,并根据上述影响因素开展了对通信波长的研究 ,促进了空 -地激光通信系统的总体设计工作。

关键词：空-地激光通信链路波长选择大气信道 APT

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对应分析在近红外有效波长选择的应用

生物数学学报 2012年第2期27卷 365-370页

作者：刘洋王涛左月明山西农业大学工学院山西太谷030801

针对分立波长型近红外判别仪器开发过程中遇到的组合波长优选问题,提出一种基于对应分析的有效波长选择方法.对11种蘑菇样品及其在701-2500nm的光谱信息作对应分析,在对应图上计算各样品点与波长点的距离后,首先由各样品点的最近距离波... 详细信息

针对分立波长型近红外判别仪器开发过程中遇到的组合波长优选问题,提出一种基于对应分析的有效波长选择方法.对11种蘑菇样品及其在701-2500nm的光谱信息作对应分析,在对应图上计算各样品点与波长点的距离后,首先由各样品点的最近距离波长点确定出最稳健波长组合,在此基础上,对各样品点的前10、50、200个最近距离波长点进行优选,得出用921nm、1376nm、1424nm、1720nm、2233nm、2454nm这6个波长建立的SVM模型,能在输入变量最少的情况下达到用最稳健波长组合所建模型的预测能力.

关键词：近红外光谱对应分析模式识别支持向量机波长选择

无信息变量消除法在糙米直链淀粉波长选择中的应用

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农机化研究 2010年第11期32卷 202-205页

作者：张巧杰熊鸣祁鲲北京信息科技大学自动化学院北京100192

为挑选信息含量大、与样品组成或性质相关性较强的光谱区域参与建模,以提高校正模型的精度,采用无信息变量消除法对糙米直链淀粉的近红外光谱进行分析。无信息变量消除法是基于PLS回归系数b建立起来的一种光谱区间选择方法,考虑了噪声... 详细信息

为挑选信息含量大、与样品组成或性质相关性较强的光谱区域参与建模,以提高校正模型的精度,采用无信息变量消除法对糙米直链淀粉的近红外光谱进行分析。无信息变量消除法是基于PLS回归系数b建立起来的一种光谱区间选择方法,考虑了噪声和浓度矩阵的影响。结果表明:进行波长选择后,波长点数由1102减小到726,交叉验证预测值与标准值的相关系数R由0.9212提高到0.9654,交叉验证标准差SECV由2.4142减小到1.3725,预测标准差SEP由2.4572减小到2.2001,预测能力得到明显提高。

关键词：直链淀粉近红外光谱无信息变量消除法波长选择

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基于蚁群算法的光谱波长选择的应用研究

基于蚁群算法的光谱波长选择的应用研究

作者：闫琴西安工业大学

学位级别：硕士

近些年来,随着经济的高速发展,人们生活水平的日益提高,消费者开始越来越多的关注食品中各种组分的含量。食品的组分含量与食品是否安全、营养、健康息息相关。因环境污染、农药残留超标、添加剂滥用、贮藏不当等因素带来的食品安全隐... 详细信息

