基于高光谱成像检测猕猴桃冷害的研究

[目的]本文旨在建立基于高光谱成像技术检测猕猴桃冷害的方法,实现猕猴桃冷害的无损甄别.[方法]以'红阳'猕猴桃为材料,通过分析其400～1000 nm和1000～2000 nm波段下的光谱,比较不同预处理下的偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)模型,选出正确率较高的模型,对该方法构建全波段和特征波段...     

基于高光谱成像技术生长发育后期苹果糖度的无损检测

【目的】研究应用高光谱成像技术无损检测生长发育后期苹果糖度的可行性。【方法】以生长发育后期的"富士"苹果为对象,基于采集到的波长900~1 700nm高光谱数据,建立预测苹果糖度的偏最小二乘(PLS)、支持向量机(SVM)和极限学习机(ELM)模型,并比较主成分分析(PCA)和连续投影算法(SPA)2种数据压缩或特征波提取方法对预测模型精度的影响。【结果】采用PCA方法可将全光谱压缩至9个主成分,采用SPA从全光谱的230个波长中提取出了13个特征波长,两者相比,SPA能更有效地提高模型预测能力。预测生长发育后期苹果糖度的最佳模型为基于SPA的PLS模型,其预测集相关系数为0.945,均方根误差为0.628°Brix。【结论】高光谱图像技术可以用于生长发育后期苹果糖度的无损检测,该技术的应用将有助于指导苹果的种植和适时采收。     

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...     

基于高光谱成像技术的番茄叶片叶绿素含量检测

叶绿素是植物生长发育必不可少的色素,可用来衡量植物生长状况,为实现番茄叶片叶绿素含量快速、无损检测,以番茄为试验材料,通过高光谱无损检测方法,对番茄叶片叶绿素含量进行监测。提取出82个叶片样本的平均光谱反射率数据(400～1 000 nm),对原始光谱数据分别进行7种预处理(平均平滑、高斯滤波、中值滤波、卷积平滑、归一化、基线校准(baseline)、标准正态化(standard normal variation, SNV),建立PLSR模型,建模结果显示：SNV预处理光谱的建模效果最优。用β权重系数、无信息变量消除变换法(uninformation variable elimination, UVE)、竞争自适应重加权法(compet-itive adaptive weighted sampling, CARS)及连续投影算法(successive project-ion algorithm, SPA)等提取特征波长,并建立了PLSR模型,建模结果表明：CARS法提取特征波长所建立的模型最优,CARS法提取了8个特征波长(732、796、946、953、957、968、983、994...     

基于高光谱的油茶籽含水量检测方法

为了快速精准检测油茶籽含水量,解决传统烘干检测法费时费力等问题,提出一种基于高光谱技术的油茶籽含水量无损检测方法。以油茶籽为研究对象,测定油茶籽含水量,建立光谱模型,对油茶籽光谱分别进行Savitzky-Golay(S-G)卷积平滑、一阶微分、二阶微分和多元散射校正(MSC)预处理,通过逐步回归提取有效敏感波长,并采用偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络和径向基(RBF)神经网络方法分别建立预测模型,对模型进行外部验证,选出最优预测模型。研究表明:相关系数较高的光谱敏感波段为410~450、600~620、780~880、940~971 nm。基于MSC预处理光谱建立的PLSR模型,在校正集上的相关系数为0.953 4、均方根误差为0.22%,在验证集上的相关系数为0.939 9、均方根误差为0.27%,优于BP神经网络模型和RBF神经网络模型。结果说明,采用高光谱技术检测油茶籽含水量是可行的,研究内容可为油茶籽含水量的在线无损检测提供有效依据。     

