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基于可见光-近红外高光谱成像技术的文书朱墨时序检验
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作者 李昌盛 高树辉 《分析测试学报》 北大核心 2025年第5期781-793,共13页
刑事文书检验领域中,文字墨迹与印章印文形成时序的分析是验证文书物证真伪的关键技术。该文基于可见光-近红外高光谱成像技术(Vis-NIR HSI)图谱合一优势,结合卷积神经网络(CNN)研究了朱墨时序的判别问题。在光谱影像形态分析的基础上,... 刑事文书检验领域中,文字墨迹与印章印文形成时序的分析是验证文书物证真伪的关键技术。该文基于可见光-近红外高光谱成像技术(Vis-NIR HSI)图谱合一优势,结合卷积神经网络(CNN)研究了朱墨时序的判别问题。在光谱影像形态分析的基础上,采集了42000个不同朱墨时序样品的高光谱数据,建立朱墨时序高光谱数据集。分别使用中值滤波、Savitzky-Golay平滑滤波、多元散射校正和归一化方法对样本光谱进行预处理;采用连续投影算法(SPA)和竞争自适应重加权采样(CARS)对光谱进行特征波长选择,分别建立逻辑回归(LR)等若干二分类机器学习模型和一维卷积神经网络(1D-CNN)模型,并比较了建模效果。实验结果显示,基于CARS方法提取的光谱特征波长建立的CARS-1D-CNN模型在训练集和测试集上的准确率分别达96.98%和95.54%,表明Vis-NIR HSI与1D-CNN结合能够有效识别朱墨时序。该方法与常规检验方法相互辅助、相互验证,能够提高朱墨时序检验鉴定的准确性和效率。 展开更多
关键词 可见光-近红外光谱成像(Vis-NIR HSI) 文件检验 朱墨时序 机器学习 1D-CNN
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基于可见-近红外光谱技术快速检测水质酸度
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作者 苏涵君 李丽娜 《理化检验(化学分册)》 北大核心 2025年第3期249-256,共8页
为了满足快速、准确、在线持续检测水质酸度(pH)的需求,基于可见-近红外光谱(Vis-NIRS)技术,结合化学计量学方法,提出了一种水质酸度的快速检测方法。采集60个不同酸度水溶液样本的Vis-NIRS原始数据,分别采用Kennard-Stone(K-S)算法和光... 为了满足快速、准确、在线持续检测水质酸度(pH)的需求,基于可见-近红外光谱(Vis-NIRS)技术,结合化学计量学方法,提出了一种水质酸度的快速检测方法。采集60个不同酸度水溶液样本的Vis-NIRS原始数据,分别采用Kennard-Stone(K-S)算法和光谱-理化值共生距离(SPXY)算法进行样本集划分,运用Savitzky-Golay(S-G)卷积平滑、标准正态变量变换(SNV)、一阶导数(1D)、二阶导数(2D)和正交信号校正(OSC)等方法对原始光谱数据进行预处理,并使用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权(CARS)算法进行特征波长筛选,建立并比较了不同的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型,以确定最佳模型效果。结果表明,利用SPXY算法划分样本集,并经过SNV预处理和CARS筛选出特征波长,建立的水质酸度PLS定量分析模型性能较优,其预测集决定系数和预测均方根误差分别为0.9786和0.3803。参与建模的波长变量数由2860个减少至45个,极大地提高了模型的运算速率,方法能够实现对水质酸度的快速、准确检测。 展开更多
关键词 可见-近红外光谱(Vis-NIRS) 水质酸度 预处理 竞争性自适应重加权算法 偏最小二乘法(PLS) 定量分析模型
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基于近红外光谱技术的雪茄晾制烟部位-等级识别研究
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作者 郑元仙 赵刚 +8 位作者 贾燕超 段杰 张永俊 张定里 周厚发 普晶 段宏 文涛 黄进生 《南方农机》 2025年第4期10-14,共5页
【目的】探究近红外光谱与雪茄晾制烟部位-等级之间的关系,为雪茄晾制烟部位-等级的快速识别提供参考。【方法】以雪茄晾制烟部位-等级模型为研究对象,选取253个雪茄晾制烟样本数据作为训练集,分别基于PLS-DA模型和ResNeXt18模型构建了... 【目的】探究近红外光谱与雪茄晾制烟部位-等级之间的关系,为雪茄晾制烟部位-等级的快速识别提供参考。【方法】以雪茄晾制烟部位-等级模型为研究对象,选取253个雪茄晾制烟样本数据作为训练集,分别基于PLS-DA模型和ResNeXt18模型构建了雪茄晾制烟部位-等级识别模型,并以109个雪茄晾制烟样本数据作为测试集,评估上述两种模型的识别效果。【结果】PLS-DA模型在测试集上的分类平均准确率为0.743,ResNeXt18模型在测试集上的分类平均准确率达到了0.807,ResNeXt18模型对于雪茄晾制烟各部位-等级的识别效果要优于PLS-DA模型。【结论】基于近红外光谱数据和ResNeXt18模型进行建模可实现对雪茄晾制烟部位-等级的快速识别,且有助于雪茄晾制烟后续发酵过程对时间和环境温度的统一调控,具有较高的实用价值。 展开更多
