不同波长提取方法的高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病的研究.pdf

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1、第34卷，第5期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．5，pp1362—13662014年5月SpectroscopyandSpectra1AnalysisMay，2014不同波长提取方法的高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病的研究程术希，谢传奇，王巧男，何勇，邵咏妮浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州310058摘要提出了基于连续投影算法(successiveprojectionsalgorithm，SPA)、载荷系数法(x-loadingweights，—LW)和格拉姆一施密特正交(gram

2、-schmidtorthog0nalization，GSO)提取特征波长的高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病的方法。首先获取380~1023nIn波段范围内7O个健康和7o个染病番茄叶片的高光谱图像信息，然后提取健康和染病叶片感兴趣区域(regionofinterest，ROD的光谱反射率值，建立番茄叶片早疫病的最小二乘一支持向量机(1eastsquares—supportvectormachine，LS-SVM)鉴别模型，建模集和预测集的鉴别率都是100。再通过sPA、rLw和GSO提取特征波长(

3、effectivewavelengths，EW)，并建立EW-LS-SVM和特征波长一线性判别分析(ew-lineardiscriminantanalysis，E、LDA)鉴别模型。结果显示，每个模型的鉴别效果都很好，EW-LS-SVM模型中预测集的鉴别率都达到了100，EW-LDA模型中预测集的鉴别率分别是i00，100和97．83。基于SPA，r和GSO所建模型的输入变量分别是4个(492，550，633和68Onto)，3个(631，719和747nm)和2个(533和657rim)，较少的

4、特征波长便于实时检测仪器的开发。结果表明，高光谱成像技术检测番茄叶片早疫病是可行的，SPA，rLw和GSO都是非常有效的特征波长提取方法。关键词高光谱成像；特征波长；线性判别分析；最小二乘一支持向量机；番茄；早疫病中图分类号：TP391；$436．4文献标识码：ADOI：10．3964~．issn．1000—0593(2014J05—1362—05获取对象的图像和光谱信息，目前已被广泛应用于农业、食引言品等领域l5。]。利用高光谱成像技术研究农作物病害已有报道，Rump{等_8利用高光谱反射率检测

5、甜菜不同病害；Baur—番茄早疫病属于真菌病害，其病原物是ahernariasola—iegel等_9利用高光谱成像技术检测小麦镰刀菌病害；Fiorenil1]。在高温高湿的环境中，番茄叶片很容易感染早疫病，等[10_利用高光谱成像技术对玉米真菌病害进行早期检测研病菌侵入叶片后，2～3d就能形成病斑，并产生大量分生孢究。本研究的目的在于：(1)建立健康和染病样本的定量识子进行再侵染，导致病害迅速蔓延l2j，严重影响番茄的品质别模型；(2)采用不同方法提取特征波长；(3)比较全波段和和产量。目前，关

6、于作物病害检测技术的研究已有很多，传特征波长的识别效果；(4)比较每一个特征波长的识别效果。统检测作物病害的技术主要有理化检测和人工感官检测，理通过比较不同模型的识别效果，确定鉴别番茄叶片早疫病的化检测包括聚合酶链式反应技术、酶联免疫吸附试验、荧光最优模型和最佳波长，为仪器开发提供理论依据。原位杂交和生物标志物检测技术等【，但这些技术都存在弊端：如理化检测需要专业人员操作、工作量大、对样本具有1实验部分破坏性；人工感官检测易受到各种主客观因素的影响，两种检测手段的时效性都较差。因此，研究一种快速、

7、无损、准1．1仪器确的检测番茄叶片早疫病的方法极其重要。高光谱成像仪如图1所示，包括镜头OLE-23(Specim，高光谱成像技术将传统二维图像技术和光谱技术相结Finland)、成像光谱仪V10E-QE(Specim，Finland)、线光源合，具有谱图合一、多波段、高分辨率等优点l4]，可以同时SchottDCRIl、电控位移台PSA200—11一X、移动平台控制收稿日期：2013—08—07。修订日期：2013—11—09基金项目：教育部博士点基金项目(20130101110104)，国家(

8、863计划)课题项目(2O13AA1O23O1)，教育部留学回国人员科研启动基金项目和中央高校基本科研业务费专项资金项目(2O14FzA6005)资助作者简介：程术希，女，1979年生，浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士研究生e-mail：kjccsx@ziu．edu．cn*通讯联系人e-mail：yhe@zju．edu．cn第5期光谱学与光谱分析1363器SC3OOA和计算机等部件。光谱波段为38O～1023niTl，光最小二乘线性系统，通过解一组线性方程组代替复杂的二次谱仪