基于高光谱成像技术的马铃薯内部品质无损检测分析

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1、宁夏大学硕士学位沦文第‘‘章绪论马铃薯使自己有一个稳定的收入。马铃薯主粮化，生产是基础，加工是关键。干物质¨⋯、淀粉⋯⋯、蛋白质”“、水分含量均为马铃薯内部重要品质指标，对马铃薯加工产品的质量有一定的决定作用，因为现阶段我们国家的马铃薯内部指标参差不齐，所以在马铃薯加工上面也有不同的影响”⋯。所以在对马铃薯产品进行加工的前期，要对马铃薯的内部指标进行检测。由于以往检测马铃薯内部指标的方式比较落后，效率比较差，也没有能力满足当代社会发展的速度。农产品无损检测在近年发展起来的一种新技术，不破坏样品就可评价其内部品质。该技术涉及光学、力学、电学、磁学等学科，范围

2、广泛，其基础更是涉及材料科学、计算机科学、生物技术、信息技术等诸多领域，其中以光学检测发展最快。随着科技的发展，近红外光谱在农产品无损检测里面有着广泛的应用¨”}，通过这种无损检测的形式可以对待测样品进行检测，可是待测样品内部结构有一定的差异他训，所以对结果有一定的影响，所以在检测过程中有一定的限制范围。把图像技术以及光谱技术进行融合，就形成了高光谱成像技术”1

3、，作为一种新兴的无损检测技术，弥补了近红外光谱技术的弊端。该技术已广泛应用于天文学

4、22

5、、遥感㈦二1、医学k“、药学

6、25

7、、农业科学

8、2⋯。高光谱成像技术可以对样品里面的信息和图像进行同步处理

9、，在处理的过程中具有操作简单、稳定性好以及效率高无污染的特点，现阶段检测过程中经常使用这种方式进行检测。高光谱成像技术既可对马铃薯内部品质含量进行定量预测，也对产品的一些外在的特性进行研究，这样就可以完成对马铃薯外部以及内部的特性研究，为宁夏马铃薯即将进入高端市场打下坚实的基础。对西部大开发战略也起到了一定的促进作用，同时也使得我国无损检测行业的发展更加成熟。12高光谱成像技术简介在1983年里，美国的实验室研制出了世界上第一款光谱仪，该产品可以广泛应用于植被特征的提取等领域，该光谱仪的研制成功充分显示了其重要的特性。而后很多国家先后研制出了许多优秀的光谱

10、仪，比如AVIRlS、DAIS、澳大利亚的HyMap、加拿大的FLICASI，德国的ROSIS等等。经过了几十年的发展，光谱仪成功的应用在了航天领域。高光谱主要被应用在民用方面：地质调查，植被遥感，农业监测，大气遥感，水文学，灾害环境遥感，土壤调查、城市环境遥感以及军事侦察。20世纪90年代，高光谱成像技术开始应用于农产品无损检测领域，并迅猛发展旧“28I1．2．1高光谱成像技术介绍在一些窄波段的研究领域，高光谱的成像技术发展是最为成功的一个技术创新，它的遥感探测技术非常成熟，在我国的民用以及航天领域都有广泛的应用前景。它是探测技术、精密光学仪器、信息处理

11、技术的融合他⋯。高光谱成像技术在多光谱成像的基础上发展起来的，可以在范围内的数百条光谱段成像出目标物体，这样就可以得到被测物体的光谱信息数据。高光谱的成像设备其光谱数据非常多，可以达到数百个，其分辨率也更加广泛，光谱的范围可以达到(200—2500nm)。高光谱技术是．2．宁夏大学硕士学位论文第一章绪论图谱合一的完美结合，其图像采集的信息度非常大，并且该数据模型的种类也非常多。这样就可以通过物体特有的光谱对其进行鉴别。光源图1—1高光谱成像系统高光谱成像仪(也称光谱相机或高光谱相机、高光谱仪)，是将成像光谱仪和CCD相机完美结合，可同时、快速获取光谱和影像

12、信息的无损检测分析仪器。高光谱成像仪的主要组成部分有：准直镜、分光计、聚焦透镜、面阵CCD。高光谱成像系统硬件组成见图1．1。1．2．2成像光谱仪的成像原理成像光谱仪每次成目标上一条线的像，并分光使每个光谱成分对应线阵上的一个像素点。因此，每一幅来自光谱相机的图像结构包括一个维度(空间轴)上的线阵像素和在另⋯个维度(光谱轴)上的光谱分布(光在光谱元素的强度)，如图l一2所示的说明。光谱仪的光谱分辨率由狭缝的宽度和光学光谱仪产生的线性色散确定。最小光谱分辨率是由光学系统的成像性能确定的(点扩展大小)。成像过程为：每次成一条线上的像后(X方向)，在检测设备上面

13、，被测物体在位移的过程中，通过探测器的探头，可以检测出一个纵向的扫描，然后与横向扫描相结合就可以得到三维的一个高光谱图像。高光谱图像数据有时称为图像块或超级数据立方体(SuperHypercube)，见图1．3。其中的二维信息是图像像素的横纵坐标(x和v)，第三维是波长信息(九)。图像维：与一般的图像相似。光谱维：对应高光谱图像的每一个像元，均有一个连续的光谱曲线。宁夏大学硕士学位沦文第‘章绪论目标面阵探测器分光系统一～⋯，_一；瀚；，。。物镜入光狭缝图1—2成像原理示意图妇髓j{r#o∞a∞n1．2．3高光谱成像技术的特点0。5e。肆0．34i、》霪拳1

14、12嚣一一I聿拳警‘～i§∞Wav晚玛曲S#ectra!F恕啊暑￡