关键词 手持式近红外光谱 雪茄 晾制烟 部位-等级 模型
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小样本紫外-可见吸收光谱数据的COD测定方法
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作者 郑培超 阮伟 +8 位作者 陈述斌 李海娟 侯艳 李成林 何浩楠 杨琴 王金梅 李彪 郭连波 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第7期343-352,共10页
化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)浓度的精准预测在水质监测和环境保护中具有重要意义。然而,受限于样本量有限以及传统支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)模型超参数调优计算复杂,紫外-可见(Ultraviolet-Visible,UV-V... 化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)浓度的精准预测在水质监测和环境保护中具有重要意义。然而,受限于样本量有限以及传统支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)模型超参数调优计算复杂,紫外-可见(Ultraviolet-Visible,UV-Vis)吸收光谱在COD预测中的精度受到限制。为此,构建了适用于小样本条件的光谱数据优化策略。首先,通过核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)提取光谱数据关键特征,提升数据处理效率;随后,利用基于梯度惩罚的Wasserstein生成对抗网络(Wasserstein Generative Adversarial Networks with Gradient Penalty,WGANGP)对关键特征进行数据增强,以缓解样本稀缺并提升模型对非线性关系的建模能力;最后采用牛顿-拉夫逊优化(Newton-Raphson-Based Optimizer,NRBO)实现SVR超参数的优化。实验结果表明,该方法在长江和嘉陵江水体COD预测中优于传统SVR,R^(2)从0.884 2提升至0.962 48,均方根误差(RMSE)降低36.34%,平均绝对误差(MAE)减少49.54%。该策略为光谱数据建模与水质污染监测提供了理论支持和实践依据。 展开更多
关键词 环境科学与工程 化学需氧量预测 Wasserstein生成对抗网络 紫外-可见吸收光谱 牛顿-拉夫逊优化算法 水质监测
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紫外-可见-短波近红外漫反射光谱技术测定白芷中二氧化硫残留量的研究 被引量:7
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作者 敬小丽 唐杰 +3 位作者 王雪梅 刘阳 杨雯 梁冰 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期15-21,共7页
建立紫外-可见-短波近红外漫反射光谱结合化学计量学测定白芷中二氧化硫残留量的方法。利用紫外-可见-短波近红外漫反射光谱技术并结合化学计量学建模预测二氧化硫残留量。偏最小二乘回归法(PLSR)建模优于支持向量回归法(SVR); Random F... 建立紫外-可见-短波近红外漫反射光谱结合化学计量学测定白芷中二氧化硫残留量的方法。利用紫外-可见-短波近红外漫反射光谱技术并结合化学计量学建模预测二氧化硫残留量。偏最小二乘回归法(PLSR)建模优于支持向量回归法(SVR); Random Frog波段选择结合Auto-scaling预处理后PLS建模后预测效果最佳,校正集R^2为0. 99,交叉验证集R^2为0. 94,预测集R^2为0. 96。紫外-可见-短波近红外漫反射光谱结合化学计量学可以实现二氧化硫残留量的快速检测,为中药饮片的质量评价及监管提供一种技术手段。 展开更多
关键词 白芷饮片 紫外-可见-短波近红外反射光谱 化学计量学 二氧化硫残留量
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紫外-可见-短波近红外漫反射光谱法对丙氨酸手性的定性定量分析 被引量:2
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作者 梁冰 李相玲 +2 位作者 敬小丽 李涛 姚舜 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期190-195,共6页
