基于Si-VISSA特征波长选择的羊肉掺假检测方法

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作者 张雨晴 王克俭 +1 位作者 司永胜 淑英 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期109-115,共7页

为提高羊肉掺假的检测效率、获得更好的预测精度,对区间变量迭代空间收缩法(Interval variable iterative space shrinkage approach,IVISSA)进行改进,以获得更优的建模性能。在IVISSA算法中引入了联合区间偏最小二乘(Synergy interval ... 为提高羊肉掺假的检测效率、获得更好的预测精度,对区间变量迭代空间收缩法(Interval variable iterative space shrinkage approach,IVISSA)进行改进,以获得更优的建模性能。在IVISSA算法中引入了联合区间偏最小二乘(Synergy interval partial least squares,Si-PLS)的思想,设计了联合区间变量迭代空间收缩法(Synergy interval variable iterative space shrinkage approach,Si-VISSA),首先将全光谱波长划分为若干区间并组合成不同的联合区间,分别建立偏最小二乘模型,通过比较建模结果选出最优区间组合。该算法还改变了局部搜索条件,最优区间组合确定后再进行区间宽度的优化,通过增减区间相邻的波长并判别增减后的建模结果,最终确定区间边界。这些优化有效降低了算法复杂性,提高了运算精度。将IVISSA和Si-VISSA选取的波长分别建立偏最小二乘模型,结果显示,IVISSA波长选择预测集的决定系数和均方根误差分别为0.943和5.918,Si-VISSA波长选择预测集的决定系数和均方根误差分别为0.980和4.996。对比运行时长发现Si-VISSA所用时间仅为原算法的20%。以上表明Si-VISSA有更好的预测性能以及更高的运行效率。 展开更多

关键词 羊肉掺假检测 特征波长选择 高光谱 IVISSA Si-PLS

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主成分分析在光全散射特征波长选择中的应用 被引量：11

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作者 唐红 郑文斌 李宪霞 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1691-1698,共8页

为了能在用光全散射法测量颗粒粒径时选择对粒径影响较显著的特征波长进行测量,通过在可见及可见-红外波段内对粒径服从单峰R-R分布颗粒系的消光光谱,一阶微分以及二阶微分消光光谱进行主成分变换,提出一种特征波长选择方法。该方法首... 为了能在用光全散射法测量颗粒粒径时选择对粒径影响较显著的特征波长进行测量,通过在可见及可见-红外波段内对粒径服从单峰R-R分布颗粒系的消光光谱,一阶微分以及二阶微分消光光谱进行主成分变换,提出一种特征波长选择方法。该方法首先对颗粒系的一阶微分消光光谱进行主成分变换,然后将每个波长下的一阶微分消光谱对主成分贡献率的大小作为特征波长选择的主要依据,并将光谱范围的边界波长也作为特征波长。分别对粒径服从单峰及双峰R-R分布的颗粒系进行数值仿真,并采用标准颗粒的实测数据进行验证。验证结果显示,采用基于主成分分析的波长选择方法计算方便、易于实现,得到的标准颗粒粒径反演误差均小于3%,表明采用提出的波长选择方法能够保证选出的光谱消光值具有较高的信息量。 展开更多

关键词 粒径测量 光全散射 特征波长选择 主成分分析

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利用Tikhonov正则化算法进行光谱特征波长的选择及其参数优化 被引量：5

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作者 赵安新 汤晓君 +1 位作者 张钟华 刘君华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1836-1839,共4页

在烷烃类多组分混合气体,尤其轻烷烃类气体傅里叶变换红外光谱定量分析中,其中在红外光谱区域吸收峰严重交叉重叠,不易建立定量分析模型。为此,采用Tikhonov正则化算法对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷等七种轻烷烃... 在烷烃类多组分混合气体,尤其轻烷烃类气体傅里叶变换红外光谱定量分析中,其中在红外光谱区域吸收峰严重交叉重叠,不易建立定量分析模型。为此,采用Tikhonov正则化算法对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷等七种轻烷烃类混合气体傅里叶变换红外光谱进行特征波长的选择,以便建立定量分析模型。选择六种各气体浓度组成混合烷烃气体,采用Tikhonov正则化算法,通过对比分析混合气体在中红外全波段、主吸收峰和次吸收峰波段特征波长的选择和TR参数的优化,选择出七种气体成分的傅里叶变换红外光谱的特征波长。利用选择的特征波长和Tikhonov正则化参数对实测甲烷光谱数据进行检验分析,与其他气体成分的交叉灵敏度最大为11.153 7%,最小为1.239 7%,预测均方根误差为0.0048,有效增强了Tikhonov正则化算法在轻烷烃类混合气体定量分析中的实用性,初步验证了利用Tikhonov正则化进行烷烃类混合气体傅里叶变换红外光谱特征波长选择的可行性。 展开更多

关键词 特征波长选择 TIKHONOV正则化 傅里叶变换红外光谱 气体定量分析

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基于高光谱成像的蓝莓内部品质检测特征波长选择方法研究 被引量：6

4

作者 古文君 田有文 +4 位作者 张芳 赖兴涛 何宽 姚萍 刘博林 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期584-590,共7页

