基于机器学习和深度学习的玉米种子活力光谱检测

为解决传统的种子活力检测方法存在耗时长、损伤种子等问题,实现种子活力的快速无损检测,分别利用机器学习和深度学习算法结合高光谱成像技术构建玉米种子3个活力梯度分类模型,通过人工老化方式将1 012粒玉米种子分为3个活力梯度样本,采集其高光谱数据后通过卷积平滑（SG）和多元散射校正（MSC）去除高光谱噪声,分别采用主成分分析（PCA）、连续投影算法（SPA）进行光谱特征降维,再从降维后的波段中抽取1 156、1 191和1 463 nm 3个波段合成假彩色图像,用局部二值模式（LBP）提取感兴趣区域的纹理特征,并与纯光谱特征融合。分别基于纯光谱特征构建决策树（DT）和支持向量机（SVM）模型和融合特征建立随机森林（RF）、SVM和极端梯度提升树（XGBoost）模型等机器学习模型。将假彩色图像输入ResNet18、MobileNetV2、DenseNet121、Efficientb0、Efficientb2等5个深度学习模型中进行玉米种子活力预测。结果显示,就机器学习方法而言,针对纯光谱特征表现最好的是PCA-SVM模型,其测试集准确率为92.5%;针对融合特征表现最好的是SVM模型,其测...     

平行极板电容传感器介电式颗粒饲料水分检测仪设计与试验

为了实现颗粒饲料含水率的快速、无损检测,设计了以STM32F103ZET6单片机为控制芯片的颗粒饲料水分检测仪,采用平行极板电容传感器、温度传感器、质量传感器和相应的检测电路分别检测颗粒饲料样品的电容、温度和容积密度,经过单片机进行处理后实现颗粒饲料的含水率检测,并在OLED显示屏上显示检测结果。采用自制颗粒饲料水分检测仪,分析了含水率、温度、容积密度对颗粒饲料相对介电常数的影响规律,并建立了相对介电常数与含水率、温度、容积密度之间的关系模型,模型的决定系数为0.996 8。同时对颗粒饲料水分检测仪的检测精度进行了检验,含水率实测值与仪器检测值之间的决定系数为0.990 3。试验结果表明,与烘干法相比,所设计检测仪的绝对测量误差值在±0.6%以内,具有一定的实用价值。该研究为颗粒饲料水分快速、无损在线检测提供一种新的方法和技术支撑。     

鱼粉品质检测电子鼻传感器阵列的多特征数据融合优化

为了提高基于仿生嗅觉的鱼粉品质检测装置的鉴别能力,该文利用自主设计的仿生嗅觉鱼粉品质检测装置,提取鱼粉样本的响应特征信息,对其传感器阵列进行多特征数据融合优化。依据各传感器对样本的响应曲线,提取传感器特征值(10×6个)构成原始特征矩阵,后对传感器阵列特征值进行归一化处理,以紧凑性作为评价特征选择方法合理性的标准,采用了3种单特征排序方法(MIC、χ^2、F-test),3种多特征排序方法(RF、LR、SVM),4种特征递减消除方法(RFRFE、SVMRFE、DTRFE、LRRFE)对不同品质的鱼粉进行分类准确率检验,得到基于随机森林的特征递减消除算法(RFRFE)的紧凑性最好,此时最佳的分类准确率为98.3%,特征数目为33个。优化后的传感器阵列特征发生了明显的变化,传感器阵列由原来的10个变为了8个,去掉了传感器TGS2620和传感器TGS2600,特征值也减少了45%。为了避免选择偏差,采用了10折交叉验证方法,再次得到了RFRFE算法具有更佳的紧凑性。该特征选择方法为利用仿生嗅觉技术鉴别其他动物源性原料样本的特征优化提供了新的方法和参考。     

基于机器人的禽蛋自动检测与分级系统集成开发

将禽蛋的破损检测、内部品质检测以及检测和分级时的搬运工作集成到一个关节型机器人上,实现了禽蛋检测与分级的自动化和柔性搬运.机器人在视觉引导下,定位禽蛋位置并将其吸取,分别运动到基于敲击声音的破损检测和基于彩色图像的内部品质检测装置处,进行相应的检测,根据检测结果分级并将禽蛋搬运到相应等级的位置放下.文章给出了各子系统的组成结构、集成原理,硬件配置和主要参数.试验结果表明,该系统硬件配置合理,各部分能够协调工作,运行稳定.     

