|
|
|
1.內(nèi)容簡介 本專著系統(tǒng)地介紹了光譜技術(shù)及其預(yù)處理算法、特征選取方法,并在此基礎(chǔ)上,分析了國內(nèi)外的最新研究進(jìn)展,重點(diǎn)展示了光譜等技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用情況。本專著是多個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題研究成果的展現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了理論與應(yīng)用的結(jié)合。本專著共包含14章,其中第1章概述介紹了光譜技術(shù)在農(nóng)作物/農(nóng)產(chǎn)品信息檢測中應(yīng)用的現(xiàn)狀;第2章至第5章介紹了光譜預(yù)處理算法、光譜特征選取方法及定性、定量分析方法;第6章至第14章分別介紹了光譜技術(shù)在水稻、生菜、桑葉、大米、雞蛋、紅豆、煙草、玉米、油麥菜等農(nóng)作物/農(nóng)產(chǎn)品對象信息檢測中的應(yīng)用實(shí)例。 2.前言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,光譜技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前的一項(xiàng)高新技術(shù)。伴隨光譜分析儀器的日益更新,光譜分析處理技術(shù)的快速發(fā)展,光譜技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣,并得到了廣大學(xué)者和研究人員的關(guān)注。 本專著所涉及的光譜包括可見光光譜、近紅外光譜、熒光光譜等,共包含14章,其中第1章概述介紹了光譜技術(shù)在農(nóng)作物/農(nóng)產(chǎn)品信息檢測中應(yīng)用的現(xiàn)狀;第2章~第5章介紹了光譜預(yù)處理算法、光譜特征選取方法及定性、定量分析建模方法;第6章~第14章分別介紹了光譜技術(shù)在水稻、生菜、桑葉、大米、雞蛋、紅豆、煙草、玉米、油麥菜等農(nóng)作物/農(nóng)產(chǎn)品對象信息檢測中的應(yīng)用實(shí)例。 本專著大部分內(nèi)容是我們科研團(tuán)隊(duì)在多個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助下取得的研究成果,涉及的領(lǐng)域包括農(nóng)作物品種及內(nèi)部信息檢測、農(nóng)產(chǎn)品品種及品質(zhì)檢測等。 本專著是課題組多年研究成果的積累,感謝毛罕平教授一直以來對課題組科研工作的指導(dǎo)與幫助,感謝張曉東、武小紅、倪紀(jì)恒、李青林、羊一清、楊寧、朱文靜等老師的合作支持,感謝金夏明、董梁、張梅霞、王艷、衛(wèi)愛國、蔣淑英、張國坤、周鑫、劉彬、路心資、叢孫麗、唐凱等研究生對相關(guān)課題研究及本書撰寫所做的貢獻(xiàn)。 鑒于信息技術(shù)特別是光譜技術(shù)發(fā)展快速,信息知識更新較快,作者及課題組所掌握的專業(yè)技術(shù)、知識會存在一定的局限,本專著中的內(nèi)容難免存在不足之處,敬請各位專家、同行、讀者批評指正,在此,對各位的大力支持深表謝意。 編者 2017年2月 3.目錄 1概述(1) 1.1農(nóng)作物/農(nóng)產(chǎn)品信息的光譜技術(shù)檢測(1) 1.1.1光譜技術(shù)在農(nóng)作物檢測中的應(yīng)用(1) 1.1.2光譜技術(shù)在農(nóng)作物農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用(4) 1.2農(nóng)作物/農(nóng)產(chǎn)品信息的電特性技術(shù)檢測(7) 1.2.1介電特性技術(shù)在水果品質(zhì)檢測中的應(yīng)用(8) 1.2.2介電特性技術(shù)在糧食含水率檢測中的應(yīng)用(9) 1.2.3介電特性在葉片含水率檢測中的應(yīng)用(9) 參考文獻(xiàn)(10) 2光譜預(yù)處理算法(17) 2.1SavitzkyGolay多項(xiàng)式平滑(17) 2.2移動平均平滑(17) 2.3多元散射校正算法(17) 2.4標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換和去趨勢算法(18) 