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近红外光谱检测鲜食玉米可溶性固形物含量
1
作者
杨光辉
张永立
+5 位作者
王美蟠
刘燕德
姜小刚
孙静
周新群
韩太林
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第7期1932-1939,共8页
我国是世界上鲜食玉米生产和消费大国。可溶性固形物含量(SSC)是衡量鲜食玉米品质的关键指标,目前迫切需要有效的快速无损检测方法以应对市场的检测需求。为实现鲜食玉米SSC的快速无损检测,本研究建立基于近红外光谱特征结合化学计量学...
我国是世界上鲜食玉米生产和消费大国。可溶性固形物含量(SSC)是衡量鲜食玉米品质的关键指标,目前迫切需要有效的快速无损检测方法以应对市场的检测需求。为实现鲜食玉米SSC的快速无损检测,本研究建立基于近红外光谱特征结合化学计量学方法的鲜食玉米SSC预测模型。以甜玉米为研究对象,利用实验室自主搭建的近红外检测装置,探索基于鲜食玉米物料的多点采集方法;获取果穗中部的近红外漫反射光谱,经马氏距离法剔除异常光谱后,选取103个样品进行建模。数据集按照4:1的比例划分成训练集和测试集,应用Savitzky-Golay平滑(SGS)、标准正态变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶导数(FD)以及去趋势(DT)等五种算法对光谱数据进行预处理,建立SSC全波段预测模型。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)以及随机蛙跳算法(RF)进行特征波段选择,建立基于偏最小二乘回归算法(PLSR)和支持向量机回归算法(SVR)的SSC特征波段模型。结果表明:SNV、MSC以及FD取得了较好的预处理效果,与全波段建模相比,特征波段模型预测精度显著提升。SNV预处理结合CARS特征提取所建立的“SNV-CARS-PLSR”模型表现最优,训练集决定系数(R_(C)^(2))、训练集均方根误差(RMSE_(C))、测试集决定系数(R_(P)^(2))、测试集均方根误差(RMSE_(P))、剩余预测偏差(RPD)分别为0.869、0.219、0.858、0.191、2.715。相较于SNV预处理的全波段模型,“SNV-CARS-PLSR”模型在测试集的R_(P)^(2)提高了12.3%。对比不同特征波段模型建模方法,基于SVR建立的“SNV-CARS-SVR”模型稍优于基于PLSR建立的“SNV-CARS-PLSR”模型,“SNV-CARS-SVR”模型的R_(C)^(2)为0.881,RMSE_(C)为0.207,R_(P)^(2)为0.869,RMSE_(P)为0.185,RPD为2.843。该研究可为基于近红外光谱技术实现鲜食玉米果穗SSC的快速检测提供技术支撑。
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关键词
鲜食玉米
近红外光谱
可溶性固形物
化学计量学
特征波长
在线阅读
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职称材料
鲜食玉米果穗含水率近红外光谱无损检测影响因素
被引量：
7
2
作者
张永立
杨光辉
+6 位作者
王美蟠
韩镇宇
朱广飞
师建芳
刘轩
韩太林
周新群
《农业工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第15期262-270,共9页
为了获取鲜食玉米果穗高质量近红外光谱,该研究基于近红外漫反射光谱技术开展试验参数对鲜食玉米果穗光谱特征影响及建模验证探究。根据果穗棒状特征,搭建多维度综合试验装置,采集光源类型、光强大小、探测距离和光源角度共4类不同参数...
为了获取鲜食玉米果穗高质量近红外光谱,该研究基于近红外漫反射光谱技术开展试验参数对鲜食玉米果穗光谱特征影响及建模验证探究。根据果穗棒状特征,搭建多维度综合试验装置,采集光源类型、光强大小、探测距离和光源角度共4类不同参数下的900~1700 nm光谱数据,进行卤素灯杯与光纤光源、卤素灯杯功率20与40 W、探测距离10~50 mm和30°、45°及60°卤素灯杯夹角的对比试验,分析光谱差异及曲线分布规律,采用标准差和光谱面积极差指标进行光谱质量评价。进一步开展建模验证试验,针对30°和45°卤素灯杯夹角下的光谱,经多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、标准正态变量校正(standard normal variate,SNV)、一阶导数(first derivative,FD)和趋势校正(detrending,DT)预处理后,应用偏最小二乘回归(partial least squares,PLS)和支持向量机(support vector machines SVM)方法建立了含水率预测模型,并对建模性能进行了对比。试验结果表明,卤素灯杯、功率20 W、探测距离40 mm对应所选果穗的光谱响应充分、干扰少,与果穗特征相匹配,曲线采用标准差和光谱面积极差分别为0.83和187.2,综合光谱曲线质量评价和建模性能对比,卤素灯杯夹角45°优于30°。通过SNV预处理后的SVM预测模型具有更好的性能,校正集和预测集决定系数分别为0.943、0.880,均方根误差分别为0.708、0.932,剩余预测偏差为2.956。该研究结果可为基于近红外漫反射光谱技术的鲜食玉米果穗内在品质无损检测提供技术支撑。
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关键词
果蔬
鲜食玉米
近红外光谱
漫反射检测
含水率
建模方法
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职称材料
题名
近红外光谱检测鲜食玉米可溶性固形物含量
1
作者
杨光辉
张永立
王美蟠
刘燕德
姜小刚
孙静
周新群
韩太林
机构
长春理工大学电子信息工程学院
农业农村部规划设计研究院
农业农村部农产品产地初加工重点实验室
华东交通大学智能机电装备创新研究院
出处
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第7期1932-1939,共8页