近些年来,随着经济的高速发展,人们生活水平的日益提高,消费者开始越来越多的关注食品中各种组分的含量。食品的组分含量与食品是否安全、营养、健康息息相关。因环境污染、农药残留超标、添加剂滥用、贮藏不当等因素带来的食品安全隐患受到人们的广泛关注。食品组分检测在保障食品的安全中发挥着越来越大的作用。传统的食品检测技术存在着周期长、专业性强、费用高等缺点,难以及时、快速地检测出食品的化学组分含量。近红外光谱定量分析技术是最近被广泛使用的食品组分检测技术,它利用不同的物质在近红外光谱各个波长处有不同的吸收率,通过建立光谱数据和食品组分数据之间的模型来间接分辨食品的化学组分。它不对食品添加试剂,不破坏食品样品,不污染环境,可以实现食品的快速测量和在线测量等,是一种绿色的食品检测技术。但是近红外光谱存在吸收峰重叠严重、信号较弱、干扰严重等现象,因此,必须对它进行波长选择,通过波长选择剔除不相关或非线性的变量,可以提高近红外光谱定量分析的检测精度。目前,在近红外光谱定量分析技术中,波长选择方法主要有无信息变量消除法、遗传算法等,但是,这些方法都存在着一些不足。因此,我们有必要寻找出新的波长选择方法,将它应用到近红外光谱的波长选择中。蚁群算法是通过模拟蚂蚁的觅食行为产生的一种新型智能优化算法,它于20世纪90年代初被意大利学者M.Dorigo等人首次提出,并成功的解决了旅行商问题。蚁群算法因其较强的鲁棒性,并行性,分布式计算机制和易于实现等特点,已在组合优化、网络路由、函数优化、数据挖掘、机器人路径规划、无线传感器网络性能优化等领域得到了广泛的应用。很多资料表明蚁群算法在一系列复杂困难的优化问题中取得了明显的成效,显示出该算法在求解复杂优化问题特别是组合优化问题方面的优越性。由于近红外光谱波长选择问题也是一种组合优化问题,所以,在本次课题的研究中将蚁群算法应用到近红外光谱波长选择中,探索它在波长选择中的性能。在整个课题的研究过程中,具体工作如下：1)首先介绍了蚁群算法的基本理论,通过实例,详细地分析了蚁群算法的正反馈原理和蚁群发现最短路径的原理,然后对蚁群算法的基本模型进行了具体的说明,给出了蚁群算法的具体实现步骤和算法流程图,最后对蚁群算法的特点和应用现状进行了介绍;2)详细地分析了蚁群算法的各个参数α、β、ρ、m、Q设置对算法性能的影响,并针对具体的TSP问题,通过1natlab仿真实验,给出了这些参数的合理取值范围;3)介绍了几种改进的蚁群算法,讲述了它们的改进措施,并通过matlab仿真实验对它们的性能进行对比分析;4)阐述了近红外光谱定量分析的原理,给出了具体的实现步骤,介绍了该技术的优点,并对近红外光谱定量分析技术的建模工具——偏最小二乘算法进行了详细的介绍;5)将蚁群算法具体的实现到近红外光谱的波长选择中,给出了蚁群算法进行波长选择的可行性和具体实现步骤,并将实验结果和用遗传算法进行波长选择后建立的模型以及全部的波长建立的模型进行了对比分析,实验结果表明,用蚁群算法进行波长选择后建立的模型的预测效果明显优于用其他两种方式建立的模型,说明蚁群算法是一种切实可行的算法,以后可以将它应用到其他的问题中进行研究和探索。

关键词：蚁群算法遗传算法近红外光谱偏最小二乘法波长选择

近红外光谱分析中模型传递与特征波长选择方法研究

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近红外光谱分析中模型传递与特征波长选择方法研究

作者：张晓凤桂林电子科技大学

学位级别：硕士

近红外光谱分析技术因具有快速、高效、无损等优点,近年来在诸多领域得到了广泛应用。但在实际应用中,由于仪器老化、测量环境和仪器间差异,各仪器测量的光谱有差异,致使在某一台光谱仪器上建立的校正模型,应用于另一台仪器上时无法使用... 详细信息