为了实现蓝莓内部品质快速、准确检测,采用高光谱成像技术对蓝莓的糖度和硬度多指标同时进行检测研究。提出多阶段特征波长选择方法,即采用连续投影法(SPA)和逐步多元线性回归(SMLR)等特征波长选择方法同时将糖度和硬度的特征波长选择... 为了实现蓝莓内部品质快速、准确检测,采用高光谱成像技术对蓝莓的糖度和硬度多指标同时进行检测研究。提出多阶段特征波长选择方法,即采用连续投影法(SPA)和逐步多元线性回归(SMLR)等特征波长选择方法同时将糖度和硬度的特征波长选择出来。通过高光谱成像系统(400~1000nm)采集了200幅蓝莓图像,首先对高光谱图像进行多元散射校正、标准正态变量变换和Savitzky-Golay平滑等光谱预处理,选取最优的预处理方法。然后利用SPA或者SMLR选择出糖度的几个特征波长,在此基础上再利用SPA或者SMLR选择出硬度的几个特征波长,从而形成四个特征波长选择方法 (SPA-SPA、SMLR-SMLR、SPA-SMLR和SMLR-SPA),采用4种多阶段特征波长选择方法提取同时反映蓝莓糖度和硬度的特征波长的组合。最后以全波长光谱信息(FS)和4种多阶段特征波长选择方法得出的光谱信息作为BP神经网络模型的输入矢量,建立了蓝莓糖度和硬度的预测模型。结果表明:Savitzky-Golay平滑为最优的预处理方法 ,结合BP神经网络,采用SPA-SPA多阶段特征波长选择方法所得的预测性能最优,糖度校正集的相关系数(Rc)和校正均方根误差(RMSEC)分别达到0.959和0.318°Brix,硬度校正集的相关系数(Rc)和校正均方根误差(RMSEC)分别达到0.956和0.153°Brix。糖度预测集的相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别达到0.952和0.391°Brix,硬度预测集的相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别达到0.953和0.234°Brix。该研究表明,应用高光谱成像技术可以对蓝莓糖度和硬度多指标同时进行检测研究,所获得的特征波长可为开发多光谱成像的蓝莓品质检测和分级系统提供参考。 展开更多

关键词 多阶段特征波长选择方法 高光谱成像技术 蓝莓 糖度 硬度

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嵌入式粒子群-遗传算法的水质COD检测特征波长优化算法 被引量：10

5

作者 漆伟 冯鹏 +3 位作者 魏彪 郑冬 于婷婷 刘鹏勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期194-200,共7页

基于紫外-可见光谱法的水质测量中,光谱信号易受到系统噪声干扰、悬浮物散射干扰,且存在信息冗余、多重共线性等特征,导致水质COD测量中特征波长的选取产生较大偏差。因此,提出了基于嵌入式粒子群-遗传(EPSO_GA)算法的水质COD检测特征... 基于紫外-可见光谱法的水质测量中,光谱信号易受到系统噪声干扰、悬浮物散射干扰,且存在信息冗余、多重共线性等特征,导致水质COD测量中特征波长的选取产生较大偏差。因此,提出了基于嵌入式粒子群-遗传(EPSO_GA)算法的水质COD检测特征波长优化算法,以提高波长选择精度。为验证检测特征波长优化算法的可行性,采集了某高校池塘水样、生活污水和排水沟水样的光谱数据,利用EPSO_GA算法对预处理后的光谱数据选取特征波长。EPSO_GA算法采用实数编码方法实现了粒子群(PSO)优化算法和遗传(GA)优化算法的统一编码,在PSO算法中更新粒子时嵌入GA算法的选择、交叉、变异等操作,改善了这两种算法各自在光谱波长特征选取问题上的局限性。将EPSO_GA算法选取的特征波长结合偏最小二乘法(PLS)构建了EPSO_GA_PLS的水质COD预测模型,并且与传统的PS O算法、GA算法选取特征波长建立的PSO_PLS、GA_PLS和全光谱构建的PLS水质COD预测模型做了对比。结果表明:与PSO_PLS,GA_PLS和全光谱构建的PLS水质COD预测模型相比,EPSO_GA改善了PSO算法和GA算法在光谱特征波长选择中早熟和收敛速度慢的问题,降低了全光谱构建PLS水质COD预测模型的复杂度,提高了模型的预测精度。基于EPSO_GA算法建立的EPSO_GA_PLS水质COD预测模型,均方根误差降到了0.2123,预测精度增加到0.9993,可以快速定量检测水质COD,为紫外-可见光谱法测COD提供了更好的预测模型。 展开更多

关键词 紫外-可见光谱法 嵌入式粒子群-遗传算法 波长特征选择 偏最小二乘法 化学需氧量

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基于AW-OPS高光谱波长选择方法的羊肉新鲜度检测 被引量：2

6

作者 赵停停 王克俭 +4 位作者 司永胜 淑英 何振学 王超 张志胜 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期830-837,共8页

