《高光谱检测技术》PPT课件

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1、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第一节近红外光谱检测技术一、基本概念二近红外光谱分析原理四、近红外光谱定量分析的流程与步骤三、近红外光谱的常见分析方法五、近红外光谱分析技术的优缺点六、近红外光谱技术在食品检测中的应用七、近红外光谱检测系统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。一、基本概念400-800纳米1纳米=10米1000纳米=0,000

2、001米=0,001毫米可见光200紫外0,2X-射线近红外1200-2400中远红外收音机3mm-20cm10m-30km-9红外光谱微波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()leIIba+

3、-=03.近红外光与固体样品的作用食品物料的光学特性主要包括光反射率、光透过率、光吸收率、光密度、光发射现象等，如图。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

4、能量I：光通过样品后的出射能量（3）反射率R（Reflectance）Lambert-BeerLaw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)åå=-==-=clTAIITclIIaaln/)exp(00二、近红外光谱分析原理近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团X-H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收。

5、不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别，NIR光谱具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成与性质的测量。对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动---弯曲振动---剪切振动三、近红外光谱的常见分析方法透射光光谱法反射光谱法可用于定性和定量分析透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互作用后的光，若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经过的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决定。反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一侧，检测

6、器检测到的分析光是光源发出的作用光投射到物体后，以各种方式反射回来的光。物体对光的反射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后，在物体表面或内部发生的方向不定的反射。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

7、析(PCA)结合Mahananobis距离判据,既利用了PCA处理不丢失信息的特点,又利用Mahananobis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(multiplelinearregression,MLR)主成分回归法(principalcomponentregress