针对目前模型传递方法研究大多在不同仪器之间且均采用近红外光谱建立模型,采用高光谱技术建立猪肉pH值定量检测模型,并针对不同品种间的模型传递提出了一种光谱和预测值同步校正(sync correction of spectrum and prediction value,CSPV)的传递算法,并与模型更新方法进行比较.当模型满足预测相关系数(correlation coefficient of prediction,rp)rp≥0.837,且剩余预测偏差(residual prediction deviation,RPD)RPD≥1.9时,表明预测结果可靠.以杜长大、茂佳山黑猪和零号土猪3个品种猪肉样品为研究对象,以杜长大作为主品种,茂佳山黑猪和零号土猪作为从品种,采用偏最小二乘(partial least squares regression,PLS)法建立主品种猪肉pH值定量检测模型,模型校正相关系数(correlation coefficient of cross-validation rc)和预测相关系数rp分别达到0.922和0.904,交互验证均方根误差(root mean squared error of cross validation,RMSECV) 和预测均方根误差(root mean squared error of prediction,RMSEP)分别为0.045和0.046,RPD为2.380.用主模型分别对茂佳山黑猪和零号土猪pH值进行预测,rp仅达到0.770和0.731,RMSEP分别为0.111和0.209,RPD分别为1.533和1.234,预测精度较差.分别采用CSPV传递算法和模型更新方法对主模型进行传递和修正,比较并验证了两种方法的模型传递和修正结果.采用CSPV算法对模型传递后,当标样个数分别为9个和10个时,rp可提高到0.889和0.900,RPD提高到2.071和2.213,均满足rp≥0.837,且RPD≥1.9;而采用模型更新方法对模型修正后,当添加的代表性样品分别为11个和9个时,rp分别达到0.869和0.845,但RPD仅达到1.934和1.804,不满足RPD≥1.9的条件.结果表明,CSPV传递算法能实现主模型对茂佳山黑猪和零号土猪样品的预测,而模型更新方法只能实现对茂佳山黑猪品种的预测,不能实现对零号土猪样品的预测,且CSPV传递算法预测结果优于模型更新方法.

相对于传统生化测定方法,基于近红外光谱(Near infrared spectroscopy,NIRS)玉米籽粒蛋白质含量检测是一种快速、非破坏、且适用于多组分同时检测的新方法.但在建模过程中,由于奇异数据(异常值)的存在会影响近红外光谱模型的预测精度和稳定性,我们采用奇异数据筛选法剔除了玉米籽粒近红外光谱中的奇异数据并建立了玉米籽粒蛋白质含量的偏最小二乘支持向量机(Least squares support vector machine,LS-SVM)模型.本文分别采用杠杆值法(Leverage)、半数重采样法(Resampling by Half-Mean,RHM)和蒙特卡洛采样法(Monte-Carlo Sampling,MCS)剔除了玉米籽粒蛋白质光谱数据中的奇异数据并对模型结果进行比较.在剔除奇异数据的基础上,采用偏最小二乘回归法(Partial least squares regression,PLSR)提取主成分,并基于小生境蚁群算法(Niche ant colony algorithm,NACA)优化偏最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型参数(γ和σ2),建立基于LS-SVM的玉米籽粒蛋白质定量分析模型.结果表明,采用3种奇异数据筛选法剔除奇异数据后所建LS-SVM模型的预测结果都优于采用原光谱数据所建模型,相比较而言,蒙特卡洛采样法为基于近红外光谱检测玉米籽粒蛋白质的最佳奇异数据筛选法.

针对马铃薯内外部缺陷多项指标难以同时识别的问题,提出了一种半透射高光谱成像技术采用流形学习降维算法与最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的方法,该方法可同时识别马铃薯内外部缺陷的多项指标.试验以315个马铃薯样本为研究对象,分别采集合格、外部缺陷(发芽和绿皮)和内部缺陷(空心)马铃薯样本的半透射高光谱图像,同时为了符合生产实际,将外部缺陷马铃薯的缺陷部位以正对、侧对和背对采集探头的随机放置方式进行高光谱图像采集.提取马铃薯样本高光谱图像的平均光谱(390~1 040 nm)进行光谱预处理,然后分别采用有监督局部线性嵌入(SLLE)、局部线性嵌入(LLE)和等距映射(Isomap)三种流形学习算法对预处理光谱进行降维,并分别建立基于纠错输出编码的最小二乘支持向量机(ECOC-LSSVM)多分类模型.通过分析和比较建模结果,确定SLLE为最优降维算法,SLLE-LSSVM为最优马铃薯内外部缺陷识别模型,该方法对测试集合格、发芽、绿皮和空心马铃薯样本的识别率分别达到96.83%,86.96%,86.96%和95%,混合识别率达到93.02%.试验结果表明:基于半透射高光谱成像技术结合SLLE-LSSVM的定性分析方法能够同时识别马铃薯内外部缺陷的多项指标,为马铃薯内外部缺陷的快速在线无损检测提供了技术参考.