近红外光谱分析技术因具有快速、高效、无损等优点,近年来在诸多领域得到了广泛应用。但在实际应用中,由于仪器老化、测量环境和仪器间差异,各仪器测量的光谱有差异,致使在某一台光谱仪器上建立的校正模型,应用于另一台仪器上时无法使用,而模型重建会造成人力、物力等资源的巨大浪费。此外,近红外光谱技术是一种间接的分析技术,其定量应用依赖于化学计量学的方法来建立校正模型,模型的质量取决于光谱的质量。由于近红外光谱存在谱图重叠现象严重、光谱信息冗余、特征吸收区域不明显等问题,使光谱中的某些波长点非但对建模和分析没有任何贡献,还会影响模型质量,导致校正模型的预测精度达不到最优。本论文针对以上问题展开研究,并提出了有效的解决方案,具体研究内容如下:（1）提出一元线性回归直接标准化算法（SLRDS）来解决近红外光谱分析中的模型传递问题。为验证算法的有效性,采用玉米和汽油两个近红外光谱集进行实验验证,并与传统的直接标准化算法（DS）、分段直接标准化算法（PDS）进行比较。实验结果表明,SLRDS算法不仅能有效消除光谱仪器之间的差异,实现校正模型在多台仪器间的共享,而且与DS和PDS算法相比,具有传递性能高、模型简单及所求参数少等优点。（2）提出基于布谷鸟搜索的滑动窗口波长选择方法（MWCS）来解决因近红外光谱谱图重叠严重、信息冗余及特征吸收区域不明显而造成模型质量较差的问题。该方法利用布谷鸟搜索算法进行波长区间选择,以尽量保证所选波长点的连续性,同时采用一种新的滑动窗口策略,以避免波长区间选择时区间位置及长度固定而使信息区间定位不准确。为验证方法的有效性,在玉米和汽油两个近红外光谱集上进行实验,并与传统的连续投影算法（SPA）和无信息变量消除法（UVE）进行比较。实验结果表明,相比传统方法,MWCS波长选择的准确性与稳定性更高,所建模型的预测性能更好。

关键词：近红外光谱模型传递一元线性回归波长选择滑动窗口策略布谷鸟搜索

近红外光谱波长选择方法及其在罗非鱼片新鲜度检测中的应用

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近红外光谱波长选择方法及其在罗非鱼片新鲜度检测中的应用

作者：余海东海南大学

学位级别：硕士

近红外光谱是广泛应用在食品领域的一种成熟的快速无损检测技术。近红外高光谱成像技术是成像技术与光谱技术相结合,不仅采集了样本的一维光谱信息还在每个谱段上获得图像信息。两种技术能够实现品质的快速测定关键在于建立食品品质与... 详细信息

