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首页 基于小波变换的柑橘维生素 2含量近红外光谱无损检测方法

基于小波变换的柑橘维生素 2含量近红外光谱无损检测方法.PDF

基于小波变换的柑橘维生素 2含量近红外光谱无损检测方法

小晶子
2011-04-17 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于小波变换的柑橘维生素 2含量近红外光谱无损检测方法pdf》,可适用于人文社科领域

第!"卷第#期!$$年#月农业工程学报’()*(,)*,!"#:)!$$基于小波变换的柑橘维生素含量近红外光谱无损检测方法夏俊芳<=李小昱<>=李培武!=王为<=丁小霞!<华中农业大学工程技术学院=武汉"$$$A!中国农业科学研究院武汉油料作物研究所=武汉"$$#!B摘要C为了探索快速检测柑橘维生素含量的方法=利用不同分解水平的D(E*"小波变换=对<$$个柑橘整果样品的近红外光谱信号进行了消噪处理=并利用消噪后的重构光谱对柑橘维生素含量进行了偏最小二乘法交叉验证FGHBI结果表明=小波分解尺度水平不同=FGH效果各不相同=在分解水平为时=FGH效果最好=其预测值与标准值的相关系数J达到$KL=交叉验证预测均方差MN仅为"KOPQ<$$PBI因此=小波消噪后建立的近红外光谱模型能准确地对柑橘维生素含量进行无损快速的定量分析I关键词C柑橘A近红外光谱A小波消噪A偏最小二乘法中图分类号C<!K文献标识码C文章编号C<$$!H#R<K!$$B#H$<$H$L夏俊芳=李小昱=李培武=等基于小波变换的柑橘维生素含量近红外光谱无损检测方法S:T农业工程学报=!$$=!"#BC<$U<V(:)()P=GV(W=GFX=,(YY’(,))Z*,’,O(*’O),,(O)),),’()PX,)(’H)’(’Z*Y,’*YW,’(,ZEWX(,,’()*’OS:T’()*(,)*,=!$$=!"#BC<$U<))*X,)P*(E*,’(,B收稿日期C!$$#H$H<修订日期C!$$H$"H$#基金项目C湖北省科技攻关资助项目!$$<$<D$B作者简介C夏俊芳<K#"UB=女=湖北武汉人=副教授=博士生=主要从事农业机械设计制造智能化检测技术的研究I武汉华中农业大学工程技术学院="$$$IO(C^O(‘(Z)>通讯作者C李小昱=教授=博士生导师I武汉华中农业大学工程技术学院="$$$Ia引言维生素含量是衡量柑橘营养品质的重要指标之一I目前=国内外对柑橘维生素含量的测定通常采用有损的化学方法=存在样品预处理操作繁琐=化学试剂耗费量大=检测周期长和成本高等问题I近红外光谱bMB分析技术是近年来国内外发展很快的一种新型定性定量分析方法=具有分析速度快分析成本低不破坏样品便于实现在线分析等优点S<T=在水果品质分析上得到了日益广泛的应用IN)*S!TG(OO’,W)S"T等人建立了苹果的近红外光谱及其总酸Yc值糖分纤维质等参数的关系=d’(ST=N(e,N’(e(HOSLTN(’‘),’(S#T,)O,ST))F’*SRTM))BSKT)Z’XS<$T等人先后在不同波长范围内对苹果中的可溶性固形物含量糖度酸度坚实度和成熟度等品质的近红外检测进行了研究=f(’O(P)S<<T=’))(Y((’)X)PS<!T=ghO,S<"T=:(’eS<T=D()fi’(*’S<LT=)Z’XS<#T等人研究了用近红外光谱检测桃芒果鳄梨猕猴桃等水果采后品质的方法=均得到了满意的结果I在国内=金同铭等利用近红外光谱技术对苹果中的蔗糖葡萄糖果糖及苹果酸的检测方法进行了研究S<T=何东健等对苹果的糖度酸度和褐变的近红外在线检测进行了试验研究S<RTA刘燕德等利用近红外漫反射光谱无损检测了完整苹果的糖分含量S<KTI但是用近红外光谱检测柑橘维生素含量的研究未见报道=笔者运用D(E*"小波尺度水平分解对近红外光谱消噪=初步探讨了柑橘糖度酸度可溶性固形物维生素等含量的无损检测=证明小波变换是一种有效的消噪方法S!