高光谱数据中不仅含有关键性信息还存在一些干扰信息和无效信息,带有干扰信息和无效信息的数据建立模型会降低效率和模型精度。从全波段数据中提取特征波长是提高关系模型精度的有效方法。有序预测选择(OPS)是一种依据信息向量选择有效... 高光谱数据中不仅含有关键性信息还存在一些干扰信息和无效信息,带有干扰信息和无效信息的数据建立模型会降低效率和模型精度。从全波段数据中提取特征波长是提高关系模型精度的有效方法。有序预测选择(OPS)是一种依据信息向量选择有效波长变量的特征波长提取算法,在特征波长变量筛选方面表现了较好地性能。但由于建立模型时,没有去除重要性较低的变量,导致过多的无效变量参与到模型中,降低了模型的准确率。论文以羊肉高光谱数据作为研究对象,提出了一种改进的特征波长变量选择方法,基于信息向量和指数衰减函数的有序预测选择方法(AW-OPS)对羊肉新鲜度进行检测,该算法通过光谱数据和理化值数据之间的关系来计算信息向量并对波长变量进行排序,采用指数衰减函数(EDF)通过多次迭代去除一些信息向量绝对值比较低的波长变量,最后在已获取的有效波长变量中逐渐增加波长点建立多元回归模型,选取交叉均方根误差(RMSECV)最小值的波长变量子集为特征波长变量。实验时,将OPS法和AW-OPS法在选取特征波长变量后,分别构建羊肉TVB-N的偏最小二乘(PLS)关系模型,同时与全光谱波段PLS模型的效果相比较。结果表明:OPS算法运行程序平均用时为175.9 s,优选出370个特征波长变量,OPS-PLS模型相关系数(RP)平均为0.9631,均方根误差(RMSEP)平均为0.727;而改进的有序预测选择法(AW-OPS)运行程序平均用时为57.6 s,优选出275特征波长变量,AW-OPS-PLS模型平均提升到0.9731,RMSEP平均降低为0.5728;全光谱波长数目为1414个波长变量,其PLS模型的平均为0.9208,RMSEP平均为1.0483。AW-OPS-PLS模型相较于OPS-PLS模型测试精度提高了21.2%,相较于全光谱-PLS模型,测试精度提高了45%,证明AW-OPS是一种有效特征波长变量筛选方法,提高了OPS模型精度和程序运行效率,降低了模型复杂度。 展开更多

关键词 羊肉高光谱数据 信息向量 特征波长变量选择 AW-OPS法

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改进的联合区间随机蛙跳算法的近红外光谱波长选择 被引量：7

7

作者 程介虹 陈争光 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3451-3456,共6页

在近红外光谱的建模预测分析中,数据的冗余及共线性会严重影响模型的预测精度和稳健性。特征波长选择是提高定量分析预测精度的一种有效方法。随机蛙跳(RF)是一种依据不同的变量具有不同的被选择可能性的特征波长选择算法,近年来在特征... 在近红外光谱的建模预测分析中,数据的冗余及共线性会严重影响模型的预测精度和稳健性。特征波长选择是提高定量分析预测精度的一种有效方法。随机蛙跳(RF)是一种依据不同的变量具有不同的被选择可能性的特征波长选择算法,近年来在特征波长提取方面展现良好的性能。该方法通过多次迭代,计算每个变量被选择的概率,以优选概率高的变量为特征波长。但由于其初始变量集V0的产生是随机的,具有较大的不确定性,可能会包含无用或干扰信息,难以保证初始信息的有效性,使得迭代次数过大,运行时间过长。故而提出一种改进的联合区间随机蛙跳(Si-RF)特征波长选择算法,通过联合区间偏最小二乘法(SiPLS)对全谱进行变量初选,此时得到的波长对目标变量变化最为敏感,将其作为RF的初始变量子集,以解决RF运行时间较长、效率较低的问题。另一方面, RF在选择特征波长时,选择被选概率值大于阈值的变量为特征波长,但对概率值阈值的设定无理论依据,易受人为因素影响。通过对变量按被选概率值降序排列后逐次增加一个波长建立多元线性回归(MLR)模型,以验证均方根误差(RMSEV)值最低时的变量子集为特征波长,以找到预测精度最高点所包含的波长,提高预测精度。针对上述两点进行改进,将其应用于一组土壤样本近红外光谱数据集,进行特征波长选择后,建立MLR模型,与RF-MLR及全谱-PLSR模型的预测精度进行比较。结果表明:RF经过10 000次迭代,优选出10个波长点,建立的MLR模型的预测均方根误差(RMSEP)为1.6276;而改进后Si-RF只需进行1 000次迭代,优选出17个波长点,其MLR模型的RMSEP减小到0.818 4,大大提升了预测精度,提高运行效率。相较于全谱,也极大的提高了预测精度,简化模型的复杂度,证明改进的Si-RF是一种有效的特征波长选择算法。 展开更多

关键词 近红外光谱 特征波长选择 多元校正 随机蛙跳 联合区间偏最小二乘

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特征波长筛选结合PCA-LSSVM对甜瓜叶片SPAD值的预测 被引量：1

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作者 郭阳 郭俊先 +3 位作者 史勇 刘丽 方文艳 刘彦岑 《新疆农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期616-623,共8页

