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XXXX大学毕业设计(论文)开题报告学生姓名：XXXX学号：XXXXXXXX学院、系：机械工程专业：设计(论文)题目：近红外光谱信号有效提取方法研究指导教师:XXXXXXXX年XX月XX日毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1近红外光谱分析技术1.1.1近红外光谱简介近红外(NearInfrared简称NIR)光是波长范围介于可见光(VIS)与中红外(MIR)区之间的电磁波,波长范围为780～2526nm,波数范围12820～3959cm-1。该谱区是1800年Herschel发现的,由于分子在NIR谱区的倍频和合频吸收信号弱,谱带相互重叠多,信息量大,解析复杂,受当时计算分析条件的限制,一直“冷落”至20世纪50年代末,60年代后随着计算机技术的发展,近红外光谱分析技术得到迅速发展,应用领域不断扩大,在农业、医药、石油化工、纺织、化妆品、烟草、宝石鉴定等很多领域得到广泛应用。近红外光谱分析技术是综合光谱学、化学计量学(Chemometrics)和计算机应用等多学科知识的现代分析技术，分析过程的高效和绿色化又使其具有典型的现代分析特征，因而成为近年来发展较快、引人注目的光谱分析技术之一。上世纪50年代，由KarlNorris负责的美国农业部仪器研究实验室很深地介入对农产品的光学分析领域。Norris和他的同事们将快速发展的电子光学应用于大量的农产品，如土豆、西红柿、苹果，直至各类粮食的分析中。利用计算机的相关技术，Norris设法想选定一套波长的近红外光，利用对其被吸收和反射值的测定，不但能避免干扰，而且能测定这些成分的含量。掀起了近红外光谱应用的一个小高潮，近红外光谱分析技术在测定农副产品的品质方面得到了广泛使用[7]。近红外光谱工作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。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息,它常常受含氢基团X—H(XC、N、O)的倍频和合频的重叠主导,所以在近红外光谱范围内,测量的主要是含氢基团X—H振动的倍频和合频吸收。近红外光谱根据其检测对象的不同分成近红外反射光谱(NIR)和近红外透射光谱(NIT)两种。由于倍频和合频跃迁几率低,而有机物质在NIR光谱区为倍频与合频吸收,所以消光系数弱,谱带重叠严重。因此从近红外光谱中提取有用信息属于弱信息和多元信息,需要充分利用现有的光机技术、电子技术和计算机技术进行处理。计算机技术主要包括光谱数据处理和数据关联技术。光谱数据处理是消除仪器因素(灯及测量方式等),环境因素(如温度等)和样品物态(如颜色、形态等)等对光谱的影响。常采用的方法有平滑、微分、基线漂移扣减、多元散射校正(MSC)和有限脉冲响应滤波(FIR)等,也可以用小波变换来进行部分处理。数据关联技术主要是化学计量学方法。在近红外光谱的应用中我们所关心的是被测样品的组成或各种物化性质,因此,如何提取这些有用信息是近红外光谱分析的技术核心。现在的许多研究与应用表明,利用化学计量学方法进行近红外光谱分析是非常有效的。化学计量学理论在近红外光谱仪器中的应用对仪器的实用化是非常关键的。在近红外光谱分析中,被测物质的近红外光谱取决于样品的组成和结构。样品的组成和结构和近红外光谱之间有着一定的函数关系。使用化学计量学方法确定出这些重要函数关系,即经过校正,就可以根据被测样品的近红外光谱,快速计算出各种数据。现在常用的校正方法主要有,多元线性回归(MLR),主成分分析(PCA),偏最小二乘法(PLS),人工神经网络(ANN)和拓扑(Topological)方法等近红外光谱分析的特点近红外光谱技术之所以成为一种快速、高效、适合过程在线分析的有利工具,是由其技术特点决定的。近红外光谱分析的主要技术特点如下:(1)分析速度快,测量过程大多可在1min内完成。(2)分析效率高,通过一次光谱测量和已建立的相应校正模型,可同时对样品的多个组分或性质进行测定,提供定性、定量结果。(3)适用的样品范围广,通过相应的测样器件可以直接测量液体、固体、半固体和胶状体等不同物态的样品,光谱测量方便。(4)样品一般不需要预处理,不需要使用化学试剂或高温、高压、大电流等测试条件,分析后不会产生化学、生物或电磁污染。(5)分析成本较低(无需繁杂预处理,可多组分同时检测)。(6)测试重现性好。(7)对样品无损伤,可以在活体分析和医药临床领域广泛应用。(8)近红外光在普通光纤中具有良好的传输特性,便于实现在线分析。(9)对操作人员的要求不苛刻,经过简单的培训就可胜任工作。近红外分析技术操作流程近红外光谱定量分析的原理主要是利用在近红外区用漫反射光谱作定量分析,决定物质品质的主要成份。近红外技术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行的定量测定，所以应用NIR光谱进行检测的技术关键就是在两者之间建立一种定量的函数关系，依靠这种关系，就能从未知样品的光谱中求出样品的成分和含量。近红外光谱分析技术,其实就是一种间接的相对分析,通过收集大量具有代表性的标准样本,通过严格细致的化学分析测出必要的数据,再通过计算机建立数学模型,即定标,以最大限度反应被测样本群体常态分布规律,然后再通过该数学模型或定标方程,预测未知样品的所需数据。近红外光对物质的穿透能力较强,所以近红外分析不需对样品作任何预处理。近红外光子的能量比可见光低,不会对人体造成伤害,而且整个分析过程不会对环境造成任何污染,属于绿色分析技术。近红外分析技术可在数分钟内完成多项参数的测定,分析速度可提高上百倍,分析成本可降低数十倍,充分体现了快速、高效的特点。研究目的和意义在分析水果光谱信息的采集、处理、提取与利用的全过程中，现代近红外光谱分析技术的策略是运用硬件与软件技术两个手段，通过两方面来实现从复杂、重叠、变动的光谱中提取微弱信息：一方面尽量开避并提高分析信号源(样品的近红外光谱)中的有效信息率，建立完成近红外分析所需的数据集——可称为“开源”；另一方面运用化学计量学算法尽可能将样品近红外光谱中的有效信息提取出来，并将其表达为待测量——可称为“节流”。