22626.煙葉近紅外光譜特征提取與相似性度量研究

1、I煙葉近紅外光譜煙葉近紅外光譜特征提取與相似性度量研究特征提取與相似性度量研究摘要隨著煙草企業(yè)聯(lián)合重組步伐和大品牌關(guān)注度的提高，對(duì)煙葉原料資源的整合與深度利用、產(chǎn)區(qū)煙葉風(fēng)格特色凸顯以及傳統(tǒng)的配方研發(fā)與質(zhì)量控制模式都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)原料質(zhì)量評(píng)價(jià)手段主要利用煙葉化學(xué)成分的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、煙葉外觀質(zhì)量的定性描述以及專家評(píng)吸感官質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)和煙葉質(zhì)量評(píng)判，但目前這種技術(shù)手段依然存在煙葉質(zhì)量評(píng)價(jià)滯后、不全面、不統(tǒng)一，煙葉總體質(zhì)量摸

2、不透、技術(shù)評(píng)價(jià)手段單一以及煙葉品質(zhì)區(qū)劃方法不到位等實(shí)際問題。近紅外光譜方法（NIRS）主要利用有機(jī)物中含有CH、NH、OH、CC等化學(xué)鍵的振動(dòng)，而煙葉中含有的總糖、總氮、還原糖、煙堿、葉綠素等化學(xué)成分均具有豐富含氫基團(tuán)，可通過現(xiàn)代化學(xué)計(jì)量學(xué)的手段，挖掘煙葉光譜中蘊(yùn)含的關(guān)鍵特征，為近紅外定性、定量分析提供可能，解決了單靠傳統(tǒng)化學(xué)方法難以快速完成問題。本文以近紅外光譜特征原理分析入手，圍繞著煙葉近紅外光譜特征分析、高維光譜的降維特征映射、光

3、譜波長(zhǎng)點(diǎn)變量選擇、PLS建模特征成分提取以及煙葉質(zhì)量與特色風(fēng)格的相似性度量技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)開展深入研究。本文取得創(chuàng)新成果如下：1、本文運(yùn)用譜圖解析和化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)剖析了煙葉關(guān)鍵化學(xué)成分、風(fēng)格特征成分在近紅外光譜圖中的有效表達(dá)。煙草中常規(guī)化學(xué)成分與含量較高的致香成分均與近紅外光譜之間存在直接或間接的關(guān)系，這些特征表達(dá)對(duì)煙葉定量檢測(cè)及對(duì)煙草品種、產(chǎn)地、部位、等級(jí)、風(fēng)格特色等定性判別分析有著重要基礎(chǔ)作用。2、因近紅外光譜具有“高維、重疊、非線性

4、、冗余”特征，在進(jìn)行光譜特征提取與相似性度量時(shí)會(huì)出現(xiàn)維數(shù)災(zāi)難、信息處理困難以及距離失效等問題，本文提出了基于改進(jìn)鄰域的局部保持投影方法INLPP，并在其鄰域圖構(gòu)造中加入了流行距離計(jì)算方法，將光譜數(shù)據(jù)從高維空間向低維空間的特征映射，同時(shí)保留原始數(shù)據(jù)中的豐富組成和非線性結(jié)構(gòu)信息，在低維空間下很好實(shí)現(xiàn)了煙葉光譜的內(nèi)在規(guī)律提取、可視化分析與相似性度量。同時(shí)，將INLPP算法與PCA、LDA、LPP算法進(jìn)行了對(duì)比分析，該算法能夠有實(shí)現(xiàn)降維而且能夠

5、保持非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。IIIAbstractbstractIndertorealizetheindividualevaluationcomprehensiveevaluationoftobaccoqualitythetraditionalassessmentmethodfqualityofrawmaterialmainlyusethechemicalcompositionphysicalacteristicsoftheiginaldata

6、appearancequalityoftobaccosmokingButthereexistsomedrawbackswhenthistechnologyisusedsuchasTobaccoleafqualityevaluationlaggingnotcomprehensivenotunified.Therapiddevelopmentofnearinfraredspectroscopytechnologycomputerapplic

7、ationtechnologyprovidetheadvantageftobaccoleafqualitydetectionanalysis.Nearinfraredspectroscopy(NIRS)isakindofabsptionspectruminnearinfraredregionwhichisobtainedthroughdiffusingwaybyutilizingfloodfrequencyvibrationrotati

8、onofCHN–HOHCCbondsinganicmatters.Intobaccoleafthereexistmanychemicalcompositionsincludingtotalsugartotalnitrogenreducingsugarnicotinechlophyllothersubstance.Thesesubstancescontainabundantchemicalbonds.Sonearinfraredspect

9、roscopycanbeusedtominethekeyfeatureoftobaccoleafspectrumfurthertocarryoutqualitativequantitativeanalysis.Themanydrawbacksoftraditionalchemicalmethodscanbesolved.InthisdissertationtheapplicationresearchofNearinfraredspect

10、roscopyinqualitativequantitativeanalysisoftobaccoleafwasconducted.Theresearchesincludetobacconearinfraredspectrumacteristicsanalysisthedimensionreductionofhighdimensionalspectralfeaturemappingspectralwavelengthpointsofva

11、riableionPLSmodelingacteristicsofcomponentextraction.Theinnovationachievementsareasfollows.1、FromtheAngleofmolecularspectroscopyoftobaccoleavesthedissertationputsfwardkeychemicalcompositionstyleacteristiccomponentsintoba

12、cconearinfraredspectraofeffectiveexpression.Therearedirectindirectrelationbetweenhigharomacomponentsconventionalchemicalcompositionnearinfraredspectroscopythesefeaturesontheexpressionofquantitativedetectionoftobaccovarie