【目的】利用光谱技术对定量估测大田甜瓜冠层叶片叶绿素含量,为田间的水肥调控以及田间管理提供理论依据。【方法】采用一阶求导对400~1100 nm的叶绿素可见近红外反射光谱数据进行预处理,对于冗余的光谱数据,先分别使用特征筛选中的竞... 【目的】利用光谱技术对定量估测大田甜瓜冠层叶片叶绿素含量,为田间的水肥调控以及田间管理提供理论依据。【方法】采用一阶求导对400~1100 nm的叶绿素可见近红外反射光谱数据进行预处理,对于冗余的光谱数据,先分别使用特征筛选中的竞争性自适应重加权采样法(CARS)、遗传算法(GA)、蒙特卡罗无信息变量消除法(MC-UVE),再分别与主成分分析(PCA)特征提取算法融合;分别建立极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)、最小二乘支持向量机(LS-SVM)对甜瓜叶片SPAD定量预测模型。【结果】单一的特征筛选下,最优预测模型为CARS+SVM,校正集相关系数为0.9035,预测集相关系数为0.8931;特征筛选和特征提取融合下,最优的预测模型为GA+PCA+LSSVM,校正集相关系数0.9558,预测集相关系数为0.9397。【结论】优化后的模型可用于定量分析的使用,精准测定甜瓜叶片叶绿素含量。 展开更多

关键词 甜瓜 SPAD值 特征波长选择 主成分分析 LSSVM 甜瓜叶片

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光谱分析中Elastic Net变量选择与降维方法 被引量：4

9

作者 赵安新 汤晓君 +2 位作者 宋娅 张钟华 刘君华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期1977-1981,共5页

在利用红外光谱进行多组分混合气体定量分析建模中,须根据各目标气体成分的光谱特点进行光谱维数降维和特征变量选择。以甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷等7种气体为分析目标,采用最小绝对收缩和选择算子(LASSO)与弹... 在利用红外光谱进行多组分混合气体定量分析建模中,须根据各目标气体成分的光谱特点进行光谱维数降维和特征变量选择。以甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷等7种气体为分析目标,采用最小绝对收缩和选择算子(LASSO)与弹性网络(ElasticNet)方法进行目标气体数据预处理。针对LASSO和Elastic Net方法参数优化选择的问题,采用均方误差和预测偏差最小两个准则进行参数的优化选取。对4cm-1的实测光谱数据,采用LASSO和ElasticNet方法分别在0.0019和0.0021均方误差条件下使得维度从2542维分别降为2维和3维,LASSO的交叉灵敏度最大和最小为10.2718%和1.4205%,ElasticNet分别为5.4945%和0.7493%。结果表明:Elastic Net在用于光谱定量分析的数据预处理中具有一定的优势,为准确建立定量分析模型奠定了基础。 展开更多

关键词 气体红外光谱定量分析 正则化算法 特征波长选择 LASSO ELASTIC NET

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基于LIF技术结合波长优选的油膜厚度检测方法分析 被引量：2

10

作者 孔德明 刘亚茹 +1 位作者 杜雅欣 崔耀耀 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2811-2817,共7页

海上溢油事故不仅造成极大的石油资源浪费,而且严重威胁生态环境。因此,利用荧光光谱对油膜厚度进行快速无损检测对于有效评估溢油量有重要意义。基于激光诱导荧光(LIF)技术对海水表面0^(#)柴油、5^(#)白油油膜的荧光光谱进行检测,进而... 海上溢油事故不仅造成极大的石油资源浪费,而且严重威胁生态环境。因此,利用荧光光谱对油膜厚度进行快速无损检测对于有效评估溢油量有重要意义。基于激光诱导荧光(LIF)技术对海水表面0^(#)柴油、5^(#)白油油膜的荧光光谱进行检测,进而实现对油膜厚度的量化分析。首先使用SG平滑滤波对原始光谱数据进行预处理以减少原始光谱中的背景噪声。然后采用间隔随机蛙跳算法(IRF)结合变量子集迭代优化法(IVSO)对获取的全光谱数据进行波长选择以剔除冗余变量,将经过二次筛选出的光谱特征波长作为偏最小二乘回归(PLS)的自变量输入数据建立油膜厚度反演模型。该方法第一步利用IRF从全光谱数据中筛选出特征波段,再利用IVSO对特征光谱波段组合进一步筛选出特征波长变量,从而有效提高优选出的特征波长建立油膜厚度反演模型的预测能力和稳定性。将IRF-IVSO与全光谱及移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)、间隔随机蛙跳算法(IRF)、变量组合集群分析法(VCPA)、变量子集迭代优化法(IVSO)四种波长优选方法进行对比,发现IRF-IVSO筛选出0^(#)柴油数据和5^(#)白油数据的特征波长数量分别占全光谱数据的4.48%和19.40%。将全光谱及上述波长优选方法筛选出的特征波长作为输入建立PLS模型进行分析讨论。结果表明,特征波长选择方法结合PLS所建立的不同模型预测能力和效率较全光谱有明显提高。其中,IRF-IVSO结合PLS所建立的油膜厚度反演模型预测效果最优,该模型可以实现对厚度分别为0.1415~2.2918和0.052~0.980 mm的0^(#)柴油及5^(#)白油油膜的有效反演,柴油油膜测试集相关系数R P可达到0.9611,测试集均方根误差RMSEP为0.1375,白油油膜测试集相关系数R P可达到0.9712,测试集均方根误差RMSEP为0.0790。该研究表明,IRF-IVSO通过结合区间波段筛选和单一变量选择能够有效而稳定地筛选出特征波长变量,结合PLS建立的油膜厚度反演模型能够实现可靠预测。 展开更多

