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专利号: 2020112527675
申请人: 浙江农林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种红木品种的快速鉴别方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:拉曼光谱和荧光光谱信号的分离;

步骤1.1,分别获取檀香紫檀和卢氏黑黄檀样本各n个,分别记为ST1,ST2,ST3,…,STn,SL1,SL2,SL3,…,SLn;

步骤1.2,对于檀香紫檀样本ST1,放置积分球于样本ST1上,调节可谐调激光器的输出波长为340nm,然后通过积分球的窗口照射到样本ST1,产生的光谱信号经积分球收集并从另一窗口出射,然后经光纤进入CCD光谱仪,其光谱信号记为步骤1.3,调节可谐调激光器的输出波长分别为360nm和380nm,并保持输出功率与步骤

1.2中的激光器输出功率一致,然后参照步骤1.2对样本ST1进行光谱采集,其光谱信号分别记为 和

步骤1.4,为消除由于激光能量等因素引起的光谱强度变化,对 和 进行归一化处理,即对于每个光谱,将光谱中每个波长的光谱强度减去该光谱中的最小光谱强度之差除以光谱中的最大光谱强度与最小光谱强度之差,处理后的光谱分别记为和

步骤1.5,将不同激发波长下获取的光谱信号进行相减,会去除荧光信号而保留拉曼信号;将光谱 减去 相减后光谱强度为负值的部分置为0,处理后的光谱记为将光谱 减去 相减后光谱强度为负值的部分置为0,处理后的光谱记为步骤1.6,为减少拉曼谱峰强度的信号丢失,将光谱 和 重叠比较,取每个波长的光谱较大值构成处理后的光谱记做 即对于 中的每个波长,其光谱值均取光谱和 中的较大值;将 作为样本ST1的拉曼光谱;

步骤1.7,将光谱 减去 相减后的光谱记为 该光谱作为样本ST1的荧光光谱;

步骤1.8,对于檀香紫檀样本ST2,ST3,ST4,…,STn和卢氏黑黄檀样本SL1,SL2,SL3,…,SLn,参照步骤1.1~1.3获取三个激光波长照射下的光谱信号,参照步骤1.4~1.7进行样本拉曼光谱和荧光光谱信号分离,分离后样本ST2,ST3,ST4,…,STn的拉曼光谱和荧光光谱分别记为和 样本SL1,SL2,SL3,…,SLn的拉曼光谱和荧光光谱分别记为 和

步骤2:特征光谱的提取及判别模型的建立;

步骤2.1,对于拉曼光谱 求其平均值,即步骤2.2,对于拉曼光谱 按照步骤2.1求平均值,平均值光谱记为步骤2.3,将光谱 减去 相减后的光谱记为步骤2.4,对于光谱 取光谱强度正值最大的10个谱峰和负值最大的10个谱峰,其波长分别记为λZ1,λZ2,λZ3,…,λZ10和λE1,λE2,λE3,…,λE10;

步骤2.5,对于光谱 和 分别获取λZ1波长下的光谱强度,分别记为和 将 除以 即

步骤2.6,对于光谱 和 分别获取λZ2,λZ3,λZ4,…,λZ10波长下的光谱强度,并参照步骤2.5计算相应的kλ值,分别记为步骤2.7,对于光谱 和 分别获取λE1,λE2,λE3,…,λE10波长下的光谱强度,并参照步骤2.5计算相应的kλ值,分别记为步骤2.8,对于 取其最大的3个值,其对应的波长作为拉曼光谱的三个特征波长,分别记为λ1,λ2,λ3;

步骤2.9,对于 取其最小的3个值,其对应的波长作为拉曼光谱的另三个特征波长,分别记为λ4,λ5,λ6;

步骤2.10,对于样本ST1的拉曼光谱 获取λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6波长的特征光谱,记为步骤2.11,对于拉曼光谱 按照步骤2.10分别获取λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6波长的特征光谱,分别记为

步骤2.12,对于拉曼光谱 按照步骤2.10分别获取λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6波长的特征光谱,分别记为

步骤2.13,对于样本ST1,ST2,ST3,…,STn的荧光光谱 参照步骤2.1求平均值,平均值光谱记为

步骤2.14,对于荧光光谱 在400nm到500nm波段范围内寻找光谱强度最大的谱峰,该谱峰的波长记为λF1;

步骤2.15,对于样本ST1的荧光光谱 获取λF1波长处的光谱,记为步骤2.16,对于荧光光谱 和 按照步骤2.13-

2.15获取λF1波长处的光谱,分别记为 和步骤2.17,为有效融合样本的拉曼和荧光特征光谱,并扩大檀香紫檀和卢氏黑黄檀两者的光谱差异,采用样本的拉曼和荧光特征光谱构建特征量;对于样本ST1的拉曼特征光谱和荧光特征光谱 构建6个特征量

6个特征

量分别记为

步骤2.18,对于样本ST2,ST3,ST4,…,STn的拉曼特征光谱和荧光

特征光谱 参照步骤2.17分别构建相应的6个特征量,分别记为

步骤2.19,对于样本SL1,SL2,SL3,…,SLn的拉曼特征光谱和荧光

特征光谱 参照步骤2.17分别构建相应的6个特征量,分别记为

步骤2.20,对于檀香紫檀样本ST1,ST2,ST3,…,STn,将其类别值设为1;对于卢氏黑黄檀样本SL1,SL2,SL3,…,SLn,将其类别值设为-1;

步骤2.21,采用多元线性回归方法将檀香紫檀和卢氏黑黄檀样本的6个特征量与其类别值进行关联,建立檀香紫檀和卢氏黑黄檀的判别模型,具体模型如下:Y=a1*G1+a2*G2+a3*G3+a4*G4+a5*G5+a6*G6+b,其中Y为预测的类别值,G1,G2,G3,G4,G5,G6为檀香紫檀和卢氏黑黄檀样本的6个特征量,a1,a2,a3,a4,a5,a6为判别模型的系数,b为截距;

步骤3:红木品种的快速鉴别;

步骤3.1,获取两类红木品种中的待检测样本一个,记为Sp;

步骤3.2,参照步骤1.2和1.3,获取样本Sp在3个激光波长照射下的光谱,分别记为和

步骤3.3,对于光谱 和 参照步骤1.4进行归一化处理,参照步骤1.5~1.8进行拉曼光谱和荧光光谱信息的分离,分离获得的拉曼光谱和荧光光谱分别记为 和步骤3.4,对于拉曼光谱 参照步骤2.10,获取λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6波长的特征光谱,记为

步骤3.5,对于荧光光谱 参照步骤2.15,获取λF1波长处的特征光谱,记为步骤3.6,对于特征光谱 和 参照步骤2.17构建6个特征量,分别记为

步骤3.7,将6个特征量 代入步骤2中所建立的判别模型,获取相应的Y值;当Y值大于0时,则判定待检测样本Sp为檀香紫檀,当Y值小于等于0时,则判定待检测样本Sp为卢氏黑黄檀,从而实现檀香紫檀和卢氏黑黄檀品种的快速鉴别。