$TI但是小波消噪时=不同分解水平对消噪效果有影响=本研究通过对D(E*"小波不同分解水平的消噪效果进行研究=旨在探求基于小波变换的柑橘维生素含量近红外光谱无损检测最佳消噪效果I小波变换是将交织在一起的不同频率组成的混合信号用分辨率不同的窗口分解成对应的不相同频率的块信号=并对大小不同的频率成分采用相应的时域或空域B取样步长=从而不断j聚焦k对象的任意微小细节=对特殊频率范围的噪声或慢背景进行滤波处理=对信号具有自适应性=甚至可以对信频等其他干扰进行平滑处理=在光谱分析中得到越来越多的应用S!<U!"TI研究中采用D(E*"小波变换对柑橘整果的原始近红外光谱进行消噪处理=再用偏最小二乘法FGB建立数学模型=无损检测柑橘的维生素含量Il材料与方法ll材料为探索预测模型的适应性=试验用柑橘样品为江西省定南县湖北省宜昌市秭归县三个地区的果园多棵mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm$<万方数据树上随机采摘的!个品种成熟脐橙"采后用塑料薄膜袋封装"冷藏于温度为#$湿度为’(的人工气候箱中"每周在相同时间从!个品种中随机抽取)*)!个脐橙进行近红外光谱测定"同时测定这批脐橙的维生素,含量"作为建立模型时的标准值"共检测)#周**’个脐橙从**’个脐橙中选出*’’个有代表性的样品组成样品集"样品集的直径范围!##质量范围)*!’维生素,含量范围*’)#)’’:主要仪器<=><ABCD<E,AF<C型近红外光谱仪"配置FG=H分析软件GIJ检测器镀金积分球样品旋转器)*石英样品杯"测定条件波数为)*’’’K’’’LM)"数据点)!’个"分辨率LM)"扫描次数为!K次N检测方法))光谱采集在室温条件下"近红外仪预热*’OP后"将柑橘整果置于石英样品杯口部上并适当压紧"测量部位选在柑橘最大横向直径处"每个样品在Q赤道R部位相对’S进行K次光谱采样"采样时尽量避免表面明显的斑点疤痕等缺陷用FG=H软件对K条光谱取平均值后"作为原始光谱数据"样品原始光谱如图)所示图)柑橘原始平均光谱图O)FTOOPUVUWXTUXJYXLZTJLYTUPX由图)可知"由于柑橘样品产地品种颜色不同"因此每个样品的CD<谱图差异较大"在波数为)*’’’#’’LM)段"存在很大的噪声"主要反映柑橘皮的信息)*维生素,含量测定根据^A!)#M!水果蔬菜维生素,含量测定法"采用*"!B二氯靛酚滴定法测定柑橘维生素,含量单个样品光谱扫描后"放入组织捣碎机捣碎"准确称取)’捣碎样品"移至)’’容量瓶中"加入适量草酸浓度为)(护色"再用蒸馏水定容"取#过滤液于三角瓶中"用标定好的*"!B二氯靛酚溶液滴定至粉红色"根据消耗的*"!B二氯靛酚计算出维生素,含量:数据处理与分析:光谱小波变换消噪将原始光谱数据导入‘aAa!#小波分析工具箱中"根据光谱信号的性质"选择具有正交性和离散小波变换功能的bUcIXLdOXJ小波"分别对信号进行*K#!尺度水平分解和消噪"消噪时选取固定软阈值OeXfTJZZdTXJdVf"消噪后的重构光谱信号经FG=H分析软件优化"得到反映柑橘维生素,含量最优光谱波段为#’)#KKLM)并得出不同尺度水平分解"光谱消噪结果明显不同"特别是尺度水平"过度分解高频信号"滤除了大部分有用信息"不能表征物质的光谱吸收特征和成分含量K尺度水平分解消噪效果最佳"既保留了物质成分的有用信息"又有效地消除了干扰噪声::柑橘维生素,含量预测结果分析将各尺度水平小波消噪优化后的光谱用GH法建立光谱与维生素,含量的关系模型"建模时采用内部交叉证实法"依次以样品集中的一个样品作为待测样品"用其余样品建立关系模型并预测样品的维生素,含量图*为预测值与真值的关系图"预测结果见表)表各尺度水平分解消噪GH建模预测结果AUIVX)GTXfOLZOPTXJcVZJGHfXVJOPfOXTXPZfXLYJOPVXWXVJXWXV<<‘H,Eg)’’M)<UPhCLM)*’!K*#’)#KK’#KK#’)#KKK’#K’#’)#KK#’K##’)#KK!’##!K#’)!’’#))!))K##’K*)K)))K!#K!’)K*K!