关键词 激光诱导荧光 油膜厚度 特征波长选择 定量分析

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基于多波长法的胆红素浓度测量研究 被引量：1

11

作者 郑骏笙 吴海啸 +2 位作者 朱好生 刘广清 胡燕海 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第5期33-36,共4页

面向新生儿黄疸无创测量,提出了多波长法的测量方法,以去除肤色差异对测量结果的影响。采用光谱测量法对胆红素浓度进行测量,配制具有不同黑色素浓度的模拟组织液来模拟新生儿的不同肤色;利用微型光谱仪对模拟组织液的透射光谱数据进行... 面向新生儿黄疸无创测量,提出了多波长法的测量方法,以去除肤色差异对测量结果的影响。采用光谱测量法对胆红素浓度进行测量,配制具有不同黑色素浓度的模拟组织液来模拟新生儿的不同肤色;利用微型光谱仪对模拟组织液的透射光谱数据进行采集,并使用S-G(Savitzky-Golay)平滑、暗噪声去除及吸光度转换方法,对光谱数据进行预处理;基于预处理后得到的吸收光谱数据进行量化分析,建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,并结合随机蛙跳(RF)波长选择算法进行特征波长提取。实验结果表明:经过RF算法选择出的波长数为25个,仅为原来的8.7%,很好地简化了原有PLSR模型。且简化后模型的R_c~2为0.882,R~2_p为0.871,RMSEC与RMSEP分别为1.6 mg/dL与1.7 mg/dL,具有较好的模型预测性能。 展开更多

关键词 光谱学 黄疸 无创检测 特征波长选择

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基于近红外高光谱成像技术的花生冻伤检测方法研究 被引量：3

12

作者 崔程 刘翠玲 +1 位作者 孙晓荣 吴静珠 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2024年第6期226-233,共8页

花生在收获、运输、储存和加工过程中易受到温、湿度变化导致冻伤现象,从而影响花生及其制品的品质,为探索花生冻伤机理并提高冻伤花生检测效率,本文采用近红外高光谱技术研究花生冻伤无损检测可行性、基于特征变量筛选的判别模型优化... 花生在收获、运输、储存和加工过程中易受到温、湿度变化导致冻伤现象,从而影响花生及其制品的品质,为探索花生冻伤机理并提高冻伤花生检测效率,本文采用近红外高光谱技术研究花生冻伤无损检测可行性、基于特征变量筛选的判别模型优化方法以及花生冻伤机理。实验研究了变量标准化(Standard Normalized Variate,SNV)、多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)、Savitzky-Golag(SG)平滑以及SG平滑-SNV和SG平滑-MSC五种预处理方法对原始数据的影响,随后分别采用竞争自适应重加权法(competitive adapative reweighted sampling,CARS)、随机蛙跳(random frog,RF)、变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)、连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)、蒙特卡洛无信息变量消除(Monte Carlo uninformative variable elimination,MC-UVE)、迭代保留信息变量(Iteration retention information variable,IRIV)、变量组合种群分析-迭代保留信息变量(Variable combination population analysis-Iteration retention information variable,VCPA-IRIV)和变量组合种群分析-遗传算法(Variable combination population analysis-Genetic Algorithm,VCPAGA)8种变量选择方法筛选得到与花生冻伤相关的特征波长,通过建立支持向量机(Support Vector Machine,SVM)选用达到判别准确率阈值为90%的特征波长作为花生冻伤特征波长。结果表明,基于近红外高光谱成像技术的花生冻伤检测总体可行,且精度较高,所有变量选择方法均能有效筛选与冻伤相关的特征波长,其中VCPAGA算法选择了最少的7个特征波长,仅占数据集所有波长的3.125%,训练集和测试集准确率分别为91.60%和90.12%。经过筛选得出的冻伤特征波长体现了油酸和蛋白质的信息,验证了过低的温度会导致花生中油酸含量下降和蛋白质含量上升。本研究为花生冻伤快速无损检测提供了可参考的理论依据和技术支撑。 展开更多

关键词 花生 冻伤 高光谱成像 特征波长选择 支持向量机

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基于近红外光谱技术的大豆种子老化等级快速无损检测方法研究

13

作者 陈鹏文 胡军 《黑龙江粮食》 2024年第7期82-84,共3页

大豆种子易发生老化并丧失活性,快速无损检测大豆种子活性对于农业生产有着重要的意义。本研究以三种大豆种子为样本进行人工老化试验,以未老化豆种为对照组,应用近红外线光谱技术,建立6种模型,最终得出模型6表现最优,说明该模型可以较... 大豆种子易发生老化并丧失活性,快速无损检测大豆种子活性对于农业生产有着重要的意义。本研究以三种大豆种子为样本进行人工老化试验,以未老化豆种为对照组,应用近红外线光谱技术,建立6种模型,最终得出模型6表现最优,说明该模型可以较好地实现对7类不同老化级别的大豆种子快速无损检测。 展开更多

关键词 大豆种子 活力检测 BP神经网络 光谱预处理 特征波长选择

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连续投影算法在猪肉pH值无损检测中的应用 被引量：17

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作者 廖宜涛 樊玉霞 +1 位作者 成芳 伍学千 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第S1期379-383,共5页

