作物单籽粒近红外快速无损检测的模型转移方法研究
发布时间：2022-02-18 13:37
近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy,NIRS）是一种快速无损分析技术。利用近红外通量化分选作物籽粒,有望提高农产品品质、提高作物育种效率、并推进植物表型组发展。建立一个好的单粒作物近红外校正模型需要投入较多的时间、人力和物力。然而,各种来自仪器、测量环境、以及样品方面的变化都可能影响预测结果,使得模型不再适用。所以,提高模型在不同条件下的准确性和适用性是近红外应用中亟待解决的问题。利用模型转移可以校正上述差异,使模型标准化。本论文旨在发展新的模型转移方法提高单粒作物近红外分析时模型的通用性、准确性,促进近红外在粮食生产和作物育种上的推广。主要研究结果包括:一、基于斜率截距法（Slope Bias Correction,SBC）的多种光谱平台间模型转移的评价分析。基于一种经典的、广泛使用的SBC算法,以两组形态和成分分布理想的样品（尿素颗粒、淀粉颗粒）和两组未经加工的自然状态样品（两组单粒水稻）为对象,研究它们的NIR模型在三种具有不同特点的光谱平台间的转移。结果表明,采用SBC能够准确校正理想状态样品模型在NIR平台间的转移,其转移结果（RMSEP（Roo...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 选题意义
1.2 文献综述及研究进展
1.2.1 近红外光谱技术
1.2.2 近红外光谱的基本原理
1.2.3 近红外光谱仪器
1.2.4 近红外光谱分析的流程
1.2.5 光谱预处理方法
1.2.6 光谱的变量选择
1.2.7 奇异样本的剔除
1.2.8 多元校正模型
1.2.9 近红外定量模型的评价
1.2.10 近红外定性模型的评价
1.2.11 化学计量学方法的进展
1.2.12 近红外光谱应用的进展
1.2.13 作物单籽粒近红外快速无损分析
1.2.14 作物单籽粒近红外分析的进展
1.2.15 作物单籽粒近红外分析的瓶颈
1.2.16 模型转移
1.2.17 经典的模型转移方法
1.2.18 新的模型转移方法
1.2.19 模型转移的应用进展
1.3 本文研究内容
1.4 研究方法、技术路线和论文结构安排
第2章 基于斜率截距法的多种光谱平台间模型转移的评价分析
2.1 引言
2.2 材料和方法
2.2.1 样本集
2.2.2 光谱采集
2.2.3 单粒水稻直链淀粉和蛋白质的微量分析
2.2.4 模型构建
2.2.5 模型转移
2.3 结果与讨论
2.3.1 三种平台采集的光谱
2.3.2 化学值检测结果
2.3.3 三种近红外平台上模型的交叉验证
2.3.4 三种近红外平台间的模型转移
2.4 本章小结
第3章 一种用于定量模型转移的基于相关分析的波长选择方法
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 基于相关分析的波长选择法
3.2.2 样本和处理
3.2.3 数据分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 两组数据集的模型转移结果
3.3.2 CAWS和siPLS选择波长的比较
3.3.3 不同波长的模型转移结果
3.3.4 两个数据集结果的比较
3.4 本章小结
第4章 一种用于定性模型转移的基于CAWS优化的波长选择方法
4.1 引言
4.2 材料和方法
4.2.1 基于相关分析的波长选择法的优化
4.2.2 基于稳定一致波长选择的模型转移算法
4.2.3 数据集和处理
4.2.4 化学计量学处理
4.3 结果与讨论
4.3.1 模型校正结果
4.3.2 模型的转移结果
4.3.3 三组样本集波段选择的比较
4.3.4 三组样本集的转移结果的比较
4.4 本章小结
第5章 基于光谱空间转换的自然状态样品和理想状态样品间的模型转移
5.1 引言
5.2 材料和方法
