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基于成像高光谱技术的露天煤矿区复垦土壤剖面有机碳和全氮预测及制图
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作者 彭思涵 包妮沙 +2 位作者 雷海梅 刘善军 杨天鸿 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2949-2960,共12页
k露天煤矿区复垦土壤在经过开采—剥离—覆盖过程后,其有机碳(SOC)和全氮(TN)的垂直分布发生巨大变化,并且直接决定植被恢复物种的选择和生态恢复效果。因此,在双碳目标下,复垦SOC和TN在0~100 cm剖面的监测及制图,是评估矿区生态恢复及... k露天煤矿区复垦土壤在经过开采—剥离—覆盖过程后,其有机碳(SOC)和全氮(TN)的垂直分布发生巨大变化,并且直接决定植被恢复物种的选择和生态恢复效果。因此,在双碳目标下,复垦SOC和TN在0~100 cm剖面的监测及制图,是评估矿区生态恢复及复垦工程固碳的重要基础。相比于传统的化学方法,高光谱技术是一种快速而且无损,已经广泛应用于土壤属性估测的技术,成像高光谱技术相比于点位光谱测量具有图谱合一的优势。因此以我国北方干旱半干旱草原大型露天煤矿复垦土壤为研究对象,采集不同复垦工程、复垦年限的土壤剖面样本,揭示不同复垦年限和复垦方式下土壤剖面SOC和TN垂直分布规律和高光谱特征,通过深度挖掘和筛选SOC和TN特征波段和指数,构建可解释性机器学习模型,从而实现土壤剖面SOC和TN的制图,结果表明:(1)土壤光谱反射率随SOC和TN质量分数的增加而降低,通过集成皮尔森相关性分析和选择连续投影算法,对点状高光谱数据进行降维和去冗余,最终明确表征SOC质量分数的30个特征波段和表征TN质量分数的18个特征,并基于特征波段建立了SOC和TN三维光谱特征指数;(2)通过对比偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林模型(RF)和径向基函数(RBF)神经网络预测模型,发现对光谱数据进行特征波段筛选和变换,可以提高预测精度,其中随机森林模型预测SOC和TN的精度最高,对SOC的预测结果为R^(2)=0.97、RMSE=7.5 g/kg、LCCC=0.84、bias=3.70,TN预测结果为R^(2)=0.78、RMSE=0.33 g/kg、LCCC=0.74、bias=0.19;(3)利用SHAP可解释机器学习模型方法对输入特征进行重要度排序,发现提出的三维光谱指数对模型预测的贡献大于大部分特征波段;(4)使用最佳模型可以快速绘制出成像高光谱图像中每个像素的SOC和TN质量分数,实现矿山土壤剖面中SOC和TN质量分数的制图和可视化。基于成像高光谱技术绘制露天煤矿区复垦土壤剖面可以揭示复垦土壤形成和演化过程,阐明复垦年限、复垦植被类型在剖面演替过程中的驱动力,为露天煤矿区复垦土壤碳汇潜力的动态监测以及土壤固碳技术的效益评价提供重要的数据来源和技术支持。 展开更多
关键词 成像高光谱技术 干旱半干旱露天煤矿 复垦土壤 土壤剖面 有机碳 全氮
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基于高光谱成像技术的南果梨酸度无损检测方法 被引量:1
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作者 张芳 邓照龙 +3 位作者 田有文 高鑫 王开田 徐正玉 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期231-239,共9页
南果梨是一种重要的水果品种,其酸度是评估果品质量的重要指标之一。然而,传统的南果梨酸度检测方法通常需要破坏性采样和化学分析,不仅耗时费力,而且容易导致样品污染和浪费。因此,旨在探索一种基于高光谱成像技术的无损检测方法,以实... 南果梨是一种重要的水果品种,其酸度是评估果品质量的重要指标之一。然而,传统的南果梨酸度检测方法通常需要破坏性采样和化学分析,不仅耗时费力,而且容易导致样品污染和浪费。因此,旨在探索一种基于高光谱成像技术的无损检测方法,以实现对南果梨酸度的快速、准确、无损检测。首先,采集室温20℃下不同贮藏天数南果梨的高光谱数据,其光谱波长范围为400~1000 nm,并且通过理化实验测量南果梨样本的可滴定酸;其次,采用多元散射校正(multipli⁃cative scatter correction,MSC)、标准正态变换(standard normal variate,SNV)、Savitzky-Golay平滑滤波等多种方法对光谱数据进行预处理,建立偏最小二乘回归模型(partial least squares regression,PLSR),选择出建模效果最佳的预处理方法,结果显示MSC方法效果最优;然后结合连续投影算法(successie projection algorithm,SPA)提取特征波段,在700~900 nm范围内确定9个特征光谱变量;最后,以提取出的9个特征光谱变量作为输入矢量,分别建立PLSR模型、极限学习机(extreme learning machine,ELM)模型以及遗传算法(genetic algorithm,GA)和粒子群算法(particle swarm op⁃timization,PSO)优化的BP神经网络模型。研究结果表明,基于MSC预处理和SPA算法特征提取的PSO-BP模型预测精度最高,效果最好,预测集决定系数R^(2)_(p)=0.911,RMSEP=0.032。可见,基于高光谱成像技术的SPA-PSO-BP模型可用于南果梨酸度的检测,为南果梨的品质评价提供参考。 展开更多