2.5導(dǎo)數(shù)變換算法(18) 2.6正交信號校正算法(19) 2.7小波閾值(19) 2.8小波分段(19) 參考文獻(xiàn)(20) 3光譜特征選取方法(21) 3.1逐步回歸分析(21) 3.2連續(xù)投影算法(21) 3.3權(quán)重回歸系數(shù)法(21) 3.4主成分分析(22) 3.5競爭性自適應(yīng)加權(quán)算法(22) 3.6LDA算法(22) 3.7LPP算法(22) 3.8SLPP算法(23) 3.9離散小波變換(23) 3.10分段離散小波變換(23) 參考文獻(xiàn)(24) 4定性分析方法(26) 4.1支持向量機(jī)(26) 4.2K最近鄰分類器(26) 4.3AdaboostSVM及AdaboostKNN(26) 4.4MSCPSOSVM(27) 4.5極限學(xué)習(xí)機(jī)(28) 4.6Fisher判別分析(29) 4.7馬氏距離判別分析(30) 參考文獻(xiàn)(30) 5定量分析方法(31) 5.1一元回歸算法(31) 5.2多元線性回歸(31) 5.3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及改進(jìn)算法(32) 5.3.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(32) 5.3.2基于貝葉斯算法的BP網(wǎng)絡(luò)(32) 5.3.3基于LM算法的BP網(wǎng)絡(luò)(33) 5.3.4遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(33) 5.3.5基于思維進(jìn)化優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(34) 5.3.6PNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(34) 5.3.7GAPNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(35) 5.4支持向量機(jī)回歸算法及其改進(jìn)(35) 5.4.1支持向量機(jī)回歸算法(35) 5.4.2GALSSVM算法(36) 5.5ABCSVR(37) 參考文獻(xiàn)(38) 6水稻信息檢測(40) 6.1樣本培育(40) 6.1.1栽培方法(40) 6.1.2水稻光譜數(shù)據(jù)測定(41) 6.1.3水稻葉片水分含量與氮素含量的測定(42) 6.1.4特征光譜選取(44) 6.2基于高光譜的水稻水分檢測(45) 6.2.1水稻葉片含水率與冠層反射光譜的關(guān)系(45) 6.2.2水稻葉片含水率與葉片反射光譜的關(guān)系(58) 6.2.3本節(jié)小結(jié)(63) 6.3基于高光譜的水稻葉片氮素檢測(63) 6.3.1水稻葉片氮含量與冠層反射光譜的關(guān)系(63) 6.3.2水稻葉片氮含量與葉片反射光譜的關(guān)系(75) 6.3.3本節(jié)小結(jié)(79) 參考文獻(xiàn)(79) 7生菜信息檢測(80) 7.1樣本培育(80) 7.1.1氮素營養(yǎng)液的配制(80) 7.1.2樣本的育苗移栽及施肥管理(81) 7.1.3葉片樣本采集(82) 7.2生菜光譜數(shù)據(jù)測定(82) 7.2.1光譜儀器的選定(82) 7.2.2葉片光譜圖像采集(83) 7.3生菜葉片氮素含量、水分含量的測定(84) 7.3.1葉片氮素含量測定(84) 7.3.2葉片水分含量測定(85) 7.4基于Adaboost及高光譜的生菜葉片氮素水平鑒別研究(85) 7.4.1光譜預(yù)處理(85) 7.4.2特征提取(86) 7.4.3生菜氮素水平KNN分類器建模研究(86) 7.4.4生菜氮素水平SVM分類器建模研究(87) 7.4.5生菜氮素水平Adaboost分類器建模研究(88) 7.4.6本節(jié)小結(jié)(89) 7.5基于高光譜圖像及ELM的生菜葉片氮素水平豐缺定性分析(89) 7.5.1光譜預(yù)處理(89) 7.5.2特征提取(90) 7.5.3生菜氮素水平SVM建模研究(91) 7.5.4生菜氮素水平BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模研究(91) 7.5.5生菜氮素水平ELM建模研究(92) 