5.2.1 单粒水稻蛋白质光谱分析的两种方法
5.2.2 样品制备
5.2.3 样品预处理和光谱采集
5.2.4 单粒水稻蛋白质含量的微量分析
5.2.5 光谱空间转换
5.2.6 多元校正
5.3 结果与讨论
5.3.1 单粒水稻的蛋白质含量分布
5.3.2 三种形态的水稻样品的原始光谱
5.3.3 模型优化
5.3.4 水稻的光谱空间转换
5.3.5 单粒水稻蛋白质含量模型的外部验证结果
5.3.6 单粒糙米和米粉的蛋白质含量模型的外部验证结果
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
附录
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中药工业大数据关键技术与应用[J]. 徐冰,史新元,罗赣,林兆洲,孙飞,戴胜云,张志强,肖伟,乔延江. 中国中药杂志. 2020(02)
[2]近红外光谱法测定面粉的水分、脂肪、碳水化合物和蛋白质含量[J]. 覃统佳,刘冬,从彦丽,黄林森,唐旭蔚,周志航. 食品工业科技. 2020(12)
[3]植物表型组学研究平台建设及技术应用[J]. 胡伟娟,凌宏清,傅向东. 遗传. 2019(11)
[4]基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法[J]. 倪超,李振业,张雄,赵岭,朱婷婷,蒋雪松. 农业机械学报. 2019(12)
[5]便携式近红外光谱仪研究进展[J]. 刘建学,尹晓慧,韩四海,李璇,徐宝成,李佩艳,罗登林. 河南农业大学学报. 2019(04)
[6]近红外透反射光谱测定单粒稻种的蛋白质含量[J]. 王纯阳,马玉涵,刘斌美,郭盼盼,黄青. 核农学报. 2019(10)
[7]豆粕品质近红外定量分析实验室模型在线应用[J]. 杨增玲,杨钦楷,沈广辉,梅佳琪,黄圆萍,韩鲁佳. 农业机械学报. 2019(08)
[8]利用近红外及中红外融合技术对小麦产地和烘干程度的同时鉴别[J]. 邹小波,封韬,郑开逸,石吉勇,黄晓玮,孙悦. 光谱学与光谱分析. 2019(05)
[9]血糖近红外定量分析方法研究[J]. 胡杰,王凯,王亚刚,李文帅. 电子科技. 2020(02)
[10]基于近红外光谱与支持向量机的甘薯粉丝掺假快速检测[J]. 陈嘉,高丽,叶发银,雷琳,赵国华. 食品与发酵工业. 2019(11)
博士论文
[1]水果品质可见/近红外光谱预测模型优化方法的研究[D]. 李明.中国农业大学 2018
本文编号：3630933
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 选题意义
1.2 文献综述及研究进展
1.2.1 近红外光谱技术
1.2.2 近红外光谱的基本原理
1.2.3 近红外光谱仪器
1.2.4 近红外光谱分析的流程
1.2.5 光谱预处理方法
1.2.6 光谱的变量选择
1.2.7 奇异样本的剔除
1.2.8 多元校正模型
1.2.9 近红外定量模型的评价
1.2.10 近红外定性模型的评价
1.2.11 化学计量学方法的进展
1.2.12 近红外光谱应用的进展
1.2.13 作物单籽粒近红外快速无损分析
1.2.14 作物单籽粒近红外分析的进展
1.2.15 作物单籽粒近红外分析的瓶颈
1.2.16 模型转移
1.2.17 经典的模型转移方法
1.2.18 新的模型转移方法
1.2.19 模型转移的应用进展
1.3 本文研究内容
1.4 研究方法、技术路线和论文结构安排
第2章 基于斜率截距法的多种光谱平台间模型转移的评价分析
2.1 引言
2.2 材料和方法
2.2.1 样本集
2.2.2 光谱采集
2.2.3 单粒水稻直链淀粉和蛋白质的微量分析
2.2.4 模型构建
2.2.5 模型转移
2.3 结果与讨论
2.3.1 三种平台采集的光谱
2.3.2 化学值检测结果
2.3.3 三种近红外平台上模型的交叉验证
