估测田间烟叶色素含量的光谱模型研究

田间烟叶色素含量的光谱无损快速测量,对烟草营养生长期的营养诊断与长势监测、成熟期的烟叶品质评判具有重要的生产指导意义。该研究的目的是利用烟叶田间光谱估测烟叶的叶绿素和类胡萝卜素含量。研究采集了营养生长期和成熟期烟叶田间反射光谱,测量了样品烟叶的色素含量,利用支持向量机(SVM)和光谱指数法,对营养生长期和成熟期烟叶样品用分期建模和混合建模两种方法建立色素含量估测模型,并对模型的预测性能进行比较。研究结果表明,分期建模和混合建模对于烟叶色素含量的估测效果差异不显著。对于叶绿素含量,SVM和光谱指数法均有较好的估测效果;对于类胡萝卜素含量,SVM方法比光谱指数法具有更高的估测精度。采用SVM方法对烟叶样品的叶绿素含量分期建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.862 9和0.015 5,对叶绿素含量混合建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.898 5和0.012 3;采用SVM方法对烟叶样品类胡萝卜素含量分期建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.873 0和0.002 4,对类胡萝卜素含量混合建模得到的估测决定系数和均方根误差分别为0.852 7和0.002 4。该研究的创新点是通过支持向量机和光谱指数法采用分期建模以及混合建模的方式建立了烟叶样品色素含量的估测模型,为烟草田间生产的质量控制、烟叶的采收品质保证提供科学依据和技术支持。     

高光谱的刺五加黑斑病的早期检测研究

对感染黑斑病的刺五加叶片进行光谱特性研究,能为药用植物病害的早期筛选与精准治疗提供重要研究资料.实验目的,运用高光谱成像技术实现植物病害的自动监督分类与识别.实验过程,首先使用高光谱成像系统在可见光波段(380～960 nm)内采集刺五加黑斑病的叶片样本,光谱数据经过去除亮暗噪声和平滑预处理后,再经过主成分分析实现数据...     

近红外光谱结合灰狼算法优化支持向量机实现烟叶产地快速鉴别

烟草是一种成分复杂的天然植物,地理位置、生长条件等外界因素直接影响着烟叶的品质;我国烟叶种植范围十分广泛,每个产区种植的烟叶都有其独特的风格特征,不同产区的烟叶配比对卷烟的质量起着决定性的作用。为实现烟叶产地准确、快速判别,基于近红外光谱(NIRS),采用灰狼算法(GWO)优化的支持向量机(SVM)算法实现烟叶产地鉴别分类。以8个产地的824个烟叶样本为研究对象,基于x-y距离样本集划分(SPXY)方法得到校正集617个和验证集207个样品。首先应用最佳波长筛选方法,如竞争自适应加权采样(CARS)和随机青蛙(RF)算法减少光谱冗余信息,最终从1 609个变量中分别获得141和534个与产地相关的重要变量,并以此输入SVM作为建模数据,接下来在相同搜索范围内比较了粒子群优化算法(PSO)、遗传算法(GA)和GWO对SVM分类模型的优化效果。结果表明,经RF筛选后的光谱变量较CARS具有更好的产地建模性能,其中RF-GWO-SVM对8个产地烟叶的整体判别正确率达到了96.62%,相较于RF-PSO-SVM和RF-GA-SVM正确率更高。同时,RF-GWO-SVM的运行时间分别比RF-PS...     

基于光谱指数的蜜橘成熟度评价模型研究

本文探索了基于光谱指数的蜜橘成熟度快速无损评价方法及模型。以2016年9~11月份6个不同采收期的300个蜜橘作为实验样品,采集重量、横纵径、叶绿素、色差、可溶性固形物(SSC)、酸度(TA)、近红外光谱等数据。通过对比分析上述各参数的平均值和偏差,筛选出叶绿素、叶绿素/SSC、叶绿素/固酸比作为蜜橘成熟度评价指标。利用光谱变异系数分析光谱的特征,筛选出649、724、672、1 100 nm 4个特征波长,通过特征波长线性组合方法以及相关性分析,得出最佳光谱指数。接着,以225个样品为建模集、75个样品为预测集,在成熟度评价指标与光谱指数间进行多元线性回归(MLR)分析。对比发现,以叶绿素为成熟度评价指标的评价模型的预测结果最准确,建模和预测相关系数分别达到0.98和0.96,建模均方根误差(RMSEC)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.49和0.59,建模和预测偏差分别为-6.1×10-8和-0.014。实验结果表明,利用光谱指数能便捷、准确地评定蜜橘成熟度,为后续开发低成本测量成熟度的仪器提供了理论依据。     

