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Visible and Near-Infrared Spectroscopy with Multi-Parameters Optimization of Savitzky-Golay Smoothing Applied to Rapid Analysis of Soil Cr Content of Pearl River Delta 被引量:3
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作者 Xiaowen Shi Lijun Yao Tao Pan 《Journal of Geoscience and Environment Protection》 2021年第3期75-83,共9页
Using visible and near-infrared (Vis-NIR) spectroscopy combined with partial least squares (PLS) regression, the rapid reagent-free analysis model for chromium (Cr) content in tideland reclamation soil in the Pearl Ri... Using visible and near-infrared (Vis-NIR) spectroscopy combined with partial least squares (PLS) regression, the rapid reagent-free analysis model for chromium (Cr) content in tideland reclamation soil in the Pearl River Delta, China was established. Based on Savitzky-Golay (SG) smoothing and PLS regression, a multi-parameters optimization platform (SG-PLS) covering 264 modes was constructed to select the appropriately spectral preprocessing mode. The optimal SG-PLS model was determined according to the prediction effect. The selected optimal parameters <em>d, p, m</em> and LV were 2, 6, 23 and 8, respectively. Using the validation samples that were not involved in modeling, the root mean square error (SEP<sub>V</sub>), relative root mean square error (R-SEP<sub>V</sub>) and correlation coefficients (R<sub>P, V</sub>) of prediction were 11.66 mg<span style="white-space:nowrap;">&middot;</span>kg<sup>-1</sup>, 10.7% and 0.722, respectively. The results indicated that the feasibility of using Vis-NIR spectroscopy combined with SG-PLS method to analyze soil Cr content. The constructed multi-parameters optimization platform with SG-PLS is expected to be applied to a wider field of analysis. The rapid detection method has important application values to large-scale agricultural production. 展开更多
关键词 Soil Heavy Metal CHROMIUM visible and near-infrared spectroscopy Rapid Reagent-Free Analysis Savitzky-Golay Smoothing
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Analysis of Protein Content in Panicum miliaceum L. Using Near Infrared Transmittance Spectroscopy 被引量:2
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作者 牛宇 蒙秋霞 +5 位作者 张丽珍 赵婷婷 乔治军 牛伟 刘根科 冯耐红 《Agricultural Science & Technology》 CAS 2012年第5期965-968,共4页
[Objective] To explore a method for the rapid determination of protein con- tent in grains of Panicum miliaceum L. [Method] The near infrared transmittance spec- troscopy (NITS) was used to build the mathematical mo... [Objective] To explore a method for the rapid determination of protein con- tent in grains of Panicum miliaceum L. [Method] The near infrared transmittance spec- troscopy (NITS) was used to build the mathematical models for the quantitative analy- sis of protein content in the grains. Four combinations of treatment that first derivative and second derivative were respectively combined with partial least squares (PLS) and modified partial least squares (MPLS) were set to compare their effects on the original transmission spectrum. [Result] The predicting effects of the 4 combinations were similar. The optimal combination was first derivative with MPLS, in which the average determination coefficient of validation (RSQ) was 0.880 6, correlation coeffi- cient of cross validation (1-VR) was 0.857 0, standard error of calibration (SEC) was 0.342 4, standard error of cross validation (SECV) was 0.375 1, and the standard er- ror of prediction (SEP) was 0.454. [Conclusion] The constructed NITS model is a rapid way for the determination of protein content in grains of P. miliaceum. 展开更多
