基于最小二乘向量机土壤水分动态模拟与分析

土壤水分动态的模拟对水分循环与农业生产中水分的合理利用与管理具有重要的意义.应用最小二乘支持向量机对加入气象因子随机变量的红壤中土壤水分动态变化进行了训练、检验及模拟.结果表明,最小二乘支持向量机相比与神经网络方法不论是模拟性能指标还是建模的数学意义都有更好的可靠性和优越性;本研究应用最小二乘支持向量机对土壤水分动态日变化进行了模拟,并采用bior 3.3小波函数5层分解提取日变化趋势图进而把该研究区土壤水分日变化划分为4个阶段,其结果可为研究区水分合理利用和土壤墒情的预测预报提供科学依据.     

基于支持向量机分类的遥感土壤盐渍化信息监测

遥感技术在大尺度土壤盐渍化检测方面有着宏观性、实时性、动态性等优势和广阔的应用前景,但是传统的遥感图像分类方法精度不高、分类效率较低和不确定性.提出了基于支持向量机(SupportVectorMachine,SVM)的分类方法,介绍了SVM算法的基本原理,通过支持向量机分类法与传统分类方法(最大似然法和最小距离法)在盐渍化信息提取结果上进行对比,表明基于SVM的遥感图像分类方法能够较好的检测土壤的盐渍化信息,分类总精度达到95.66%,比最大似然法和最小距离法分类精度(分别为91.54%和85.42%)更高,因此更适合于遥感图像分类和盐渍化信息检测.     

面向对象土地覆被图像组合分类方法

研究了支持向量机在面向对象土地覆被图像分类中的应用技术,提出采用最小二乘支持向量机（LSSVM）与模糊灰色关联度联合评估（FG）相结合的一种新的组合分类方法简记FG-LSSVM,为土地覆被分类提供一种可行的高精度分类途径。根据图像上不同对象的空间尺度和光谱值特征,基于稳健的核密度梯度分割算法提取具有任意形状和唯一标识的均质对象后,为了比较提出方法的性能,采用原始对象样本依次验证了3个面向对象分类方法,即标准支持向量机方法、以模糊贴近度作为模糊因子的模糊支持向量机方法和传统K最近邻面向对象分类方法。实现了一个高精度面向对象土地覆被图像分类信息系统。试验结果表明：提出的FG-LSSVM面向对象方法相比标准支持向量机、模糊支持向量机与K最近邻方法试验精度约提高2.4%左右。提出的方法在识别效果上,符合研究区实际分类应用的要求。     

基于支持向量机的小流域水蚀预报模型研究

 土壤侵蚀过程复杂,很难直接应用土壤侵蚀预报方程进行定量计算。作为一种新的机器学习算法,支持向量机在样本有限的情况下,采用结构风险最小化准则,把学习问题转化为一个二次规划问题,从而得到唯一的全局最优解。首次尝试将最小二乘支持向量机技术用于土壤侵蚀预测,并与BP神经网络的方法进行了对比,取得了较好的预测精度。     

基于高光谱的柑橘叶片钾含量快速诊断模型

及时准确地监测柑橘树体钾营养状况,有助于科学施肥,提高柑橘果实的品质和产量。试验对采集的W·默科特叶片钾含量及叶片光谱信息进行相关性分析,利用主成分分析和连续投影算法进行降维处理,同时结合偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机回归分别建立了叶片钾含量预测模型。结果显示,柑橘叶片钾含量特征波长主要集中在450～600 nm、700 nm左右、980～1030 nm区域;最小二乘支持向量机回归模型的预测效果明显优于偏最小二乘回归模型,预测集相关系数达0.91。结果表明,利用高光谱成像技术结合最小二乘支持向量机回归可实现对柑橘叶片钾含量的快速诊断。     

光源光斑直径对苹果霉心病近红外检测的影响

为实现中早期霉心病苹果的有效剔除以提高苹果的整体品质，该研究利用近红外光谱技术对苹果霉心病进行快速无损检测，从光谱和分类模型两方面探究光源光斑直径对苹果霉心病检测的影响。在30、50 及70 mm光源光斑直径条件下采集了苹果样本的透射光谱，分析不同光源光斑直径下健康苹果和霉心病苹果的光谱差异，然后应用支持向量机（support vector machines，SVM）和粒子群算法优化-最小二乘支持向量机（particle swarm optimization-least squares support vector machine，PSO-LSSVM）方法建立苹果霉心病的分类模型，并对不同光源光斑直径下的分类模型性能进行对比。在此基础上，采用竞争自适应重加权采样（competitive adaptive reweighted sampling, CARS）方法筛选特征波长变量并建立分类模型。研究结果表明，30 mm光源光斑直径对苹果霉心病的检测效果最好，建立的SVM和PSO-LSSVM分类模型性能均最优。30 mm光源光斑直径下，最优PSO-LSSVM模型的预测集的灵敏度、特异度和正确率分别为89.5%、95.5%和92.7%。CARS-PSO-LSSVM分类模型性能比全波段的分类模型性能略有下降，预测集的灵敏度、特异度和正确率分别为89.5%、90.9%和90.2%，但建模变量数仅占原波长变量数的4.2%，有效地简化了分类模型。该研究为苹果霉心病的快速无损高精度检测提供技术支撑。     

