壶瓶枣轻微损伤可见近红外光谱动态判别模型研究

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1、壶瓶枣轻微损伤可见近红外光谱动态判别模型研究现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2015,Vol.31,No.4壶瓶枣轻微损伤可见/近红外光谱动态判别模型研究王斌，张淑娟，赵聪慧(山西农业大学工学院，山西太谷030801)摘要：为了研宂快速识别轻微损伤壶瓶枣与完好壶瓶枣的有效方法,本文以轻微损伤壶瓶枣和完好壶瓶枣为研宄对象，动态采集轻微损伤壶瓶枣和完好壶瓶枣的近红外光谱数据。采用S-G平滑与多元散射校正(MSC)相结合的方法预处理光谱数据，分别以预处提基金项目：国家自然科学基金资助项目(31

2、271973);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20101403110003)；山西省自然科学基金资助项冃(2012011030-3)作者简介：王斌(1988-),男，硕士研宂生，研宂方向为农产品无损检测技术与装备通讯作者：张淑娟(1963-)，女，傅士，教授，研宄方向为农产品无损检测技术与装备极具营养滋补功能和药用价值。壶瓶枣在采摘、贮藏、包装及运输等诸多环节中常因碰撞、挤压、摔伤等造成果实不同程度的损伤，有些轻微损伤仅凭肉眼难以识别，若损伤果实不及时剔除，随着其腐烂程度的不断加重，将会造成极大的浪费。因此，采用快捷

3、、有效的方法实现损伤壶瓶枣的早期检测具有重要的意义。258现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2015,Vol.31,No.4近红外光谱分析技术的主要信息来源是有机物分子中C-H、N-H和0-H等含氢基团的倍频与合频振动，其光谱特性稳定，具有简捷、环保、检测速度快、稳定性好和可实现在线分析等优点，己被广泛地应用于农业、食品工业等领域。国内外学者已采用近红外光谱技术和高光谱技术结合多种化学计量学方法，进行了枸杞的掺杂及化学成分的分析、沙棘汁品牌识别[5]、品种产地识别[6〜7]、榛子核仁缺陷检

4、测[8]及腐烂、[4][1〜3]与距离水泥地2m、3m和距离土地3m进行自由落体损伤，以及经过机械挤压损伤的4种损伤方式的壶瓶枣样本近红外光谱数据。提取全部壶瓶枣样本的全波段可见/近红外漫反射光谱数据有效信息，建立包含各种损伤方式样木的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的通用判別模型，以及相应的全光谱(FS涸用判别模型，并分别对每一种损伤样本进行判别精度比较。为快速、无损在线检测1处损伤的情况。图1可见-近红外光谱在线检测装置示意图Fig.lSketchdiagramofthelinkedV

5、is-NIRspectroscopydetectionequipment注：1-链轮；2-双锥形托辗；3-面素灯；4-光谱采集箱；5•光纤探头；6-光纤；7-微型光纤光谱仪：8-计算机；9-鲜枣；10-传送链条；11-摩擦带；12-驱动轴；13-电动机。1.3数裾分析与处理1.3.1光谱数据预处理方法在原始光谱数据采集过程中常会受到高频随机噪声、光散射、样本不均匀等导致的基线漂移的影响，对光谱数据分析前，木文采用S-G多项式卷积平滑法259本试验使用动态光谱采集系统采集完好和4种损现代食M科技ModernFoodScience

6、andTechnology2015,Vol.31,No.4(Savitzky-Golay)、多元散射校正(MultiplicativeScatterCorrection，MSC)对原始光谱数据进行预处理。1.3.2主成分分析主成分分析(PCA)是将原来具有一定相关性的多维变量协方差结构进行重新组合，利用降维法实现Y把原来多个变量划为少数几个综合指标;不仅可以避免信息间的互相重叠，而且进行了数据简化，从而提取了最具代表性的变量子集，且变量之间互不相关。1.3.3连续投影算法连续投影算法(SPA)主要进行波长变量间共线性影响的有效

7、消除。其提取的特征波长能够表示大多数样品的光谱信息，降低模型的复杂程度，最人限度的避免光谱信息重叠。图2完好和损伤壶瓶枣近可见-Fig.2Vis-NIRspingles41180、、1590和2000nm其中2000是1300nm是O-H和是O-H键的二nm是可溶性固形物分子屮4680nm处有明显的吸1.3.4偏最小二乘法判别分析偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)是基于PLS回归的一种判别方法，将光谱数据和分类变量的信息进行关联分析，应用几何表达式提供许多模型参数和残差诊断工具，用于解释和建立回归模型，并对回归模型进行诊断的

8、一种方法。1.3.5最小二乘支持向量机最小二乘支持向量机(LS-SVM)是在经典SVM(SupportVectorMachine)上的一种改进，对函数的求解实质上是二次凸规划问题，将经典SVM本试验中采取S-G多项式卷积平滑法，选用平滑5,此吋能很好滤除各种因素产生的高频噪声