基于红外光谱的烟叶自动分级研究

需求就愈发迫切 。现 国内外有关烟叶智能分级 的研 究基本上都着重集中在图像处理领域 。提取图像特 征 ［ ］如长 度 ， ５ ， 面积 ， 长 ， 周 长宽 比 ， 损 比 ， 均 色 残 平 调、 亮度和饱和度等 ， 大都采用最近邻算法利用这些 图像 特征 对 烟 叶进行 分级 。显 然 有些 与烟 叶 等级 密
以及 最 必要 的光谱 预处 理方 法 。利用 概 率神经 网络对 ９个 等级 的烟 叶进 行 分 组分 级 ， 先 对 首 选 光谱 数据进 行减 均值 的预 处理 以消除基 线 漂移 ， 然后将 其作 为 神经 网络 的输入模 式 ， 相应 的 等级或 组分 作为理 想 输 出训 练 网络 。选择 近半 数 的样 本 作为 训练样 本 ， 其余 为测试 样本 ； 网络
第 ４ 卷 第 ９期 １
２ １ 年 ９月 ０１
激 光 与 红 外
ＬＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖ １４ ， ｏ ９ ｏ． １ Ｎ ．
Ｓ ｐ ｅ ｅ ， ０１ ｅ ｔ ｍｂ ｒ ２ １
文章编 号 ：０ １５７ （ ０ １ ０ －９６０ １０ －０ ８ ２ １ ） ９０ ８ －５
对 于训 练样本 的正确 吻合 率为 １０ ， 试样 本 的平 均正 确 吻合 率 ９ ％ 以上。 结 果表 明烟 叶 ０％ 测 １
的红 外光谱 可 以作 为 烟 叶的分 级特征 ， 率神 经 网络可 以用 于烟 叶 自动分 级 ， 概 为烟 叶的 自动分
级提供 了新 方法 。
关键 词 ： 叶分级 ； 外光谱 概 率 ； 经 网络 烟 红 神
・来自百度文库
红 外技 术 ・
基 于 红外 光谱 的烟 叶 自动 分 级 研 究
刘 剑君 申金媛 张乐 明 ， 润杰 ， ， 刘
（． １河南省烟草公 司郑州分公 司， 河南 郑州 ４００ ；． ５０ １２郑州 大学信息工程学院 ， 河南省激光与光电信息技术 重点实验室 ， 河南 郑 州 ４００ ） ５０ １
性 ， 同的 人 对 同一 片 烟 叶很 可 能 有 不 同 的 判 断 。 不 很 容 易造 成 国家 经 济 损 失 或 与 烟农 产 生 纠纷 ， 响 影 烟农 积极 性 。所 以对 客 观 ， 正 的机 器 智 能 分 级 的 公
别不同波长。经过前单色仪的光的谱带进入了中间 狭缝 ｓ ， ２ 通过 ｓ 进入到主单色仪 ， ２ 这个光谱带经过 主单色 仪 的分 光再 次被 分光 ， 过 出射狭缝 Ｓ 通 ３后进
切相 关 的特 征如 厚度 、 叶片结 构 、 含油 分无 法 用 图像 特征 准 确描 述 ， 相反 ， 些 因素可 以 由烟 叶 的红外 光 这 谱 很 好地 被体 现 。
２ 光谱 数据 获 取及预 处 理
的能力 。要 区分两个不 同的波长的光 ， 关键就是仪 器的分辨率必须小 于这两个波长之差的十分之一。
摘
要 ： 叶的 自动分 级 一直是 国 内外 学者 智 能化 研 究 的 一个 重 要方 向。通 过 分 析烟 叶 的主 烟
要组成成分和烟叶光谱信息特征 ， 发现烟叶红外光谱可作为烟叶分级特征， 并通过神经 网络模 型验证 了红 外光谱 作 为其分 级特 征 的可行 性 ， 通过对 比分 析选 取最 佳红 外光 谱 间隔 、 谱 范 围 光
中图分 类号 ：Ｐ ８ Ｔ １３ 文献标 识码 ： Ａ ＤＯ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ －０ ８ ２ １ ．９ ０ ０ Ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ．０ １５ ７ ．０ １ ０ ． １ ｓ
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１ 引 言
光谱结合概率神经网络对烟叶进行分组分级研究 。
基金项 目： 南省烟 草专卖 局科学 计划 与计划 开发项 目（ ｏ 河 Ｎ ２０ ） ０ ８ 资助 。 作者简介 ： 刘剑君（ ９ ２一） 男 ， １７ ， 助农 师 ， 研究 方向为烟 叶分级 。 收稿 日期 ：０ １ －４ 修订 日期 ：０ １０ —９ ２ １ ￣３０ ； ２ １ － １ ４
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因 烟叶 中所 含 碳 、 基 团 （ Ｃ—Ｏ， 氢 如 Ｃ—Ｈ 基
团） 的红外光谱的合频与被频吸收¨ ４， Ｉ 烟叶的红外 ］
光谱 与烟 草 内在 特 征和化 学成 分都 密切 相关 。烟叶
等级不同， 其红外光谱信号不 同． 本文利用烟叶红外
激 光 与 红 外
Ｎ ． ２ １ ｏ９ ０ １
Ｕ ３０ Ｖ一 ６ ０的测量 范 围覆 盖 了从 紫外 到红 外 光
本 实验 的光 谱数 据 由 岛津 Ｕ Ｖ一３０ ６０分 光 光度 计获 取 。其基 本 原理 光路 如 图 １ 示 。 所
谱， 跨度较大。其有效测量谱所包含的信 息量非常
巨大， 这样就很有必要选取 合适 的吸收谱。本文选 取烟叶的红外吸收谱作为其分组分级特征 ， 理论基 础 如下 ： （） １ 烟叶等级划分的 ７大因素中的成熟度与烟 叶内在的化学成分与结构有着密切 的关系。众所周 知， 物质 的谱 信 息 能 反 映 物质 的特 性 和 组 分 。红 外 光谱其实反映的是 ｃ— Ｃ— Ｏ， Ｈ基团的和频与倍频 吸收 ； 而烟 叶作 为一 种植 物 ， 内在 的化学成 分 中含 其
即光源决定分光光度计 的波长测量范围， 衍射光栅 决定 其 最小 采样 波 长 间 隔 ， 电探 测 器决 定 其 测 量 光
精 度 。将获 得 的原 始 光 谱 数 据 做 预处 理 ， 了 消除 为
基线漂移和机器 噪声 ， 对原始光谱数据进行了减均
值 的预 处 理 。
３ 烟 叶特 征谱 选择
刘剑 君等
基于红外光谱 的烟叶 自动分级研究
９７ ８
目前烟叶分级基本上 都停留于人工分级 ， 我国 烟叶分级方法也一样 ， 依靠专家依据大量的经验 ， 通 过眼， ， 鼻 手等从感观上对烟叶等级进行确认。可见 这种传统 的“ 师傅带徒弟” 的分级方式不仅 每年 式 要 花 费很 多 的人 力 物力 ， 且 具 有 很 强 的 主 观 随 意 而
入 滤镜 Ｆ 经 过 反光 ， 过一 个 斩光 器将 光 分 为相 同 ， 通 的两束 光 ， 一个 为样 本光 ， 个为 参 比光 。两束 光经 一
过 ＭＩ ～ ５ Ｏ Ｍ１ 被送人检测器 。光栅和出射狭缝的特 征， 以及光栅和出射狭缝 的位置决定 了仪器的分辨 率 。这里所谓的分辨率是指一个仪器分辨不同波长