基于高光谱成像技术的菊花花色表型和色素成分分析

为无损、高效测定菊花花色表型和色素成分及含量,以菊花160个品种为研究材料,用紫外分光光度法测定舌状花的色素种类和含量;用高光谱成像技术对菊花不同品种头状花序上不同花轮位置上舌状花不同部位的高光谱反射值进行测定;对高光谱反射指数与舌状花色素含量实测值间的相关性进行分析。结果表明:1)菊花头状花序中轮的舌状花正面的中部或偏后部获得的高光谱测定数据稳定。2)菊花相同色系品种具有相似的高光谱特征曲线,不同色系品种高光谱特征曲线存在差异。3)高光谱反射指数RRed/RGreen、ARI、mARI、mCRI、TCARI与菊花舌状花色素含量之间有较好的相关性,并利用80个品种分别建立了色素成分及含量监测模型。4)利用另外80个菊花品种进行验证发现,以RRed/RGreen、ARI和mARI建立的花青素含量监测模型、mCRI建立的类胡萝卜素含量监测模型和TCARI建立的叶绿素含量监测模型精度较高,可以无损、快速地测定菊花舌状花色素成分和含量。本研究为观赏植物花色表型分析和色素成分及含量的测定提供了一种新的思路和方法。      

基于高光谱成像的鲜桃虫害检测特征向量的选取

本文采用阈值分割和主成分分析方法对高光谱图像进行处理,以得到虫害区域分割结果。然后选取2个特征波长作为光谱特征,提取4个纹理参数作为纹理特征,并将其优化组合成4组特征向量。利用BP神经网络进行鲜桃虫害检测。结果表明,667nm和746nm波段的光谱反射值的光谱特征和270°方向的能量、对比度、熵、相关性的纹理特征的组合为鲜桃虫害检测的最优特征向量,果实识别正确率为100%。     

基于高光谱成像的苹果损伤检测方法研究

【目的】研究苹果损伤高光谱特征,建立基于高光谱成像的苹果损伤区域最佳分类模型,为实时、快速、准确地识别苹果损伤提供重要依据。【方法】以北京平谷区收集的苹果样品为研究对象,利用高光谱图像技术检测水果表面机械损伤。利用 390 ~1 000 nm 范围的高光谱图像（HSI）数据,通过比值光谱分析损伤与正常感兴趣区域（ROI）的光谱响应特性,筛选特征波段,并构建较好地突出损伤区域特征的 3 种类型光谱指数：归一化光谱指数（NDSI）、比值光谱指数（RSI）和差值光谱指数（DSI）。在此基础上,优选提取损伤区域能力较强的光谱指数,利用迭代自组织数据分析（ISODATA）无监督据聚类算法提取苹果损伤区域。【结果】当苹果表面受到损伤时,光谱反射率变化显著。波段优化后发现,528、676 nm 的反射率可以有效识别异常区域。基于选定的特征波段,构建苹果损伤检测的识别光谱指数,包括 NDSI、RSI 和 DSI。光谱指数图像的像素值分析发现,损伤区域特征与正常区域特征在各光谱指数（SI）增强图像中区分明显。两类图像特征的 NDSI 像素平均值相差最大、达到 0.629,表明建立的 NDSI 对损伤区域及正常区域特征具有较强的区分能力。利用无监督分类方法 ISODATA 分类,验证了光谱特征指数在检测苹果损伤方面具有较高的特异性,对苹果损伤的检测正确率 达到 92.50%。【结论】研究结果适用于苹果损伤的实时快速检测,为苹果的精准管理生产提供技术基础与参考。     

基于光谱技术的禽蛋内部品质无损检测研究进展

禽蛋品质检测是食品安全和消费者权益的重要保障措施,传统禽蛋品质检测主要依赖人工进行,存在工作强度大、效率低且准确率波动大等弊端。光谱检测技术具有快速、安全、无损等优点,近些年来在禽蛋内部品质检测领域发展迅速。本文基于禽蛋的新鲜度、蛋白含量、脂肪含量、血斑肉斑、受精信息、种蛋性别、胚蛋活性等内部品质指标检测的有关研究,概述了近红外光谱、可见-近红外光谱、高光谱成像及拉曼光谱等光谱检测技术在禽蛋内部品质无损检测中的研究进展,分析总结了光谱检测技术在禽蛋无损检测中的应用特点与难点,并展望了其未来发展趋势,以期为我国蛋品无损检测研究及行业质量安全监管提供参考。     