关键词 光谱成像技术 南果梨 酸度 BP神经网络 PSO-BP模型
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基于高光谱成像技术对菜心种子霉变的识别
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作者 余展旺 殷海 +4 位作者 何曼文 周理华 谢百亨 熊征 黄富荣 《种子》 北大核心 2024年第8期146-150,156,共6页
为了鉴别健康与霉变菜心种子,本研究通过高光谱成像技术获得健康与霉变菜心种子光谱,建立判别模型。基于原始光谱和9种预处理后光谱建立支持向量机判别(SVM-DA)模型,发现基于一阶导数预处理后光谱的模型表现最出色,建模集和预测集的准... 为了鉴别健康与霉变菜心种子,本研究通过高光谱成像技术获得健康与霉变菜心种子光谱,建立判别模型。基于原始光谱和9种预处理后光谱建立支持向量机判别(SVM-DA)模型,发现基于一阶导数预处理后光谱的模型表现最出色,建模集和预测集的准确率分别为95.87%和95.74%。为了去除冗余或不必要的信息,采用遗传算法(GA)对原始光谱和各种预处理后光谱进行波段筛选,并再次建立SVM-DA模型,在这些模型中,FD-GA-SVM-DA模型性能最优,建模集和预测集准确率分别达97.71%和96.81%。研究表明,基于高光谱技术鉴别健康和霉变菜心种子具有可行性。 展开更多
关键词 光谱成像技术 菜心种子 霉变 支持向量机判别模型
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基于显微高光谱成像技术判别食源性致病菌种类的方法研究 被引量:2
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作者 康睿 程雅雯 +1 位作者 周玲莉 任妮 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期392-397,共6页
如何实现对食源性致病微生物的早期快速检测是全球食品安全领域面临的挑战之一。传统的致病菌生化检测方法虽然准确性高,但是过程复杂、耗时漫长,易错过控制疫情爆发的窗口期。该研究提出一种基于暗场显微高光谱成像技术的检测方法,能... 如何实现对食源性致病微生物的早期快速检测是全球食品安全领域面临的挑战之一。传统的致病菌生化检测方法虽然准确性高,但是过程复杂、耗时漫长,易错过控制疫情爆发的窗口期。该研究提出一种基于暗场显微高光谱成像技术的检测方法,能够借助显微镜技术突破传统光谱成像的灵敏度和分辨率极限,并利用可见/近红外光谱为单个致病菌细胞添加高分辨率的图像和光谱信息。以空肠弯曲杆菌、大肠埃希氏菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌为检测对象,采用显微高光谱成像技术进行数字化表征和数据采集,结合双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)算法对各致病菌细胞的图像和光谱数据进行建模分类。结果显示,显微尺度的致病菌光谱数据呈现可判别的分布规律,新采用的Bi-LSTM网络在光谱数据集中表现优异,在三种致病菌的分类任务中取得了91.0%的平均准确率,而传统的线性判别分类器(LDA)和支持向量机分类器(PCA-SVM)的平均准确率分别为80.1%和88.5%。但是,仅依赖光谱数据进行致病菌种类判别仍然存在较为严重的假阳性问题,尤其是在大肠埃希氏菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌的分类中存在错误分类。图像信息的加入则能够显著改善各分类的识别准确率,其中Bi-LSTM分类器取得了高达98.1%的准确率,LDA和PCA-SVM均取得了95.3%的准确率。研究结果表明,显微高光谱成像技术在食源性致病菌的特异性光谱和图像表征中具有优势,提出的Bi-LSTM网络能够直接处理高维的图谱特征,两种技术的融合在食源性致病菌细胞级别的早期检测应用中展现潜力。 展开更多
关键词 食源性致病菌 细菌细胞检测 显微光谱成像技术 光谱识别
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基于高光谱成像技术的山楂产地判别研究
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作者 刘子健 顾佳盛 +5 位作者 周聪 王游游 杨健 黄俊 王宏鹏 白瑞斌 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2024年第10期282-291,共10页