利用鲜肉的近红外光谱中少量特征波长对其pH值进行预测,可以大幅度降低模型复杂性和计算量,对开发无损检测装置,实施肉品生产加工过程中pH值监测有重要意义。该文通过连续投影算法(SPA)选择特征波长建立简单多元线性回归模型(SPA-MLR),... 利用鲜肉的近红外光谱中少量特征波长对其pH值进行预测,可以大幅度降低模型复杂性和计算量,对开发无损检测装置,实施肉品生产加工过程中pH值监测有重要意义。该文通过连续投影算法(SPA)选择特征波长建立简单多元线性回归模型(SPA-MLR),并对比了SPA-MLR模型与全波段(5000～10440cm-1)偏最小二乘回归模型(PLSR)及逐步线性回归(SMLR)、遗传算法(GA)选择特征波长所建模型的性能。结果表明经连续投影算法提取37个特征波长建立的模型,所用变量数仅占全波段的2.6%,校正集相关系数0.870,校正集均方根误差为0.094,验证集相关系数0.892,验证集均方根误差为0.085;性能与经多元散射校正预处理的PLSR模型接近,但采用变量数明显减少,优于逐步线性回归和遗传算法选择特征波长建立的模型,表明该方法可较好的选择特征波长,建立简单的预测模型。 展开更多

关键词 光谱 肉制品 无损检验 近红外光谱 特征波长选择 连续投影算法 猪肉pH值

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改进随机蛙跳算法在大豆品种快速鉴别中的应用 被引量：3

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作者 李伟 谭峰 +2 位作者 张伟 高陆思 李金山 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3763-3769,共7页

大豆品种快速准确的鉴别,对于鉴定种子品质、净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题,采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘(PLS)鉴别模型,对黑龙江省4个高蛋... 大豆品种快速准确的鉴别,对于鉴定种子品质、净化种业市场以及保障粮食安全具有重要意义。为解决传统农作物品种鉴别方法中存在精度差和效率低等问题,采用拉曼光谱结合特征波长提取方法建立偏最小二乘(PLS)鉴别模型,对黑龙江省4个高蛋白大豆品种(黑农88、黑农98、绥农71以及绥农76)进行快速鉴别。随机蛙跳(RF)算法是一种通过迭代计算变量被选概率,以确定变量重要性的新型特征波长选择算法,可以有效剔除全光谱数据中的冗余信息。该方法存在初始变量集随机性、所需迭代次数大、阈值选取不确定的问题,因此提出一种基于最小绝对收敛与选择算子(LASSO)回归的改进随机蛙跳(MRF)算法。采用LASSO算法提取与属性变量最相关的特征波长点作为RF初始变量集F0,消除初始变量的随机性,在此基础上开始迭代计算,可以减少无用迭代次数,提高模型的预测精确度。RF算法通过设定阈值的方法选择变量,因此提取的特征波长往往具有不确定性。改进如下:首先去除被选概率为0的变量,对于排序后变量以10个波长点为间隔,每次增加1个间隔建立特征波长与大豆品种属性的偏最小二乘回归模型,当交叉验证均方根误差(RMSECV)取最小值时的建模波长为优选特征波长。以MRF优选特征波长作为输入变量建立PLS鉴别模型,并与全光谱以及常用的RF、LASSO和ElasticNet特征波长选择算法建模结果进行对比分析。结果表明,MRF算法提取300个特征波长点,仅占全谱波长的9.37%,有效筛选了关键特征变量,简化了模型复杂度。预测结果中均方根误差(RMSEP)和决定系数(Rp2)分别为0.246 9和0.951 2,识别准确率达到100%,为所有模型中最优。拉曼光谱结合MRF算法可以实现大豆品种的快速鉴别,同时也为其他农作物品种的快速鉴别提供了一种新思路。 展开更多

关键词 拉曼光谱 大豆 特征波长选择 随机蛙跳 最小绝对收敛与选择算子

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基于高光谱技术的三七不同部位粉末的无损鉴别 被引量：10

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作者 姚坤杉 孙俊 +3 位作者 陈晨 徐敏 程介虹 周鑫 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2027-2031,共5页

三七是一种传统的中药材,具有较高的药用价值。目前市场上中药售假的现象屡见不鲜,许多不法商贩将三七支根或剪口粉末假冒主根粉末销售,严重损害了消费者的利益。利用高光谱技术结合多元分析方法实现三七不同部位粉末的快速无损鉴别。... 三七是一种传统的中药材,具有较高的药用价值。目前市场上中药售假的现象屡见不鲜,许多不法商贩将三七支根或剪口粉末假冒主根粉末销售,严重损害了消费者的利益。利用高光谱技术结合多元分析方法实现三七不同部位粉末的快速无损鉴别。通过高光谱成像系统分别采集了三七剪口、须根和主根粉末在400~1000 nm范围内的高光谱图像,共300个样本。采用Savitzky-Golay(SG)平滑结合标准变量变换(SNV)的方法对高光谱数据进行去噪和消除因散射引起的光谱差异。为了移除光谱变量中的重迭和冗余信息,利用竞争自适应重加权采样(CARS)算法和本文提出的一种考虑了变量间交互作用的二进制竞争自适应重加权采样(BCARS)算法进行特征波长选择。最后分别建立了基于全光谱、CARS和BCARS特征波长的支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)分类模型。结果表明,BCARS-XGBoost模型的分类效果最优,训练集和测试集的分类准确率分别为100%和99.33%。与CARS相比,BCARS所选择的特征波长数量较少,有助于多光谱系统和便携式仪器的开发。利用高光谱技术结合BCARS-XGBoost模型鉴别三七不同部位粉末是可行的。 展开更多

