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基于快照式多光谱特征波长的小球藻叶黄素产量快速测定
1
作者
沈英
占秀兴
+3 位作者
黄春红
谢友坪
郭翠霞
黄峰
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第8期2216-2223,共8页
叶黄素是天然的抗氧化剂,对人体健康有多种益处,异养小球藻具有叶黄素纯度和产量均较高的优势,而小球藻叶黄素产量主要取决于生物质产量和叶黄素含量两个因素。传统的光密度法测生物质产量和高效液相色谱法测叶黄素含量存在操作复杂、...
叶黄素是天然的抗氧化剂,对人体健康有多种益处,异养小球藻具有叶黄素纯度和产量均较高的优势,而小球藻叶黄素产量主要取决于生物质产量和叶黄素含量两个因素。传统的光密度法测生物质产量和高效液相色谱法测叶黄素含量存在操作复杂、时效性低等不足。为了快速、无损测定小球藻生长过程中叶黄素含量变化,搭建可见-近红外双模式快照式多光谱成像检测系统,根据光谱响应区域,分别利用可见光相机获取叶黄素光谱信息,近红外相机获取生物质光谱信息,构建含有生物质量和叶黄素含量信息的可见-近红外双模式多光谱数据集。针对系统所使用的快照式多光谱相机光谱范围宽、波长数量少的特征波长选取问题,提出一种结合序列浮动前向选择的改进型连续投影算法(mSPA);将mSPA与常规的连续投影算法、遗传算法及随机蛙跳三种波长选择算法作对比分析后,构建了基于特征波长的多元线性回归和极限学习机模型;最后,利用生物质产量和叶黄素含量的最佳预测模型生成小球藻叶黄素产量的可视化分布图。结果表明,在利用近红外、可见光相机分别检测小球藻生物质、叶黄素量时,mSPA得到的特征波长数均较少,并具有最高的预测精度。生物质量与叶黄素含量的最佳模型均为mSPA筛选特征波长后建立的极限学习机模型,对应的预测集决定系数分别为0.947和0.907,预测集均方根误差分别为0.698 g·L^(-1)和0.077 mg·g^(-1),剩余预测偏差分别为3.535和3.338,模型的预测能力较好。可视化分布实现了直观监测小球藻叶黄素产量的变化,有助于后续实际生产中在线检测叶黄素产量。mSPA在快照式多光谱检测小球藻生物质含量及叶黄素含量中,通过对排序波长逐个评估以选择出最佳特征波长组合,有效地避免了特征波长的错选、漏选,提高了模型的预测精度,为快照式多光谱成像技术应用提供新的波长选择思路。
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关键词
小球藻
叶黄素产量
快照式多光谱
特征波长
在线阅读
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职称材料
可见/近红外快照式多光谱成像快速测定雨生红球藻虾青素含量
被引量：
1
2
作者
沈英
占秀兴
+2 位作者
黄春红
谢友坪
黄峰
《食品工业科技》
CAS
北大核心
2023年第16期313-320,共8页
为了实现快速、无损检测雨生红球藻虾青素含量,本文提出一种快照式多光谱成像检测方法。利用可见光光谱范围480~635 nm和近红光谱范围665~950 nm的2台快照式多光谱相机搭建成像系统,采集了不同生长周期下的雨生红球藻样品光谱数据。为...
