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国产新型高密度光栅光谱仪数据处理方法研究

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【作者】 张甜甜李兵蔡贵民李军会马雁军马莉赵龙莲吴树恩

【Author】 ZHANG Tian-tian;LI Bing;CAI Gui-min;LI Jun-hui;MA Yan-jun;MA Li;ZHAO Long-lian;WU Shu-en;College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University;Shanghai Lengguang Technology Co., Ltd.;Beijing Cigarette Factory of Shanghai Tobacco Group;

【通讯作者】 李兵;李军会;

【机构】 中国农业大学信息与电气工程学院上海棱光技术有限公司上海烟草集团北京卷烟厂

【摘要】 由上海棱光技术有限公司与中国农业大学联合研发的S450型近红外高密度光栅光谱仪,使用高速采集技术可得到高密度光谱(波长范围900~2 500 nm,采集间隔0.1 nm,光谱包含16 001个数据点),本文采用该仪器并以小麦、烟草样品为实验对象,针对高密度光谱的数据特点,采用S.G.(savitzky-golay)平滑、固定窗口组合滑动窗口平滑(FCMWS和一阶导数(FD)等数据处理方法,并应用偏最小二乘法(PLS)对小麦粗蛋白、烟草烟碱及总糖含量进行建模和预测,对仪器整体性能以及数据处理方法的参数优化等,进行了评价和比较研究。结果表明:(1)小麦、烟草样品的原光谱经S.G.平滑结合一阶导数预处理后,模型性能大幅提高,通过对参数拟合阶次M和平滑点数N进行优化得出,当M一定时,N可选取范围较宽,且当M=2和N处于201~801区间时模型效果理想且稳定;(2)FCMWS方法对小麦、烟草样品的原光谱进行两层平均平滑,经调整优化平滑参数K1和K2(K1为第一层平滑的固定窗口大小,K2为第二层滑动窗口大小)得出:两层平滑参数相乘约为150~310时,模型性能稳定且较优,同时FCMWS方法极大地提高了建模速度;(3)以小麦样品为对象,同时在两台S450型光谱仪上采集样品光谱,对比分析了仪器间的性能差异,结果表明光谱经S.G.平滑或FCMWS方法处理后,不同仪器模型间相互预测数据的相对偏差小于2.00%,远低于预测值与参考值间的相对偏差,说明上述两种方法均可降低仪器的台间差异,实现台间模型的稳定传递。研究结果表明,国产S450型高密度光栅光谱仪结合数据平滑去噪技术,已满足小麦、烟草等农产品品质检测和模型传递的性能要求,且该光栅型仪器成本相对较低,对农业领域推广近红外快速检测技术的应用具有实际意义。

【关键词】 近红外光栅光谱仪平滑去噪模型传递
【基金】 国家重点研发计划课题(2016YFD0700304,2004BA210A03)资助
  • 【分类号】TH744.1
  • 【下载频次】15
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