#表)中"XWXV为小波分解尺度水平<为预测值与标准值的相关系数<‘H,E为内部交叉验证均方差<UPh为主成分维数C为光谱优化波数从表)可以得知"*K分解尺度水平GH法所建模型的预测效果较好"均可用作柑橘维生素,含量的检测"且随分解水平的增加"预测值与标准值的相关系数逐渐提高"内部交叉验证均方差逐渐减少"其中"尤以K尺度水平的模型预测效果最好"相关系数<达到’#K"*’’个预测样品的<‘H,E仅为)’’从#尺度水平开始"预测值与真值的相关系数逐渐下降"内部交叉验))第!期夏俊芳等基于小波变换的柑橘维生素,含量近红外光谱无损检测方法万方数据证均方差逐渐增加!其中"尺度水平的模型预测效果最差!相关系数#仅为$’()!#*,则达到($$这说明分解尺度水平为的小波变换后的光谱最能反映柑橘维生素含量的信息!所建模型预测精度最高与笔者前期研究结果相比较!本研究通过:<=:>(小波不同分解尺度水平对柑橘维生素含量近红外光谱检测效果的进一步深入探讨!证明:<=:>(小波尺度水平分解消噪效果最佳图’预测值与真值的关系图=’AA:BC=DEFA:G=C:GHB:>DG:>A:GHB:>’)农业工程学报’$$)年万方数据!结论以脐橙的定量分析为例"探讨了利用小波变换消噪提取柑橘维生素#含量近红外信息特征的方法"通过$小波多尺度水平分解消噪和’()法建模"得出$小波*尺度水平变换所建模型预测精度最高"预测值与真值的相关系数为,*"内部交叉验证均方差为,"最能反映柑橘维生素#含量信息光谱波段为,**,:通过种预处理方法建模比较"得出<=>>A小波*尺度水平分解消噪预处理方法最佳:由此可以证明"小波变换后的近红外光谱可以有效地无损快速检测柑橘维生素#含量:B参考文献CBC徐广通"袁洪福"陆婉珍,现代近红外光谱技术及应用进展BDC,光谱学与光谱分析"E"EEF**E,BECGHHIAJ"=HA"<K$>II>">L<M,NHI$>ALK=LO>OAPM><I$NQR)S>LKHAHSTUHKL>$>L>KI<LHIHUIL>KI<MV=<MLTI<SSM>BWC,’KH>>$IUKHL>A>IAHKAUHKIHIP$>ALK=LO>X>ALIB#C,QIL>KI<LHI<M#HIU>K>I>"YKM<I$H"Z(,BC(<>KLTID"NHM<M"HA">L<M,NHIP$>ALK=LO>><A=K>>ILHU<$LT"AHM=M>AHM$A"<I$UKI>AAHUDHI<HM$<SSM>A=AINQRP)S>LKHAHSTBDC,XK<IA<LHIAHUL>W)WJ""**F*,B*CH>K><=("H=KI>’"’<M<HA,W>LH$UHKSK>$LHITHII$<L<<I<MTAA<I$I>=K<MI>LPH^KAFWSSM<LHILHSK>$LHIHU<SSM>V=<MLT=AII><KPIPUK<K>$AS>LK<BDC,DWKJIIR>A"E"FEE‘,BCG<HLHG=K<<"D=IPaHLH"<b=HQLH,WI<MTAAHU<SSM>V=<MLTTI><KIUK<K>$K>UM>L<I>AS>LKHAHSTBDC,DZ<WKaH<$HIO"*"‘‘F‘,B‘CG<=KbHc>IL=K<"WILHI$>D<>K"a>K<I$>’=LL>K">L<M,NHIP$>ALK=LO>$>L>KI<LHIHUAHM=M>AHM$AI<SSM>UK=LTI><KIUK<K>$AS>LKHAHSTNQR)BDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT""*FEE,BC)L>I>Lbc"RH>KDG"GHMLHJ">L<M,YIPMI>U=AHIHUHMHK<>K<<I$AS>LKHSHLH>L>KUHKA=<KHIL>ILSK>$LHIHU<SSM>ABDC,DWKJIIR>A""FEE‘,BCWII’>KA"(<>KLTID"YHA">L<M,’K>$LHIHUL>HSL<MSI$<L>HU$UU>K>IL<SSM>=MLO<KAT><IAHUcQ)NQRPAS>LKHAHSTBDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT"E"EF,BC(=R>IU="<I>MJd"R<I$HMSG,>L>KI<LHIHUUKI>AA<I$A=<KHIL>ILHU<SSM>A=AII><KPIUK<K>$$UU=A>K>UM>L<I>BDC,DH=KI<MX>eL=K>)L=$>A"E"F‘‘,BCc,WI$K>^GdMHI>"RH>KL,DHK$<I"R<I$)>>MT>">L<M,KTP"<LL>K<>LL>KSK>$LHKHUL>SHALPALHK<>AHM=M>AHM$I<SSM>AfBDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT"E"EF**,BC#<KMH<IHd"#<SHbbH("WLLHMHd">L<M,NHIP$>PALK=LO>K<$IHUS><>ATI><KPIUK<K>$AS>LKH>LPIBDC,QIUK<K>$STAA<I$X>IHMHT"E*"*‘FEE,BEC)KII<S<)<K<I^HI"DI$<)HKIAKO<")=H<^<IH,’K>$LHIHUKS>PAL<>><LIV=<MLTHU<IHUK=LUKHL<KO>ALV=<MLT><A=K>$IHI$>ALK=LO>MTTI><KIUK<K>$AS>LKHAHSTBDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT"E*"F*,BCg>h>O)MHOL"WHAGbK<"W<KHIaHUU<I">L<M,>L>KI<LHIHU<IHSTAHMH<MI$>ATI><KPIUK<K>$AS>LKH>LKTBDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT"E"FE*EE,B*C#M<I#D"GdMHI>cW">AMO<aN">L<M,’K>$LHIHUALHK<>$AHK$>KAHU^UK=L<A>$HIOAM>PNQRAS>LK<M<K<L>KALA<L<KO>ALBDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT"E*"EF*,BC<I<Md,ZK<A>K"RH>KL,DHK$<I"R<I>KiII>>T>K">L<M,(L$ALK=LHIIA$><I$<KIUK=L$=KIIL>I$I=$LT<AA>AA>ILTNQRAS>LKHAHSTBDC,’HAL<KO>AL<I$X>IHMHT"E"EF‘,B‘Cc,WI$K>^GdMHI>"RH>KL,DHK$<I"R<K$)>>MT>">L<M,#HS<KI$>IALT<I$NQR>LH$AUHK><A=K>P>ILHU^UK=L$KT<LL>K<I$AHM=M>AHM$AHIL>ILBDC,’HAL<KO>ALHMHT<I$X>IHMHT"EE"E‘F,BC金同铭"崔洪昌,苹果中蔗糖j葡萄糖j苹果酸的非破坏检测BDC,华北农学报""EF‘,BC何东健"前川孝昭"森岛博,水果内部品质在线近红外分光检测装置及试验BDC,农业工程学报"E"F*‘*,BC刘燕德"应义斌,苹果糖分含量的近红外漫反射检测研究BDC,农业工程学报"E*"EF,BEC夏俊芳"李小昱j李培武"等,基于小波消噪柑橘内部品质近红外光谱的无损检测BDC,华中农业大学学报"E"E‘FEE,BEC诸小立"袁洪福"陆婉珍"等,近红外分析中光谱预处理及波长选择方法进展与应用BDC,化学进展"E*"‘*FE*E,BEEC陈斌,基于小波变换的方便面含油率近红外光谱检测技术BDC,农业机械学报"E"E‘F‘,BEC严衍禄,近红外光谱分析基础与应用BGC,中国轻工业出版社"E,第‘期夏俊芳等F基于小波变换的柑橘维生素#含量近红外光谱无损检测方法万方数据!""