基于光纤光谱技术的南疆冬枣多角度定量检测模型研究
光纤光谱技术可以快速、准确、非接触式的获得被测样品光谱信息,而角度因素对非接触式测量有很大影响。为定量描述由于光源天顶角（θi）、探测天顶角（θr）、相对方位角（Φ）带来的不同角度反射率差异,影响南疆冬枣品质检测精度。因此,开展了室内不同光源天顶角和不同相对方位角探测试验,分析影响南疆冬枣品质检测的特征角度、探索不同光源天顶角和不同相对方位角的南疆冬枣光谱反演方法、以及南疆冬枣多角度品质定量检测模型的验证等方面研究,主要研究结论如下:（1）以南疆冬枣为研究对象。分别进行光源天顶角为69.2°、63.62°、59.32°、55.79°、52.78°,探测天顶角为33.5°,相对方位角为180°和光源天顶角为69.45°,探测天顶角为33.5°,相对方位角为120°、130°、140°、160°、170°、180°下的南疆冬枣品质定量检测试验,将采集的光谱经预处理后分别与水份和可溶性固形物（SSC）建立南疆冬枣PLS水份模型和冬枣PLS-SSC模型,对比模型精度,不同光源天顶角南疆冬枣水份模型相关系数R分别为0.942、0.953、0.941、0.999、0.658;SSC模型分别为0.718、0.960、0.996、0.991、0.883。不同相对方位角南疆冬枣水份模型相关系数R分别为0.984、0.661、0.643、0.919、0.938、0.925;SSC模型分别为0.941、0.888、0.412、0.977、0.837、0.318。结果表明,光源天顶角为55.79°,探测天顶角为33.5°,相对方位角120°时建立的南疆冬枣PLS水份模型最佳,对冬枣水份检测精度的影响最大;光源天顶角为59.32°,探测天顶角为33.5°,相对方位角160°时建立的南疆冬枣PLS-SSC模型最佳,对冬枣SSC检测精度的影响最大。（2）分别使用Rojean模型和Ross-Li模型反演南疆冬枣不同相对方位角度和不同光源天顶角度下的光谱。当光源天顶角为69.45°,探测天顶角为33.5°,相对方位角度依次增大时,两种模型都在160°下反演南疆冬枣光谱的精度最高。当相对方位角为180°,探测天顶角为33.5°,光源天顶角依次增大时,用Rojean模型在光源天顶角为59.32°下反演南疆冬枣光谱的精度最高;用Ross-Li模型在光源天顶角为52.78°下反演南疆冬枣光谱的精度最高。两种模型在550～620 nm、700～950 nm的波长范围下拟合效果最好;在450～540 nm和640～690 nm波长范围下拟合效果较差,其原因可能是在640～690 nm处有吸收峰造成干扰。因此,使用Rojean模型比Ross-Li模型更适合反演南疆冬枣不同相对方位角度和不同光源天顶角度下的光谱。（3）将试验测得、Rojean模型反演得到、Ross-Li模型反演得到的在光源天顶角为69.45°,探测天顶角为33.5°,不同相对方位角度下的南疆冬枣光谱分别与南疆冬枣的水份和SSC建立的南疆冬枣PLS水份模型和SSC模型对比分析,研究发现,使用Rojean模型和Ross-Li模型反演得到的在光源天顶角为69.45°,探测天顶角为33.5°,相对方位角为120°下的冬枣PLS水份模型和SSC模型最佳,其相关系数R为0.998,0.997。将试验测得、Rojean模型反演得到、Ross-Li模型反演得到的在探测天顶角为33.5°,相对方位角为180°,不同光源天顶角度下的南疆冬枣光谱分别于南疆冬枣的水份和SSC建立的南疆冬枣PLS水份模型和SSC模型对比分析,研究发现,使用Ross-Li模型和Rojean模型反演得到的在光源天顶角为63.62°,探测天顶角为33.5°,相对方位角为180°下的南疆冬枣PLS水份模型和SSC模型最佳,其相关系数R为0.999,0.998。试验结果表明,在光源天顶角为63.62°,探测天顶角为33.5°,相对方位角为120°时,使用Rojean模型和Ross-Li模型反演的光谱建立的南疆冬枣品质模型预测效果更好,可以有效减小南疆冬枣品质检测时角度因素带来的误差,提高南疆冬枣品质检测精度,为提高户外南疆冬枣无损检测精度提供参考。
- 作者：
- 张辉
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 罗华平
- 中图分类号：
- TS255.7；O657.3
- 关键词：
- 光纤光谱；南疆冬枣；双向反射分布函数；Rojean模型；Ross-Li模型
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目“南疆红枣多尺度高光谱偏振定量遥感模型研究”（项目编号:11964030）课题主持人:罗华平教授（塔里木大学）