基于支持向量机的水稻叶面积指数高光谱估算模型研究

为了研究支持向量机(SVM)对于作物农学参数高光谱估算的能力,通过大田小区试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻在不同生长期的冠层高光谱反射率(350～2 500 nm)。依据Ladsat-5的TM传感器波段宽度,将高光谱反射率转换为10种不同的植被指数。利用所有样本的植被指数和水稻叶面积指数(LAI),通过不同统计模型的模拟分析,依据模型的R2选取了三种相关性较高的统计关系(包括NDVI_green的指数关系、TCARI/OSAVI的乘幂关系和RVI₂的乘幂关系)。对这三种关系,通过具有不同核函数的SVM模型和相应统计模型对LAI进行估算。结果表明：所有的SVM模型都具有较低的均方根误差值,估算精度都高于相应的统计模型;基于TCARI/OSAVI的POLY核SVM具有最高的估算精度,其RMSE比相应的统计模型降低近11个百分点。因此,SVM方法用于水稻LAI高光谱估算具有良好的学习能力和鲁棒性。     

基于空间可分辨光谱的番茄成熟度判别方法研究

对基于空间可分辨光谱的番茄成熟度分类判别方法进行了试验研究。首先根据番茄的内部颜色,将600个番茄分为6个不同成熟度 (green, breaker, turning, pink, light red and red) ,然后用自行开发的多通道高光谱成像探头采集番茄的空间可分辨(SR)光谱,建立基于空间可分辨光谱的番茄成熟度偏最小二乘判别(PLSDA) 模型和支持向量机判别(SVMDA)模型。结果显示,对于PLSDA模型,SR光谱15为最佳分类光谱,分类正确率达到81.3%;对于SVMDA模型,SR光谱10为最佳预测分类光谱,分类正确率为86.3%。对六个成熟度等级番茄的判别分类,SVMDA模型要明显优于PLSDA模型。此外,相对于较小的光源-检测器距离SR光谱,较大的光源-检测器距离SR光谱可以获得更好的判别效果,显示出空间可分辨光谱在果蔬品质检测方面的应用潜力。     

基于支持向量机的玉米苗期田间杂草光谱识别

田间全面积均匀喷施除草剂不经济,还污染环境,精准喷施除草剂意义重大,其关键是正确识别杂草。用便携式野外光谱仪,在田间测量了玉米、马唐和稗草植株冠层在350～2 500 nm波长范围内的光谱数据,经过数据预处理,数据分析波长选为350～1 300和1 400～1 800 nm。数据处理采用支持向量机(SVM)模式识别方法。SVM具有可实现对小样本建模结构风险最小化、结果最优化、泛化能力强的优点。用线性、多项式、径向基和多层感知核函数对玉米和杂草建立二分类模型,结果表明,三阶多项式核函数SVM分类模型的正确识别率最高,达到80%以上,且支持向量比例较小。以二分类模型为基础,利用投票机制,建立了玉米、马唐和稗草的一对一多分类SVM模型,正确识别率达80%。田间光谱测量受光照、背景和仪器测量精度等条件的影响较大,但结果仍表明SVM结合光谱技术在田间杂草识别中应用潜力很大,此研究为田间杂草识别及传感器的建立提供了一种研究思路和应用基础。     

应用近红外光谱投影模型法分析烟叶的部位特征

以自2003年至2012年在国内外主要烤烟产地收集的5 170个烟叶样品的近红外光谱为试验对象, 其中典型上部烟叶光谱1 394 条, 中部2 550条, 下部1 226条;应用基于主成分及Fisher准则(PPF)的方法建立投影分析模型,遵循相邻主成分数下得到的投影结果没有显著性差异和主成分个数尽量少的原则,推荐主成分数为4下建立投影分析模型,模型结果表明：上、下部烟叶的近红外光谱特征具有显著差别,基本实现完全区分;而中部烟叶分别与上部和下部具有一定程度重叠,这与部位本身具有连续性特征的实际情况相符合。同时,依据模型得到的预测样品投影值与模型中各类投影均值之间的欧氏距离,对预测样品给出最近和次近类别及描述部位特征程度的量化分值,并结合模型中各类投影值的离散度以及设定的阈值,将预测结果细化为典型上、上偏中、中偏上、典型中、中偏下、下偏中、典型下等7类或超模型范围样品;应用2012年在实际复烤生产加工中取得的不同部位、不同产地的34个烟叶样品验证了分析结果的合理性。该种分析方式,不仅可以实现预测样品的判别分析,而且可得到关于预测样品更丰富的属性特征信息,可对烟草工业企业实现原料的均值化加工和烟叶配方等提供指导。     

基于无人机近地面多光谱图像的蛇龙珠葡萄成熟度判别

酿酒葡萄一般批量采收,采收期对其品质有较大影响.传统方法主要依靠对样本的酚、糖等各组分含量进行实验室理化指标检测,判定采收成熟度.如果对多个地块进行采摘前的连续监测,则批量大、成本高、采样与分析工作量繁重,且时效性差,难以保证果品的收获品质.以蛇龙珠品种为对象,提出一种利用近地面多光谱图像对种植区葡萄成熟度和批量采收期...     