基于多光谱成像技术的大麦赤霉病识别

该文提出了一种根据大麦多光谱图像实时识别大麦赤霉病害的方法。首先利用阈值分割以及形态学的处理算法去除大麦穗图像背景和麦芒干扰信息;其次从预处理后的多光谱图像中提取图像的颜色统计特征;最后将这些颜色统计特征数据经过预处理后应用偏最小二乘法（principal component analysis, PLS）进行模式特征分析,经过交互验证法判别选取最佳的主成分数,输入到最小二乘-支持向量机模型(least square-support vector machine, LS-SVM),建立病害识别模型。经过比较发现多元散射校正处理后,最佳主成分为1的最小二乘支持向量机模型对病害的识别准确率最高,达到93.9%。表明利用多光谱成像信息可对大麦赤霉病进行准确识别,为植物病害监测与防治提供了一条新方法。     

基于图像识别的小麦腥黑穗病害特征提取与分类

小麦的网腥、印度腥与矮腥黑穗病危害小麦生产与人体健康,是出入境检验检疫的重要对象。该文利用小麦腥黑穗病害显微图像,采用图像分析与识别技术进行了小麦的网腥、印度腥及矮腥3类病害的分类识别。在分离出单个病害孢子图像的基础上,提取了3类病害孢子图像的16个形状和纹理特征,通过分析,从中选择小麦病害孢子的6个典型特征,并分别用最小距离法、BP神经网络和支持向量机分类器对提取的96个小麦腥黑穗病害孢子图像进行了分类试验,结果表明:支持向量机法对小麦腥黑穗病的分类识别能力优于最小距离法和BP神经网络,总体识别率达到82.9%。因此,采用图像分析技术和支持向量机识别方法进行小麦腥黑穗病害诊断的方法具有可行性。     

基于局部二值模式和灰度共生矩阵的籽棉杂质分类识别

籽棉杂质的分类识别是实现棉花生产线自适应加工的基础与重要依据。该文提出了一种基于局部二值模式和灰度共生矩阵的籽棉杂质分类识别算法,该算法将含杂籽棉图像首先转换为局部二值模式图像,获取图像的微观结构,再用局部二值模式图像生成灰度共生矩阵并计算特征参数,获取图像宏观结构。使用支持向量机作为分类器,用不同尺度的图像结构进行训练,从而达到籽棉杂质的分类识别。试验结果表明,该文设计算法对各种杂质的平均正确识别率达到了94%,超过单独使用局部二值模式和单独使用灰度共生矩阵的正确识别率,为实现棉花自适应加工提供了技术基础。     

利用高光谱成像技术和多变量校正方法检测苹果的硬度（英）

高光谱图像集图像信息与光谱信息于一身,应用于农产品品质无损检测领域。该研究尝试利用高光谱图像技术结合多变量校正方法检测苹果硬度的可行性。试验通过获取的高光谱图像中提取有效的光谱信息来建立预测苹果硬度的预测模型。在建立模型过程中,偏最小二乘（PLS）和支持向量回归（SVR）两种多变量校正方法被比较,结果表明在785.11～872.45 nm范围内,SVR模型的性能优于PLS模型,模型对硬度预测结果的相关系数为0.6808。试验结果表明高光谱图像技术可以被用来检测苹果的硬度。     

基于相移算法的苹果果梗/花萼检测方法

由于苹果表面缺陷与果梗/花萼具有相似的灰度特征,通过传统机器视觉方法难以对两者进行有效区分。为避免苹果果梗/花萼对其表面缺陷识别造成干扰,该研究提出了一种基于相移算法的苹果果梗/花萼检测方法。通过搭建条纹投影系统,投影仪投射三步相移条纹至苹果样本,摄像机同步采集经苹果表面调制的条纹图像;通过分析发现果梗/花萼区域的条纹图像凹凸性与正常区域存在明显差异,利用三步相移算法恢复条纹图像的截断相位,结合相位偏移、阈值分割和二维凸包算法便可检测出苹果果梗/花萼。试验结果表明：该方法能够有效地区分果梗/花萼和表面缺陷,识别出不同位置和角度的果梗/花萼,整体准确率可达到99.12%;同时能够满足在线检测需求,平均处理时间约为0.479s。该研究可为苹果外观品质检测提供技术支持。     