近红外光谱是广泛应用在食品领域的一种成熟的快速无损检测技术。近红外高光谱成像技术是成像技术与光谱技术相结合,不仅采集了样本的一维光谱信息还在每个谱段上获得图像信息。两种技术能够实现品质的快速测定关键在于建立食品品质与光谱信息之间的定标模型,因此需要结合化学计量学算法对光谱数据进行异常值剔除、光谱预处理、变量(波长)选择,以不断优化定标模型。本课题以海南罗非鱼片为研究对象,利用便携式近红外光谱仪和高光谱成像系统获取罗非鱼片的光谱信息,并结合化学计量学方法、图像处理方法与自主提出的波长选择策略,探索光谱信息与传统新鲜度指标之间的变化规律,并建立了罗非鱼片中挥发性盐基氮(Total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量的定量模型和可视化分布图,为罗非鱼片新鲜度快速无损检测提供技术支持。具体的研究结果如下:(1)提出了可提高近红外光谱定量模型预测效果的三步联用策略波长(变量)选择算法。近红外光谱数据是拥有成百上千个波长点的高维空间,存在很多噪声和干扰波长信息,波长选择利用波长选择算法剔除光谱数据中无信息和干扰变量,提高模型预测精度。三步联用策略通过粗选、精选和优选三个阶段来解决光谱数据中的高维问题。第一阶段应用区间选择算法(i PLS)选择几个有信息区间,从而大幅度减少变量数,达到粗选效果。第二阶段应用波点选择算法,变量投影重要性(VIP)和改进变量组合集群分析(m VCPA)在第一步保留的变量中继续筛选得到重要变量,此阶段连续缩减变量空间来达到精选的效果。第三阶段应用优化算法(GA和IRIV)继续优化前一步建立的变量空间,最终获得一个小而优的变量子集。将三步联用策略应用到网上公开的啤酒近红外光谱数据集中进行验证,结果表明三步联用策略建立的定量模型显著优于对应的单个方法和两步联用方法。(2)采用便携式近红外光谱仪建立了罗非鱼片新鲜度的定量预测模型。应用异常值剔除、光谱预处理和波长选择三种不同类型的算法连续对光谱数据进行处理后,模型的性能都得到了大幅度提升。结果表明,SM3-D1联用算法预处理效果最好。三步联用方法(包括i PLS-VIP-GA、i PLS-VIP-IRIV、i PLS-m VCPA-GA和i PLS-m VCPA-IRIV)进行最优波长选择后建立的模型性能最好。其中,i PLS-m VCPA-IRIV建立的模型,其Rp和RMSEP分别为0.9201和2.0907,为所有波长选择方法中表现最优的模型。(3)采用近红外高光谱成像系统结合数据融合技术建立了罗非鱼片新鲜度定量预测模型。应用两个不同波长范围的高光谱成像系统(可见近红外,Visible near-infrared spectroscopy,Vis-NIR和近红外,Near-infrared spectroscopy,NIR)分别采集罗非鱼片的光谱数据。在Vis-NIR和NIR光谱数据中,波长选择方法GA和IRIV优化的模型分别获得了最好的模型预测性能。与单个Vis-NIR和NIR数据块相比,基于两个数据块直接拼接的低水平融合数据中对应的波长选择方法获得了较好的预测性能。利用主成分提取和波长选择两种方式构建中水平融合数据。通过提取前10个主成分构建中水平融合数据,建立的模型明显优于对应的单个数据块。利用特征选择构建中水平融合数据建立的校正模型,其性能优于单个Vis-NIR数据块,但是劣于单个NIR数据块。其中利用CARS法选择特征变量建立的中水平融合模型,其性能要优于四种数据中其它所有的模型,其Rp和RMSEP分别为0.8813和2.1954。此外,分别应用单个Vis-NIR和NIR数据块中最优的模型建立TVB-N含量可视化分布图,能够根据图中颜色变化判断罗非鱼片腐败的程度。

关键词：波长选择近红外光谱高光谱成像罗非鱼片新鲜度

基于宽谱大气CO_2浓度探测的红外激光波长选择

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激光与光电子学进展 2015年第12期52卷 32-37页

作者：林宏周传璘赵娜黄攀立湖北工程学院物理与电子信息工程学院湖北孝感432000

通过分析大气中CO2的超精细吸收光谱来选择适合宽谱大气CO2浓度探测的红外激光波长,为研制宽谱红外激光雷达提供了依据。宽谱红外激光雷达的光谱范围远大于普通差分吸收激光雷达的光谱范围,不需要较高的锁频技术,能够避免差分吸收激光... 详细信息

通过分析大气中CO2的超精细吸收光谱来选择适合宽谱大气CO2浓度探测的红外激光波长,为研制宽谱红外激光雷达提供了依据。宽谱红外激光雷达的光谱范围远大于普通差分吸收激光雷达的光谱范围,不需要较高的锁频技术,能够避免差分吸收激光雷达由于在on波长处偏移引起的测量误差。对比大气中水汽的吸收光谱、超辐射发光二极管（SLED）的发光光谱,以及铟镓砷（In Ga As）红外探测器的响应光谱,可以在理论上确定满足大气CO2浓度探测的宽谱红外激光中心波长约为1572 nm,波长范围约为1568~1575 nm。通过设计实验装置,得到中心波长为1571 nm,波长范围为1564~1578 nm,输出功率约为0.01 m W的宽谱红外激光。该波段宽谱红外激光避开了大气中水汽吸收的影响,而且模块简单、容易实现,对实现利用宽谱红外激光雷达探测大气CO2浓度分布有一定的帮助。

关键词：激光器宽谱光源波长选择 CO2 光谱分析