基于高光谱图像和光谱信息融合的马铃薯多指标检测方法

针对随机放置的马铃薯缺陷多项指标难以同时检测的问题,提出了一种基于高光谱信息融合的流形学习降维算法与极限学习机(extreme learning machine,ELM)相结合的方法,该方法可同时识别马铃薯的多项缺陷指标。分别采集发芽、绿皮、黑心和合格马铃薯的反射高光谱数据(390~1 040 nm),在光谱维,提取马铃薯样本感兴趣区域(region of interest,ROI)的平均光谱,分别采用扩散映射(diffusion maps,DM)、局部线性嵌入(locally linear embedding,LLE)和海森局部线性嵌入(hessian locally linear embedding,HLLE)3种流形学习降维算法对光谱数据进行降维;在图像维,对马铃薯伪彩色图像进行形态学处理,获取基于灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix,GLCM)的图像纹理信息,采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)优选图像纹理特征;融合光谱维信息和图像维信息,分别建立基于极限学习机(ELM)与支持向量机(support vector machine,SVM)的马铃薯多分类识别模型。结果表明,扩散映射结合极限学习机(DM-ELM)模型的预测结果较优,该模型对发芽、绿皮、黑心和合格马铃薯样本的单一识别率分别为97.30%、93.55%、94.44%和100%,混合识别率达到96.58%,时间为0.11 s,可知高光谱信息融合技术结合流形学习降维算法可同时识别随机放置马铃薯的多种缺陷指标。     

马铃薯黑心病和单薯质量的透射高光谱检测方法

针对单一检测技术不能同时检测马铃薯内外品质的多项指标,采用透射高光谱成像技术并融合光谱和图像信息,对其内部黑心病、质量指标进行检测。通过透射高光谱成像系统获取266个样本高光谱图像（400～1000 nm）,并提取光谱和图像二者信息。采用不同变量选择方法对光谱进行变量选择,用9个光谱变量建立检测马铃薯黑心病偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis, PLS-DA）模型与质量偏最小二乘回归（partial least squares, PLS）模型;提取样本透射高光谱图像的面积信息,建立基于光谱-图像的检测马铃薯质量PLS模型。试验结果表明,黑心样本识别率为100%,识别最小黑心面积为1.88 cm2;基于光谱-图像所建立质量检测模型预测效果较好,其预测集相关系数(Rp)为0.99,预测均方根误差(RMSEP）为10.88。结果表明：采用透射高光谱成像技术并融合图像和光谱信息对马铃薯内部黑心病、质量同时进行检测是可行的。     

基于高光谱成像的绿皮马铃薯检测方法

针对任意放置姿态下的轻微绿皮马铃薯难以检测的问题,进行了半透射与反射高光谱成像方式的不同检测方法比较研究,最终确定较优高光谱成像方式的检测方法。分别以半透射与反射高光谱成像方式对图像维提取RGB、HSV和Lab空间颜色信息,并采用等距映射、最大方差展开、拉普拉斯特征映射进行图像信息降维;分别以半透射与反射高光谱成像方式对光谱维提取感兴趣区域的平均光谱数据,并采用局部保持投影、局部切空间排列、局部线性协调进行光谱信息降维;然后分别建立不同高光谱成像方式下的图像与光谱信息的深度信念网络模型;对识别率良好的模型采用多源信息融合技术进一步优化,并建立基于图像和光谱融合或不同成像方式融合的模型。结果表明,基于半透射和反射高光谱的光谱信息融合模型最优,校正集和测试集识别率均达到100%,可实现轻微绿皮马铃薯的无损检测。     

基于高光谱图像与果蝇优化算法的马铃薯轻微碰伤检测

针对通常采用的反射高光谱无法准确检测随机放置马铃薯表面轻微碰伤的问题,提出了一种用V型平面镜的高光谱并结合果蝇优化算法(FOA)检测马铃薯轻微碰伤的方法。试验搭建了V型平面镜反射高光谱图像采集系统,分别采集随机放置下的轻微碰伤和合格马铃薯的高光谱图像,每张高光谱图像包含平面镜1反射图像F1、相机直接采集图像F2、平面镜2反射图像F3,分别提取F1、F2、F3感兴趣区域的平均光谱拼接成马铃薯的属性矩阵。采用标准正态变量变换(SNV)预处理后的光谱矩阵进行全波段的支持向量分类机(SVC)建模,预测集的识别率仅为84.11%;为了提高模型的性能,采用蚁群算法(ACO)进行变量优选,优选出9个变量建立的SVC模型预测准确率为95.32%;分别用网格搜索法(Grid search)、遗传算法(GA)和FOA对SVC的惩罚参数c和核函数参数g进行寻优,通过比较分析,FOA-SVC对训练集和预测集的识别准确率均达到100%。试验结果表明,用V型平面镜的高光谱结合FOA-SVC能够准确检测马铃薯的轻微碰伤,可为马铃薯的轻微碰伤在线检测提供技术基础。     

不同品种间的猪肉含水率高光谱模型传递方法研究

针对目前的模型传递方法研究大多为不同仪器间的近红外光谱模型传递,该文采用高光谱技术建立猪肉含水率定量检测模型,并针对不同品种间的模型传递提出了一种分段直接校正结合线性插值(piecewise direct standardization combine with linear interpolation,PDS-LI)的传递算法。以杜长大、茂佳山黑猪和零号土猪3个品种为研究对象,以杜长大作为主品种,茂佳山黑猪和零号土猪作为从品种,采用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)法建立猪肉含水率主模型,经PDS-LI算法对主模型进行传递后,主模型对茂佳山黑猪和零号土猪样品的预测决定系数R2p分别由传递前的0.263和0.507提高到0.832和0.848,预测均方根误差分别由传递前的1.151%和0.857%降低到0.470%和0.440%,剩余预测偏差(residual prediction deviation,RPD)分别由传递前的1.000和1.214提高到2.447和2.364。结果表明,PDS-LI传递算法能够实现杜长大对茂佳山黑猪和零号土猪样品的模型传递。研究结果为提高猪肉含水率模型适配性问题提供参考。