以D-、L-和DL-丙氨酸为对象,首次研究了紫外-可见-短波近红外漫反射光谱结合化学计量学快速、无损地定性、定量分析固体手性化合物的可行性。在粒度过100目、样品与光纤探头距离5.6 mm的最优条件下测量漫反射光谱,经预处理后,采用主成... 以D-、L-和DL-丙氨酸为对象,首次研究了紫外-可见-短波近红外漫反射光谱结合化学计量学快速、无损地定性、定量分析固体手性化合物的可行性。在粒度过100目、样品与光纤探头距离5.6 mm的最优条件下测量漫反射光谱,经预处理后,采用主成分分析法(PCA)和判别偏最小二乘法(PLS-DA)建模进行定性分析,结果预测判别准确率为100%。定量分析上,16个不同比率的L-/D-丙氨酸二元混合粉末样的光谱经波长选择、光谱数据预处理后,以偏最小二乘回归法(PLR)和支持向量回归法(SVR)建模,校正集和预测集的最优决定系数(R2)均在0.99和0.98以上,绩效偏差率(RPD)值远高于2。研究表明,采用紫外-可见-短波近红外漫反射光谱法结合化学计量学可应用于手性固态丙氨酸的快速、无损分析,并有望于运用到手性药物的质量检测上。 展开更多
关键词 紫外-可见-短波近红外反射光谱 化学计量学 丙氨酸
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基于可见光-近红外高光谱信息与数据融合的木质化鸡胸肉的判别模型构建 被引量:2
7
作者 张娜 李震 +5 位作者 兰维杰 屠康 武杰 王兆山 赵干 潘磊庆 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2024年第7期286-293,共8页
木质化鸡胸肉(wooden breast,WB)制约肉鸡行业发展,传统触诊检测方法耗时且效率低,为提升高光谱成像(hyperspectral imaging,HSI)技术检测鸡胸肉木质化程度的效果,本论文以白羽鸡鸡胸肉为研究对象,将其划分4个木质化等级,采集其在400~1... 木质化鸡胸肉(wooden breast,WB)制约肉鸡行业发展,传统触诊检测方法耗时且效率低,为提升高光谱成像(hyperspectral imaging,HSI)技术检测鸡胸肉木质化程度的效果,本论文以白羽鸡鸡胸肉为研究对象,将其划分4个木质化等级,采集其在400~1000和1000~2000 nm内的HSI信息,通过不同光谱预处理算法和特征波段筛选方法,建立基于全波段、特征波段和HSI数据融合的偏最小二乘判别分析(Partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)模型和支持向量机(Support vector machine,SVM)模型。结果显示,SVM模型比PLSDA模型更适于判别鸡胸肉木质化程度,基于1000~2000 nm内全波段和特征波段的最佳模型预测集总体正确率均高于400~1000 nm内的模型,基于两波段HSI数据融合的木质化判别模型优于基于单一波段(包括全波段和特征波段)的模型,最佳模型预测集总体正确率为96.7%,能较好地区分出4个木质化等级,且对4个等级的判别准确率均可达90%以上。研究结果为HSI实现木质化鸡胸肉的准确无损检测提供技术支持。 展开更多
关键词 木质化鸡胸肉 可见-近红外光谱 短波红外光谱 光谱数据融合 判别模型
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土壤可见光-近红外反射光谱与重金属含量之间的相关性 被引量:76
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作者 解宪丽 孙波 郝红涛 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期982-993,共12页
发展基于反射光谱技术的快速、简便、低成本的土壤重金属信息提取方法是区域土壤重金属污染治理所需要的。选择江西贵溪铜冶炼厂污染区,分析了9种重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cd、Co、Ni、Fe、Mn及Cr)与土壤可见光-近红外反射光谱之间的... 发展基于反射光谱技术的快速、简便、低成本的土壤重金属信息提取方法是区域土壤重金属污染治理所需要的。选择江西贵溪铜冶炼厂污染区,分析了9种重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cd、Co、Ni、Fe、Mn及Cr)与土壤可见光-近红外反射光谱之间的相关性及其相关的原因。研究表明,研究区土壤中存在Cu(含量介于66.71-387mgkg^-1之间)和Cd(含量介于0.36—6.019mgkg^-1之间)的强烈富集。土壤重金属含量与反射光谱之间存在显著相关,污染元素Cu的最高相关系数为-0.87,Pb、Zn、Co、Ni、Fe的最高相关系数达到高度相关(|r|〉0.80),Cr、Cd、Mn的最高相关系数达到显著相关(|r|〉0.70)。微分光谱适于获取土壤中的重金属元素信息,利用组合波段能显著提高相关性。Cu与反射光谱之间的相关性主要受有机质的影响;Pb、Zn、Co、Ni主要受黏土矿物和铁锰氧化物的影响;Cr与反射光谱之间的相关性同时受有机质和黏土矿物的影响。 展开更多
关键词 土壤污染 重金属元素 反射光谱 可见光-近红外 相关关系
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基于可见-近红外漫反射光谱技术的葡萄贮藏期间可溶性固形物定量预测 被引量:11