产地是影响山楂品质的重要因素之一,为实现对山楂产地的快速无损鉴别,本文基于高光谱成像技术对不同产地的山楂样品进行产地溯源。以五个不同省级产区的山楂样品作为样本,利用近红外高光谱成像系统,获得每个样品果梗朝上(G)、侧面朝上(C... 产地是影响山楂品质的重要因素之一,为实现对山楂产地的快速无损鉴别,本文基于高光谱成像技术对不同产地的山楂样品进行产地溯源。以五个不同省级产区的山楂样品作为样本,利用近红外高光谱成像系统,获得每个样品果梗朝上(G)、侧面朝上(C)和底面朝上(D)的可见-短波红外(410~2500 nm)波段高光谱数据。采用多元散射校正(multivariatescatteringcorrection, MSC)、一阶导数(firstderivative, D1)、 SG平滑(Savitzky-Golay,SG)和标准正态变换(standard normal variate transformation,SNV)四种预处理方法,分别建立了偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)、支持向量机(support vector machine,SVM)和随机森林(random forests,RF)三种分类模型。结果表明,D-D1-SVM模型分类效果最优,训练集和预测集的准确率均为100%。为进一步简化模型,分别采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)和竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling algorithm,CARS)进行特征波长筛选。通过多变量数据分析发现,D-SPA-SVM模型效果最佳,训练集和预测集准确率分别为95.2%和93%。本研究为山楂产地的快速、无损识别提供技术支持。 展开更多
关键词 光谱成像技术 山楂 产地识别 无损检测 机器学习
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基于高光谱成像技术的糯玉米种子分类研究 被引量:2
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作者 庄浩轩 魏明生 +2 位作者 王波 赵慕阶 陈化东 《现代农业研究》 2024年第1期51-57,共7页
为了快速、准确、无损地对糯玉米种子分类,采用可见-近红外(400~1000 nm)高光谱成像仪对5种糯玉米种子进行数据采集,使用一阶中心差分联合SG平滑对糯玉米种子的原始光谱数据进行预处理去噪,通过自优化竞争性自适应重加权采样算法筛选出5... 为了快速、准确、无损地对糯玉米种子分类,采用可见-近红外(400~1000 nm)高光谱成像仪对5种糯玉米种子进行数据采集,使用一阶中心差分联合SG平滑对糯玉米种子的原始光谱数据进行预处理去噪,通过自优化竞争性自适应重加权采样算法筛选出56个重要的特征波段,同时采用灰度共生矩阵和Sobel算子提取糯玉米种子的相关性、能量、同致性、相关熵、灰度熵和梯度熵等6种纹理特征,将光谱特征与纹理特征融合后构建支持向量机分类模型,分别用350个训练样本、150个测试样本和50个预测样本对模型进行训练、测试和预测分类,相应得到了准确率为98.50%、95.92%和94.00%的最佳结果,表明利用高光谱成像技术对糯玉米种子分类是可行的。 展开更多
关键词 光谱成像技术 一阶中心差分 自优化 竞争性自适应重加权采样算法 灰度共生矩阵
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高光谱成像技术在叶菜无损检测中的应用研究进展
7
作者 王涛 黄语燕 +1 位作者 陈永快 廖水兰 《现代农业科技》 2024年第13期168-172,共5页
高光谱成像技术结合了传统成像技术和光谱技术的优点,具有“图谱合一”的特点。图像信息可以直观反映物体的外部特征,光谱信息可以检测物体的内部品质,已经广泛应用于农产品的快速无损检测中。本文介绍了高光谱成像技术的原理和图像数... 高光谱成像技术结合了传统成像技术和光谱技术的优点,具有“图谱合一”的特点。图像信息可以直观反映物体的外部特征,光谱信息可以检测物体的内部品质,已经广泛应用于农产品的快速无损检测中。本文介绍了高光谱成像技术的原理和图像数据处理方法,综述了高光谱成像技术在叶菜品质检测、氮元素检测、农药残留检测、病害诊断和环境胁迫监测等方面的应用,并结合目前存在的问题进行了总结与展望,以期通过该技术的应用更好地促进我国农业的发展。 展开更多
关键词 光谱成像技术 无损检测 叶菜 品质检测
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基于高光谱成像技术的亚麻籽粒品种快速分类
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作者 李怡 韩俊英 《软件工程与应用》 2024年第5期685-703,共19页
亚麻是世界上一种重要的经济作物和油料作物,快速筛选不同品种的亚麻籽对于亚麻育种以及农业种植具有重要意义。市场上亚麻籽品种繁多,如何快速、准确、高效地鉴别亚麻籽的品种,从而实现亚麻品种优育以及高产高收亟待解决。本文提出基... 亚麻是世界上一种重要的经济作物和油料作物,快速筛选不同品种的亚麻籽对于亚麻育种以及农业种植具有重要意义。市场上亚麻籽品种繁多,如何快速、准确、高效地鉴别亚麻籽的品种,从而实现亚麻品种优育以及高产高收亟待解决。本文提出基于高光谱图像技术的K近邻(KNN)分类模型,以期实现不同品种亚麻籽的快速分类。本研究以甘肃省农业科学院提供的10个不同品种的亚麻籽作为本次试验的样本,每个品种随机选取50粒亚麻籽,利用高光谱成像系统采集870.07~1709.45 nm范围内的亚麻籽光谱图像。将采集到的图像黑白校正之后,以50粒亚麻籽为感兴趣区域,求取该区域内平均光谱作为原始光谱数据。