关键词 near infrared transmittance spectroscopy Panicum miliaceum L. PROTEIN Calibration model
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Visible and Near-Infrared Spectroscopic Discriminant Analysis Applied to Brand Identification of Wine 被引量:2
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作者 Sixia Liao Jiemei Chen Tao Pan 《American Journal of Analytical Chemistry》 2020年第2期104-113,共10页
High-end wine brand is made through the use of high-quality grape variety and yeast strain, and through a unique process. Not only is it rich in nutrients, but also it has a unique taste and a fragrant scent. Brand id... High-end wine brand is made through the use of high-quality grape variety and yeast strain, and through a unique process. Not only is it rich in nutrients, but also it has a unique taste and a fragrant scent. Brand identification of wine is difficult and complex because of high similarity. In this paper, visible and near-infrared (NIR) spectroscopy combined with partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) was used to explore the feasibility of wine brand identification. Chilean Aoyo wine (2016 vintage) was selected as the identification brand (negative, 100 samples), and various other brands of wine were used as interference brands (positive, 373 samples). Samples of each type were randomly divided into the calibration, prediction and validation sets. For comparison, the PLS-DA models were established in three independent and two complex wavebands of visible (400 - 780 nm), short-NIR (780 - 1100 nm), long-NIR (1100 - 2498 nm), whole NIR (780 - 2498 nm) and whole scanning (400 - 2498 nm). In independent validation, the five models all achieved good discriminant effects. Among them, the visible region model achieved the best effect. The recognition-accuracy rates in validation of negative, positive and total samples achieved 100%, 95.6% and 97.5%, respectively. The results indicated the feasibility of wine brand identification with Vis-NIR spectroscopy. 展开更多
关键词 WINE BRand IDENTIFICATION visible-near infrared spectroscopy Partial Least SQUARES DISCRIMINANT Analysis Waveband Selection
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Visible and Near-Infrared Spectroscopic Discriminant Analysis Applied to Identification of Soy Sauce Adulteration 被引量:1
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作者 Chunli Fu Jiemei Chen +1 位作者 Lifang Fang Tao Pan 《American Journal of Analytical Chemistry》 2022年第2期51-62,共12页
The identification of soy sauce adulteration can avoid fraud, and protect the rights and interests of producers and consumers. Based on two measurement models (1 mm, 10 mm), the visible and near-infrared (Vis-NIR) spe... The identification of soy sauce adulteration can avoid fraud, and protect the rights and interests of producers and consumers. Based on two measurement models (1 mm, 10 mm), the visible and near-infrared (Vis-NIR) spectroscopy combined with standard normal variate-partial least squares-discriminant analysis (SNV-PLS-DA) was used to establish the discriminant analysis models for adulterated and brewed soy sauces. Chubang soy sauce was selected as an identification brand (negative, 70). The adulteration samples (positive, 72) were prepared by mixing Chubang soy sauce and blended soy sauce with different adulteration rates. Among them, the “blended soy sauce” sample was concocted of salt water (NaCl), monosodium glutamate (C<sub>5</sub>H<sub>10</sub>NNaO<sub>5</sub>) and caramel color (C<sub>6</sub>H<sub>8</sub>O<sub>3</sub>). The rigorous calibration-prediction-validation sample design was adopted. For the case of 1 mm, five waveband models (visible, short-NIR, long-NIR, whole NIR and whole scanning regions) were established respectively;in the case of 10 mm, three waveband models (visible, short-NIR and visible-short-NIR regions) for unsaturated absorption were also established respectively. In independent validation, the models of all wavebands in the cases of 1 mm and 10 mm have achieved good discrimination effects. For the case of 1 mm, the visible model achieved the optimal validation effect, the validation recognition-accuracy rate (RAR<sub>V</sub>) was 99.6%;while in the case of 10 mm, both the visible and visible-short-NIR models achieved the optimal validation effect (RAR<sub>V</sub> = 100%). The detection method does not require reagents and is fast and simple, which is easy to promote the application. The results can provide valuable reference for designing small dedicated spectrometers with different measurement modals and different spectral regions. 展开更多
关键词 visible and near-infrared spectroscopy Soy Sauce Adulteration Identification Partial Least Squares-Discriminant Analysis Standard Normal Variate
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Innovative Methods of Synthesis and Characterization for Molecularly Imprinted Polymers
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作者 Youyao Luo 《Open Journal of Applied Sciences》 2024年第9期2559-2579,共21页
The characterization of these molecularly imprinted polymers is essential to understanding their binding dynamics and structural properties. Through the analysis of the current research, it is found that there are ove... The characterization of these molecularly imprinted polymers is essential to understanding their binding dynamics and structural properties. Through the analysis of the current research, it is found that there are overlaps in the methods used by scholars. The Langmuir equation is frequently applied to model the adsorption isotherms of MIPs, providing critical insight into the capacity and affinity of the binding sites. Infrared Spectroscopy (IR) plays a crucial role in identifying the functional groups involved in the imprinting process and confirming the successful formation of specific binding sites. UV-visible spectrophotometry is employed to monitor the absorption characteristics of the polymers, offering data on the interactions between the template molecules and the polymer matrix. Transmission Electron Microscopy (TEM) provides detailed visualization of the internal structure of MIPs at the nanoscale, revealing the morphology and size of the imprinted cavities. Thermogravimetric Analysis (TGA) assesses the thermal stability and composition of the polymers, identifying decomposition patterns that