因此图l中的本列又分成“开源”与“节流”两列：近红外光谱分析运用硬、软两个手段，通过两类措施来实现“开源”：一类措施是降低光谱中的干扰信息与无效信息、可称为“去伪“；主要是指运用软件和硬件的滤波技术降低光谱(用于分析的数据)中的两种误差，即随机误差与系统误差，以增加光谱的信噪比，降低光谱的不确定性c另一类措施是增加光谱中的有效信息，充分采集与获取完成分析必需的信息，可称为“存真”。近红外光谱分析主要通过两个数据群体，采集与获取复杂背景和重叠光谱中的有效信息。（重新修改，没有仔细看）1.3近红外光谱分析技术在水果内部品质检测中的应用毕业设计（论文）开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：课题的任务和要求本课题是在掌握近红外光谱信号的数据格式和近红外光谱信号提取的一些方法的基础上，通过对近红外光谱信号有效提取方法研究和对比，应用不同的近红外光谱信号有效提取方法对一定的现有实验数据处理，找出最佳的有效信号提取方法。论文的具体研究内容1.掌握近红外光谱信号的数据格式；2.掌握近红外光谱无损检测中不同信号提取的一些方法；3.熟悉使用光谱处理软件和建模软件；4.对近红外光谱无损检测中不同信号提取方法的研究；5.通过实验数据验证找出最佳的信号提取方法;6.验证其可行性。研究方法及技术路线1.研究方法和手段：1）熟悉近红外光谱数据的格式，了解近红外光谱信号提取的一些基本方法，掌握光谱信号处理软件的操作和应用。2）通过已经采集得到的水果的近红外光谱和样品的化学糖度值，经过相应的近红外光谱信号提取方法的应用，找出最适合建模计算的最佳信号提取方法。3）3)用OMNIC、TQanalyst等软件处理水果的近红外光谱数据和糖度数据5)不同信号提取方法分析及对比,选出最佳方案2.技术路线：参考文献1.毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：指导教师：年月日所在系审查意见：系主任：年月日参考文献[1]WeyerLG.AppliedSpectroscopyReviews,1985,21(1,2):1.[2]StarkE,LuchterK,MargoshesM.AppliedSpectroscopyReviews,1986,22(4):335.[3]ZHUShi2ping,WANGYi2ming,ZHANGXiao2chao(祝诗平,王一鸣,张小超).JournalofSouthWestAgriculturalUniversity(NaturalScience)(西南农业大学学报·自然科科学版),2003,25(6):522.[4]PENGYu2hua(彭玉华).WaveletTransformandApplicationinEngineering(小波变换及其在工程中应用).Beijing:SciencePress(北京:科学出版社),1999.115.[5]DaubenchiesI.(Eds.).TenLecturesonWavelets,Philadephia:SIMPress,1992.1.[6]SHAOXue2guang,CAIWen2sheng,SUNPei2yanetal.Anal.Chem.,1997,69:1722.[7]LIUYan2de,YINGYi2bin,FUXia2ping(刘燕德,应义斌,傅霞萍).SpectroscopyandSpectralAnalysis(光谱学与光谱分析),2005,25(11):1793.[8]MallatS.IEEETrans.onPatternAnalysisandMachineIntelligence,1989,11(7):674.[9]OliverR,PierreD.IEEETrans.onInformationTheory,1992,38(2):569.[11]中华人民共和国国家技术监督局，GB8322-87，中华人民共和国国家标准一分子吸收光谱法术语，北京:中国标准出版社，1987[12]Marie-FranceLaporte,PaulPaquin,Near-InfraredAnalysisofFat,Protein,andCaseininCow'sMilk,JournalofAgriculturalFoodChem.,1999,47:2600[13]ElenaAlbanell,PalomaCaceres,GerardoCajaetal,DeterminationofFat,Protein,andTotalSolidsinOvineMilkbyNear-InfraredSpectroscopy,JournalofAOACInternational,1999,82(3):753[14]SlobodanSasic,YukihiroOzaki,Short-WaveNear-InfraredSpectroscopyofBiologicalFluids.1.QuantitativeAnalysisofFat,Protein,andLactoseinRawMilkbyPartialLeast-SquaresRegressionandBandAssignment,AnalyticalChemistry,2001,73(1):1[15]BuschKennethW,SoyemiOlusola,RabbeDennis.AppliedSpectroscopy,2000,54(9):1321.[16]DeNoordmOnnoE.ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems,1994,(25):85.[16]JINGMao,YANYan2lu,LIUGuang2tian(景茂,严衍禄,刘广田).SpectroscopyandSpectralAnalysis(光谱学与光谱分析),1991,11(3):20.[1