由于原始光谱数据两端噪声较大,有效信息会受到噪声干扰,为了增强信噪比,本研究截取950~1680 nm范围内的亚麻籽的光谱波段作为有效波段进行分析。为避免数据在采集过程中受无关信息的干扰较强从而影响建模效果,因此对去噪后的光谱波段信息进行SG (Savitzky Golay)平滑预处理,并在SG平滑预处理的基础上分别进行最大归一化(MN)和二阶求导预处理(2ndDer)。数据预处理后分别采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)单一提取和CARS + SPA、CARS-SPA组合筛选方法提取特征波长,利用K近邻算法建立CARS-KNN、SPA-KNN、CARS + SPA-KNN、CARS-SPA-KNN这4种亚麻籽品种鉴别模型。实验结果表明:基于(SG-2ndDer)-CARS-KNN、(SG-2ndDer)-SPA-KNN、(SG-2ndDer)-CARS + SPA-KNN、(SG-2ndDer)-CARS-SPA-KNN这4种分类模型对亚麻籽的分类准确率最高可以达到100%。故利用近红外高光谱成像技术结合KNN算法对亚麻籽品种进行快速无损鉴别是优异和可靠的方案。Flax is an important economic and oil crop globally;rapid screening of different flax seed varieties is essential for flax breeding and agricultural cultivation. There are many flax seed varieties on the market;how to quickly, accurately, and efficiently identify the flax seed varieties to realize the superiority of flax varieties and high-yield yield needs to be resolved. This paper proposes the K-Nearest Neighbor (KNN) classification model based on the hyperspectral image technique to classify flax seed varieties quickly. In this study, ten different varieties of flax seeds provided by the Gansu Provincial Academy of Agricultural Sciences were used as the samples for this experiment, and 50 flax seeds of each variety were randomly selected. The spectral images of flax seeds in the range of 870.07~1709.45 nm were collected by using a hyperspectral imaging system. After the black-and-white correction of the acquired images, the 50 flax seeds were the region of interest, and the average spectrum in the region was the original spectral data. Due to the significant noise at both ends of the raw spectral data, the practical information will be interfered with by noise;in order to enhance the signal-to-noise ratio, this study intercepted the spectral bands of linseed in the range of 950~1680 nm as the influential bands for analysis. In order to avoid the data in the acquisition process by irrelevant information interference is more muscular, thus affecting the modeling effect, the de-noised spectral band information is pre-processed by SG (Savitzky Golay) smoothing, and based on SG smoothing, respectively, the Maximum Normalization (MN) and second-order derivation pre-processing (2ndDer). After data preprocessing, the feature wavelengths were extracted by Competitive Adaptive Re-weighting Algorithm (CARS), Successive Projection Algorithm (SPA) single