are indicative of the material’s robustness under different conditions. Finally, the Laser Particle Size Analyzer is used to measure the size distribution of the polymer particles, which is critical for determining the uniformity and efficiency of the imprinting process. The six characterization methods discussed in this paper provide a comprehensive understanding of MIP, and it is hoped that in the future, more optimized design solutions will emerge and their applications in various fields will be enhanced. 展开更多
关键词 Molecularly Imprinted Polymers Langmuir Equation infrared spectroscopy UV visible Spectrophotometry Transmission Electron Microscopy
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基于鞍山式铁矿成像光谱的融合算法研究
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作者 毛亚纯 文杰 +4 位作者 曹旺 丁瑞波 王世佳 付艳华 徐梦圆 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2620-2625,共6页
铁矿资源是我国经济发展和社会进步的物质基础。在铁矿开采过程中,快速精准地确定铁矿品位,对矿山开采决策及经济效益具有重要影响。高光谱成像技术具有影像覆盖范围广、精度高等优势,已广泛应用于矿石分类及成分反演等领域。然而目前... 铁矿资源是我国经济发展和社会进步的物质基础。在铁矿开采过程中,快速精准地确定铁矿品位,对矿山开采决策及经济效益具有重要影响。高光谱成像技术具有影像覆盖范围广、精度高等优势,已广泛应用于矿石分类及成分反演等领域。然而目前高光谱成像传感器的波段范围主要为可见短近红外(Vis-SWIR)和近红外(NIR)两类,且两类数据多为独立获取,缺乏连续性,采用单一数据所建模型的精度往往偏低。因此融合多传感器所获光谱数据,可有效解决单一传感器波段范围小、包含目标特征波段少等问题,提高基于高光谱成像技术的铁矿品位反演精度。使用Pika L与Pika NIR-320高光谱成像仪,分别在Vis-SWIR与NIR两个波段范围内采集鞍山式铁矿的成像光谱数据,提出了基于互信息(MI)的光谱串联融合方法,该方法首先对两组光谱数据进行预处理,然后对处理后的数据进行互信息计算以此对光谱数据进行串联融合。最后分别以Vis-SWIR、NIR以及基于不同波段串联融合的光谱数据为数据源,建立RBF神经网络品位反演模型,并以融合前后光谱数据所建模型的准确性与精度为融合算法有效性的判别指标。结果表明,光谱数据串联融合后所建模型的准确性与精度高于单独使用Vis-SWIR、NIR光谱数据所建模型的准确性与精度。与基于其余波段串联融合的光谱数据相比,在基于互信息计算得出的959.89nm处串联融合后光谱数据所建模型的准确性与精度最高,R2为0.88,RPD为2.97,RMSE为4.464,MAE为3.32。该研究针对多传感器光谱融合提出了一种新思路,对成像光谱技术应用于铁矿品位反演具有现实指导意义。 展开更多
关键词 鞍山式铁矿 光谱融合 互信息 可见光-近红外光谱 径向基函数
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基于可见/近红外光谱和函数型线性回归模型的成熟期苹果可溶性固形物含量预测
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作者 黄华 刘亚 +4 位作者 马毅航 向思函 何佳宁 王诗婷 郭俊先 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1905-1912,共8页
可溶性固形物含量(SSC)是反映苹果品质和成熟度的重要指标,能够用于苹果品质分析和成熟度预测。以新疆阿克苏冰糖心红富士苹果为研究对象,从果实膨大定形期至完熟期,以3d等间隔周期采摘样本,采集其380~1110nm的可见/近红外光谱,测定其S... 可溶性固形物含量(SSC)是反映苹果品质和成熟度的重要指标,能够用于苹果品质分析和成熟度预测。以新疆阿克苏冰糖心红富士苹果为研究对象,从果实膨大定形期至完熟期,以3d等间隔周期采摘样本,采集其380~1110nm的可见/近红外光谱,测定其SSC,共552个样品。然后,利用基函数平滑方法将采集的可见/近红外光谱离散数据转化为光谱曲线,即函数型数据,并以可见/近红外光谱曲线、一阶导曲线、二阶导曲线为函数型解释变量,SSC为标量响应变量,分别建立函数型线性回归模型。为了验证和分析模型的性能,根据原始光谱离散数据,经过移动平滑、一阶导和二阶导预处理后,分别建立偏最小二乘回归(PLSR)、核支持向量机(KSVM)、随机森林(RF)、梯度提升树(GBM)和深度神经网络(DeepNN)。结果表明,在建立的18个模型中,针对训练集,PLSR-dNIR模型、KSVM-dNIR模型、RF-dNIR模型、GBM-dNIR模型和Deep NN-d2NIR模型都优于FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型,且Deep NN-dNIR模型最优(r_(c)=0.9996,R_(c)^(2)=0.9986,RMSEC=0.0740,RPDC=27.4366);针对测试集,FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型均优于其他所有模型,且FunLR-NIR模型最优(r_(v)=0.9534,R_(v)^(2)=0.9077,RMSEV=0.5856,RPDV=3.3017)。综合训练集和测试集的结果来看,核支持向量机模型、随机森林模型、梯度提升树模型和深度神经网络模型容易过拟合,而函数型线性回归模型具有更好的普适性。此外,从三个函数型线性回归模型(FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型)的预测效果看,模型均具有良好的鲁棒性和较高的预测精度。试验结果表明,结合可见/近红外光谱技术与函数型数据分析构建的函数型线性回归模型,可成功、有效地实现成熟期苹果的可溶性固形物含量预测。 展开更多
关键词 苹果 可溶性固形物含量 可见/近红外光谱 函数型数据分析 函数型线性回归模型
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基于多成熟度光谱信息融合的阿森泰克苹果品质预测模型研究 被引量:1
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作者 吴莎莎 王振杰 +5 位作者 江梦薇 兰维杰 屠康 李晏 袁栋栋 潘磊庆 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2024年第7期294-305,共12页
