第36卷，第11期 2016年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 11·pp3651-3656
November，2016
基于高光谱反射、透射和交互作用成像模式的
蓝莓硬度和弹性模量预测的比较
胡孟晗1,2，董庆利1*，刘宝林1+ 1.上海理工大学医疗器械与食品学院，上海200093
2.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240
摘要构建了高光谱反射、透射和交互作用成像系统对蓝的驶度和弹性模量进行无损检测，并对比不同成像模式的预测准确率，反射高光谱图像采用以大津法为核心的算法进行分割，而透射和交互作用高光谱图像利用基于区域增长的算法进行分割。对提取平均光谱分别进行标准正态变量变换（SNV)和一阶SG 卷积平滑(Der)，并构建相应光谱的最小二乘支持向量机模型。在全波段模型中，基于SNV预处理反射光(Reflectance-SNV)模型对蓝莓硬度的预测相关系数(R,）=0.80，相对预测误差（RPD)=1.76；基于SNV预处理透射光(Transmitance-SNV)模型对蓝莓弹性模量的R,（RPD）=0.78（1.74）。随机蛙跳算法（Random Frog)可以有效地减少了建模所需的波段数，同时还提高了大部分模型的预测准确率。基于随机蛙跳选择的 Der交互作用光（RandomFrog-interactance-Der)模型对蓝莓硬度的R,（RPD）=0.80（1.83），但该模型建模所需的波段数为140；基于随机蛙跳算法的SNV透射光（RandomFrog-Transmittance-SNV)模型对蓝弹性
模量的R。（RPD)=0.82(1.83），同时该模型建模所需的波段数为20，关键词力学特性；质地：无损检测；随机蛙跳；波段选挥择
中图分类号：TS255.3文献标识码：A
引言
D0I: 10. 3964/i. issn- 10000593(2016)11365106
价值而深受喜爱13-14，其力学特性影响着蓝莓的感官品质、运输及贮藏消耗等。此外，力学性质也是蓝莓育种的重要筛选指标16。Leiva-Valenzuela等联合高光谱反射和透射成像模式对
高光谱成像技术融合了计算机视觉和光谱技术，能够获得待测样本连续的光谱和空间信息。目前，该技术已广泛用于果蔬品质的无损检测3。由于设备结构简单，高光谱反射成像模式应用最广[4]，此外，漫透射5]、半透射[67]、点敢射和交互作用9成像模式也已得到较为广泛的使用。其中，高光谱交互作用模式由于设备构架较为复杂，相比于其他模式应用更少，国内目前无这种模式的应用案例，但是交互作用光能够携带待测样本更多的内部信息而垂待研究。高光谱数据结合特征提取1-11]和模式识别或回归分析构建品质预测模型1已成为农产品无损检测研究领域较为常规的研究思路。但已有研究大多采用单模式进行农产品品质的检测和鉴别，多种高光谱成像模式的比较研究还有待开展，
蓝莓(Vacciniumcorymabosum)因其独特的风味和重要的营养收稿日期：2015-04-08，修订日期：2015-08-16
蓝莓的硬度进行预测，其预测集的相关系数为0.7717，
本研究拟构建高光谱反射、透射和交互作用成像系统对蓝莓的硬度和弹性模量进行预测。利用随机蛙跳算法（Ran domFrog)[18.5对力学指标特异性波长进行提取，然后构建相应的偏最小二乘法支持向量机模型（leastsquares-support vectormachine，LS-SVM)，并比较三种成像模式对蓝莓硬度和弹性模量的预测效果。
实验部分 1
1.1样本及力学性能测试
反射和透射高光谱成像试验的436个蓝丰蓝莓采摘自中
国山东省青岛市；用于交互作用高光谱成像试验的383个蓝
基金项目：国家自然科学基金项目（31271896），上海市科委长三角科技联合攻关领域项目（15395810900），上海市研究生创新基金项目
(JWCXSL1401)，上海理工大学优秀博士生激励计划，上海市东方学者跟踪计划资助
作者简介：胡孟哈，1989年生，上海交通大学电子信息与电气工程学院博士后
方方数致据系人e-mail:qdongusst.edu.cn；blliuk@163.com
e-mail : humenghan89(@163. com