extraction and CARS + SPA, CARS-SPA combined screening methods, respectively, and the K-Nearest Neighbor algorithm was utilized to establish the identification models for the four flax seed varieties, namely, CARS-KNN, SPA-KNN, CARS + SPA-KNN, and CARS-SPA-KNN. The experimental results show that the classification accuracy of flax seed based on the four classification models (SG-2ndDer)-CARS-KNN, (SG-2ndDer)-SPA-KNN, (SG-2ndDer)-CARS + SPA-KNN, and (SG-2ndDer)-CARS- SPA-KNN) can reach up to 100%. Therefore, using near-infrared hyperspectral imaging technology combined with the KNN algorithm for rapid and non-destructive identification of linseed varieties is an excellent and reliable program. 展开更多
关键词 光谱成像技术 亚麻 品种分类 K近邻算法 组合筛选
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基于高光谱成像技术对番石榴可溶性固形物的快速测定
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作者 倪淳宇 蒙庆华 +6 位作者 吴哲锋 邱邹全 常洪娟 黄森 褚家辉 房俊成 李钰 《食品安全质量检测学报》 CAS 2024年第11期116-124,共9页
目的 研究基于高光谱成像技术对番石榴可溶性固形物(soluble solids content, SSC)的快速测定。方法 通过高光谱成像系统和全自动折光仪获得番石榴的表面反射光谱与SSC信息,选择Savitzky-Golay平滑和标准正态变量变换作为预处理手段,使... 目的 研究基于高光谱成像技术对番石榴可溶性固形物(soluble solids content, SSC)的快速测定。方法 通过高光谱成像系统和全自动折光仪获得番石榴的表面反射光谱与SSC信息,选择Savitzky-Golay平滑和标准正态变量变换作为预处理手段,使用主成分分析评估预处理前后光谱的聚类变化。采用区间变量迭代空间收缩法、区间随机蛙跳法、自举软收缩法(bootstrapping soft shrinkage, BOSS)、变量组合集群分析提取特征波长,用于建立比较支持向量回归(supportvectorregression,SVR)和偏最小二乘回归(partialleastsquares regression, PLSR)预测模型。结果 预处理后光谱数据主成分聚类进一步分散, PLSR整体在预测集的回归效果比SVR更好, BOSS-PLSR为最优预测模型,预测集决定系数R_(2)^(p)为0.9216,均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)为0.2366,剩余预测偏差(residual prediction deviation, RPD)为3.5710。结论 利用高光谱成像技术快速实现番石榴可溶性固形物测量是可行的。 展开更多
关键词 光谱成像技术 番石榴 可溶性固形物含量 支持向量回归
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基于高光谱成像技术检测肉与肉制品中肌内脂肪的研究进展
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作者 罗欣 《食品安全导刊》 2024年第8期170-172,176,共4页
肌内脂肪(Intramuscular Fat,IMF)被认为是消费者评价肉类产品最常用的参数之一,会影响消费者的接受度和购买意愿。目前对于不同肉与肉制品中大理石花纹的分类评定的传统方法是由经过培训的专家小组进行的,但这种方法会因不同企业生产... 肌内脂肪(Intramuscular Fat,IMF)被认为是消费者评价肉类产品最常用的参数之一,会影响消费者的接受度和购买意愿。目前对于不同肉与肉制品中大理石花纹的分类评定的传统方法是由经过培训的专家小组进行的,但这种方法会因不同企业生产的产品不一致而增加人工成本,且重复性低,易受环境和人为因素的影响。本文概述高光谱成像技术在生鲜肉与经过加工处理后的肉中肌内脂肪检测方面的应用现状,包括光谱范围、扫描操作、波长选择以及模型构建所用算法等方面内容,以期为后续开展基于高光谱成像技术进一步提升肌内脂肪预测精准度的研究提供参考。 展开更多
关键词 光谱成像技术 肌内脂肪 研究进展
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高光谱成像技术在粮食品质检测中的应用