9
作者 陈辰 鲁晓翔 +2 位作者 张鹏 陈绍慧 李江阔 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第20期109-114,共6页
利用可见-近红外漫反射光谱技术,建立不同品种葡萄贮藏期间可溶性固形物含量定量预测的通用模型。以10℃贮藏的玫瑰香葡萄、马奶葡萄、红提葡萄的混合光谱为定标材料,探讨不同化学计量学建模方法、不同光谱预处理方法、间隔点、平滑数... 利用可见-近红外漫反射光谱技术,建立不同品种葡萄贮藏期间可溶性固形物含量定量预测的通用模型。以10℃贮藏的玫瑰香葡萄、马奶葡萄、红提葡萄的混合光谱为定标材料,探讨不同化学计量学建模方法、不同光谱预处理方法、间隔点、平滑数以及不同特征波长区间选择对建模效果的影响及模型的品种适用性。结果显示,采用改进偏最小二乘法,16点平滑,间隔点数16点,结合二阶导数、去散射的处理方法,在波长范围408~1 092.8 nm内建立的模型效果最优,其交互验证误差和交互验证判定系数R2CV分别为0.308 7、0.980 2。由3种葡萄混合组成的预测集对模型进行评价,预测标准差0.354、预测判定系数Rp2为0.980 8、验证相对分析误差为6.22、预测残差平方和为7.993。模型对单一品种预测Rp2均达到0.94以上。因此,葡萄果实可溶性固形物含量的近红外预测模型具有可行性,可同时适用于多种葡萄品种。 展开更多
关键词 可见-近红外反射光谱 葡萄 贮藏 可溶性固形物 预测模型
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基于CWT和GRNN的可见-近红外漫反射光谱检测樱桃糖度的研究 被引量:10
10
作者 郭卫东 倪开诚 +2 位作者 孙旭东 张长江 陈文荣 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期140-143,共4页
联合使用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)和广义回归神经网络(generalized regression neural networks,GRNN)建立用于测定樱桃中糖含量的CWT-GRNN预测校正模型。利用CWT提取樱桃样本数据中反映含糖量的关键光谱特征,在... 联合使用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)和广义回归神经网络(generalized regression neural networks,GRNN)建立用于测定樱桃中糖含量的CWT-GRNN预测校正模型。利用CWT提取樱桃样本数据中反映含糖量的关键光谱特征,在CWT域中选择3个具有代表性的尺度,并在每个尺度下根据樱桃样本的可见-近红外光谱的特征将其划分为4个特征区间,从而构造12个特征输入到GRNN,GRNN的光滑因子取为0.0001。CWT-GRNN模型对20个预测样本集中的樱桃含糖量的预测相对误差在2%以内。结果表明,可见-近红外光谱技术可以快速、准确和无损地测定樱桃中的含糖量,本研究提出的方法可以用于果蔬产业的品质管理与控制。 展开更多
关键词 可见-近红外反射光谱 内部品质指标 无损检测 糖度 樱桃
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苹果品质检测的可见-近红外激光漫反射光谱图像法的方法研究 被引量:12
11
作者 庆兆坤 籍保平 +3 位作者 史波林 朱大洲 屠振华 ZUDE Manuela 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1273-1277,共5页
利用可见-近红外激光漫反射光谱图像法及化学计量学方法检测了苹果的可溶性固形物含量和硬度。为了消除苹果形状对品质检测的影响,分析了5个不同波长的激光(680,780,880,940和980 nm)照射在富士苹果果面形成的光斑图像,并通过一系列图... 利用可见-近红外激光漫反射光谱图像法及化学计量学方法检测了苹果的可溶性固形物含量和硬度。为了消除苹果形状对品质检测的影响,分析了5个不同波长的激光(680,780,880,940和980 nm)照射在富士苹果果面形成的光斑图像,并通过一系列图像处理方法得出了的苹果形状修正算法。分别利用修正前后的光谱图像参数建立苹果可溶性固形物含量和硬度的偏最小二乘回归(PLSR)模型,模型预测值和真实值之间的相关系数从0.78和0.80分别提高到0.87和0.89。为了消除果面镜面反射对苹果内部品质检测的影响,文章提出了象素强度频率检测法,并比较了利用果面光斑图像中光强均值和不同强度对应的象素强度频率建立的苹果硬度和可溶性固形物含量的PLSR模型效果,得出象素强度频率的模型效果更好。苹果可溶性固形物含量和硬度PLSR模型中预测均方根误差(RMSEP)分别从1.28°Brix和8.23 N.cm-2降低到0.84°Brix和6.17 N.cm-2。 展开更多
关键词 可见-近红外 激光漫反射光谱图像法 象素强度频率 可溶性固形物含量 硬度 富士苹果 修正算法