不同成熟度的阿森泰克苹果品质变化大,会显著影响采后贮藏与销售效益。本研究以江苏宿迁四个成熟阶段的阿森泰克苹果为研究对象,首先利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA... 不同成熟度的阿森泰克苹果品质变化大,会显著影响采后贮藏与销售效益。本研究以江苏宿迁四个成熟阶段的阿森泰克苹果为研究对象,首先利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)分析其色泽(L^(*)、a^(*)、b^(*)值)、硬度(firmness,FI)、可溶性固形物(soluble solid content,SSC)、可滴定酸(titratable acidity,TA)、水分含量(moisture content,MC)、干物质(dry matter content,DMC)的变化规律;同时,基于可见-近红外(visible and near-infrared,Vis-NIR)与近红外(nearinfrared,NIR)光谱技术结合连续投影(successiveprojectionsalgorithm,SPA)、竞争性自适应重加权(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、无信息变量消除(uninformative variable elimination,UVE)算法进行相关特征变量筛选,基于偏最小二乘(partial least squares,PLS)与支持向量机(support vector machine,SVM)建立阿森泰克苹果品质预测模型。结果表明,SSC、a^(*)、L^(*)、b^(*)对不同成熟度阿森泰克苹果的聚类贡献率较高,510~680、1170~1270、2300 nm为高相关度特征波段。SPA-PLS、SPA-SVM模型能很好地预测不同成熟度阿森泰克的L^(*)、b^(*)、a^(*)值,相对预测偏差(relative percent deviation,RPD)均高于3.00,CARS-PLS模型可以很好地预测SSC,RPD为3.19,但FI、TA、MC、DMC的SPA-PLS模型预测精度相对较低,RPD分别为2.27、2.21、2.32、2.42。研究结果证明Vis-NIR和NIR光谱方法能够预测不同成熟度阿森泰克苹果品质,为阿森泰克苹果采收管理与质量安全控制提供技术参考。 展开更多
关键词 阿森泰克苹果 可见-近红外光谱 近红外光谱 成熟度 品质
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基于可见-近红外光谱的鲜食葡萄成熟品质关键指标检测 被引量:1
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作者 刘文政 周雪健 +4 位作者 平凤娇 苏媛 鞠延仑 房玉林 杨继红 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期372-383,共12页
酚类物质是评价葡萄成熟品质的重要指标,本文利用可见-近红外光谱技术结合化学计量学定量分析方法对葡萄皮总酚、籽总酚、皮单宁和籽单宁含量开展了无损检测研究。通过手持式可见-近红外光谱仪采集巨玫瑰葡萄波长400~1029 nm范围内的漫... 酚类物质是评价葡萄成熟品质的重要指标,本文利用可见-近红外光谱技术结合化学计量学定量分析方法对葡萄皮总酚、籽总酚、皮单宁和籽单宁含量开展了无损检测研究。通过手持式可见-近红外光谱仪采集巨玫瑰葡萄波长400~1029 nm范围内的漫反射光谱,采用SPXY算法将其划分为校正集和预测集,结合标准正态变换(Standard normal variate,SNV)、多元散射校正(Multiplicative scatter correction,MSC)、一阶导数(First derivative,1 D)、二阶导数(Second derivative,2 D)、Savitzky-Golay卷积平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)和Savitzky-Golay卷积平滑+一阶导数(SG+1D)6种预处理方法以及偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)、支持向量机回归(Support vector machine regression,SVR)和卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)3种建模算法,分别建立了基于全波段和特征波长的葡萄皮总酚、籽总酚、皮单宁和籽单宁定量预测模型并进行综合对比分析。结果表明,对于皮总酚、籽总酚和籽单宁,经特征波长筛选后建立的模型效果优于全波段,而对于皮单宁,全波段建立的模型较特征波长效果更佳;因此,在预测皮总酚、籽总酚、皮单宁和籽单宁含量时,最优模型分别为RAW-CARS-SVR、1D-CARS-SVR、RAW-CNN和RAW-CARS-PLSR,校正集相关系数(Correlation coefficient of calibration set,Rc)分别为0.96、0.99、0.96和0.91,预测集相关系数(Correlation coefficient of prediction set,Rp)分别为0.95、0.99、0.83和0.89,剩余预测偏差(Residual predictive deviation,RPD)分别为3.56、7.30、1.92和2.25。因此,结合可见-近红外光谱和合适的回归模型,可以实现对巨玫瑰葡萄的皮-籽总酚、皮-籽单宁含量的无损检测。 展开更多
关键词 葡萄 可见-近红外光谱 成熟度 品质检测
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基于可见-近红外光谱技术的广东典型地区耕地土壤养分含量预测模型评估 被引量:1
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作者 钟鹤森 李玮 +6 位作者 张泽宇 吴玲 鄂东梅 张孟豪 许腾伟 戴军 张池 《华南农业大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期218-226,共9页
【目的】可见-近红外光谱(Visible-near infrared spectroscopy,VNIRS)可以利用少量土壤样品建立预测模型,从而无损快速地预测土壤养分含量。然而,至今鲜见广东省土壤养分的VNIRS预测模型的报道。本研究旨在通过传统化学分析方法和VNIR... 【目的】可见-近红外光谱(Visible-near infrared spectroscopy,VNIRS)可以利用少量土壤样品建立预测模型,从而无损快速地预测土壤养分含量。然而,至今鲜见广东省土壤养分的VNIRS预测模型的报道。本研究旨在通过传统化学分析方法和VNIRS技术对广东典型地区的耕地土壤进行分析,构建土壤全量及速效养分含量的VNIRS预测模型,并评估利用光谱分析土壤全量和速效养分含量的可行性,为广东省土壤养分的快速检测及质量评估提供科学参考。【方法】本研究采集了粤东(梅州)、粤西(湛江)、粤北(韶关)、粤西北(肇庆)和珠三角(惠州和珠海) 5个地区共514份耕地土壤样品,测量样品有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量,同时利用VNIRS在400~2 490 nm波长范围内探明其全光谱特征,筛选定标样品,结合偏最小二乘法和主成分分析,建立预测模型,并在此基础上进行反向验证,评估模型的可行性。【结果】各地区土壤有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量及光谱特征均存在显著差异。有机质和全氮的定标预测模型效果较好,其中,粤西北地区的有机质定标相关系数达到0.831 1,珠三角地区的全氮定标相关系数达到0.789 8;可溶性有机碳、碱解氮和速效磷的预测模型效果在地区间差异较大,粤西北和珠三角地区碱解氮和速效磷的定标效果远优于其他地区。反向验证结果表明,有机质和全氮的预测值与实测值具有较好的相关性,决定系数(R2)最高分别达到0.69和0.65;粤西北和珠三角地区碱解氮的反向验证结果也较好,R2达到0.63和0.62;而可溶性有机碳和速效磷的反向验证结果总体较差。【结论】VNIRS技术能够区分省域内不同地区的土壤来源,可以作为未来土壤分类和土壤质量调查的重要评价指标。VNIRS技术能够较好地直接预测耕地土壤有机质和全氮含量,对可溶性有机碳、碱解氮、速效磷含量的预测存在明显元素差别和地区差异,今后需进一步筛选光谱范围或采用更优方式构建模型。 展开更多