为了实现快速、无损检测雨生红球藻虾青素含量,本文提出一种快照式多光谱成像检测方法。利用可见光光谱范围480~635 nm和近红光谱范围665~950 nm的2台快照式多光谱相机搭建成像系统,采集了不同生长周期下的雨生红球藻样品光谱数据。为了优化预测模型,对比了不同处理方法的组合,包括不同光谱范围、3种预处理方法、2种特征波长选择算法和2种建模方法。结果表明,可见与近红外联用光谱经一阶导数(first derivation,FD)预处理、竞争自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)选择特征波长和反向传播(back propagation,BP)神经网络建模所构建的模型预测效果最佳,预测集相关系数(Rp)为0.9622,预测集均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)为0.5126,剩余预测偏差(residual predictive devia tion,RPD)为3.6726,优于仅用可见光光谱(Rp为0.9467,RMSEP为0.6065,RPD为3.1042)。说明快照式多光谱成像技术检测雨生红球藻虾青素含量是可行的,并且可见与近红外光谱联用效果更好。
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关键词
快照式
可见/近红外
多光谱成像
虾青素含量
快速检测
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职称材料
题名
基于快照式多光谱特征波长的小球藻叶黄素产量快速测定
1
作者
沈英
占秀兴
黄春红
谢友坪
郭翠霞
黄峰
机构
福州大学机械工程及自动化学院
福州大学生物科学与工程学院
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第8期2216-2223,共8页
基金
国家自然科学基金项目(62105068)资助。
文摘
叶黄素是天然的抗氧化剂,对人体健康有多种益处,异养小球藻具有叶黄素纯度和产量均较高的优势,而小球藻叶黄素产量主要取决于生物质产量和叶黄素含量两个因素。传统的光密度法测生物质产量和高效液相色谱法测叶黄素含量存在操作复杂、时效性低等不足。为了快速、无损测定小球藻生长过程中叶黄素含量变化,搭建可见-近红外双模式快照式多光谱成像检测系统,根据光谱响应区域,分别利用可见光相机获取叶黄素光谱信息,近红外相机获取生物质光谱信息,构建含有生物质量和叶黄素含量信息的可见-近红外双模式多光谱数据集。针对系统所使用的快照式多光谱相机光谱范围宽、波长数量少的特征波长选取问题,提出一种结合序列浮动前向选择的改进型连续投影算法(mSPA);将mSPA与常规的连续投影算法、遗传算法及随机蛙跳三种波长选择算法作对比分析后,构建了基于特征波长的多元线性回归和极限学习机模型;最后,利用生物质产量和叶黄素含量的最佳预测模型生成小球藻叶黄素产量的可视化分布图。结果表明,在利用近红外、可见光相机分别检测小球藻生物质、叶黄素量时,mSPA得到的特征波长数均较少,并具有最高的预测精度。生物质量与叶黄素含量的最佳模型均为mSPA筛选特征波长后建立的极限学习机模型,对应的预测集决定系数分别为0.947和0.907,预测集均方根误差分别为0.698 g·L^(-1)和0.077 mg·g^(-1),剩余预测偏差分别为3.535和3.338,模型的预测能力较好。可视化分布实现了直观监测小球藻叶黄素产量的变化,有助于后续实际生产中在线检测叶黄素产量。mSPA在快照式多光谱检测小球藻生物质含量及叶黄素含量中,通过对排序波长逐个评估以选择出最佳特征波长组合,有效地避免了特征波长的错选、漏选,提高了模型的预测精度,为快照式多光谱成像技术应用提供新的波长选择思路。
关键词
小球藻
叶黄素产量
快照式多光谱
特征波长
Keywords
Chlorella sorokiniana
Lutein production
Snapshot multispectral
Feature wavelengths
分类号
O657.3 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
可见/近红外快照式多光谱成像快速测定雨生红球藻虾青素含量
被引量：
1
2
作者
沈英
占秀兴
黄春红
谢友坪
黄峰
机构
福州大学机械工程及自动化学院
福州大学生物科学与工程学院
出处
《食品工业科技》
CAS
北大核心
2023年第16期313-320,共8页
基金
国家自然科学基金(62105068)。
文摘
为了实现快速、无损检测雨生红球藻虾青素含量,本文提出一种快照式多光谱成像检测方法。利用可见光光谱范围480~635 nm和近红光谱范围665~950 nm的2台快照式多光谱相机搭建成像系统,采集了不同生长周期下的雨生红球藻样品光谱数据。为了优化预测模型,对比了不同处理方法的组合,包括不同光谱范围、3种预处理方法、2种特征波长选择算法和2种建模方法。结果表明,可见与近红外联用光谱经一阶导数(first derivation,FD)预处理、竞争自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)选择特征波长和反向传播(back propagation,BP)神经网络建模所构建的模型预测效果最佳,预测集相关系数(Rp)为0.9622,预测集均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)为0.5126,剩余预测偏差(residual predictive devia tion,RPD)为3.6726,优于仅用可见光光谱(Rp为0.9467,RMSEP为0.6065,RPD为3.1042)。说明快照式多光谱成像技术检测雨生红球藻虾青素含量是可行的,并且可见与近红外光谱联用效果更好。
关键词
快照式
可见/近红外
多光谱成像
虾青素含量
快速检测
Keywords
snapshot
visible/near-infrared
multispectrum imaging
astaxanthin content
rapid detection
分类号
O657.3 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于快照式多光谱特征波长的小球藻叶黄素产量快速测定
沈英
占秀兴
黄春红
谢友坪
郭翠霞
黄峰
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
可见/近红外快照式多光谱成像快速测定雨生红球藻虾青素含量
沈英
占秀兴
黄春红
谢友坪
黄峰
《食品工业科技》
CAS
北大核心
2023
1
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职称材料
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