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基于粪便可见-近红外反射光谱的高山麝慢性肠炎诊断 被引量:7
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作者 梁亮 刘志霄 +4 位作者 潘世成 张学炎 白振清 汪承华 杨敏华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1772-1776,共5页
提出了一种利用粪便可见-近红外反射光谱进行高山麝慢性肠炎诊断的新方法。以FieldSpec 3地物光谱仪采集了125份高山麝粪便(正常粪样70份,慢性肠炎患者粪样55份)的光谱数据,将其随机分成训练集(95份)和检验集(30份)。光谱经S.Golay平滑... 提出了一种利用粪便可见-近红外反射光谱进行高山麝慢性肠炎诊断的新方法。以FieldSpec 3地物光谱仪采集了125份高山麝粪便(正常粪样70份,慢性肠炎患者粪样55份)的光谱数据,将其随机分成训练集(95份)和检验集(30份)。光谱经S.Golay平滑与一阶导数处理后以主成分分析法(PCA)降维。以前6个主成分(含原始光谱95.16%的特征信息)作为新变量,利用训练集样本,分别以模糊模式识别、BP-神经网络、Fisher线性判别以及Bayes逐步判别四种方法建立高山麝慢性肠炎的诊断模型。对检验集30个未知样的预测表明,Fisher线性判别的准确率为86.7%,模糊模式识别与BP-神经网络模型判别的准确率为90%,Bayes逐步判别的准确率最高,达93.3%。进一步分析发现所有误诊都源于将正常样误判为病样,四种方法对病样的检出率均达100%。说明利用粪便的可见-近红外反射光谱进行高山麝慢性肠炎的快速、非接触性诊断是可行的,且PCA结合Bayes逐步判别是一种优选方法。 展开更多
关键词 可见-近红外反射光谱 粪便 慢性肠炎 高山麝 诊断
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基于可见-近红外反射光谱的土壤碳酸钙含量与反演效果关系研究 被引量:2
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作者 林卡 李德成 +1 位作者 刘峰 张甘霖 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期304-312,共9页
土壤可见-近红外反射光谱中包含了大量的土壤属性信息,研究人员根据土壤属性信息在光谱上的特征,对土壤属性进行定量反演。是否属性值越高,反演精度越高?目前对于属性含量与反演效果的定量关系尚不清楚。采集了我国西北地区黑河流域69... 土壤可见-近红外反射光谱中包含了大量的土壤属性信息,研究人员根据土壤属性信息在光谱上的特征,对土壤属性进行定量反演。是否属性值越高,反演精度越高?目前对于属性含量与反演效果的定量关系尚不清楚。采集了我国西北地区黑河流域69个代表性干旱土剖面(292个发生层土样),以气量法测定其碳酸钙含量,使用Cary 5000分光光度计测定其可见-近红外光谱反射率,以样本量和离散度(变异系数)作为数据集划分标准,分别建立了11个相同样本量子集(A)和5个相近离散度子集(B),应用偏最小二乘回归(PLSR)算法对各子集进行土壤碳酸钙含量反演,以此探究碳酸钙含量与反演效果的定量关系。结果表明,碳酸钙可增加可见-近红外波段的光谱反射率,但利用可见近红外光谱反演土壤碳酸钙含量,其反演效果与碳酸钙含量关系不显著。 展开更多
关键词 可见-近红外反射光谱 碳酸钙含量 反演效果
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颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响
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作者 高齐云 周丽 +1 位作者 易泽邦 陈正山 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期234-246,共13页
岩矿反射光谱是智能矿山岩矿智能感知技术以及遥感信息识别的重要参考依据,由于地物表面粗糙度对反射光谱的影响取决于粗糙高度值与波长关系对电磁波传播的影响,因此颗粒度是影响岩石和矿物反射光谱特征的重要因素之一。喀斯特型铝土矿... 岩矿反射光谱是智能矿山岩矿智能感知技术以及遥感信息识别的重要参考依据,由于地物表面粗糙度对反射光谱的影响取决于粗糙高度值与波长关系对电磁波传播的影响,因此颗粒度是影响岩石和矿物反射光谱特征的重要因素之一。喀斯特型铝土矿在中国分布广泛,目前有关铝土矿的反射光谱基础数据还非常匮乏。为了探究颗粒度对喀斯特型铝土矿反射光谱的影响规律,本文选取贵州省修文县小山坝喀斯特型铝土矿为研究对象,采用地物光谱仪测试不同颗粒度铝土矿(铝土岩)样品的可见光-近红外反射光谱,并结合铝土矿(铝土岩)主量元素和矿物组成分析讨论铝土矿与铝土岩的光谱差异。结果表明:小山坝铝土矿(铝土岩)由于矿物组成的不同而呈现显著不同的光谱特征,其中铝土矿的反射光谱特征主要与一水硬铝石一致,在1400nm和1800nm波长处有明显的波谷特征,由OH振动谱带所致;铝土岩的反射光谱特征主要与高岭石一致,在1400nm、1900nm、2160nm和2200nm波长处有显著的波谷特征,分别由OH倍频合频、H_(2)O的振动谱带以及Al-OH基团拉伸和弯曲振动的合频所致,且在2160~2200nm波段呈双吸收峰特征。此外,不同颗粒度铝土矿(铝土岩)的整体反射率均较高,最高超过28%,且变化趋势基本相同。随着颗粒度从<0.04mm增加到3mm,铝土矿和铝土岩的反射率均逐渐减小,且铝土矿特征波谷的整体吸收强度相对稳定,而铝土岩特征波谷的吸收强度呈逐渐增大的趋势。本文研究认为可采用小颗粒度的粉末样品在1800nm、1900nm、2160nm和2200nm波长处的特征光谱进行铝土矿和铝土岩的区分。 展开更多