关键词 可见-近红外光谱 广东 耕地土壤 土壤养分 偏最小二乘法
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基于卷积神经网络的古陶瓷窑口甄别
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作者 孙合杨 周越 +3 位作者 黎思佳 李丽 闫灵通 冯向前 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期354-358,共5页
古陶瓷作为中华文化的瑰宝,自古以来不仅在国内受到追捧,在国外同样被视若珍宝。伴随着古代商贸的进行,中国古陶瓷遍布全球各地,辗转流传被私人或博物馆收藏,还有部分古陶瓷经墓葬发掘以及沉船打捞后被收藏于博物馆,这类古陶瓷的产地溯... 古陶瓷作为中华文化的瑰宝,自古以来不仅在国内受到追捧,在国外同样被视若珍宝。伴随着古代商贸的进行,中国古陶瓷遍布全球各地,辗转流传被私人或博物馆收藏,还有部分古陶瓷经墓葬发掘以及沉船打捞后被收藏于博物馆,这类古陶瓷的产地溯源一直以来都是陶瓷考古的重点,对于研究古代商贸和文化交流有重要的意义。通过便携式数码显微镜、分光光度计、X射线荧光等方法对从越窑后司岙、越窑寺龙口、龙泉枫洞岩窑、耀州窑发掘出土的青釉瓷样品进行分析测量,获得了来自四个窑青釉瓷样品的微观气泡尺寸分布特征、紫外可见近红外光谱特征、釉的成分数据。将来自四个窑青釉瓷样品的这三种特征作为变量建立卷积神经网络分类模型进行训练和验证,结果表明青釉瓷的微观气泡尺寸分布特征、紫外可见近红外光谱特征以及瓷釉成分数据均有效,但是不同特征的分类准确率差异非常明显。三十次随机划分训练集与测试集的模型训练平均准确率:微观气泡尺寸分布特征模型为75%,紫外可见近红外光谱特征模型为89.2%,成分数据模型为92.1%,成分数据模型准确率最高且训练集与测试集准确率相差最小。将基于不同特征训练好的模型参数保存进行融合后再训练发现基于紫外可见近红外光谱特征的模型与基于微观气泡尺寸分布特征模型融合后准确率提升至93.7%,而将三种特征的模型融合后准确率提升至最高的97.4%。五折交叉验证的结果表明多种特征融合后的模型可以有效避免出现单一特征模型对越窑后司岙以及越窑寺龙口样品交叉错判数较多的情况。综合来看基于卷积神经网络探索更多的古陶瓷有效分类特征对于实现古陶瓷的精准溯源是可行的。 展开更多
关键词 卷积神经网络 气泡 紫外-可见-近红外光谱 X射线荧光 青釉瓷
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一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热胁迫无损检测方法
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作者 魏子朝 卢苗 +6 位作者 雷文晔 王浩宇 魏子渊 高攀 王东 陈煦 胡瑾 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1613-1619,共7页
全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生... 全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生不同程度热胁迫症状,以温度来标定热胁迫状态可能会导致误判。以番茄幼苗为研究对象,提出了一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热迫胁程度快速分类方法,以提高对番茄热胁迫程度评估的准确性。采集了对照组植株和热胁迫植株的叶绿素荧光参数与可见-近红外光谱数据,以叶绿素荧光参数为热胁迫评价指标,结合k-means++聚类算法评估了番茄幼苗受热胁迫影响的严重程度,通过对标定后样本的叶绿素荧光参数和植物逆境胁迫相关生理量进行分析,验证了标定结果的合理性。以聚类模型输出为依据对光谱数据进行标定,采用3种预处理方法及其组合,结合3种特征波长提取算法对光谱数据进行处理,获得了6个与样本热胁迫程度相关的特征波段。最后以6个特征波段为输入,热胁迫程度为输出,基于4种机器学习算法构建分类模型,实现了对样本热胁迫程度的分类。结果表明:样本叶绿素荧光参数F_(v)/F_(m),F_(v)/F_(o),NPQ,Y(NPQ)和Y(NO)与其胁迫状态存在显著的中高度相关,依据以上参数将所有样本标记为无胁迫,轻度热胁迫和重度热胁迫三类。三类样本的叶绿素荧光参数、丙二醛(MDA)含量以及光合色素含量均表现出了组间显著差异,聚类结果合理。基于聚类结果对光谱数据进行标定,根据标定结果提取光谱特征波长,99%以上的冗余特征被消除,进一步筛选获得了6个用建立分类模型的特征波长。在建立的4个模型中,线性判别分析(LDA)模型具有最优性能,其测试集分类准确率为92.45%,F1分数为0.9291,AUC为0.9780。结果表明,采用叶绿素荧光技术结合可见-近红外光谱技术检测热胁迫是可行的,该研究为热胁迫的快速检测、耐热性快速筛选以及高温灾害预警提供了一种有效方法。 展开更多
关键词 热胁迫 叶绿素荧光 k-means++算法 可见-近红外光谱 分类模型
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可见-近红外与中红外光谱预测土壤养分的比较研究
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作者 李学兰 李德成 +6 位作者 郑光辉 曾荣 蔡凯 高维常 潘文杰 姜超英 曾陨涛 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期687-698,共12页