基于声振信号对称极坐标图像的苹果霉心病早期检测

为实现苹果早期霉心病较高精度的检测，该研究采用对称极坐标法（Symmetrized Dot Pattern，SDP）将苹果声振信号变换为雪花图，然后采用AlexNet、VGG16和ResNet50卷积神经网络以迁移学习方式深度挖掘SDP雪花图像的特征信息，将其输入到支持向量机（Support Vector Machine，SVM）分类器，对霉心程度≤7%的苹果进行检测。研究结果表明，当时间间隔系数为25和角度放大因子为50°时，健康果与早期霉心果声振信号的SDP图形状特征差异最大，在此条件下获取的SDP图经卷积神经网络AlexNet、VGG16和ResNet50提取特征并构建了不同核函数的SVM霉心果检测模型，在各类SVM模型中，ResNet50-SVM-gaus（高斯基）模型用相对较少的训练时间和参数量可取得训练集霉心果较高分类准确率，经超参数优化训练该模型对健康果和早期霉心果测试集不平衡样本（10∶1）的总体分类准确率达到96.97%，平均查准率、平均查全率、平均加权调和均值、Kappa系数和马修斯相关系数值分别为80.19%、90.36%、86.21%，82.54%和82.68%，该模型不仅对多数类的健康果保持较高分类准确率，而且对少数类的早期霉心果也具有较高判别能力。这些研究结果为声振法应用于果蔬内部病害的早期在线检测系统研发提供了技术支撑。     

基于荧光光谱的辣椒种子品种识别

为了提高辣椒种子品种鉴别效率,实现辣椒种子品种快速无损鉴别,研究了一种基于荧光光谱的辣椒种子品种快速无损识别方法。选择同一系列相似辣椒种子的杂交品种卓椒3号、卓椒4号和卓椒5号为研究对象,分别采集辣椒种子的荧光光谱56份,对原始光谱进行Savitzky-Golay(SG)卷积平滑和一阶导数(first derivative,FD)预处理;采用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)方法提取主成分,实现数据降维;采用Fisher判别分析方法建立辣椒种子品种识别模型。结果显示:采用荧光光谱建立判别模型时,卓椒3号辣椒种子的品种识别正确率达到92.9%,卓椒4号、卓椒5号辣椒种子的品种识别正确率均达到100.0%,整体识别正确率达到97.6%;采用荧光光谱的一阶导数光谱建立判别模型时,卓椒3号、卓椒4号、卓椒5号辣椒种子的品种识别正确率均达到100.0%,整体识别正确率达到100.0%。研究结果表明,种子叶绿素荧光光谱结合化学计量学方法能够有效识别辣椒种子品种。     

基于原型网络的小样本禽蛋图像特征检测方法

机器视觉因具有检测速度快、稳定性高及成本低等优点，已发展成为禽蛋无损检测领域主流检测手段。使用该技术对禽蛋进行无损检测时，需要依赖大量禽蛋图像作为数据支撑才能取得较好的检测效果。由于养殖安全等限制，禽蛋图像数据的采集成本较高，针对该问题，提出了一种适应于小样本禽蛋图像检测的原型网络（Prototypical network）。该网络利用引入注意力机制的逆残差结构搭建的卷积神经网络将不同类别的禽蛋图像映射至嵌入空间，并利用欧氏距离度量测试禽蛋图像在嵌入空间的类别，从而完成禽蛋图像的分类。本文利用该网络分别验证了小样本条件下受精蛋与无精蛋、双黄蛋与单黄蛋及裂纹蛋与正常蛋的分类检测效果，其检测精度分别为95%、98%、88%。试验结果表明本文方法能够有效地解决禽蛋图像检测中样本不足的问题，为禽蛋图像无损检测研究提供了新的思路。     