针对马铃薯空心病的难以检测问题, 提出了一种基于半透射高光谱成像技术结合支持向量机(support vector machine, SVM)的马铃薯空心病无损检测方法。选取224个马铃薯样本(合格149个, 空心75个)作为研究对象, 搭建了马铃薯半透射高光谱图像采集系统, 采集了马铃薯样本半透射高光谱图像(390~1 040 nm), 对感兴趣区域内的光谱进行平均和光谱特征分析。采用变量标准化(normalize)对原始光谱进行光谱预处理, 建立了全波段的SVM判别模型, 模型对测试集样本的识别准确率仅为87.5%。为了提高模型性能, 采用竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighed sampling algorithm, CARS)结合连续投影算法(successive projection algorithm, SPA)对光谱全波段520个变量进行变量选择, 最终确定了8个光谱特征变量(454, 601, 639, 664, 748, 827, 874和936 nm), 所选8个光谱变量建立的SVM模型对马铃薯测试集的识别率为94.64%。分别采用人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm, AFSA)、遗传算法(genetic algorithm, GA)和网格搜索法(grid search algorithm)对SVM模型的惩罚参数c和核参数g进行优化。经过建模比较分析, 确定AFSA为最优优化算法, 最优模型参数为c=10.659 1, g=0.349 7, 确定AFSA-SVM模型为马铃薯空心病的最优识别模型, 该模型总体识别率达到100%。试验结果表明: 基于半透射高光谱成像技术结合CARS-SPA与AFSA-SVM方法能够对马铃薯空心病进行准确的检测, 也为马铃薯空心病的快速无损检测提供技术支持。

新鲜度是反映鱼类品质以及可否食用的重要指标, 在线检测直接关系到食品质量与安全的实施应用, 因此对淡水鱼新鲜度进行在线无损检测具有重要意义。 应用近红外光谱对淡水鱼新鲜度进行在线检测, 试验装置采用自行搭建的淡水鱼近红外光谱在线采集装置, 试验时样品在输送链上以0.5 m·s-1的速度运动, 采集其近红外漫反射光谱(900～2 500 nm), 并用支持向量机(support vector machine, SVM)建立淡水鱼新鲜度在线检测模型。 采用光谱理化值共生距离(sample set partitioning based on joint X-Y distance algorithm, SPXY)算法对样本集进行划分, 其中校正集111条(新鲜57条, 变质54条)、 测试集37条(新鲜19条, 变质18条), 通过对比不同的光谱预处理方法对预测结果的影响, 明确了一阶导结合标准化预处理为最优光谱预处理方法, 经过该方法预处理后所建模型对校正集的正确识别率为97.96%, 对测试集的识别率为95.92%。 为了提高模型运行速度对建模所用光谱变量进行优化, 分别采用遗传算法(genetic algorithm, GA)、 连续投影算法(successive projection algorithm, SPA)和竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighed sampling algorithm, CARS) 三种不同的特征变量选择方法对特征波长进行筛选, 通过建模比较分析确定CARS为最优波长选择方法, 以所选的10个特征波长建立淡水鱼新鲜度支持向量机检测模型, 模型对校正集的正确识别率为100%, 对测试集的识别率为93.88%。 该研究可为近红外光谱用于淡水鱼新鲜度在线检测提供技术支持。

针对马铃薯损伤部位随机放置会影响检测精度的问题, 提出从正对相机、 背对相机及侧对相机三个方向, 应用透射和反射高光谱成像技术采集马铃薯图像, 进行透射和反射高光谱成像的马铃薯损伤检测比较研究。 对透射和反射高光谱图像进行独立成分(IC)分析和特征提取, 利用所得特征对反射图像进行二次IC分析, 对透射和反射光谱进行变量选择, 最终分别建立基于反射图像、 反射光谱、 透射光谱的马铃薯损伤定性识别模型; 对识别准确率高的模型做进一步优化, 采用子窗口排列分析(SPA)算法对透射光谱的特征做二次选择得到3个光谱变量, 并建立任意放置的马铃薯损伤识别最优模型。 试验结果表明, 基于反射图像、 反射光谱建立的模型识别准确率较低, 其中基于反射图像的马铃薯碰伤, 侧对相机识别准确率最低为43.10%; 基于透射光谱信息建立的模型识别准确率较高, 损伤部位正对、 背对相机的识别准确率均为100%, 侧对相机为99.53%; 马铃薯损伤识别最优模型对任意放置的损伤识别准确率为97.39%。 应用透射高光谱成像技术可以检测任意放置方向下的马铃薯损伤, 该研究可为马铃薯综合品质的在线检测提供技术支持。