对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外(350~2500 nm)与中红外光谱(4000~650 cm^(–1))对土壤养分的预测能力,以贵州省500个土样为例,对光谱进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪处理,再用标准正态化(SNV)... 对土壤养分的快速和准确测定有助于适时指导施肥。为进一步研究可见-近红外(350~2500 nm)与中红外光谱(4000~650 cm^(–1))对土壤养分的预测能力,以贵州省500个土样为例,对光谱进行Savitzky-Golay(SG)平滑去噪处理,再用标准正态化(SNV)方法进行基线校正,然后分别应用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)两种方法进行建模,探讨了可见-近红外和中红外光谱对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)和碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)共六种土壤养分的预测效果。结果表明:(1)无论基于可见-近红外光谱还是中红外光谱,PLSR模型的预测精度整体均优于SVM模型。(2)中红外光谱对TN、TK和AN的预测精度均显著高于可见-近红外光谱,可见-近红外和中红外光谱均可以可靠地预测TN和TK(性能与四分位间隔距离的比率(RPIQ)大于2.10),中红外光谱可相对较可靠地预测AN(RPIQ=1.87);但两类光谱对TP、AP和AK的预测效果均较差(RPIQ<1.34)。(3)当变量投影重要性得分(VIP)大于1.5时,PLSR模型在中红外光谱区域预测TN和TK的重要波段多于可见-近红外光谱区域,TN的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的1910和2207 nm附近,中红外光谱区域的1120、1000、960、910、770和668 cm^(–1)附近;TK的重要波段主要集中于可见-近红外光谱区域的540、2176、2225和2268 nm附近,中红外光谱区域的1040、960、910、776、720和668 cm^(–1)附近。因此,中红外光谱技术结合PLSR模型对土壤养分预测效果较好,可快速准确预测土壤TN和TK,可为指导适时施肥提供技术支撑。 展开更多
关键词 可见-近红外光谱 中红外光谱 土壤养分 偏最小二乘回归 支持向量机
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抹茶品质指标的可见近红外光谱检测研究
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作者 荣艳娜 柳新荣 +2 位作者 邢志强 陈全胜 欧阳琴 《食品安全质量检测学报》 CAS 2024年第3期125-132,共8页
目的建立适用于抹茶品质的可见近红外(visible-nearinfrared,Vis-NIR)光谱快速无损检测模型以实现多种品质指标的定量分析。方法通过Vis-NIR获取抹茶样本的光谱数据,使用一阶导数(first derivative,1^(st))光谱预处理方法,最后采用自助... 目的建立适用于抹茶品质的可见近红外(visible-nearinfrared,Vis-NIR)光谱快速无损检测模型以实现多种品质指标的定量分析。方法通过Vis-NIR获取抹茶样本的光谱数据,使用一阶导数(first derivative,1^(st))光谱预处理方法,最后采用自助软收缩法(bootstrapping soft shrinkage,BOSS)、迭代变量子集优化法(iterative variable subset optimization,IVSO)和竞争性自适应重加权采样法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)筛选光谱特征变量,构建抹茶品质指标的偏最小二乘(partial least square,PLS)预测模型,探究光谱信息与茶多酚、游离氨基酸、酚氨比、咖啡碱和可溶性糖之间的定量关系。结果构建的Vis-NIR的CARS-PLS预测模型在抹茶品质指标含量预测方面均获得了最佳结果,预测相关系数(correlation coefficient in the prediction set,Rp)分别为0.9227、0.8906、0.9243、0.9381和0.9522;预测均方根误差(root mean square error in the prediction set,RMSEP)分别为0.867、0.337、0.557、0.216和0.440。结论本研究采用的Vis-NIR光谱技术综合了可见光、短波近红外和长波近红外的优势,在快速无损预测多种抹茶品质指标方面具有良好应用潜力,为抹茶品质的快速无损高效检测提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 可见近红外光谱法 抹茶 化学计量学 变量筛选 无损检测
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基于沙柳冠层可见-近红外光谱的热值预测
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作者 李颖 王继璇 +3 位作者 兰小桢 马艺诚 韩兆敏 裴志永 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期70-76,共7页
热值是灌木生物质能源利用的重要燃烧性能参数之一。针对传统实验室检测方法破坏性大、费时费力、无法实现大量样本的快速检测问题,探讨了沙柳冠层可见-近红外光谱(Vis-NIR)结合不同化学计量学方法预测沙柳热值的精度差异。采用标准正... 热值是灌木生物质能源利用的重要燃烧性能参数之一。针对传统实验室检测方法破坏性大、费时费力、无法实现大量样本的快速检测问题,探讨了沙柳冠层可见-近红外光谱(Vis-NIR)结合不同化学计量学方法预测沙柳热值的精度差异。采用标准正态变量变换(SNV)、归一化数据(normalize)、标准正态变量变换+归一化数据和第二代小波变换即提升小波变换(LWT)对冠层光谱进行预处理,采用偏最小二乘法(PLS)和卷积神经网络(CNN)构建了沙柳热值可见-近红外模型。同时,对比分析了鲸鱼优化算法(WOA)、麻雀搜索算法(SSA)和灰狼优化算法(GWO)对CNN模型参数的优化效果。结果表明:当采用db4小波进行5层分解后,其对沙柳冠层可见-近红外光谱的去躁效果最好,基于LWT-WOA-CNN法构建的沙柳热值可见-近红外模型的预测精度最优,校正模型的决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.852,0.103和2.599,RPD值较原始的PLS和CNN模型分别提高19.11%和76.80%。该研究可为沙柳生物质能源的高效、精细化利用提供技术支撑。 展开更多
关键词 沙柳 冠层光谱 可见-近红外光谱 热值 化学计量学
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手持式马铃薯干物质含量无损检测装置设计与试验
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作者 丛杰 张悦如 +3 位作者 李禧龙 潘宇轩 吕黄珍 吕程序 《浙江农业学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期943-951,共9页
