高光譜圖像技術(shù)識(shí)別裂嘴板栗

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

板栗是我國(guó)食用堅(jiān)果之一，物美價(jià)廉，營(yíng)養(yǎng)豐富，年產(chǎn)量居世界首位。裂嘴果為評(píng)價(jià)板栗外部品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，裂嘴果是在自然生產(chǎn)條件下果皮開裂或由于機(jī)械損傷等外力而導(dǎo)致果皮破損的板栗。板栗果肉暴露在外，極易引發(fā)一系列食用安全問題。目前，裂嘴板栗主要采用人工分選，主觀性強(qiáng)，分選錯(cuò)誤率高。因此研究一種有效且適用的裂嘴板栗檢測(cè)方法，可為板栗的快速無損檢測(cè)和分級(jí)奠定基礎(chǔ)。針對(duì)缺陷板栗的識(shí)別方法，課題組前期做了一定的研究，但對(duì)缺陷板栗中裂嘴缺陷的識(shí)別方法研究尚無報(bào)道。近紅外光譜技術(shù)可以快速、無損、有效的檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)信息，機(jī)器視覺技術(shù)能很好的反映農(nóng)產(chǎn)品外部特征，在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)中均已得到廣泛的應(yīng)用，但兩者均不能同時(shí)滿足檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)外綜合品質(zhì)的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，一種集光譜和圖像于一身的高新技術(shù)——高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)正越來越受到農(nóng)產(chǎn)品無損檢測(cè)領(lǐng)域研究者的重視.高光譜圖像能夠記錄豐富的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)信息，可同時(shí)用于農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)、外品質(zhì)的檢測(cè)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者將高光譜圖像技術(shù)應(yīng)用到水果、蔬菜、茶葉及肉類食品無損檢測(cè)方面都取得了較好的結(jié)果。但尚未見利用高光譜圖像技術(shù)檢測(cè)裂嘴板栗的研究。論文提出利用高光譜圖像技術(shù)識(shí)別裂嘴板栗，提取并分析裂嘴板栗和合格板栗的光譜曲線，優(yōu)選特征波長(zhǎng)，采用波段比算法，經(jīng)紋理濾波提取其協(xié)同性圖像，再結(jié)合一系列數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算完成裂嘴板栗的識(shí)別，可為裂嘴板栗的在線檢測(cè)提供新思路。

論文采用高光譜圖像技術(shù)對(duì)裂嘴板栗進(jìn)行了識(shí)別方法研究。

1）通過主成分分析法優(yōu)選特征波長(zhǎng)（477nm、769nm和923nm），分析并比較特征波長(zhǎng)兩兩不同組合得到的波段比圖像和特征波長(zhǎng)處單波段圖像，表明769mm/923nm波段比圖像最能突出反映裂嘴區(qū)域，更有利于裂嘴特征的提取。

2）分析 769nm/923nm 波段比圖像，提取基于協(xié)同性紋理濾波所得的圖像，結(jié)合閾值分割和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算完成目標(biāo)區(qū)域的提取。其中裂嘴的正確識(shí)別率為94.3%，合格板栗的識(shí)別率為96.8%，總體識(shí)別率達(dá)到95.5%。可選擇相應(yīng)的濾波片設(shè)計(jì)基于濾波片型高光譜圖像檢測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)裂嘴板栗的在線、快速和無損檢測(cè)。同時(shí)，也為其它農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的檢測(cè)提供了新方法。