基于荧光高光谱图像的柑桔糖度无损检测

采用632nm的连续波激光作为激发光,应用激光诱导荧光高光谱成像技术对柑桔的糖度值进行无损测量。先将该激光照射到南丰蜜桔和脐橙样品上,后用高光谱图像采集系统收集诱导出的荧光散射图像;接下来对荧光散射图像进行分析,选取100×50像素的荧光区域作为感兴趣区域(ROIs);再提取感兴趣区域在波长700～1000nm的光谱值作为荧光高光谱图像数据;最后用线性回归方法建立荧光高光谱图像数据预测果实糖度值的预测模型。结果表明,该模型预测柑桔糖度值的相关系数分别为南丰蜜桔的R=0.970,脐橙的R=0.960。因此可以看出,应用激光诱导荧光高光谱成像对柑桔糖度值进行无损检测是一种很有效的方法。     

基于近红外漫反射光谱的多品种桃可溶性固形物的无损检测

【目的】研究基于近红外漫反射光谱的多品种桃可溶性固形物含量的无损检测技术。【方法】在获得3个不同品种桃近红外漫反射光谱的基础上,采用多元散射校正(MSC)方法处理原始光谱,以SPXY算法划分样品集,分别建立了可溶性固形物含量的偏最小二乘回归(PLSR)、极限学习机(ELM)和最小二乘支持向量机(LSSVM)预测模型,并比较和评价了移动窗口偏最小二乘法(MWPLS)和连续投影算法(SPA)优选有效特征波长对于简化模型运算量、改善模型预测性能的影响。【结果】虽然全光谱可以获得较好的识别效果,但是模型比较复杂;MWPLS与SPA优选的有效特征波长均能有效地减少建模变量并简化模型,但MWPLS在提高建模效率和改善模型预测精度方面有更明显的优势;PLSR、ELM与LSSVM模型都取得了较理想的预测结果,其中PLSR方法较适用于全光谱建模分析;MWPLS-ELM模型对样品集中桃可溶性固形物含量的预测性能最好,其校正相关系数、校正均方根误差、预测相关系数和预测均方根误差分别为0.991,0.397,0.983和0.497。【结论】近红外漫反射技术可用于多品种桃可溶性固形物含量的准确、无损检测,也为其他品种果品的内部品质指标快速、无损检测提供了技术借鉴。     

芒果无损检测方法的研究现状及发展趋势

综述了目前国内外芒果无损检测所采用的方法,包括机器视觉技术检测法、近红外光谱技术检测法、超声波检测法、介电特性检测法.根据芒果无损检测现阶段存在的一些问题分析了芒果无损检测将向着设备便携化及操作简单化、无损评价、多种传感器联合检测的方向发展.     

基于激光诱导击穿光谱的柑橘叶片黄龙病检测

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)结合化学计量学的方法对柑橘叶片黄龙病进行定性检测.试验结果显示:柑橘叶片中营养元素P(Ⅱ)、Mn(Ⅰ)、Si(Ⅰ)和Fe(Ⅰ)的LIBS信号强度与柑橘叶片的健康程度有直接关系,其中健康、中度感染黄龙病和重度感染黄龙病的柑橘叶片中P(Ⅱ)、Mn(Ⅰ)、Si(Ⅰ)和Fe(Ⅰ)的特征光谱强度呈...     

