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第四章 高光谱图像检测技术 第一节 近红外光谱检测技术 第二节 高光谱图像检测技术 四、近红外光谱定量分析的流程与步骤 1. 光与物质的作用 1、简单透过 2、只改变传播方向（折射、衍射、弹性散射） 3、传播方向和波长同时改变（非弹性散射） 4、被吸收 5、发出不同波长的光 6、简单反射 处理方法： 1和6属于宏观现象，由几何光学就可很好地说明； 2、3、4、5需考虑物质的微观结构及性质。 2. 光散射的定义及物理解释 光的散射定义: 指由于媒质中存在的气体，液体或固体的微小粒子对光束的影响，使光波偏离原来的传播方向而向四周散射的现象 物理解释： A: 强调粒子概念－－分子场吸收一个光子的同时，发射一 个光子（拉曼散射） B: 强调波动概念－－由于物质密度的起伏光被散 射瑞利散射） 散射引起反射，折射及衍射：散射是衍射的一种特殊情况，即散射是细微粒子（比波长要小）的衍射效应。 使透射光强减弱的原因:光的吸收与光的散射 其中，α：吸收系数 β：散射系数 3. 近红外光与固体样品的作用 小麦中各成分的光谱 4.分子吸收能量后发生的变化 分子吸收一个光子后，分子就从基态跃迁到激发态；反之，当分子释放一个光子，分子能量降低的程度与光子的能量相当。 原子轨道刻划了原子中的电子的分布，同理，分子轨道描述了分子中电子的分布。 在电子跃迁过程中，电子从一个分子轨道跃迁到另一个轨道，并伴随着分子能量的增加或者减少。 5.光谱测量的基本方法 （1）透射率（Transmittance） T=I/I0 (一般采用百分比) （2）吸光度（Absorbance） A=lg (I0 /I) I0 ： 单色光的入射能量 I ：光通过样品后的出射能量 （3）反射率R（Reflectance） Lambert-Beer Law 理想的情况下，浓度为C的某种特定成分对于某波长光 （辐射）的吸收可用如下公式描述： 其中 I: 透射光强度； I0: 入射光强度 c: 特定成分的浓度(concentration) : 特定成分在某吸收波长处的吸收系数 (absorptivity) L: 光程长(样品的厚度, pathlength) 三、 近红外光谱的常见分析方法 定性分析常用的方法 聚类分析是典型的无监督模式识别方法, 利用同类样本彼此相似, 即物以类聚 , 聚类分析就是使相似的样本聚 在一起, 从而达到分类的目的 另一种常用方法是Mahananobis距离, 其核心是通过多波长下的光谱数据, 定量描述出测量样本离校正集样本的位置, 因而在光谱匹配、异常点检测和模型外推方面都很有用。 目前国际流行的方法是依靠主成分分析( PCA )结合Mahananob is距离判据 , 既利用了PCA处理不丢失信息的特点, 又利用Mahananob is距离便于建立定量域值的优点。 定量分析常用的方法 定量分析是通过多元校正方法建立光谱与组成或性质间的校正模型, 使用该模型可预测未知样品的组成或性质。 各种多元校正技术有多元线性回归法(mu ltiple linear regression, MLR ) 主成分回归法( principa l component regression, PCR ) 偏最小二乘法( partia l least square, PLS) 人工神经网( art ific ia lneura l ne tw ork, ANN ) 拓扑( topo logy, TP)法 四、近红外光谱定量分析的流程与步骤 （1）用近红外光谱技术鉴别蜂蜜真伪 在12000~4000 cm-1 范围内采集荆条蜜、槐花蜜、油菜蜜和掺假蜜的近红外光谱，结合一阶导、多元散射校正及变量标准化)三种方法对光谱进行预处理，以主成分分析结合马氏距离判别法，在不同谱区建立蜂蜜品种及真伪定性鉴别模型。研究发现6100~5700 cm-1 谱区为最佳建模波段，品种判别正确率达90%以上，真伪鉴别正确率93.10% 。 （2）植物油品质分析中的应用 1994 年Sato采用近红外光谱技术鉴别大豆、玉米、棉籽、橄榄、花生及油菜等植物油种类。 陈永明等结合遗传算法建立了不同产地的橄榄油近红外分析模型, 可以快速、无损地鉴别出未知产地的橄榄油, 将为其他植物油产地鉴别提供了一种便捷手段。 在油脂植物含油量测定中的应用 刘福莉等利用傅里叶变换近红外透射光谱法扫描食用调和油中大豆油、花生油以及玉米油的光谱, 采用偏最小二乘法( PLS )建立了各自含油量的定量分析模型, 其R2EV分别为99.