基于SVM回归模型的混合气体组分种类光谱识别方法

针对混合气体红外光谱分析中无法采用同一模型同时进行混合气体组分浓度的定量分析和组分种类的定性分析的问题,本文提出了基于SVM回归模型的混合气体组分种类光谱识别方法.通过详细推导,证明混合气体组分种类识别完全可以通过组分浓度分析的SVM回归模型来求解,混合气体组分种类识别是一种特殊的回归.实验结果显示,该方法的混合气体组分种类的正确识别率不小于92.5%.     

基于光谱色域最大化的喷墨打印墨量限制方法研究

为了在解决墨量超限问题的同时实现喷墨打印设备色彩再现色域的最大化,提出了一种基于多维非线性插值的墨量限制方法。以四类不同介质的墨水组合为研究对象,以特殊设计的墨量评判样本墨层铺展情况为判断依据,确定最大色域样本集,并利用分光光度计测量获取各样本在380～730 nm波段的光谱反射率信息。通过主成分分析法对光谱数据进行降维处理,结合凸包算法,实现设备最大色域的数学建模表达及可视化分析。实验结果表明,本文提出的墨量限制算法,在解决喷墨打印墨量超限问题的同时,其光谱、 色度及设备色空间的最大色域覆盖率皆大于95%,说明此方法在高保真色彩复制的墨量限制环节具有较为理想的表现。     

基于Adaboost及高光谱的生菜叶片氮素水平鉴别研究

为了便于经济合理的生菜施肥,研究一种生菜叶片氮素水平智能鉴别方法。在温室大棚内无土栽培不同氮素水平的生菜样本,在特定生育期,采集各类氮素水平生菜样本,利用FieldSpec○R 3型光谱仪采集生菜叶片高光谱数据。由于原始高光谱数据存在噪声且冗余性强,利用标准归一化(SNV)对原始高光谱数据进行降噪处理,再利用主成分分析方法(PCA)对高光谱数据进行特征提取。分别利用K最近邻(KNN)和支持向量机(SVM)对降维后的光谱数据进行分类研究,由于自适应提升法(Adaboost)能提升弱分类器分类性能,将其分别引入到KNN和SVM两种分类器中,提出了Adaboost-KNN和Adaboost-SVM两种集成分类算法。分别利用上述四种分类算法对相同测试样本数据进行分类鉴别。结果表明,KNN,SVM,Adaboost-KNN和Adaboost-SVM四种算法的分类正确率分别为74.68%,87.34%,100%和100%,其中所提出的Adaboost-KNN与Adaboost-SVM分类效果都很好,且Adaboost-SVM分类算法的稳定性最好。因此,Adaboost-SVM算法适合作为基于高光谱的生菜氮素水平鉴别的建模方法,并且也为其他作物营养元素无损检测提供了一种新的方法。     

基于U-net和可见光谱图像的黄瓜褐斑病分割

褐斑病是黄瓜主要真菌性病害之一,适宜条件下,特别是在昼夜温差大及饱和湿度条件下发病迅速,病情加重,导致黄瓜减产,造成经济损失.对黄瓜褐斑病进行病斑分割与提取,可以为后续的病害识别与诊断提供有效依据,具有重要意义.结合黄瓜褐斑病可见光谱图像,利用U-net深度学习网络构建黄瓜褐斑病语义分割模型,实现了病斑分割.首先在采集...     

FT-NIR光谱仪测定烟草化学成分不同谱区范围对数学模型影响的研究

应用傅里叶近红外技术建立快速定量分析烟草化学成分的数学模型 ,使用BrukerOptics公司的MPA型傅里叶变换近红外光谱仪 ,谱区扫描范围 12 0 0 0～ 4 0 0 0cm- 1 ,选择不同的谱区范围对烟碱、总糖和总氮三种组分的数学模型进行优化 ,结果显示不同谱区范围对同一组分数学模型影响有明显的差异 ,而且不同组分所选择的最佳建模谱区范围是不一样的 ,说明在模型优化过程中选择最佳谱区范围是非常关键的 ,烟碱、总糖和总氮三种组分模型的最佳谱区范围分别是 95 0 0～ 4 2 31 2cm- 1 ,75 0 2 1～ 4 2 4 6 7cm- 1 ,75 0 2 1～4 5 97 7cm- 1 ,三种组分最佳模型交叉检验的均方差 (RMSECV)分别为 0 0 815 ,0 80 8,0 0 5 6。     