7.5.6本節(jié)小結(jié)(92) 7.6基于高光譜圖像的生菜葉片氮素含量預(yù)測(92) 7.6.1葉片氮含量測定結(jié)果(92) 7.6.2光譜預(yù)處理(93) 7.6.3特征提取(94) 7.6.4生菜氮含量PLSR建模研究(95) 7.6.5本節(jié)小結(jié)(95) 7.7基于遺傳算法的生菜氮素水平特征優(yōu)化選擇(96) 7.7.1圖像采集與預(yù)處理(96) 7.7.2圖像特征提取及優(yōu)化(97) 7.7.3生菜氮素水平SVM建模分析(99) 7.7.4本節(jié)小結(jié)(100) 7.8基于MSCPSO混合核SVM參數(shù)優(yōu)化的生菜品質(zhì)檢測(101) 7.8.1數(shù)據(jù)源及圖像獲取(101) 7.8.2圖像特征提取及優(yōu)化(101) 7.8.3生菜氮素水平MSCPSOSVM分類建模分析(101) 7.8.4本節(jié)小結(jié)(103) 7.9基于高光譜圖像光譜與紋理信息的生菜氮素檢測(104) 7.9.1高光譜圖像預(yù)處理(104) 7.9.2圖像特征提取(104) 7.9.3生菜氮含量SVR建模分析(106) 7.9.4本節(jié)小結(jié)(108) 7.10基于有監(jiān)督特征提取的生菜葉片農(nóng)藥殘留濃度高光譜鑒別(109) 7.10.1光譜預(yù)處理(109) 7.10.2生菜農(nóng)藥殘留濃度水平的SVM建模分析(110) 7.10.3本節(jié)小結(jié)(111) 7.11基于融合小波的高光譜生菜農(nóng)藥殘留梯度鑒別研究(112) 7.11.1光譜預(yù)處理(112) 7.11.2特征提取(115) 7.11.3生菜農(nóng)藥殘留濃度水平的SVM建模分析(116) 7.11.4本節(jié)小結(jié)(117) 7.12基于分段離散小波變換及高光譜的生菜葉片農(nóng)藥殘留梯度鑒別(117) 7.12.1光譜預(yù)處理(117) 7.12.2特征提取(118) 7.12.3生菜農(nóng)藥殘留濃度水平SVM建模分析(120) 7.12.4本節(jié)小結(jié)(121) 7.13基于線性判別法的生菜農(nóng)藥殘留定性檢測(122) 7.13.1光譜預(yù)處理(122) 7.13.2特征提取(123) 7.13.3生菜農(nóng)藥殘留濃度水平的線性判別建模分析(124) 7.13.4本節(jié)小結(jié)(126) 7.14基于熒光光譜的生菜農(nóng)藥殘留檢測(127) 7.14.1光譜預(yù)處理(127) 7.14.2特征提取(129) 7.14.3生菜農(nóng)藥殘留濃度水平的SVM建模分析(130) 7.14.4本節(jié)小結(jié)(132) 7.15基于高光譜圖像的生菜葉片水分檢測(133) 7.15.1圖像特征提取(133) 7.15.2生菜水分含量MLR建模分析(134) 7.15.3生菜水分含量BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模分析(134) 7.15.4生菜水分含量PLSANN建模分析(134) 7.15.5本節(jié)小結(jié)(136) 7.16基于光譜的生菜品種檢測(137) 7.16.1光譜預(yù)處理(137) 7.16.2特征提取(137) 7.16.3生菜品種SVM建模分析(138) 7.16.4本節(jié)小結(jié)(139) 參考文獻(xiàn)(140) 8桑葉信息檢測(142) 8.1桑葉農(nóng)藥殘留定性檢測(142) 8.1.1桑葉試驗(yàn)樣本制備(142) 8.1.2桑葉高光譜圖像的采集(142) 8.1.3光譜曲線的分析(143) 8.1.4桑葉光譜信息的預(yù)處理(144) 8.1.5桑葉光譜特征波長選取(145) 8.1.6SVM分類建模(145) 8.1.7AdaSVM分類建模(146) 8.1.8本節(jié)小結(jié)(147) 8.2桑葉農(nóng)藥殘留定量檢測(148) 8.2.1桑葉定量檢測試驗(yàn)樣本制備(148) 8.2.2高光譜圖像的采集與標(biāo)定(148) 8.2.3農(nóng)藥殘留的氣相檢測(148) 8.2.4結(jié)果與分析(151) 8.2.5本節(jié)小結(jié)(153) 參考文獻(xiàn)(154) 9大米信息檢測(155) 9.1基于高光譜圖像的大米品種檢測(155) 9.1.1高光譜提取與處理(155) 