【硕士论文】小麦品质分析的信号处理方法研究.pdf

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1、Y8231i52分类号!型!11学号UDC学位论文密级丑垒孟小麦品质分析的信号处理方法研究指导教师姓名申请学位级别专业名称论文提交日期论文答辩日期学位授予单位学位授予日期(杨红卫)王洒塑煎攫王堂盟±焦曼曼篮皇矬堡!!!!生!月!QQ!生§月鲤熬至焦垦王焦太堂!QQj生i月答辩委员会主席澄垂运学位论文评阅人强盍左屈匮明型：龌解放军信息工程大学二oo五年六月信息工程大学博士学位论文摘要粮食安全直接关系社会稳定、经济发展和国家安全。中国的耕地面积不到世界总耕地面积的7％，但是却要解决占世界总人口22％人口的吃饭问题。因此，主要依靠自己的力量解

2、决粮食问题，确保国家粮食安全始终是中国政府关心的头等大事。粮食安全不仅仅是从数量上保证供应，即数量安全的问题，还有随环境污染与消费水平提高而日益重要的质量安全以及合理利用有限资源，建立资源节约型社会的问题。维持一定数量、品种和品质粮食的储备，是保证国家粮食安全的重要措施。小麦是最重要的粮食品种之一，基于信号处理技术，研究客观、便捷的小麦品质测定方法对提高小麦品质、减少产后损失、保证国家粮食安全具有十分重要的意义。小麦的贸易及利用是以小麦的品质作为基础的。小麦的各种品质参数可以通过相应的标准方法测定。但是，由于分析数据多、分析时间长、所需

3、仪器价格昂贵，这些标准方法大多难以在粮食收购等现场检测中广泛应用，给我国的小麦品质控制带来许多困难。一种可行的方法是，对同一地区，首先进行小麦的品质测报，在此基础上，根据小麦品种来判断小麦品质的优劣，从而达到快速确定小麦品质的目的。颜色是小麦最重要的特征之一。与形态、纹理等特征相比较，颜色特征易于提取，并具有旋转、缩放和平移不变性等特点。本文在分析近红外光谱、可见光光谱等方法有关颜色特征研究的基础上，指出在过去小麦图像处理研究中，基于颜色特征的品种识别效果不够理想，主要原因是提取的颜色特征过于简单。颜色直方图是图像处理、图像检索、计算机

4、视觉等研究中，研究颜色特征的重要工具。基于空间数据索引技术，本文提出了一种新的真彩色图像颜色直方图索引结构——稀疏森林，通过将RGB空间中三维颜色(点)投影至(，，g，0)平面进行“降维”，将三维空间点索引变成一维数据索引问题，降低了l'a-I题的复杂度：进一步，利用B树高度平衡、多分支、低深度、结构紧凑等特点，对一维数据进行索引。与其他同类空间索引结构相比，稀疏森林保留了颜色空间的全部信息，生成、索引速度快，可以方便地进行点查询和区域查询，并且空间效率比较高。根据颜色直方图，本文提出了一种新的小麦颜色特征；然后采用基于支持向量机的一对

5、一分类方法对小麦进行品种识别。利用本文提出的识别方法，对具有代表性的16种样品，整体识别的正确率在96％以上，6种样品单颗粒识别的正确率为87％～93％。第1页信息工程大学博士学位论文根据一路带噪信号，采用独立分量分析方法去除加性噪声，需要构造另外一路观测信号。由于在小麦品质信号处理中，周期性干扰通常是最主要的加性噪声，本文提出了一种构造混合信号的新算法。利用构造的混合信号进行独立分量分析，可以有效地消除周期性干扰，使目标信号的信噪比显著提高。即使在信噪比很低，目标信号几近被“淹没”的情况下，仍然能够较好地将其分离出米。仿真和实验结果都

6、表明该方法具有计算简单、运算速度快、算法效率高等特点。针对盲反卷积问题，本文提出了一种基于ICA的同态盲反卷积算法。该算法首先将检测信号变换到复倒谱域，将卷积混合模型变为线性混合模型，即ICA问题：然后通过ICA将系统冲击响应和输入信号分离；最后，根据分离的复倒谱信号，重构其时域信号。本文提出的盲反卷积算法具有运算量小、计算速度快、分离精度高等特点。本文利用自制的检测装置，采用冲击法获取小麦的品质信号：应用本文提出的周期性噪声消除算法清除测试信号中的加性周期噪声：然后对其进行同态盲反卷积；在此基础上．提出了平均过零率z、平均信号长度上和

7、SKQ等小麦籽粒特征参数，分别用于整体样品品种识别和单颗粒小麦品质分析。与其他同类方法相比较，冲击法识别小麦品种，所需样品少，实验所用10种小麦样品的正识率达100％，并且能够对单颗粒小麦的品质进行分析。本文提出的冲击法检测小麦品质技术已申请国家发明专利，目前正在审理中。关键词：信号处理，图像处理，小麦品质，粮食安全，独立分量分析，降噪，盲反卷积第1I页ABSTRACTGrainsecurityisoneofthemajorfactorsthatarerelatedtoChina'ssocialstabilityandeconomicd

8、evelopmentaswellasitsnationalsecurity．Inacountrythatfeeds22percentoftbeworld’Spopulationwithonly7percen