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作者 李彭 李艳艳 +4 位作者 何学明 刘强 邢常瑞 方勇 袁建 《粮食储藏》 2024年第4期1-12,共12页
高光谱成像技术因具有快速、客观、范围广、非破坏性等优点,已被广泛应用于食品安全、医学诊断、工业检测等领域。为全面认识高光谱成像技术在粮食品质检测中的应用现状,归纳了高光谱成像技术的基本原理、主要构成及其数据处理与分析,... 高光谱成像技术因具有快速、客观、范围广、非破坏性等优点,已被广泛应用于食品安全、医学诊断、工业检测等领域。为全面认识高光谱成像技术在粮食品质检测中的应用现状,归纳了高光谱成像技术的基本原理、主要构成及其数据处理与分析,并针对其在粮食品质检测中的应用,重点总结了在粮食检测中水分含量、蛋白质、淀粉及不完善粒的应用研究进展。同时,比较了深度学习与传统的机器学习在粮食品质检测中的应用,探讨高光谱成像技术在样本数据库构建、测量灵敏度、仪器便携化方面所面临的问题与挑战,进而提出改进措施,旨在为粮食的品质评价提供参考。 展开更多
关键词 光谱成像技术 粮食品质 水分含量 蛋白质 淀粉 不完善粒 深度学习
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浅谈机载高光谱成像技术应用与发展
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作者 严建伟 《机器人技术与应用》 2024年第1期60-64,共5页
本文浅谈机载高光谱成像技术的起源、原理与特点、应用、发展历程与展望,总结了目前的应用发展状况,同时根据全球环境保护工作要求与国家科研、军事领域需求,结合人工智能、软件算法、成像光谱仪、机载和星载、航天航空的发展方向,提出... 本文浅谈机载高光谱成像技术的起源、原理与特点、应用、发展历程与展望,总结了目前的应用发展状况,同时根据全球环境保护工作要求与国家科研、军事领域需求,结合人工智能、软件算法、成像光谱仪、机载和星载、航天航空的发展方向,提出机载高光谱成像技术应用与未来发展方向。 展开更多
关键词 光谱成像技术 成像光谱 光谱分辨率 空间分辨率 时间分辨率 光谱 光谱 光谱
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高光谱成像技术在农作物检测中的应用进展
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作者 张春昊 《农机市场》 2024年第7期58-60,共3页
本文首先介绍了传统农作物检测方法的不足,随后概述了高光谱成像技术的原理、系统构成以及其在农作物识别和品质检测中的应用进展。同时,本文还分析了高光谱成像技术在农作物检测中面临的挑战和发展趋势。
关键词 光谱成像技术 品种识别 品质检测
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基于高光谱成像技术的不同时期番茄植株的快速无损判别研究 被引量:1
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作者 马玲 马倩 +6 位作者 李亚娇 张祎洋 王静 马思艳 马燕 杜明华 吴龙国 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期210-215,共6页
利用近红外高光谱成像技术对不同浓度盐胁迫下的番茄叶片进行了定性判别。采集192个叶片样本的平均光谱反射率数据,并对原始光谱数据分别进行多元散射校正(MSC)、标准正态化(SNV)、正交信号校正(OSC)、相关优化偏移(COW)4种预处理,建立... 利用近红外高光谱成像技术对不同浓度盐胁迫下的番茄叶片进行了定性判别。采集192个叶片样本的平均光谱反射率数据,并对原始光谱数据分别进行多元散射校正(MSC)、标准正态化(SNV)、正交信号校正(OSC)、相关优化偏移(COW)4种预处理,建立了偏最小二乘回归(PLSR)模型。建模结果显示:OSC预处理光谱的建模效果最优。分别采用间隔变量迭代空间收缩法(iVISSA)、间隔随机蛙跳法(IRF)、遗传偏最小二乘算法(GAPLS)、竞争性自适应加权算法(CARS)、变量组合集群分析(VCPA)等方法提取特征波长,建立PLSR模型。结果表明:VCPA提取特征波长所建立的模型最优。将VCPA法提取的11个特征波长(945、975、990、1 002、1 005、1 067、1 204、1 326、1 595、1 642、1 660 nm)用于建立番茄叶片定性判别预测模型,最优预测模型的决定系数(r^(2)P)与预测均方根误差(RMSEP)分别为0.917、0.456。该研究为在线监测植物长势提供了技术支撑。 展开更多
关键词 光谱成像技术 番茄叶片 盐胁迫 无损检测
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基于高光谱成像技术的大豆霉变等级识别方法研究 被引量:1
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作者 张玉荣 邓毅浩 +2 位作者 褚洪强 吴琼 张咚咚 《河南工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期105-113,131,共10页