AE—Automation and Emerging Technologies: On-line Fruit Grading according to their External Quality using Machine Vision

This paper presents apple grading into four classes according to European standards. Two varieties were tested: Golden Delicious and Jonagold. The image database included more than a 1000 images of fruits (528 Golden Delicious, 642 Jonagold) belonging to the three acceptable categories—Extra, I and II—and the reject (each class represents, respectively, about 60, 10 and 20% of the sample size).The image grading was achieved in six steps: image acquisition; ground colour classification; defect segmentation; calyx and stem recognition; defects characterisation and finally the fruit classification into quality classes.The proposed method for apple external quality grading showed correct classification rates of 78 and 72%, for Golden Delicious and Jonagold apples, respectively. Taking into account that the healthy fruit were far better graded and considering that this class was under represented in the sample compared with the fruit population, the results of the proposed method (an error rate which drops to 5 and 10%, respectively) are compatible with the requirements of European standards.     

适宜西瓜检测部位提高近红外光谱糖度预测模型精度

为了提高中国厚皮类瓜果的品质质量和出口能力,增强中国水果品质检测装备制造业的技术实力和技术水平。该文以西瓜为对象,对其糖度进行了试验研究。由于西瓜各部位存在差异,因而不同部位采集近红外光谱会对糖度预测模型精度产生影响。采用自主搭建的西瓜内部品质检测系统对不同批次西瓜瓜梗、瓜脐和赤道3个部位采集漫透射光谱信息,分别采用偏最小二乘回归法(partial least squares regression,PLSR)和最小二乘支持向量机法(least squares support vector machines,LS-SVM)2种方法对西瓜糖度建立预测模型,考察西瓜不同检测部位对西瓜糖度预测模型精度的影响。2种预测模型均显示,赤道部位采集光谱所建立的预测模型检测精度较差,而采用瓜脐部位获取光谱信息建立预测模型略好于瓜梗部位,最佳预测相关系数rpre达到0.823,预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)为0.652%。该研究结果表明,不同部位采集光谱信息对最终的检测模型精度有影响,瓜脐部位为该文西瓜内部品质检测装置的较优采集部位。     

基于激光散斑的梨缺陷与果梗/花萼的识别

为了测试利用激光散斑技术区分梨的缺陷与果梗/花萼的可行性,建立了激光散斑图像采集系统,对皇冠梨缺陷(腐烂)部位以及完好部位(花萼/果梗,无缺陷部位)分别进行了激光散斑图像的采集。利用Fujii方法(Fujii’s method)和加权广义差分方法(weighted generalized differences,WGD)对512幅散斑图像进行分析,对得到的Fujii和WGD结果图进行灰度共生矩阵特征提取,分别提取了角二阶矩、熵、惯性矩和相关性相应的均值及标准差,共计16组特征量。利用ROC曲线(receiver operator characteristic curve,ROC)进行特征量选取,结合约登指数测试单一特征量的分类效果,并利用二元logistic回归方法对所选特征量两两组合进行分析,结果显示基于WGD方法得到的角二阶矩均值与相关性标准差相结合在区分缺陷时效果最好,建模和预测准确率均达到了97.5%。试验的结果表明利用激光散斑图像方法对梨缺陷与果梗/花萼进行识别是可行的。     

基于漫反射光谱的初制绿茶含水率无损检测方法

茶叶含水率是影响茶叶加工品质的一项重要指标。为了实现茶叶加工中含水率的快速检测,该文提出了一种应用漫反射光谱技术的绿茶初制过程中含水率无损检测方法。采用波长范围在325～1 075 nm 的可见-短波近红外光谱仪,对炒青绿茶在8个加工工序中随机抽取的568个茶叶样本进行漫反射光谱扫描,光谱扫描后立即测量样本的含水率。对于得到的光谱数据,采用小波变换降低其信息维度并提取小波系数,比较小波低频系数对于光谱特征信息的提取能力,结果显示,小波低频系数能够有效提取原始光谱数据中的特征信息。采用3种回归算法：偏最小二乘回归、神经网络和支持向量机分别建立含水率的测量模型。比较发现支持向量机回归模型的结果最优,建模相关系数为0.9985,预测相关系数为0.9875。研究结果表明,漫反射光谱可以用于绿茶含水率的无损、快速检测,小波变换是一种有效的光谱特征提取算法,而且支持向量机回归算法具有高精度和强泛化能力,可广泛用于回归分析。     

