水溶葡萄糖近红外光谱测试及特征波长优选算法研究

发布时间：2022-12-17 20:22

　　糖尿病是难以治愈的疾病之一,并会伴有多种并发症。血糖（葡萄糖）的检测有助于患者病情的控制和治疗,但传统的血糖检测需要采集血液样本,给生活带来很多不便。近红外光谱是一种快速无损检测技术,其在血糖检测领域受到越来越多的关注。然而近红外光谱中往往存在着大量无信息波长甚至是噪声波长,会干扰到血糖浓度的测量并增加建模的计算量,因此选择葡萄糖特定吸收的波长可以有效滤除噪声干扰并减少建模计算量。波长优选是近红外光谱分析中一个关键的环节,众多学者提出的算法已达几十种。本文结合近红外光谱的原理和特点,搭建实验平台,获取了20组不同浓度葡萄糖溶液样本的近红外光谱。通过对比溶液中葡萄糖浓度和相应光谱的变化,寻找针对葡萄糖变化的波段（特征波长）。通过探讨研究现有波长选取方法,在Anaconda中Spyder软件开发环境下,用Python语言实现了主成分分析法、移动窗口偏最小二乘法和遗传算法的程序,对所采集的样本光谱进行特征波长的搜索,并用搜索后的波长进行建模和评估。上述三种方法得到的结果都要优于全谱建模的结果,表明对波长进行优选可以提高建模质量。本文在简单遗传算法的基础上,提出了一种改进的波长优选算法。采用淘... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 研究现状
    1.3 论文主要研究内容及结构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文结构
第2章 光谱分析相关理论与实验平台搭建
    2.1 近红外光特点
    2.2 近红外光谱形成原因
    2.3 葡萄糖溶液的近红外光谱采集
        2.3.1 不同浓度葡萄糖溶液样品的制备
        2.3.2 近红外光谱检测系统的实现
        2.3.3 光谱数据的采集
    2.4 本文光谱数据的处理流程
        2.4.1 近红外模型建立过程
        2.4.2 近红外建模原理
        2.4.3 近红外模型评价指标
    2.5 本章小结
第3章 几种光谱数据处理方法对比研究
    3.1 光谱数据处理概述
    3.2 光谱数据预处理
        3.2.1 异常样本剔除相关理论
        3.2.2 异常样本剔除实现方法
        3.2.3 光谱去噪方法相关理论
        3.2.4 光谱去噪的实现
        3.2.5 光谱去噪效果对比分析
    3.3 基于主成分分析法的波长选取
        3.3.1 主成分分析法原理
        3.3.2 主成分分析法的实现
    3.4 基于移动窗口偏最小二乘法的波长选取
        3.4.1 移动窗口偏最小二乘法原理
        3.4.2 移动窗口偏最小二乘法的实现
    3.5 基于遗传算法的波长选取
        3.5.1 遗传算法原理
        3.5.2 遗传算法在波长优选中的过程
        3.5.3 遗传算法的实现
    3.6 各波长选取算法之间的对比
    3.7 本章小结
第4章 遗传算法的优化
    4.1 遗传算法局部设置及调整
    4.2 引入淘汰和优选两种搜索方向
    4.3 多种群协同搜索
    4.4 改进遗传算法的光谱数据处理
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3720586