关键词 高光谱 三七 极端梯度提升 特征波长选择

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混合式随机森林的土壤钾含量高光谱反演 被引量：9

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作者 王轩慧 郑西来 +2 位作者 韩仲志 王轩力 王娟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3883-3889,共7页

从土壤速效钾光谱中挖掘关键特征较为困难,导致高光谱反演模型预测精度较低。针对此问题,提出了一种混合式随机森林特征选择算法。首先采用封装式特征选择方法进行特征预选,快速去除冗余并保留相关特征,然后再利用改进的随机森林特征选... 从土壤速效钾光谱中挖掘关键特征较为困难,导致高光谱反演模型预测精度较低。针对此问题,提出了一种混合式随机森林特征选择算法。首先采用封装式特征选择方法进行特征预选,快速去除冗余并保留相关特征,然后再利用改进的随机森林特征选择算法对预处理后的特征进行精选,通过增大关键特征与冗余特征的区分度以及采用迭代特征选择的方式,使精选后的特征具有更好的鲁棒性与区分性,较好的解决了土壤速效钾高光谱反演模型精度较低的问题。为了验证所提出算法的有效性,选取了青岛市大沽河流域具有代表性的124个土壤样品为实验对象,利用提出的算法从2 051个原始波段选出含有13个敏感波段的最优光谱子集建立土壤速效钾反演模型,并与现有特征选择算法所建模型进行对比分析。结果表明:该算法构建的回归模型具有较低的预测均方根误差RMSEP(9. 661 5),较高的相关系数r(0. 936 9)和预测分析相对误差RPD(2. 14)。混合式随机森林特征选择算法以较少的特征波长数实现了较好的预测效果,可为土壤养分实时光谱传感器的设计提供一定的理论依据。 展开更多

关键词 土壤速效钾含量 高光谱 特征波长选择 混合式特征选择 随机森林

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基于SGA-RF算法的农业土壤镉浓度反演研究 被引量：7

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作者 王轩慧 陈建毅 +3 位作者 郑西来 朱成 王轩力 单春芝 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期261-269,共9页

在农业土壤重金属高光谱检测领域,土壤镉元素近红外光谱的高维、高冗余特性会严重影响高光谱反演模型的准确性和稳定性。为了解决上述问题,本文提出一种基于斯皮尔曼相关分析的遗传随机森林特征选择算法(SGA-RF)。该算法首先对初始特征... 在农业土壤重金属高光谱检测领域,土壤镉元素近红外光谱的高维、高冗余特性会严重影响高光谱反演模型的准确性和稳定性。为了解决上述问题,本文提出一种基于斯皮尔曼相关分析的遗传随机森林特征选择算法(SGA-RF)。该算法首先对初始特征集合使用基于斯皮尔曼相关分析的特征预选方法,筛选出大量冗余波段,保留与镉元素相关性最强的特征波段;其次在特征精选阶段,提出一种基于随机森林的适应度函数评估方法,该方法充分结合遗传算法强大的全局搜索能力和随机森林算法较高的反演能力,提高了对相似个体的区分能力,获得具有最小冗余度和最大区分性的最优特征波段子集。为了验证所提算法的有效性,选取青岛市大沽河流域具有代表性的124个土壤样品为实验对象,利用SGA-RF算法将原始2 051个波段优选至37个最具代表性的敏感波段,并与现有特征选择算法所建模型进行对比分析。试验结果表明,该特征选择方法与随机森林回归模型相结合具有较低的预测均方根误差(0.060 1),较高的相关系数(0.950 2)和预测相对分析误差(2.03)。作为应用可见/近红外光谱技术定量反演农业土壤镉浓度的重要步骤,SGA-RF算法以较少的敏感波段达到了较高的反演效果,可为监测土壤重金属污染情况提供一定的理论依据。 展开更多

关键词 农业土壤 镉浓度 特征波长选择 斯皮尔曼等级相关分析 遗传算法 随机森林

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改进的随机蛙跳算法对农机润滑油污染浓度的近红外光谱检测研究 被引量：4

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作者 韩嘉庆 周桂霞 +4 位作者 胡军 程介虹 陈争光 赵胜雪 刘奕伶 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3482-3488,共7页