面向马铃薯品质抽检的需求,研发了手持式马铃薯干物质无损检测装置。装置硬件部分包括光谱采集模块、电路控制模块、控制与显示模块、外壳模块,装置设计为枪形,尺寸为180 mm×85 mm×210 mm。利用装置采集可见近红外漫反射光谱... 面向马铃薯品质抽检的需求,研发了手持式马铃薯干物质无损检测装置。装置硬件部分包括光谱采集模块、电路控制模块、控制与显示模块、外壳模块,装置设计为枪形,尺寸为180 mm×85 mm×210 mm。利用装置采集可见近红外漫反射光谱,比较Savitzky-Golay卷积平滑(SM)、一阶导数(first-order derivative,FD)、多元散射校正(multiple scattering correction,MSC)和标准正态变量变换(standard normal variate transformation,SNV)的预处理方式,SM结果较优。采用竞争性自适应重加权采样(competitive adapative reweighted sampling,CARS)筛选27个特征波长,建立马铃薯干物质含量的支持向量回归(support vector regression,SVR)预测模型,结果显示,验证集决定系数和均方根误差分别为0.802和0.98%。基于QT开发工具编写装置软件,包括黑白校正与测量模块、电量显示模块、光谱数据显示模块、保存数据模块、光谱数据刷新模块、检测结果显示模块。开展装置验证,预测均方根误差为1.01%,单次测量平均耗时为0.62 s。结果表明,手持式马铃薯干物质无损检测装置可快速、准确检测干物质含量,具有在马铃薯生产源头与加工现场应用的潜力。 展开更多
关键词 马铃薯 干物质含量 手持式装置 可见近红外漫反射光谱
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基于可见/近红外光谱对葡萄可溶性固形物无损检测研究
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作者 吴虹璋 蔡红星 +4 位作者 任玉 王婷婷 周建伟 李栋梁 曲冠男 《光散射学报》 北大核心 2024年第1期44-51,共8页
葡萄中可溶性固形物是评价葡萄成熟度的重要指标,本文探究了基于可见/近红外光谱技术对多个品种葡萄(红提、巨峰、辽峰)可溶性固形物(Soluble Solid Content,SSC)含量进行定量分析。分别采集了三个葡萄品种在550~960 nm波长范围内的透... 葡萄中可溶性固形物是评价葡萄成熟度的重要指标,本文探究了基于可见/近红外光谱技术对多个品种葡萄(红提、巨峰、辽峰)可溶性固形物(Soluble Solid Content,SSC)含量进行定量分析。分别采集了三个葡萄品种在550~960 nm波长范围内的透射光谱数据,采用Savitzky-Golay卷积平滑(S-G)、标准正态变换(Standard Normal Variate,SNV)、小波变换(WT)、一阶求导+S-G卷积平滑组合(1stDer+S-G)预处理方法,对比分析出最适合各个品种的预处理方法;然后在最佳的预处理方法下采用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权(CARS)对光谱进行特征波长选择;结合化学计量学方法分别建立多品种与单一品种的偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络SSC含量无损预测模型。结果表明,基于BP-SPA建立的SSC含量模型最优,多个品种通用SSC含量预测模型的预测集相关系数(Rp 2)为0.85,表明基于可见/近红外光谱技术对多个葡萄品种SSC含量无损检测是可行的。 展开更多
关键词 可见/近红外光谱 可溶性固形物 偏最小二乘 无损检测 BP神经网络
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新型无损检测技术在番茄品质检测中的研究与应用进展
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作者 韩子馨 张丽丽 +2 位作者 张博 邹方磊 尚楠 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期289-300,共12页
番茄是我国种植面积最广的蔬菜之一,受到广大消费者的青睐。近年来,随着人们对健康饮食需求的逐步提升,番茄的品质愈发受到关注。番茄形状较为规则,但不同品种间的大小、果型、颜色差异较大,蕴含的营养成分种类繁多、化学结构复杂,导致... 番茄是我国种植面积最广的蔬菜之一,受到广大消费者的青睐。近年来,随着人们对健康饮食需求的逐步提升,番茄的品质愈发受到关注。番茄形状较为规则,但不同品种间的大小、果型、颜色差异较大,蕴含的营养成分种类繁多、化学结构复杂,导致其品质检测存在一定难度。传统番茄品质检测方法大多存在主观性强、破坏性强、耗时费力的缺点,难以满足大规模品质检测的需求。近年来,随着各类无损检测技术的发展,机器学习、多光谱技术、电子鼻/电子舌等新型检测方法也已逐步应用于番茄品质的快速、无损检测中。本文在传统番茄品质检测技术的基础上,重点总结了基于图像识别的人工智能、电子鼻技术和光谱技术在番茄无损检测方面的发展与应用,为番茄品质检测的研究与发展提供参考。 展开更多
关键词 番茄品质检测 可见-近红外光谱 高光谱成像 拉曼光谱 电子鼻 机器视觉
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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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作者 朱文杰 黄文倩 +1 位作者 祝清震 樊书祥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期286-292,共7页
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... 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。 展开更多
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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基于可见/近红外透射光谱的亚健康水心苹果检测
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作者 王晨晨 翟明灿 +3 位作者 李贺 莫小明 查志华 吴杰 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2024年第7期117-125,182,共10页
[目的]实现亚健康水心苹果的无损检测。[方法]分别采用对数函数法和研究提出的幂函数法消除果实直径对光谱衰减的影响,并分别转换为格拉姆角差场图、格拉姆角和场图、马尔可夫变迁场图、递归图以及对称极坐标图,通过添加卷积注意力模块... [目的]实现亚健康水心苹果的无损检测。[方法]分别采用对数函数法和研究提出的幂函数法消除果实直径对光谱衰减的影响,并分别转换为格拉姆角差场图、格拉姆角和场图、马尔可夫变迁场图、递归图以及对称极坐标图,通过添加卷积注意力模块的ResNet50网络模型挖掘与水心程度相关的图像深层特征,经t分布随机邻域嵌入方法降维并聚类分析后,将最适宜图像特征输入到改进粒子群算法优化的支持向量机、极限学习机、k近邻和随机森林分类器进行水心苹果三分类。[结果]幂函数法消除直径对透射光谱影响的效果优于对数函数法,格拉姆角差场图像特征可视化后,轮廓系数、CH分数和戴维森堡丁指数分别为0.93,0.88,0.24,均优于其余图像转换方法。ResNet50-IPSO-ELM取得了最高的分类准确率,为96.8%,测试集中对3种水心程度苹果的总体判别准确率可达96.3%,平均查准率、平均查全率和平均加权调和均值分别为87.2%,95.8%,92.3%。[结论]该模型不仅对多数类的无水心果、健康水心果保持较高分类准确率,也对少数类的亚健康水心果具有较高的判别能力。 展开更多
关键词 苹果 水心 可见/近红外光谱 光谱修正 深度特征 无损检测
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