高光譜成像技術(shù)在臍橙表面農(nóng)藥殘留檢測(cè)的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2024-06-11
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本研究利用高光譜成像技術(shù)對(duì)臍橙表面的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè),通過對(duì)采集的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和降維處理,提取特征波長(zhǎng),并建立數(shù)學(xué)模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)臍橙農(nóng)藥殘留濃度的判別分析。研究旨在評(píng)估不同數(shù)學(xué)模型的性能,以確定最優(yōu)的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法。
本研究利用高光譜成像技術(shù)對(duì)臍橙表面的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè),通過對(duì)采集的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和降維處理,提取特征波長(zhǎng),并建立數(shù)學(xué)模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)臍橙農(nóng)藥殘留濃度的判別分析。研究旨在評(píng)估不同數(shù)學(xué)模型的性能,以確定最優(yōu)的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法。
1. 光譜數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理
1.1 樣品準(zhǔn)備 選取噠螨靈作為研究對(duì)象,將80個(gè)臍橙樣品分為四組,每組20個(gè),分別對(duì)應(yīng)不同的農(nóng)藥稀釋濃度(1:400、1:800、1:1500和無(wú)農(nóng)藥對(duì)照組)。
1.2 光譜數(shù)據(jù)采集 確定臍橙的感興趣區(qū)域,采集該區(qū)域內(nèi)的平均光譜作為原始數(shù)據(jù)。
1.3 預(yù)處理 采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換(SNV)對(duì)原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,以消除樣品間的差異。
2. 特征波長(zhǎng)的提取
2.1 主成分分析法(PCA) 對(duì)預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA分析,提取主成分圖像和累積貢獻(xiàn)率,確定特征波長(zhǎng)。
2.2 特征波長(zhǎng)確定 通過PCA圖像提取和權(quán)重系數(shù)圖分析,確定特征波長(zhǎng),為后續(xù)建模提供關(guān)鍵信息。
3. 數(shù)學(xué)模型的建立與性能分析
3.1 模型選擇 選擇支持向量機(jī)(SVM)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)作為分類模型。
3.2 模型訓(xùn)練與測(cè)試 使用提取的特征波長(zhǎng)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練,并采用剩余的樣本進(jìn)行測(cè)試,評(píng)估模型性能。
3.3 性能比較 比較不同模型的判別能力,包括準(zhǔn)確率、召回率和F1分?jǐn)?shù)等指標(biāo)。
4. 結(jié)果
4.1 特征波長(zhǎng)提取結(jié)果 成功提取了500nm, 580nm, 680nm, 850nm, 930nm和980nm作為特征波長(zhǎng)。
4.2 模型性能分析 SVM、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ELM模型在不同特征波長(zhǎng)下的性能表現(xiàn)不同,但均能較好地區(qū)分不同濃度的農(nóng)藥殘留。
4.3 最優(yōu)模型選擇 根據(jù)性能指標(biāo),選擇準(zhǔn)確率最高、誤判率最低的模型作為最優(yōu)模型。
5. 討論
5.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì) 高光譜成像技術(shù)提供了一種快速、無(wú)損的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法,具有較高的應(yīng)用潛力。
5.2 模型優(yōu)化 未來的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化模型參數(shù),提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和魯棒性。
5.3 應(yīng)用前景 該技術(shù)有望在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,保障消費(fèi)者健康。
6. 結(jié)論
本研究成功應(yīng)用高光譜成像技術(shù)結(jié)合PCA和多種數(shù)學(xué)模型對(duì)臍橙表面農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè),為農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管提供了一種新的技術(shù)手段。
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