润滑油是农业机械正常作业的必要物资,农业机械发动机工作的动力性、安全性、经济性以及寿命与润滑油状况有着紧密联系。污染浓度作为油液的综合评价指标,常规的实验室检测耗时长、成本高,所以开发高效的润滑油污染浓度检测技术具有重... 润滑油是农业机械正常作业的必要物资,农业机械发动机工作的动力性、安全性、经济性以及寿命与润滑油状况有着紧密联系。污染浓度作为油液的综合评价指标,常规的实验室检测耗时长、成本高,所以开发高效的润滑油污染浓度检测技术具有重要意义。提出了一种基于近红外光谱技术的农机润滑油污染浓度的检测方法,同时针对随机蛙跳(RF)特征波长选择算法中迭代次数大,结果再现性低等缺点,提出了一种迭代保留信息变量的随机蛙跳(IRIV-RF)特征波长选择算法。该算法一方面利用迭代保留信息变量(IRIV)算法提取出强信息变量和弱信息变量,将其作为RF算法中的初始变量集,消除初始变量集的随机性对结果再现性的影响。另一方面通过对变量按被选概率值由大到小正向排序后,从首个波长开始依次增加一个波长建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,选择交叉验证均方根误差(RMSECV)值最小时的变量子集为特征波长,消除RF算法所提取的特征波长数量的不确定性。利用近红外光谱仪采集自行配制的101份不同污染浓度的农机润滑油原始光谱数据,选用三种不同的预处理方法分别对原始光谱进行处理,确定最佳的预处理方法为变量标准化(SNV)。在此基础上通过RF,IRIV和IRIV-RF三种算法分别对全谱进行特征波长选择,并建立PLSR模型。通过对全谱-PLSR,RF-PLSR,IRIV-PLSR以及IRIV-RF-PLSR模型的预测精度进行比较,结果表明,经过IRIV-RF算法提取特征波长后所建立的PLSR模型预测精度最高,预测相关系数(R_(p))为0.9657,预测均方根误差(RMSEP)为9.0584,显著提升了预测精度与运行效率,降低模型复杂程度。IRIV-RF是一种有效的特征波长选择算法,研究证明了近红外光谱联合改进的IRIV-RF算法检测农机润滑油污染浓度的可行性,为鉴定润滑油品质提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 特征波长选择 随机蛙跳 迭代信息保留变量 农机润滑油 污染浓度 近红外光谱

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基于高光谱开发滩羊肉中高铁肌红蛋白含量的定量函数 被引量：6

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作者 程丽娟 刘贵珊 +6 位作者 何建国 万国玲 马超 班晶晶 马丽敏 杨国华 袁瑞瑞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1263-1269,共7页

高铁肌红蛋白(metmyoglobin,MetMb)在肉中所占的比例直接影响肉的色泽。利用可见近红外光谱(ViS-NIR)采集到的滩羊肉数据与化学计量学方法相结合,探讨高光谱成像快速无损检测滩羊肉中MetMb含量的可行性以及开发滩羊肉中MetMb含量的定量... 高铁肌红蛋白(metmyoglobin,MetMb)在肉中所占的比例直接影响肉的色泽。利用可见近红外光谱(ViS-NIR)采集到的滩羊肉数据与化学计量学方法相结合,探讨高光谱成像快速无损检测滩羊肉中MetMb含量的可行性以及开发滩羊肉中MetMb含量的定量函数。采用分光光度计测量滩羊样本的MetMb含量,使用ENVI4.8软件提取贮藏期间200个样本光谱图像的感兴趣区域,将获取的光谱数据与化学值相结合,定量解释两者的相关性;利用光谱理化值共生距离法,按照3∶1的比例划分样本,对校准模型进行独立(外部)验证;采用乘法散射校正(multiple scattering correction,MSC)、一阶导数(first derivative,1 st derivative)和去趋势(De-trending)等3种不同的方法对原始光谱数据进行预处理,以消除噪音对原始光谱的干扰;竞争性自适应加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、区间变量迭代空间收缩方法(interval variable iterative space shrinkage approach,iVISSA)、间隔随机蛙跳算法(interval random frog,IRF)、变量组合集群分析法(variables combination population analysis,VCPA)、连续投影算法(successie projection algorithm,SPA)以及IRF+SPA、iVISSA+SPA组合方法被用于光谱的变量选择和优化;使用典型的线性建模方法:偏最小二乘回归(partial least square regression,PLSR)建立全波段和特征波段的预测模型,确定最佳模型;通过最佳模型建立滩羊肉中MetMb含量的定量函数。结果表明:原始光谱模型性能较好于3种预处理光谱的模型性能,其R 2 C=0.852,R 2 P=0.788,RMSEC=4.604,RMSEP=5.729;原始光谱经过CARS,VCPA,IRF,SPA,iVISSA,IRF+SPA,iVISSA+SPA等方法分别选出16,13,48,14,45,10和11个特征波长,占总波长的12.8%,10.4%,38.4%,11.2%,36%,8%和8.8%。通过对比PLSR模型,IRF+SPA-PLSR模型性能最佳,R 2 C=0.808,R 2 P=0.826,RMSEC=5.253,RMSEP=5.149,IRF+SPA算法不仅减少了计算时间,而且生成了更准确,更稳健的预测模型;最后,基于IRF+SPA算法建立的MetMb含量的定量函数为:(MetMb)=3.2497+1.9002λ468-4.7912λ482+5.9135λ512-1.8562λ530-5.8793λ545+2.2463λ560+5.0661λ580-2.3201λ588+1.2149λ790-1.3488λ814。表明ViS-NIR光谱对滩羊肉中MetMb含量的快速无损检测是可行的,开发的定量函数为快速测定滩羊肉中MetMb的含量提供参考。 展开更多

关键词 滩羊 高铁肌红蛋白 可见/近红外 偏最小二乘回归 特征波长选择

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