基金
国家重点研发计划项目(2023YFD2001301)
农业农村部规划设计研究院自主研发项目(SP202402)资助。
文摘
我国是世界上鲜食玉米生产和消费大国。可溶性固形物含量(SSC)是衡量鲜食玉米品质的关键指标,目前迫切需要有效的快速无损检测方法以应对市场的检测需求。为实现鲜食玉米SSC的快速无损检测,本研究建立基于近红外光谱特征结合化学计量学方法的鲜食玉米SSC预测模型。以甜玉米为研究对象,利用实验室自主搭建的近红外检测装置,探索基于鲜食玉米物料的多点采集方法;获取果穗中部的近红外漫反射光谱,经马氏距离法剔除异常光谱后,选取103个样品进行建模。数据集按照4:1的比例划分成训练集和测试集,应用Savitzky-Golay平滑(SGS)、标准正态变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶导数(FD)以及去趋势(DT)等五种算法对光谱数据进行预处理,建立SSC全波段预测模型。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)以及随机蛙跳算法(RF)进行特征波段选择,建立基于偏最小二乘回归算法(PLSR)和支持向量机回归算法(SVR)的SSC特征波段模型。结果表明:SNV、MSC以及FD取得了较好的预处理效果,与全波段建模相比,特征波段模型预测精度显著提升。SNV预处理结合CARS特征提取所建立的“SNV-CARS-PLSR”模型表现最优,训练集决定系数(R_(C)^(2))、训练集均方根误差(RMSE_(C))、测试集决定系数(R_(P)^(2))、测试集均方根误差(RMSE_(P))、剩余预测偏差(RPD)分别为0.869、0.219、0.858、0.191、2.715。相较于SNV预处理的全波段模型,“SNV-CARS-PLSR”模型在测试集的R_(P)^(2)提高了12.3%。对比不同特征波段模型建模方法,基于SVR建立的“SNV-CARS-SVR”模型稍优于基于PLSR建立的“SNV-CARS-PLSR”模型,“SNV-CARS-SVR”模型的R_(C)^(2)为0.881,RMSE_(C)为0.207,R_(P)^(2)为0.869,RMSE_(P)为0.185,RPD为2.843。该研究可为基于近红外光谱技术实现鲜食玉米果穗SSC的快速检测提供技术支撑。
关键词
鲜食玉米
近红外光谱
可溶性固形物
化学计量学
特征波长
Keywords
Fresh corn
Near-infrared spectroscopy
Soluble solids
Chemometrics methods
Characteristic wavelength
分类号
O657.33 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
鲜食玉米果穗含水率近红外光谱无损检测影响因素
被引量：
7
2
作者
张永立
杨光辉
王美蟠
韩镇宇
朱广飞
师建芳
刘轩
韩太林
周新群
机构
农业农村部规划设计研究院
农业农村部农产品产地初加工重点实验室
长春理工大学电子信息工程学院
出处
《农业工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第15期262-270,共9页
基金
国家重点研发计划项目(2023YFD2001301)
农业农村部规划设计研究院自主研发项目(SP202402)。
文摘
为了获取鲜食玉米果穗高质量近红外光谱,该研究基于近红外漫反射光谱技术开展试验参数对鲜食玉米果穗光谱特征影响及建模验证探究。根据果穗棒状特征,搭建多维度综合试验装置,采集光源类型、光强大小、探测距离和光源角度共4类不同参数下的900~1700 nm光谱数据,进行卤素灯杯与光纤光源、卤素灯杯功率20与40 W、探测距离10~50 mm和30°、45°及60°卤素灯杯夹角的对比试验,分析光谱差异及曲线分布规律,采用标准差和光谱面积极差指标进行光谱质量评价。进一步开展建模验证试验,针对30°和45°卤素灯杯夹角下的光谱,经多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)、标准正态变量校正(standard normal variate,SNV)、一阶导数(first derivative,FD)和趋势校正(detrending,DT)预处理后,应用偏最小二乘回归(partial least squares,PLS)和支持向量机(support vector machines SVM)方法建立了含水率预测模型,并对建模性能进行了对比。试验结果表明,卤素灯杯、功率20 W、探测距离40 mm对应所选果穗的光谱响应充分、干扰少,与果穗特征相匹配,曲线采用标准差和光谱面积极差分别为0.83和187.2,综合光谱曲线质量评价和建模性能对比,卤素灯杯夹角45°优于30°。通过SNV预处理后的SVM预测模型具有更好的性能,校正集和预测集决定系数分别为0.943、0.880,均方根误差分别为0.708、0.932,剩余预测偏差为2.956。该研究结果可为基于近红外漫反射光谱技术的鲜食玉米果穗内在品质无损检测提供技术支撑。
关键词
果蔬
鲜食玉米
近红外光谱
漫反射检测
含水率
建模方法
Keywords
fruits and vegetables
fresh corn
near-infrared spectroscopic
diffuse reflectance detection
moisture content
modeling approach
分类号
S513 [农业科学—作物学]
TP391.41 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
近红外光谱检测鲜食玉米可溶性固形物含量
杨光辉
张永立
王美蟠
刘燕德
姜小刚
孙静
周新群
韩太林
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
鲜食玉米果穗含水率近红外光谱无损检测影响因素
张永立
杨光辉
王美蟠
韩镇宇
朱广飞
师建芳
刘轩
韩太林
周新群
《农业工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
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