#$’($)$)*,(#(,#)($()$)()($$#)(’)#)##*,"(#$,$"(#(*((#),$#:<=><ABCD:<EF>BGCDHIJ>KCL<ALIBCMA:<EN<KOBPQRSSTUTRVWXUYXTTZYXUXT^XRSRU‘CabcRXUdUZY^bSebZSfXYgTZhYe‘CibXjkllmlCQYXnKPoYSQZRphqThTZ^rXheYebeTRVQYXdUZY^bSebZSs^YTX^TqThTZ^rXheYebeTCibXjklltKCQYXu!,(#(vwxyz{|z}y|~!"yz|##!!zy#$}y|#’(z|)*}#*x$yx}|x}y,yz#x|C#’|{yx#)|"|}}z#x’,yz{*,,|z|x}{|$y!y’*x"|)|"’C}|x|#z*x,z#z|{’!|$}zy’$y!’*x#"’y,Bll*x}#$}yz#x|’#!"|’|z|{|xy*’|{#x{’y|O!#z}*#""|#’}’(#z|{$zy’’)#"*{#}*yxuy!|z#}*yx’|z|!zy!y’|{,yz}|!z|{*$}*yxy,yz#x|O*}#*xu$yx}|x}*}}|z|$yx’}z($}|{’!|$}z##,}|z{|xy*’|{P|z|’("}’’y}#}}|z|’("}’|z|xy}}|’#||x}|#)|"|}{|$y!y’*x"|)|"#’{*,,|z|x}Pz|’("}#’}||’}#}##)|"|}{|$y!y’*x"|)|"y,jPw}’#’lP:mjC#x{*}’<#’kP=OBlluP|z|,yz|C*}*’$yx$"({|{}#}}|>wy{|"}z|#}|{#)|"|}{|xy*’|{*’,|#’*"|}y{|}|$}$yx}|x}y,yz#x|z#!*{"#x{xyx{|’}z($}*)|"P$#*,vyz#x|nx|#z*x,z#z|{’!|$}zy’$y!n#)|"|}{|xy*’|{n!#z}*#""|#’}’(#z|{jmB农业工程学报Kllm年万方数据基于小波变换的柑橘维生素C含量近红外光谱无损检测方法作者:夏俊芳李小昱李培武王为丁小霞XiaJunfangLiXiaoyuLiPeiwuWangWeiDingXiaoxia作者单位:夏俊芳,李小昱,王为,XiaJunfang,LiXiaoyu,WangWei(华中农业大学工程技术学院,武汉,)李培武,丁小霞,LiPeiwu,DingXiaoxia(中国农业科学研究院武汉油料作物研究所,武汉,)刊名:农业工程学报英文刊名:TRANSACTIONSOFTHECHINESESOCIETYOFAGRICULTURALENGINEERING年卷(期):,()被引用次数:次参考文献(条)徐广通袁洪福陆婉珍现代近红外光谱技术及应用进展期刊论文光谱学与光谱分析()MoonsEDuboisDardenneNondestructivevisibleandNIRSpectroscopyforthedeterminationofinternalqualityinappleLammertynJNicolalBUomsKNondestructivemeasurementofacidity,solublesolids,andfirmnessofJonagoldapplesusingNIRSpectroscopy外文期刊()BochereauLBourginePPalagosBAmethodforpredicitionbycombiningdataanalysisandneuralnetworks:ApplicationtopredictionofapplequalityusingnearinfraredspectraMakotoMurakamiJunichiHimotoKazuhikoItohAnalysisofapplequalitybynearinfraredreflectancespectroscopy()MaurizioVenturaAntondeJagerHermandePutterNondestructivedeterminationofsolublesolidsinapplefruitbynearinfraredspectroscopy(NIRS)外文期刊SteinmetzVRogerJMMoltoEOnlinefusionofcolorcameraandspectrophotometerforsugarcontentpredictionofapplesAnnPeirsLammertynJOomsKPredictionoftheoptimalpickingdateofdifferentapplecultivarsbymeansofVISNIRspectroscopy外文期刊LuRenfuDanielEGRandolphMBDeterminationoffirmnessandsugarcontentofapplesusingnearinfrareddiffusereflectance外文期刊VAndrewMcGloneRobertBJordanRichandSeelyeDry,matterabetterpredictorofthepoststoragesolublesolidinapples()CarlomagnoGCapozzoLAttolicoGNondestructivegradingofpeachesbynearinfraredspectrometing()SirinnapaSaranwongJindaSornsrivichaiSumiokawanoPredictionofripestageeatingqualityofmangofruitfromitharvestqualitymeasurednondestructivelybynearinfraredspectroscopy()Ze'evSchmilovitchAmosMizrachAharonHoffmanDeterminationofmangophysiologicalindicesbynearinfraredspectrometry外文期刊()ClankCJMcGloneVADesilvaHNPredictionofstoragedisordersofkiwifruitbasedonvisibleNIRspectralcharacteristicsatharvest外文期刊()DanialGFraserRobertBJordanRainerKünnemeyerLightdistributioninsidemandarinfruitduringintendnudityassessmentbyNIRspectroscopy()VAndrewMcGloneRobertBJordanRichardSeelyeComparingdensityandNIRmethodsformeasurementofkiwifruitdrymatterandsolublesolidscontent外文期刊()金同铭崔洪昌苹果中蔗糖、葡萄糖、苹果酸的非破坏检测()何东健前川孝昭森岛博水果内部品质在线近红外分光检测装置及试验期刊论文农业工程学报()刘燕德应义斌苹果糖分含量的近红外漫反射检测研究期刊论文农业工程学报()夏俊芳李小昱李培武基于小波消噪柑橘内部品质近红外光谱的无损检测期刊论文华中农业大学学报()诸小立袁洪福陆婉珍近红外分析中光谱预处理及波长选择方法进展与应用期刊论文化学进展()陈斌基于小波变换的方便面含油率近红外光谱检测技术期刊论文农业机械学报()严衍禄近红外光谱分析基础与应用引证文献(条)吴从元王俊韦真博王永维叶盛电子舌预测不同体积分数牛奶的表观黏度期刊论文农业工程学报()李晓丽程术希何勇基于漫反射光谱的初制绿茶含水率无损检测方法期刊论文农业工程学报()章海亮孙旭东郝勇刘燕德近红外漫反射无损检测梨果糖度及pH值的研究期刊论文西北农林科技大学学报(自然科学版)()刘洁李小昱李培武王为周炜张军ZhangRongrongXiaoWu基于近红外光谱的板栗水分检测方法期刊论文农业工程学报()马兰夏俊芳张战锋王志山基于小波变换的番茄总糖近红外无损检测期刊论文农业工程学报()刘燕德孙旭东章海亮熊坚南丰蜜桔可溶性固形物非线性模型研究期刊论文华东交通大学学报()郭卫东倪开诚孙旭东张长江陈文荣基于CWT和GRNN的可见近红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