利用便捷式可见-近红外光谱仪和机器学习分辨霉变小麦及霉变程度

文献类型： 中文期刊

第一作者： 贾文珅

作者： 贾文珅;吕浩林;张上;秦英栋;周巍

作者机构：

关键词： 可见-近红外光谱;小麦霉变;机器学习;无损检测;食品安全;神经网络

期刊名称： 智慧农业(中英文)

ISSN： 2096-8094

年卷期： 2024 年 6 卷 001 期

页码： 89-100

收录情况： CSCD

摘要： [目的/意义]可见-近红外光谱可对小麦霉变情况快速无损检测,但是高分辨率光谱仪价格高、体积大,不利于在农业环境中推广,因此通过对低分辨率光谱数据进行优化处理,以期接近高分辨率光谱仪分辨霉变小麦的效果.[方法]使用可见-近红外农产品检测仪(型号VNIAPD,分辨率1.6 nm)和复享光纤光谱仪(型号SI-NO2040,分辨率0.19 nm)采集100份小麦样本的新鲜状态以及不同霉变状态的光谱数据.首先对SINO2040光谱进行裁剪,让其和VNIAPD波长保持一致,均为640~1 050 nm;然后对其使用标准差标准化(Standard Deviation Normalization,SDN)、标准正态变换(Standard Normal Variation,SNV)、均值中心化(Mean Centrality,MC)、一阶导数(First-order Derivatives,1ST)、Savitzky-Golay平滑(Savitzky-Golay Smoothing,SG)、多元散射校正(Multiple Scattering Correction,MSC)等多种预处理方法处理并使用离群点检测算法(Local Outlier Factor,LOF)筛选出离群点并剔除;其次使用连续投影算法(Sequential Projection Algorithm,SPA)和最小绝对收缩和选择算法(Least Ab-solute Shrinkage and Selection Operator,LASSO)对预处理后的光谱进行特征波长提取;最后分别采用K近邻算法(K-Nearest Neighbor,KNN)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forests,RF)和朴素贝叶斯(Na?ve-Bayes)、后向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)、深度神经网络(Deep Neu-ral Networks,DNN)6种算法对特征波长光谱进行建模分析,从而分辨霉变小麦以及区分霉变程度.[结果和讨论]BPNN、DNN两种神经网络模型的测试集准确率均可达到100%,但是建模时间长,模型内存大;而KNN、SVM、RF和Na?ve-Bayes浅层模型的测试集准确率为93.18%~100%,建模速度快、模型内存小.本研究光谱仪VNIAPD在光学参数(光学分辨率1.6 nm)低于SINO2040的光学参数(光学分辨率0.19 nm)且成本更低的情况下,检测准确率到达同一水平.[结论]本研究通过对比光谱数据的不同预处理方法从而找出了对应算法的最佳数据优化选择,使低分辨率光谱仪VNIAPD检测霉变小麦性能可以追平高分辨率光谱仪SINO2040,为基于可见-近红外光谱的小麦霉变低成本无损检测提供了新选择.

分类号： O657.33

  • 相关文献

[1]基于XGBoost与可见-近红外光谱的煤矸识别方法. 李瑞,李博,王学文,刘涛,李廉洁,樊书祥. 2022

[2]哈姆林甜橙果实内在品质的可见-近红外漫反射光谱无损检测法. 毛莎莎,曾明,何绍兰,郑永强,易时来,王亮,赵旭阳,邓烈. 2010

[3]北斗信号GNSS-R土壤湿度反演研究进展. 杨昌智,毛克彪,孙一丹,王一帆,王平,郭中华. 2022

[4]基于机器视觉和穿戴式设备感知的村镇老年人跌倒监测方法. 邓颖,吴华瑞,孙想. 2021

[5]高光谱成像技术在水果品质无损检测中的研究进展. 陈龙跃,段丹丹,王凡,孟翔宇,赵冲,钱英军. 2023

[6]拉曼光谱在食品无损检测中的应用. 刘宸,黄文倩,王庆艳,陈立平,赵春江. 2015

[7]基于可见–近红外光谱的水稻土全磷反演研究. 周鼎浩,薛利红,李颖,杨林章. 2014

[8]云计算的蚕豆虫害可见-近红外光谱分类. 夏吉安,杨余旺,曹宏鑫,韩晨,葛道阔,张文宇. 2018

[9]基于GADF变换和多尺度CNN的哈密瓜表面农药残留可见-近红外光谱判别方法. 喻国威,马本学,陈金成,党富民,李小占,李聪,王刚. 2021

[10]基于可见-近红外光谱技术的葡萄酒真伪鉴别的研究. 郭海霞,王涛,刘洋,吴海云,左月明,宋海燕,贺晋瑜. 2011

[11]一种无线传感器网络缺失数值估计算法. 阚杰,张瑞瑞,陈立平. 2014

[12]日光温室内作物干物质积累预测新方法研究. 张云鹤,乔晓军,王成. 2005

[13]氨基酸和蛋白质的组合特征与秀丽隐杆线虫蛋白质的结晶倾向的相关分析. 王何健,吴光. 2013

[14]液压机械无级变速箱换段液压故障诊断的BP方法. 张晓辉,太健健,王光明,张海军,王成飞,钟成义. 2016

[15]一种LVQ与CA的流域下垫面抗蚀力模拟研究模型. 朱筠,王利军,黄培杰. 2014

[16]利用神经网络建立土壤施肥模型的应用研究. 滕青芳,秦春林,党建武. 2002

[17]用神经网络对水稻飞虱鸣声进行模式分类. 殷柏涛,陈伦裕,张志涛,付强. 1994

[18]基于权重自动调整神经网络的水稻病虫害诊断专家系统. 孙传恒,唐启义,唐洁,程家安,杨信廷. 2007

[19]基于主成分分析及LVQ神经网络的番茄种子品种识别. 赵学观,王秀,李翠玲,高原源,王松林,冯青春. 2017

[20]热红外遥感反演近地层气温的研究进展. 徐永明,覃志豪,万洪秀. 2011

作者其他论文 更多>>

微信小程序