大豆在储运过程中容易发生霉变,为快速无损检测储藏大豆的霉变情况,提高大豆品质检测效率,通过高光谱成像系统采集不同霉变等级大豆样本信息,使用标准正态化(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶求导(1ST)和二阶求导(2ND)对样本光谱数据进行... 大豆在储运过程中容易发生霉变,为快速无损检测储藏大豆的霉变情况,提高大豆品质检测效率,通过高光谱成像系统采集不同霉变等级大豆样本信息,使用标准正态化(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶求导(1ST)和二阶求导(2ND)对样本光谱数据进行预处理,通过连续投影算法(SPA)和竞争性自适应加权算法(CARS)提取光谱特征,使用颜色矩中前3个阶矩作为颜色特征,并将光谱特征和颜色特征结合,分别建立支持向量机(SVM)和偏最小二乘回归(PLSR)识别模型。结果表明:使用1ST处理光谱数据,利用CARS提取的19个光谱特征,结合9个颜色特征建立的SVM模型的性能最好,其测试集准确率、精确率、召回率和F1(精确率和召回率的调和平均值)分别为98.13%、98.25%、98.15%和98.20%,对等级1、2、3、4的识别正确率分别为100%、100%、92.60%和100%,仅存在2个误判样本。高光谱成像技术对不同霉变等级大豆籽粒有较强识别能力,为快速无损检测大豆籽粒霉变等级提供了理论依据。 展开更多
关键词 光谱成像技术 霉变大豆 特征提取 识别模型
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基于高光谱成像的烤烟着生部位识别
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作者 梅吉帆 郭文孟 +8 位作者 李智慧 薛宇毅 杨忠泮 李嘉康 苏子淇 张雷 堵劲松 徐大勇 李辉 《中国烟草学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期51-60,共10页
【目的】采用高光谱成像技术结合机器学习方法,建立烤烟着生部位(上部、中部、下部)的识别模型。【方法】首先,通过分析烟叶在水、氮敏感波段下的强度分布特征,采用了一种结合OTSU和Sauvola图像分割算法的双阈值感兴趣区(ROI)选取方法,... 【目的】采用高光谱成像技术结合机器学习方法,建立烤烟着生部位(上部、中部、下部)的识别模型。【方法】首先,通过分析烟叶在水、氮敏感波段下的强度分布特征,采用了一种结合OTSU和Sauvola图像分割算法的双阈值感兴趣区(ROI)选取方法,然后对比分析不同预处理方法对数据建模的影响规律,采用支持向量机(SVM)、极限梯度提升(XGBoost)算法进行判别模型的建立,通过参数寻优进行模型的优化。使用遗传算法(GA)和遗传算法结合连续投影算法(GA-SPA)进行特征波长的选择,建立简化模型。【结果】(1)建立的双阈值感兴趣区选取方法能准确高效地实现烤烟叶片正常叶面区域的选取(2)不同数据预处理方法对识别模型影响较为显著,基于一阶导和萨维莱茨-戈莱平滑(1Der+SG)预处理光谱数据,结合GA选取的特征波长建立的XGBoost着生部位识别模型具有最佳的分类效能,其准确率高达97.78%。【结论】研究建立的基于高光谱成像技术结合机器学习方法的部位模型可满足烤烟着生部位的高效准确识别。 展开更多
关键词 光谱成像技术 着生部位 数据预处理 机器学习 双阈值分割 定性判别
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高光谱成像结合PSO-SVM的银杏果种类鉴别 被引量:1
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作者 张伏 张方圆 +4 位作者 崔夏华 王新月 曹炜桦 张亚坤 付三玲 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期859-864,共6页
银杏果富含维生素、银杏萜内酯和银杏黄酮等成分,具有抗氧化、抗肿瘤、预防心血管疾病等功能,可药食两用。由于银杏果品种不同,其主要成分含量和品质各异。另外,银杏果某些成分含量对其贮藏和加工工艺影响较大。为实现银杏果品种高效无... 银杏果富含维生素、银杏萜内酯和银杏黄酮等成分,具有抗氧化、抗肿瘤、预防心血管疾病等功能,可药食两用。由于银杏果品种不同,其主要成分含量和品质各异。另外,银杏果某些成分含量对其贮藏和加工工艺影响较大。为实现银杏果品种高效无损鉴别,提出一种基于高光谱成像技术的支持向量机(SVM)分类模型,并利用遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)优化模型参数提高种类鉴别正确率。以3个品种630个银杏果为研究对象,按2∶1划分为训练集和测试集,分别为420个和210个。利用高光谱图像采集系统获取900~1700 nm范围内的银杏果图像,黑白校正后选取质心位置25×25 pixel感兴趣区域(ROI),提取该区域内平均光谱作为原始光谱数据。因原始光谱两端噪声较大,信噪比低且有效信息较少,截取945.98~1698.75 nm范围内的光谱波段作为有效波段,并对去噪后光谱波段信息做标准正态变量变换(SNV)预处理,预处理后采用连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)提取特征波长,将其波长反射率作为输入矩阵X,预设样本类别1、2、3作为输出矩阵Y,分别建立SNV-SPA/CARS-(GA/PSO)-SVM六种银杏果品种鉴别模型。试验结果表明:SNV-CARS-PSO-SVM模型鉴别效果最佳,分类准确率96.67%,说明CARS提取特征波长变量能代表所有波长信息,且PSO-SVM模型具有较好种类鉴别效果,可实现银杏果鉴别,为银杏果种类高效无损鉴别提供新思路。 展开更多