图像光谱技术实现精确测温

建立了一种以灰体辐射为基础测量温度的新方法,它不仅可以测定辐射体的实时温度,而且可以实现无接触和高精度测量。首先,利用多通道CCD图像光谱仪精确测量辐射体在较宽波段内的辐射光谱,作为该辐射体的指纹光谱,将其定义为一个等效的灰体;其次,通过对所测光谱的拟合确定该辐射体的灰体辐射模型的系数,从而确定待测辐射体的灰体辐射模型;最后,通过光谱技术与灰体辐射模型的结合确定给定辐射体的任意温度。通过对无火焰和有火焰这两类热辐射体的实验检验,表明该测温方法具有实时、准确和无接触等优点。     

小型球形脉冲氙灯光谱分析与实验测定

作为分析仪器和医疗仪器光源,脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响,利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程,设计了光谱检测系统,实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。结果表明：脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成,连续谱有离子复合和韧致辐射产生,线状谱由电子能级跃迁产生。相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、并随着储能电容的变大而变大。在放电电压较低时,弧长较短时相对光谱辐射能量较大;在放电电压较大时,弧长越长相对光谱辐射能量越大。对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。     

基于光谱和图像特征的阔叶木材与针叶木材同时分类算法研究

木材是人们生活中必不可少的可再生资源,同时在建筑、工艺、家具、结构材料等方面有着举足轻重的地位.市场中常见的木材品种繁多,其品质和价格千差万别,使用智能化技术对木材进行正确的分类不仅可以防止不法商贩"以次充好",也可以大幅度降低木材分类人员的工作难度.通过木材的遗传信息和解剖学信息可以得到较为准确的木材分类结果,这类方...     

基于光谱指数波段优化算法的小麦玉米冠层含氮量估测

作物关键生育时期冠层氮素含量的实时监测对于优化氮肥用量和减少环境风险具有重要的意义。为了寻求预测不同作物氮素含量的最佳光谱参数,实现作物氮素无损营养诊断。本研究通过2008年—2011年在德国慕尼黑弗莱辛和河北曲周的不同氮量的小麦玉米田间试验,采用高光谱仪获取小麦玉米冠层的反射光谱,利用光谱理论模型进行光谱指数波段的优化,从而抽取不同冠层结构条件下的小麦玉米氮素营养敏感波段。结果表明与传统的基于红光的光谱指数相比,优化光谱指数显著提高了小麦玉米冠层氮素含量的预测能力,克服了传统的基于红光光谱指数的饱和问题。优化光谱指数的波段结合随着作物品种及其冠层结构的变化而变化,其优化波段范围主要集中在红边(730～760 nm)和红边向近红外的过渡区域(760～880 nm)。优化结果显示玉米最佳光谱指数为R_λ766/R_λ738-1,小麦最佳光谱指数为R_λ796/R_λ760-1,玉米小麦相结合优化后的最佳光谱指数为Rλ₈₇₆/Rλ₇₃₀-1。结果进一步验证了优化光谱指数估测的不同作物含氮量的预测值与实测值相关性最高,且验证偏差最小,证实了优化后的光谱特征参数可对不同作物氮素丰缺状况进行快速、准确、无损估测。试验结果也为设计作物冠层氮素传感器和更好的利用现有基于卫星的传感器实施区域上的作物氮素营养监测提供了理论基础。     

光谱指数的植被叶片含水量反演

利用光谱技术监测植被水分状况是了解植被生理状况及生长趋势的重要手段之一。选择艾比湖湿地自然保护区作为靶区。采用聚类分析、变量投影重要性分析(VIP)以及敏感性分析等方法,对植被不同含水量进行分级,并针对不同等级的植被含水量进行估算及验证。结果表明： (1)基于聚类分析中的欧氏距离的方法将植被叶片相对含水量划分为高等、中等、低等三个等级,其范围分别为70.76%～80.69%,53.27%～70.76%,31.00%～53.27%。在中红外与远红外(1 350～2 500 nm)之间,反射率越低植被含水量越高;波长380～1 350 nm范围,无此现象。(2)应用VIP方法可知,所选的8种植被水分指数VIP值均超过了0.8,说明植被水分指数预测能力均较强且差别不显著。其中MSI,GVMI与植被叶片相对含水量的非线性三次拟合函数效果最佳,MSI决定系数R2为0.6575和GVMI决定系数R2为0.674 2。植被叶片相对含水量在30%～45%范围,MSI指数的NE值最低,在45%～90%范围时,GVMI指数的NE值最低。NDWI₁₂₄₀指数的NE值在70%左右起伏较大,说明NDWI₁₂₄₀ 指数在植被含水量为70%左右,预测能力较差。(3)通过误差分析可知GVMI指数反演的结果误差最小,不同的植被指数对不同含水量的植被估算结果相差较为明显,因此分段估算植被含水量是有必要的。综上所述,利用高光谱遥感技术对监测艾比湖保护区植被生长及干旱环境提供基础研究。