基于透射光谱技术的温州蜜柑含水率检测

利用可见/近红外光谱透射技术检测温州蜜柑含水率。采用微分处理(differential processing,SD)、多元散射校正(multivariate scattering correction,MSC)、标准正态变换(standard normal variate,SNV)、SG卷积平滑以及标准化等预处理方法比较建立的偏最小二乘回归模型(partial least squares regression,PLS)的拟合准确度,并确定最佳预处理方法,同时采用竞争性自适应重加权采样算法(competitive adaptive reweighted sampling algorithm,CARS)提取特征波长,以此建立基于柑橘含水率的PLS模型、BP神经网络模型和最小二乘支持向量机模型(least squares support vector machine,LSSVM)。结果显示,使用经过SNV预处理后的光谱进行CARS筛选得到的359个波长建立的LSSVM模型预测效果最佳,校正集的相关系数和均方根误差分别为0.937 5和0.008 6,验证集相关系数和均方根误差分别为0.831...     

基于近红外光谱技术苹果尺寸差异对糖度模型适用性的影响

为消除水果自身尺寸差异对其糖度预测模型的不利影响，进一步提高水果分选模型精度，应用近红外光谱在线检测装置采集不同果径苹果的近红外光谱，对光谱进行多种预处理后，分别建立苹果可溶性固形物的偏最小二乘法模型，再用苹果果径75~85 mm组中的建模集预测苹果果径分别为65~75、85~95 mm组中的预测集样品，最后用果径组65~75、75~85、85~95 mm中的建模集和预测集，分别作为混合苹果尺寸糖度预测模型的建模集和预测集，并利用特征光谱选择算法对模型进行简化，建立苹果糖度通用预测模型。结果显示：与建模集和预测集果径不同时所建立的苹果糖度预测模型最优组相比，其相关系数R_p由0.805提高至0.943，预测集均方根误差值RMSEP由0.778减小至0.480，RPD由0.96增加至3.05，再对建立的通用模型进行简化，可以降低苹果尺寸对苹果糖度模型的影响，提高模型预测性能。     

基于近红外高光谱图像技术的栗果品质无损检测

提出一种基于近红外高光谱图像技术的板栗果实品质快速无损检测方法。分别选取3个不同品种栗果、1个品种的霉变栗果和1个品种的虫害栗果各30个样品,采集供试样品的近红外高光谱数据;采用偏最小二乘法(PLS)建立栗果中总糖和淀粉含量预测模型,预测值与实际值的相关系数为0.9313～0.9587,均方根误差为0.062 4～0.225 0;结合主成分分析法(PCA),建立不同品种栗果鉴别以及识别霉变、虫害、正常栗果的判别分析(DA)模型,模型的识别率分别为96.7%和98.6%。结果表明,近红外高光谱图像技术可用于栗果总糖和淀粉的定量预测,以及不同品种栗果和霉变、虫害果的快速定性识别。     

甜柚叶绿素含量高光谱无损检测模型

目的 为监测甜柚Citrus maxima果树生长健康状况及预测甜柚产量,以赣州南康地区一片甜柚果园为研究对象,建立甜柚叶片叶绿素含量检测模型。方法 使用Field Spec4便携式地物光谱仪和SPAD-502叶绿素仪测定甜柚叶片光谱及SPAD值,分别采用单变量回归、逐步回归及偏最小二乘法(PLS)构建其叶绿素含量高光谱无损检测模型并进行精度检验。结果 原始光谱在553 nm处、一阶光谱在692和752 nm处的反射率与叶绿素含量相关性最高,这3个波段为甜柚叶片光谱反射率敏感波段;当主成分个数为4时,PLS具有最高的精度,且基于PLS技术所建立的模型较单变量、逐步回归模型精度更好,模型拟合度较高,其决定系数(r²)最高,为0.869,均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)最小,分别为3.013和6.82%。对原始光谱、一阶导数光谱及PLS拟合的估测模型进行对比分析显示,PLS模型无论是从建模样本精度还是模型预测能力方面均优于前2种传统模型。结论 PLS模型适合于利用高光谱数据进行叶绿素含量的估测,可作为甜柚叶绿素含量的最佳无损检测模型。