关键词 铝土矿 铝土岩 颗粒度 可见光-近红外光谱 反射光谱特征
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基于KPCA-PSO-ELM算法的地表水化学需氧量紫外-可见吸收光谱检测研究 被引量:3
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作者 郑培超 周椿棪 +5 位作者 王金梅 尹义同 张莉 吕强 曾金锐 何雨欣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期707-713,共7页
化学需氧量(COD)是水质检测重要指标之一,反映水体有机物含量。传统的COD化学检测方法存在操作繁琐,等待时间长,二次污染等缺点。紫外-可见吸收光谱法是目前水体化学需氧量检测中应用最为广泛的方法之一,具有检测快速、无污染等特点。... 化学需氧量(COD)是水质检测重要指标之一,反映水体有机物含量。传统的COD化学检测方法存在操作繁琐,等待时间长,二次污染等缺点。紫外-可见吸收光谱法是目前水体化学需氧量检测中应用最为广泛的方法之一,具有检测快速、无污染等特点。为了满足地表水化学需氧量快速、实时、在线监测等要求,采用紫外-可见吸收光谱进行测量,提出了内核主成分分析(KPCA)结合粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)预测模型,满足当前对地表水化学需氧量快速、实时监测的要求。对光谱进行Savitzky-Golay(SG)滤波以降低随机噪声的影响;用积分光谱代替原光谱,以降低信号波动带来的影响;再将得到的光谱信息归一化,消除不同光谱数据量纲的影响。将预处理后的数据利用KPCA算法将全光谱数据压缩为5个特征,有效解决光谱信息冗余的问题;采用PSO算法对ELM的权重和偏置进行优化极大提高了模型的精度。对217个河流、长江及支流、湖库等地表水样本按照7∶3随机划分成训练集和测试集,并进行建模测试,其中训练集拟合优度(R2)为0.930 2、均方根误差(RMSE)为0.363 0 mg·L^(-1)、测试集拟合优度R2为0.931 9、均方根误差(RMSE)为0.400 7 mg·L^(-1)。为了验证提出的基于KPCA全光谱数据压缩方法对预测模型的提升效果,分别对比了主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)、套索回归(LASSO)等特征处理算法。PCA-PSO-ELM模型的RMSE为0.715 1 mg·L^(-1)、 SPA-PSO-ELM模型的RMSE为0.473 7 mg·L^(-1)、 LASSO-PSO-ELM模型的RMSE为0.412 6 mg·L^(-1), KPCA-PSO-ELM模型较上述三种模型,RMSE分别降低了78.46%、 18.22%、 2.97%,结果表明KPCA是一种高效的光谱降维算法,能够有效消除光谱冗余信息,提升模型预测精度。基于KPCA-PSO-ELM预测模型结合紫外-可见吸收光谱可以实现对地表水COD快速、实时检测,为在线COD检测场景提供方法支撑。 展开更多
关键词 化学需氧量 紫外-可见吸收光谱 内核主成分分析 极限学习机
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部分土壤重金属可见-近红外反射光谱特征及机理研究 被引量:10
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作者 程航 万远 +5 位作者 陈奕云 万其进 石铁柱 申锐莉 郭凯 胡佳蒙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期771-778,共8页
测量重金属化合物氯化铬(CrCl_3)、氯化铜(CuCl_2)、氯化锌(ZnCl_2)的可见-近红外反射光谱(VNIRS),将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来,观察重金属化合物的反射光谱特征;结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现... 测量重金属化合物氯化铬(CrCl_3)、氯化铜(CuCl_2)、氯化锌(ZnCl_2)的可见-近红外反射光谱(VNIRS),将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来,观察重金属化合物的反射光谱特征;结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因。