关键词 光谱成像技术 银杏果 种类鉴别 粒子群算法 支持向量机
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基于高光谱技术的穿心莲药材中穿心莲内酯类成分检测研究
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作者 肖丹 王思曼 +4 位作者 张悦 刘地发 郝庆秀 白瑞斌 杨健 《化学试剂》 CAS 2024年第6期89-98,共10页
基于高光谱技术结合化学计量学,建立不同种质穿心莲药材中穿心莲内酯类成分含量的检测方法。采集穿心莲样品的高光谱信息,获得原始光谱数据(Raw Data)。采用一阶导数(D1)、二阶导数(D2)、SG平滑(SG)、乘性散射校正(MSC)对Raw Data预处理... 基于高光谱技术结合化学计量学,建立不同种质穿心莲药材中穿心莲内酯类成分含量的检测方法。采集穿心莲样品的高光谱信息,获得原始光谱数据(Raw Data)。采用一阶导数(D1)、二阶导数(D2)、SG平滑(SG)、乘性散射校正(MSC)对Raw Data预处理,结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建立分类模型,结合偏最小二乘回归(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)、随机森林回归(RFR)建立回归模型。应用连续投影算法(SPA)简化模型。不同种质的穿心莲最佳分类模型为D1-PLS-DA。穿心莲内酯、新穿心莲内酯、去氧穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯4种穿心莲内酯类化合物总含量的最佳回归模型分别为SG-PLSR、MSC-PLSR、Raw Data-SPA-BPNN、MSC-SPA-BPNN和Raw Data-PLSR。应用高光谱技术可实现穿心莲品质的快速准确检测。 展开更多
关键词 光谱成像技术 化学计量学 穿心莲 预测模型 BP神经网络 偏最小二乘法 随机森林回归
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基于高光谱成像的光敏印油种类区分实验
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作者 付沛 崔岚 李硕 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第6期836-841,共6页
印油种类区分是法庭科学文件检验领域的重要一环,为研究无损高效区分光敏印油种类的方法。以33种不同品牌光敏印油的原始光谱数据当作对照组,对原始数据进行t-SNE降维和UMAP降维后,选择XGBoost、SVM和MLP三种分类算法,以1∶4的比例确定... 印油种类区分是法庭科学文件检验领域的重要一环,为研究无损高效区分光敏印油种类的方法。以33种不同品牌光敏印油的原始光谱数据当作对照组,对原始数据进行t-SNE降维和UMAP降维后,选择XGBoost、SVM和MLP三种分类算法,以1∶4的比例确定测试集和训练集,对原始数据和降维后的数据进行分类,同时使用网格搜索和五倍交叉验证来优化模型的性能和泛化能力。结果表明,上述三种分类算法对降维后光谱数据区分的平均准确率高于对原始光谱数据区分的平均准确率,且UMAP-MLP分类模型的区分准确率最高,可达到98%。提出的分类模型可用于光敏印油种类的快速区分。 展开更多
关键词 机器学习 光谱成像技术 光敏印油 种类区分
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高光谱成像技术在农产品无损检测中的应用 被引量:14
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作者 熊春晖 佘永新 +5 位作者 焦逊 邵勇 贾莉 王淼 肖明 王静 《粮油食品科技》 CAS CSCD 2023年第1期109-122,共14页
高光谱成像技术具有“图谱合一”的特点,其汇集了传统成像和光谱技术的特点,能同时获得待测农产品样本的图像信息和光谱信息,因此该技术既可以通过成像技术检测物体的外部特征,又可以通过光谱技术得到农产品的内部品质和食用安全性信息... 高光谱成像技术具有“图谱合一”的特点,其汇集了传统成像和光谱技术的特点,能同时获得待测农产品样本的图像信息和光谱信息,因此该技术既可以通过成像技术检测物体的外部特征,又可以通过光谱技术得到农产品的内部品质和食用安全性信息,包括品种分类、理化指标测定、真菌感染检测和农药残留检测等。与传统检测方法相比,高光谱成像以其检测过程中前处理简单、无污染、无破坏性的特点,在农产品无损检测领域有所应用。从高光谱成像的理论基础出发,对其图像获取与分析方式进行概述,并阐述了高光谱成像技术在农产品无损检测领域中近五年的研究进展,以期为农产品的品种分类、营养品质和食用安全性评估方法提供参考。 展开更多
关键词 光谱成像技术 农产品 品质 无损检测
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