基于可控气流-激光检测技术的鸡肉嫩度评估方法

以鸡肉嫩度为研究对象，采用可控气流-激光检测技术的瞬态、蠕变回复和应力松弛等动静态检测模态，并使用支持向量机分类器和全局变量偏最小二乘算法，结合不同预处理方法，对鸡肉嫩度进行定性判别和定量预测。结果表明3个激励模态结合不同预处理算法均可实现鸡肉嫩度的定性定量评估。在定性方面，瞬态模态对嫩度具有最佳的分类效果；S-G卷积平滑算法表现出最佳的预处理性能，校正集嫩/老分类精度分别为1和0.98，马修斯相关系数为0.97；而验证集分类精度也达到了0.95和0.84。在定量预测方面，S-G卷积平滑算法在提升原始数据的信噪比上同样具有最佳效果；瞬态模态校正集和验证集模型相关系数分别为0.948和0.913，均方根误差分别为0.736N和1.013N。因此，在组织结构引起的品质预测动态模态较静态模态更适用。本研究开展的可控气流-激光技术在鸡肉嫩度评估的应用，为肉品检测领域提供了新的解决方案。     

面向从江香猪选育的肌内脂肪活体超声无损测定

为探索从江香猪肌内脂肪含量的超声活体预测方法,该文选取110头从江香猪育肥猪开展活体测定,以超声图像为研究对象,利用Matlab R2015b软件提取灰度-梯度共生矩阵(gray gradient cooccurrence matrix,GGCM)及4个角度灰度共生矩阵(gray level cooccurrence matrix,GLCM)图像纹理特征参数。通过逐步回归分析法构建肌内脂肪(intramuscular fat,IMF)含量预测模型,再将此模型应用于另外42头从江香猪,验证模型准确性。逐步回归分析结果表明,背膘厚、灰度平均和梯度熵3个参数指标达到显著水平(P0.05),回归预测模型决定系数R2=0.369。线性回归及相关分析得出,估测值与实测值间RMSE为0.686,皮尔逊积矩相关系数(pearson correlation coefficients)和斯皮尔曼相关系数(spearman correlation coefficients)分别为0.592和0.640(P0.001)。该研究所构建的拟合回归模型可应用于从江香猪肌内脂肪活体预测,为后期高肌内脂肪含量从江香猪的选育提供更为便捷有效的手段。     

基于可见/短波近红外光谱检测结球甘蓝维生素C含量

维生素C是人类必需的营养素,结球甘蓝作为主要蔬菜品种之一富含维生素C。该试验利用可见/短波近红外光谱分析技术,开展结球甘蓝维生素C含量的快速检测方法研究。首先通过Kennard-Stone(K-S)法将样本按照6:1划分为校正集(60个样本)和验证集(11个样本),分别利用反射率和吸光度的原始光谱、一阶导数(first derivative,FD)和二阶导数(second derivative,SD)光谱预处理后对应的6个数据集,建立偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归模型。针对最优光谱预处理方法处理后的光谱,设置5个置信水平(0.95,0.975,0.99,0.995,0.999 5),利用逐步回归(stepwise regression,SR)进行建模波长选择,以各置信水平对应的各组优选波长进行多元线性回归建模。结果表明:利用FD光谱预处理方法可以提高PLS回归模型精度,验正集R~2从处理前的0.85提高到0.96,是该研究的最佳光谱数据预处理方法。利用降维后的7个主成分继续建立PLS回归模型,校正集R~2为0.92,交互验证均方根误差(root mean squared error of cross validation,RMSECV)为0.658 0 mg/100 g,验证集R~2为0.96,预测均方根误差(root mean squared error of prediction,RMSEP)为1.620 4 mg/100 g。PLS回归模型预测维生素C含量,检测精度高,可以代替传统检测方法,为结球甘蓝的品质评定提供一种新的途径。进一步分别应用8,6,5个优选波长进行多元线性回归建模,校正集R~2平均为0.78,RMSECV平均为3.760 9 mg/100 g,验证集R~2平均为0.73,RMSEP平均为2.879 2 mg/100 g,虽然R~2有所降低,但波长点少,利用较少的波长变量来预测维生素C含量,降低模型复杂度,可以为便携式检测仪器开发提供技术支持,以提高结球甘蓝内部品质评定作业效率。