9.1.2高光譜特征選擇與特征提取(155) 9.1.3建模分析(157) 9.1.4本節(jié)小結(jié)(158) 9.2基于高光譜圖像的大米水分檢測(159) 9.2.1樣本制備(159) 9.2.2高光譜圖像數(shù)據(jù)的采集(159) 9.2.3感興趣區(qū)域的提取(159) 9.2.4數(shù)據(jù)預(yù)處理(160) 9.2.5特征波長的選取(161) 9.2.6預(yù)測模型(161) 9.2.7結(jié)果分析(162) 9.2.8本節(jié)小結(jié)(163) 9.3基于高光譜圖像的大米淀粉檢測(163) 9.3.1試驗(yàn)樣本制備(163) 9.3.2高光譜圖像采集(164) 9.3.3高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理(165) 9.3.4高光譜數(shù)據(jù)特征波長選擇(165) 9.3.5基于全波長光譜的模型研究(166) 9.3.6基于特征波長光譜的模型研究(166) 9.3.7本節(jié)小結(jié)(167) 參考文獻(xiàn)(167) 10雞蛋信息檢測(169) 10.1基于電特性的雞蛋品種鑒別(169) 10.1.1材料與設(shè)備(169) 10.1.2數(shù)據(jù)采集方法(170) 10.1.3頻率對介電特性的影響(171) 10.1.4不同品種雞蛋介電特性的差異(171) 10.1.5SVM分類模型(172) 10.1.6本節(jié)小結(jié)(173) 10.2基于電特性的雞蛋品質(zhì)檢測(173) 10.2.1試驗(yàn)材料(173) 10.2.2試驗(yàn)方法(174) 10.2.3數(shù)據(jù)信息采集(175) 10.2.4頻率對介電特性的影響(176) 10.2.5新鮮度對介電特性的影響(177) 10.2.6本節(jié)小結(jié)(179) 參考文獻(xiàn)(179) 11紅豆信息檢測(181) 11.1試驗(yàn)材料(181) 11.1.1樣本制備與高光譜圖像采集(181) 11.1.2高光譜圖像的圖像分割(181) 11.2樣本的光譜特征(182) 11.3高光譜的特征選擇和特征提取(183) 11.3.1基于SPA的特征信息選擇(183) 11.3.2基于PCA的特征信息提取(183) 11.3.3基于ICA的特征信息提取(184) 11.4PNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鑒別模型分析(185) 11.5本章小結(jié)(186) 參考文獻(xiàn)(187) 12煙草信息檢測(188) 12.1高光譜煙葉數(shù)據(jù)采集裝置(188) 12.2樣品的制備及光譜數(shù)據(jù)采集(188) 12.3水分的測定(189) 12.4煙葉光譜預(yù)處理(190) 12.4.1煙葉光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理(190) 12.4.2煙葉光譜樣本預(yù)處理(191) 12.5煙葉光譜MLR模型(194) 12.6本章小結(jié)(195) 參考文獻(xiàn)(195) 13玉米信息檢測(197) 13.1試驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集(197) 13.1.1儀器與設(shè)備(197) 13.1.2試驗(yàn)材料(198) 13.1.3試驗(yàn)方法與步驟(198) 13.1.4介電常數(shù)計(jì)算(198) 13.1.5濕基含水率的測量(199) 13.2數(shù)據(jù)分析(199) 13.3數(shù)學(xué)建模(199) 13.3.1線性建模(199) 13.3.2非線性建模(201) 13.4本章小結(jié)(203) 參考文獻(xiàn)(204) 14油麥菜信息檢測(205) 14.1樣本采集與含水率測定(205) 14.2光譜預(yù)處理(205) 14.3特征提取(206) 14.3.1CARS特征提取(206) 14.3.2SR特征提取(207) 14.3.3SPA特征提取(208) 14.4油麥菜水分含量SVR建模分析(209) 14.5油麥菜水分含量ABCSVR建模分析(210) 14.6本章小結(jié)(211) 參考文獻(xiàn)(211) |
|
| ||||||
|
| ||||||
|
| ||||||
|
| ||||||