以湖北大冶地区土壤样品为例,向土样中添加不同浓度梯度的CrCl_3,CuCl_2和ZnCl_2并测定其可见-近红外反射光谱,研究不同种类不同浓度的重金属对土壤反射光谱的影响。对样本的反射光谱进行不同光谱预处理,探究重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系及显著相关(p<0.05)波段出现的位置和潜在机理。结果表明,重金属化合物CrCl_3,CuCl_2和ZnCl_2在可见光-短波近红外波段范围内的反射光谱特征与重金属元素3d轨道上的电子填充状态有关。添加入土壤中的重金属化合物影响了土壤的可见-近红外反射光谱,其浓度与土壤反射光谱之间整体呈负相关,最大负相关系数分别为-0.788,-0.880和-0.824。样品反射光谱经不同预处理后,重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系有所变化,显著相关波段信息更加丰富。研究表明,重金属的可见-近红外反射光谱与重金属的电子结构紧密相关,可见-近红外反射光谱技术可以检测到土壤中较高浓度重金属的存在,该技术在快速高效、无损低耗地预测土壤重金属元素含量方面拥有巨大潜力。基于部分重金属化合物的可见-近红外反射光谱特征,结合晶体场理论为土壤重金属的定性和定量反射光谱分析提供了理论依据和实验参考。 展开更多
关键词 可见-近红外反射光谱 土壤重金属 预处理 晶体场理论 线性相关关系
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软枣猕猴桃总酚的可见-近红外漫反射光谱无损检测 被引量:2
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作者 付饶 辛广 +4 位作者 李书倩 张博 刘长江 王宝刚 冯晓元 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期186-189,共4页
应用可见-近红外漫反射光谱在570~1848nm光谱区域内,建立了软枣猕猴桃总酚定量数学模型。实验将贮藏分三个阶段(采收阶段,贮藏12d,贮藏24d)进行,通过对比分析不同建模方法得到软枣猕猴桃总酚定标模型。结果表明,应用偏最小二乘回归算... 应用可见-近红外漫反射光谱在570~1848nm光谱区域内,建立了软枣猕猴桃总酚定量数学模型。实验将贮藏分三个阶段(采收阶段,贮藏12d,贮藏24d)进行,通过对比分析不同建模方法得到软枣猕猴桃总酚定标模型。结果表明,应用偏最小二乘回归算法、一阶导数处理和反相多元离散校正处理所建软枣猕猴桃总酚定标模型的预测性能较好。定标集样本的交互验证相关系数(RCV)为0.8939,交互验证均方根误差(RMSECV)为11.6734mg/100g;预测集样本的相关系数(RP)为0.8627,预测均方根误差(RMSEP)为16.7690mg/100g。研究表明:可见/近红外漫反射光谱对软枣猕猴桃总酚的快速无损检测具有一定的可行性,但模型精度有待提高。 展开更多
关键词 可见-近红外反射光谱 软枣猕猴桃 总酚
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Vis-NIR光谱无约束MW-PLS方法及其在血清胆红素分析的应用
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作者 谭辉 潘涛 《分析测试学报》 北大核心 2025年第6期1183-1189,共7页
移动窗口-偏最小二乘(MW-PLS)采用有约束的双参数(起点波长、波长数)搜索,遍历所有子波段,是光谱分析的有效波段筛选方法。该文将MW-PLS扩展为无约束参数搜索,记为无约束MW-PLS(UMWPLS),其兼顾前向和后向优化,可优选双波段组合。分别采... 移动窗口-偏最小二乘(MW-PLS)采用有约束的双参数(起点波长、波长数)搜索,遍历所有子波段,是光谱分析的有效波段筛选方法。该文将MW-PLS扩展为无约束参数搜索,记为无约束MW-PLS(UMWPLS),其兼顾前向和后向优化,可优选双波段组合。分别采用MW-PLS和UMW-PLS方法,建立了血清胆红素指标间接胆红素(IBil)、直接胆红素(DBil)和总胆红素(TBil)的可见-近红外(Vis-NIR)光谱模型。对于每个指标,最优2nd UMW-PLS和3rd UMW-PLS模型分别优选到双波段和三波段组合,严格优于最优MW-PLS模型,波长复杂性依次下降。经外部检验,三指标的最优3rd UMW-PLS模型的偏差性能比(RPD)分别为3.0、3.2和5.8,表明Vis-NIR光谱可用于胆红素指标IBil、DBil和TBil的无试剂同时定量分析。提出的UMW-PLS是一种简洁有效的多波段优选策略。 展开更多
关键词 可见-近红外光谱分析 间接胆红素 直接胆红素 总胆红素 无约束移动窗口-偏最小二乘 多波段优选策略
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椭偏测量法的油膜紫外可见-近红外光谱光谱偏振特性研究 被引量:4
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作者 李清灵 尹达一 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1661-1666,共6页
