啤酒新鲜度是市场消费者非常关注的品质指标, 也是各大啤酒公司的核心竞争力。 传统啤酒新鲜度检测方法一般需要十分昂贵的分析仪器和化学试剂, 消耗大量时间, 检测成本较高。 随着啤酒的老化, 啤酒中的成分物质亦将发生变化, 其对应的光谱特征也将发生改变。 利用光谱分析技术, 挖掘表征啤酒老化的光谱特征, 构建啤酒新鲜度指数(BFI), 可实现啤酒新鲜度的快速、 无损检测。 将新鲜啤酒分三等份装入相同容器, 其中2份为避光保存, 1份为光照下保存, 用PSR-3500光谱仪对啤酒样品进行光谱采集, 每隔24 h采集一次, 共采集6次, 获得不同新鲜程度啤酒的光谱数据。 对采集的光谱数据进行特征波段选择、 包络线去除等预处理, 增强后的光谱显示842.0 nm处的波谷深度随放置时间的增长而变小, 因此基于842.0 nm的波谷深度构建反应啤酒新鲜度的光谱特征指数(BFI)。 实验结果表明, BFI值随放置时间的增长而逐渐下降, 且避光保存的两组样品BFI值下降速率基本一致, 而由于光照加速了啤酒中的老化反应, 使得光照保存的样品BFI值下降速率较快, 结果显示BFI能够较好指示啤酒的新鲜程度。 此外, 通过模拟不同光谱分辨率与信噪比水平, 评价BFI对光谱检测设备性能的敏感性。 具体地, 利用高斯函数分布函数和平均分布函数分别生成光谱分辨率为5～40 nm的数据和信噪比为10～60 dB的数据, 对其进行特征波段选择、 包络线去除等预处理, 计算BFI值并进行分析。 实验显示, 当光谱分辨率低于15 nm、 信噪比低于10 dB时, 样品842.0 nm的光谱吸收特征逐渐被掩盖, BFI将难以指示啤酒的新鲜程度。 然而, 只要在798～872 nm及附近波段光谱分辨率优于10 nm、 信噪比不低于35 dB, BFI即可准确指示啤酒新鲜度, BFI对光谱仪的性能要求并不严苛。 综上所述, BFI能够准确指示啤酒新鲜度, 服务于便携式啤酒新鲜度光谱检测设备的设计与研发, 促进光谱分析技术在啤酒品质无损检测及相关领域的应用推广。

地物光谱不确定往往使同种地物光谱之间存在一定程度的差异, 影响了地物的识别精度, 对光谱角制图算法的地物识别效果也会产生一定的影响。 光谱角制图算法(spectral angle mapper, SAM) 是基于光谱曲线整体相似性的一种算法, 在高光谱遥感信息分类中应用广泛, 但在计算两条地物光谱曲线的相似性时并没有考虑地物光谱不确定性的影响, 因此往往会不能正确识别出目标地物。 针对地物光谱的不确定性, 研究了光谱角制图算法的适用性, 并对光谱角制图算法进行了改进。 改进的基本思路为: 设置测试光谱与参考光谱各波段的光谱差异量为一相同值, 并根据同种地物光谱向量之间夹角最小的原则, 利用求导的方法求出光谱差异量, 以克服地物光谱不确定性的影响。 为了验证改进效果, 利用USGS的五种高岭石标准光谱, 在考虑地物光谱不确定性的情况下, 分别选择局部波段和全局波段计算高岭石标准光谱之间的光谱角, 并对光谱角计算结果和光谱角制图算法的适用性进行了分析。 通过USGS标准矿物光谱数据的实验证明: 改进的光谱角度制图算法利用光谱差异量可以有效表征同种地物光谱的差异, 能够克服地物光谱不确定性的影响并提高地物识别的精度, 对地物光谱不确定性具有更好的适用性, 并对基本符合光谱差异向量各维值相等的局部波段组合具有更好的效果。