[發(fā)明專利]一種核模糊正交鑒別分析的茶葉近紅外光譜分類方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010565399.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN111881738A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武小紅;周晶;周浩祥;沈硯君;譚陽(yáng);劉錦茂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G06F17/16
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本發(fā)明公開了一種核模糊正交鑒別分析的茶葉近紅外光譜分類方法，包括：一、利用Antaris II傅立葉變換近紅外光譜分析儀的積分球漫反射分析模塊的漫反射模式檢測(cè)茶葉樣本的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)；二、采用二階求導(dǎo)法對(duì)茶葉樣本的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再將經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)劃分訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集；三、使用一種核模糊正交鑒別分析的茶葉近紅外光譜鑒別信息提取方法，從已預(yù)處理過(guò)的茶葉近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)中提取茶葉樣本的分類信息，得到包含鑒別信息的訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集；四、運(yùn)K近鄰分類算法將步驟三中包含類別信息的測(cè)試樣本集分類，以確定所測(cè)茶葉樣本的種類。本發(fā)明能克服線性特征提取算法無(wú)法處理非線性問(wèn)題的局限。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于茶葉品種鑒定技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種茶葉近紅外光譜分類的特征信息提取方法，具體涉及一種將核函數(shù)理論引入到模糊正交線性鑒別分析中的鑒別信息提取方法。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求以及現(xiàn)代食品工業(yè)的快速發(fā)展，茶葉的功效與作用不斷被發(fā)現(xiàn)和挖掘，茶葉產(chǎn)業(yè)的價(jià)值也得以進(jìn)一步凸顯。但由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，茶葉市場(chǎng)上目前仍然存在著銷售假冒偽劣茶葉的現(xiàn)象，這不僅影響了茶葉市場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也損害了消費(fèi)者的合法權(quán)益。因此，尋求一種簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確、無(wú)損的茶葉品種鑒別方法是十分必要的。

傳統(tǒng)的茶葉品種鑒別方法包括感官審評(píng)和理化檢測(cè)，但前者易受人為因素和外界環(huán)境的影響，而后者普遍存在耗時(shí)費(fèi)工、產(chǎn)品破壞大等缺陷。顯然，這兩種方法都不適用于本發(fā)明。現(xiàn)階段，近紅外光譜技術(shù)作為一種新興的檢測(cè)方法，憑借其無(wú)損、成本低、高效快速、綠色無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)在食品檢測(cè)領(lǐng)域迅速普及。從實(shí)際分子基頻譜帶的分布中得知，近紅外光譜區(qū)域主要涵蓋的是有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(如C-H、N-H、O-H、S-H、P-H等)因運(yùn)動(dòng)(伸縮、彎曲、振動(dòng)等)生成的倍頻與合頻的光譜特征信息。同時(shí)，考慮到由于有機(jī)物的基團(tuán)差異及同一基團(tuán)的能級(jí)差別產(chǎn)生的近紅外光譜會(huì)在譜帶形狀、譜峰位置與吸收強(qiáng)度上有所區(qū)別的事實(shí)，再結(jié)合朗伯-比爾定律就可推測(cè)出近紅外光譜能夠作為獲取物質(zhì)信息的有效載體，進(jìn)而為運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)建立茶葉樣本的分類模型奠定了基礎(chǔ)。

然而，在提取近紅外光譜數(shù)據(jù)中有效的分類特征時(shí)，其自身的“高維、重疊、冗余、非線性”特性會(huì)引發(fā)一系列的技術(shù)難點(diǎn)，如維數(shù)災(zāi)難、信息提取困難等。其中，其“重疊”和“冗余”特性帶來(lái)的無(wú)效信息干擾是可在光譜預(yù)處理階段消除的，解決由于其“高維”特性引發(fā)的維數(shù)災(zāi)難問(wèn)題最為廣泛的手段是降維，而本發(fā)明則針對(duì)線性特征提取算法無(wú)法獲取其“非線性”特征中負(fù)載的有效分類信息問(wèn)題，在模糊正交線性鑒別分析的基礎(chǔ)上引入核函數(shù)理論，提出了一種核模糊正交鑒別分析的茶葉近紅外光譜分類方法，用以實(shí)現(xiàn)鑒別茶葉樣本種類的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種將核函數(shù)理論與模糊正交線性鑒別分析相結(jié)合以用于茶葉近紅外光譜分類的鑒別信息提取方法。該核模糊正交鑒別分析的茶葉近紅外光譜分類方法在進(jìn)行茶葉品種鑒別信息的提取時(shí)，通過(guò)加入核函數(shù)到模糊正交線性鑒別分析算法中的方式，重新定義了目標(biāo)函數(shù)中的散射矩陣，既能有效解決“硬”類特征提取算法難以描述樣本類信息多樣性的問(wèn)題，又能克服線性特征提取算法無(wú)法處理非線性問(wèn)題的局限。同時(shí)，本發(fā)明還具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快捷、成本低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

一種核模糊正交鑒別分析的茶葉近紅外光譜分類方法，其詳細(xì)步驟如下：

步驟一、獲取茶葉樣本的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)：采集若干品種茶葉樣本，采用Antaris II傅立葉變換近紅外光譜分析儀的積分球漫反射分析模塊的漫反射模式獲取茶葉樣本的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)；

步驟二、預(yù)處理茶葉樣本的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)：運(yùn)用二階導(dǎo)數(shù)法(2^nd der)對(duì)收集到的茶葉樣本的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再將經(jīng)預(yù)處理后的茶葉樣本數(shù)據(jù)隨機(jī)劃分到茶葉樣本的訓(xùn)練集和測(cè)試集中；