基于小波包变换的农作物分类无人机遥感影像适宜尺度筛选

为寻找适宜分类的空间尺度,该文提出一种基于小波包的空间尺度选择方法。该文以无人机航拍农作物影像为数据源,针对高空间分辨率遥感影像农作物分类问题,基于小波包变换对影像分类特征进行多尺度定量分析。将七种农作物影像样本进行小波包分解,从高频部分获取均值,方差,能量,能量差四种纹理信息,从低频部分获取光谱信息,构建分类特征矢量,通过作物样本之间的J-M距离,分析在不同小波包分解层样本之间的可分性,并进一步通过农作物面向对象分类精度和分割耗时评价适宜尺度。该文选择位于河北的涿州农场为研究区,利用无人机航空影像,对提出的方法进行试验验证,结果显示:小波包分解到第三、四层级时,即空间分辨率为0.32~0.64 m时,适宜农作物面向对象分类;在适宜尺度下,基于小波包分解的面向对象分类总体分类精度可达到89%,Kappa系数可达到0.85。研究结果可为高空间分辨率遥感农作物精细识别提供支撑。     

基于图像光谱信息融合的鱼不同冻藏时间及冻融次数鉴别

应用高光谱成像技术(380~1023 nm),基于信息融合实现鱼不同冻藏时间后冻融次数鉴别。首先,提取鱼样品感兴趣区域(region of interest,ROI)光谱并结合竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)得到57个变量作为光谱信息,同时对鱼样品做主成分分析(principal component analysis,PCA),提取第一主成分图像信息如中值、协方差、同质性、能量、对比度、相关、熵、逆差距、反差、差异性、二阶距和自相关12个灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix,GLCM)纹理特征参量,结合灰度共生矩阵纹理特征与光谱特征,作为模型偏小最二乘支持向量机(least squares support vector machines,LS-SVM)的输入建立区分模型,预测集识别率达到98%。结果表明,高光谱成像技术可以用于鱼不同冷冻时间以及冻融次数的鉴别。     

融合K-means与Ncut算法的无遮挡双重叠苹果目标分割与重建

重叠苹果目标的准确分割是采摘机器人必须解决的关键问题之一。针对现有重叠苹果目标分割方法不能保留重叠部分轮廓信息的问题,提出了一种无枝叶遮挡的双果重叠苹果目标分割方法。该方法首先利用K-means聚类算法进行图像分割以提取苹果目标区域,然后利用Normalized Cut(Ncut)算法提取苹果目标轮廓,以实现未被遮挡苹果目标完整轮廓的准确提取,最后利用Spline插值算法对遮挡的苹果目标进行轮廓重建。为了验证算法的有效性,对20幅无枝叶遮挡双果重叠的苹果图像进行试验,并将该算法与寻找2个有效凹点用其连线分割重叠苹果目标,把分离的2个轮廓分别用Hough变换重建轮廓的方法进行对比。试验结果表明,对于图像中未被遮挡的苹果目标,利用该研究算法的平均分割误差为3.15%,提取的苹果目标与原始图像中苹果目标的平均重合度为96.08%,平均误差比Hough变换重建算法低7.73%,平均重合度高9.71%,并且该研究算法能够很好地保留未被遮挡苹果目标的完整轮廓信息,提高了分割精度。对于重叠被遮挡的苹果目标,平均分割误差和平均重合度分别为5.24%和93.81%,比Hough变换重建算法的平均分割误差低11.35%,平均重合度高12.74%,表明该算法可以较好地实现重叠被遮挡苹果目标的轮廓重建,研究结果可为实现枝叶遮挡影响下的多果重叠目标分割与重建提供参考。     

Detection of sugar adulterants in apple juice using fourier transform infrared spectroscopy and chemometrics

Fourier transform infrared spectroscopy and attenuated total reflection sampling have been used to detect adulteration of single strength apple juice samples. The sample set comprised 224 authentic apple juices and 480 adulterated samples. Adulterants used included partially inverted cane syrup (PICS), beet sucrose (BS), high fructose corn syrup (HFCS), and a synthetic solution of fructose, glucose, and sucrose (FGS). Adulteration was carried out on individual apple juice samples at levels of 10, 20, 30, and 40% w/w. Spectral data were compressed by principal component analysis and analyzed using k-nearest neighbors and partial least squares regression techniques. Prediction results for the best classification models achieved an overall (authentic plus adulterated) correct classification rate of 96.5, 93.9, 92.2, and 82.4% for PICS, BS, HFCS, and FGS adulterants, respectively. This method shows promise as a rapid screening technique for the detection of a broad range of potential adulterants in apple juice.