基于组合滤波的鱼油二十碳五烯酸含量近红外光谱检测.pdf

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1、第32卷第1期3122叭6年1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．1Jan．2016基于组合滤波的鱼油二十碳五烯酸含量近红外光谱检测蔡剑华，胡惟文，王先春(湖南文理学院信息研究所，常德415000)摘要：为了提高鱼油二十碳五烯酸(eicosapentaenoicacid，EPA)含量的测定精度，该研究将经验模态分解(empiricalmodedecomposition，EMD)和数学形态学滤波相结合的近红外光谱去噪方法应用于鱼油的一阶导数光谱预处理中，给出了方法的原理和步骤

2、，评估了该方法的去噪效果。运用偏最小二乘回归(partialleastsquaresre卿ssion，PLSR)建立了鱼油EPA近红外光谱的预测模型，用处理后的光谱计算了鱼油中EPA的含量，并与九点平滑和小波变换方法的处理结果进行了对比分析。结果表明：与传统的九点平滑处理结果相比，信噪比(signaltonoisemtio，SNR)从14dB左右提高到35dB左右，原始信号与消噪信号之间的标准差由0．00571降到0．00226；预测集的决定系数由O．9593提高到0．9879，预测均方根误差(motmeaIlsquareerror，RMsE)由0．060l降为0．03l2。证明

3、了组合的EMD和数学形态学滤波方法在光谱处理过程中的可靠性，提高了鱼油EPA含量近红外光谱的定量分析精度。关键词：光谱测定；模型；经验模态分解；数学形态滤波；近红外光谱；鱼油；去噪doi：10．11975，j．issn．1002—6819．2016．01．043中图分类号：0657．3文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一01—0312—06蔡剑华，胡惟文，王先春．基于组合滤波的鱼油二十碳五烯酸含量近红外光谱检测【J】．农业工程学报，2016，32(01)：312—317．doi：10．11975，j．issn．1002—6819．2016．01．043http

4、：／^^n^nntcsae．orgCaiJianhua，HuWeiwen，WangXianchun．Nea卜in妇dspectrumdetectionoffishoileicosapentaenoicacidcontentbasedoncombinationalfiltering[J】．TransactionsoftheChineseSocietyofAgdcultumlEn西neering(TmnsactionsoftheCSAE)，2016，32(01)：312—317．(inChinesewithEndishabstract)doi：10．11975，j．issn．1002

5、—6819．2016．01．043http：／^vww．tcsae．org0引言1材料与方法Dverber等人发现鱼油中所含二十碳五烯酸(eicosaDentaenoicacid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosallexaenojcacid，DHA)具有抗血栓和抗动脉硬化的医药作用，从此鱼油制药品和食品深受人们的喜爱和关注【Ⅷ。近几年来，近红外光谱分析技术成为了对鱼油中的EPA和DHA进行定性、定量分析研究的重要手段【21。但在背景噪声下，鱼油吸收光谱的部分谱峰往往会被噪声淹没，难以辨别，而有价值的信息多以特征峰或相关峰形式存在㈣。所以为了凸显光谱的峰值信息，需要对光谱数据

6、进行去噪处理，提高其信噪比。常用的平滑滤波方法有丢失光谱信号高频特征的缺陷㈣。小波变换和经验模态分解(empiriealmodedecomposition，EMD)近几年来被广泛应用到光谱的去噪中，取得了不错的效果，但仍存在不足，如：小波方法中的小波函数的选择，分解层数的确定M，EMD分解中的模态混叠等同。本文结合EMD与数学形态学滤波各自的优点，提出了一种光谱预处理方法，并首次将它引入到鱼油EPA含量近红外光谱检测中来，探索一种提高近红外光谱测定鱼油EPA含量的新方法。收稿日期：2015一07—26修订日期：2015—11一17基金项目：国家自然科学基金项目(41304098)

7、；湖南省教育厅青年项目(1380761；湖南省重点建设学科一光学基金；湖南文理学院博士启动项目。作者简介：蔡剑华，男，湖南桂阳人，副教授，博士，主要从光电信号处理等方面的研究工作。常德湖南文理学院信息研究所，415000。Email：cjhl021cjh@163．com1．1经验模态分解和数学形态学基本变换经验模态分解，由美籍华人科学家诺顿·黄提出，又叫Huang变换，它能将信号分解为一组固有模态函数fintrinsicmodefunction，IMFl和的形式，是一个从高频到低