为实现水面溢油目标的偏振遥感,选择合适的波段和观测角度,需要油膜的光谱偏振特性数据作支撑。在实验室采用椭偏测量的方法,针对不同厚度机油油膜和纯净水作为背景样本,测量了不同观测角度下从紫外到近红外波段(270~900nm)的镜面反射... 为实现水面溢油目标的偏振遥感,选择合适的波段和观测角度,需要油膜的光谱偏振特性数据作支撑。在实验室采用椭偏测量的方法,针对不同厚度机油油膜和纯净水作为背景样本,测量了不同观测角度下从紫外到近红外波段(270~900nm)的镜面反射光谱偏振参数:辅助角ψ和相位差Δ,并对在相同条件下油和水的测量结果作对比。分析表明除布儒斯特角附近位置外,不同厚度的油膜与水的起偏特性在各观测角都存在差异。通过在45°入射角所测的ψ和Δ,得到水/油样本的光谱折射率和消光系数,水折射率经过偏移修正后,与Schiebener水折射率模型的标准差为3×10^-5。根据之前得到的油/水参数,对油膜在水背景的物理现象作薄油膜理想介质层建模,用菲涅耳定律仿真自然光的镜面反射,发现在全观测波段相同入射光条件下油膜的反射光存在明显的偏振度(DOP)或偏振角(AOP)光谱偏振可观测性。模型与实际测量结果对比发现:在300~350nm仿真结果和实际测量相符,油膜的反射光偏振性质趋近于油样本;在350~550nm,油膜模型仿真结果比实验的干涉效应更明显,油膜实验数据表明其光谱起偏性质依然与油保持一致;在大于550nm直到近红外波段,实验干涉效应开始显著。说明油膜比油有更强的散射或吸收特性,辨识参数得到油膜的消光系数存在不同于油的随波长先变小后变大的性质。总之,利用光谱椭偏测量方法,通过多波段、多角度测量,分析液体样本的光谱偏振特性和折射率等性质;偏振观测的恰当角度与油/水的布儒斯特角有关,在布鲁斯特角之外的位置观测,油膜的光谱椭偏角相较水都存在分辨能力;对小于200μm的薄油膜近红外波段可重复性较差,而紫外和可见蓝紫波段相比之下有很好的可重复性和区分性,更适合于对甚薄油膜表面种类的遥感观测。该实验涉及的方法可以用于其他油种油膜的偏振光谱测量,实验数据为偏振遥感工作的波段选择与观测角度提供提供参考。 展开更多
关键词 椭偏测量 紫外-可见-近红外 偏振光谱特性 油膜
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可见-近红外反射光谱检测小米糊化特性 被引量:2
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作者 吴建虎 李桂峰 +3 位作者 彭彦昆 杜俊杰 徐建国 郜刚 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3247-3253,共7页
糊化特性是小米的最重要加工特性之一,对小米的加工性能及产品质量有重要的影响。基于可见-近红外光谱特征信息,在不粉碎小米颗粒的状态下,提出了一种快速无损检测小米的糊化特性的方法。首先,获取小米在370~1020 nm范围内漫反射光谱后... 糊化特性是小米的最重要加工特性之一,对小米的加工性能及产品质量有重要的影响。基于可见-近红外光谱特征信息,在不粉碎小米颗粒的状态下,提出了一种快速无损检测小米的糊化特性的方法。首先,获取小米在370~1020 nm范围内漫反射光谱后,将小米粉碎成小米粉,使用RAV快速粘度分析仪测定小米粉的峰值粘度(PV)、最低粘度(TV)、衰减值(BD)、最终粘度(FV)、和回升值(SB)、糊化温度(GT)以及峰值时间(PT)等7个糊化特性指标。然后,对原始光谱进行Savitzkye-Golay(SG)平滑、多元散射校正(MSC)和一阶导数法(1-D)预处理。最后,结合三种处理光谱和小米糊化特性指标值,通过Sample set partitioning based on joint x-y distances(SPXY)方法确定样本的校正集和验证集;基于连续投影算法(SPA)选择了特征波长,利用特征波长反射光谱信号建立了小米糊化特性指标的多元线性回归(MLR)预测模型,并使用验证集样本验证MLR模型的预测准确性。糊化指标预测结果:对于粘度指标中的PV、TV和SB参数值,经过MSC预处理后光谱,分别选择了9,17和18个特征波长建立的MLR模型的预测结果最好,预测相关系数(R p)分别为0.9347,0.8255和0.8746,预测误差(SEP)分别为174.0397,67.2203和74.2818;对于BD值,经过S-G预处理后选择了14个特征波长的MLR模型预测结果最好,R p为0.9244,SEP为178.0201;此外,对于FV参数值,经过1-D处理后选择了16个特征波长所建立MLR模型的预测相关系数R p为0.8531,SEP为132.1667。研究结果表明,利用可见-近红外光谱结合SPXY和SPA算法在不粉碎小米的状态下对其糊化特性进行检测是可行的。本研究为小米产品相关企业在生产前期,通过快速测定小米原料糊化特性,进而评估产品加工品质提供一种新的技术手段,具有较强的实际应用潜力。 展开更多
关键词 小米 糊化特性 可见-近红外反射光谱 SPXY算法 SPA算法
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