2.3.4 三种近红外平台间的模型转移
2.4 本章小结
第3章 一种用于定量模型转移的基于相关分析的波长选择方法
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 基于相关分析的波长选择法
3.2.2 样本和处理
3.2.3 数据分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 两组数据集的模型转移结果
3.3.2 CAWS和siPLS选择波长的比较
3.3.3 不同波长的模型转移结果
3.3.4 两个数据集结果的比较
3.4 本章小结
第4章 一种用于定性模型转移的基于CAWS优化的波长选择方法
4.1 引言
4.2 材料和方法
4.2.1 基于相关分析的波长选择法的优化
4.2.2 基于稳定一致波长选择的模型转移算法
4.2.3 数据集和处理
4.2.4 化学计量学处理
4.3 结果与讨论
4.3.1 模型校正结果
4.3.2 模型的转移结果
4.3.3 三组样本集波段选择的比较
4.3.4 三组样本集的转移结果的比较
4.4 本章小结
第5章 基于光谱空间转换的自然状态样品和理想状态样品间的模型转移
5.1 引言
5.2 材料和方法
5.2.1 单粒水稻蛋白质光谱分析的两种方法
5.2.2 样品制备
5.2.3 样品预处理和光谱采集
5.2.4 单粒水稻蛋白质含量的微量分析
5.2.5 光谱空间转换
5.2.6 多元校正
5.3 结果与讨论
5.3.1 单粒水稻的蛋白质含量分布
5.3.2 三种形态的水稻样品的原始光谱
5.3.3 模型优化
5.3.4 水稻的光谱空间转换
5.3.5 单粒水稻蛋白质含量模型的外部验证结果
5.3.6 单粒糙米和米粉的蛋白质含量模型的外部验证结果
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
附录
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中药工业大数据关键技术与应用[J]. 徐冰,史新元,罗赣,林兆洲,孙飞,戴胜云,张志强,肖伟,乔延江. 中国中药杂志. 2020(02)
[2]近红外光谱法测定面粉的水分、脂肪、碳水化合物和蛋白质含量[J]. 覃统佳,刘冬,从彦丽,黄林森,唐旭蔚,周志航. 食品工业科技. 2020(12)
[3]植物表型组学研究平台建设及技术应用[J]. 胡伟娟,凌宏清,傅向东. 遗传. 2019(11)
[4]基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法[J]. 倪超,李振业,张雄,赵岭,朱婷婷,蒋雪松. 农业机械学报. 2019(12)
[5]便携式近红外光谱仪研究进展[J]. 刘建学,尹晓慧,韩四海,李璇,徐宝成,李佩艳,罗登林. 河南农业大学学报. 2019(04)
[6]近红外透反射光谱测定单粒稻种的蛋白质含量[J]. 王纯阳,马玉涵,刘斌美,郭盼盼,黄青. 核农学报. 2019(10)
[7]豆粕品质近红外定量分析实验室模型在线应用[J]. 杨增玲,杨钦楷,沈广辉,梅佳琪,黄圆萍,韩鲁佳. 农业机械学报. 2019(08)
[8]利用近红外及中红外融合技术对小麦产地和烘干程度的同时鉴别[J]. 邹小波,封韬,郑开逸,石吉勇,黄晓玮,孙悦. 光谱学与光谱分析. 2019(05)
[9]血糖近红外定量分析方法研究[J]. 胡杰,王凯,王亚刚,李文帅. 电子科技. 2020(02)
[10]基于近红外光谱与支持向量机的甘薯粉丝掺假快速检测[J]. 陈嘉,高丽,叶发银,雷琳,赵国华. 食品与发酵工业. 2019(11)
博士论文
[1]水果品质可见/近红外光谱预测模型优化方法的研究[D]. 李明.中国农业大学 2018
本文编号：3630933
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/3630933.html
