基于高光谱图像技术和SVDD的玉米种子识别.pdf

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1、第３３卷，第２期光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．２，ｐｐ５１７５２１２０１３年２月ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＦｅｂｒｕａｒｙ，２０１３基于高光谱图像技术和犛犞犇犇的玉米种子识别朱启兵，冯朝丽，黄敏，朱晓江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏无锡２１４１２２摘要特征提取的充分性和分类器设计的合理性是影响玉米种子识别精度的两个关键问题。采集了玉米种子的高光谱图像，并提取每粒玉米种子在不同波段下的图像熵作为分类特征；在此基础上，利用支持向量数据描述方法构建每类玉米的分类器模型，对待识别样本的测试

2、精度达到了９４．１４％，对新类别样本的识别精度达到９２．２８％。仿真结果表明：新方法可实现玉米种子的准确识别，同时解决了传统分类器对新类别样本的错误分类问题。关键词高光谱图像技术；玉米种子；熵；支持向量数据描述中图分类号：ＴＰ３９１．４文献标识码：Ａ犇犗犐：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１００００５９３（２０１３）０２０５１７０５别问题。首先获取了玉米样本在４００～１０００ｎｍ波段范围内引言的高光谱图像，提取玉米种子在各个波段下的图像熵作为分类特征，并利用ＳＶＤＤ构建了每类玉米的分类器模型。新方种子是农业生产中最基本的生产资料，是一

3、切农业生产法不仅具备良好的分类精度，而且可解决传统分类器缺乏对的基础。近年来，随着种子杂交技术的广泛应用，种子的品新类别样本识别能力的问题。种数目越来越多，随之带来了种子品种间的混杂现象越来越严重。加强种子纯度检验是减少种子混杂、保证农业生产的１实验部分根本途径。为了提高种子检测的快速性，自２０世纪９０年代以来，具有实时无损检测特点的机器视觉和近红外光谱分析１１仪器技术在种子纯度检测中的应用得到了广泛的研究［１５］。相比实验中使用的高光谱成像系统如图１所示。该系统是由于单一的机器视觉技术或近红外光谱分析技术，高光谱图像计算机、图像采集

4、单元、光源、样本输送平台四部分组成。技术可以提供包含被测对象外在形态学特征，内部结构特征和化学成分特征的所有信息，这些信息为种子纯度的准确检测提供了充分可靠的信息保证。目前，高光谱图像技术已经用于鉴别小麦种子和油菜籽品种，并且取得了较高的识别精度［６８］。神经网络、支持向量机等识别模型已成为种子纯度识别的主流模型。然而，无论是神经网络还是支持向量机，都缺乏对新类别样本的识别能力。由于受测试样本搜集范围的限制以及杂交技术的广泛运用，在种子纯度检测中很难一次性搜集到所有类别样本，新类别样本的频繁出现，导致识别模型的错误分类。选择和设计新的分

5、类器，解决新类别样本的错误分类问题已成为一个亟待解决的问题。利用高光谱图像技术和支持向量数据描述方法（ｓｕｐｐｏｒｔ［９］研究了玉米种子的分类识犉犻犵１犎狔狆犲狉狊狆犲犮狋狉犪犾犻犿犪犵犻狀犵狊狔狊狋犲犿ｖｅｃｔｏｒｄａｔａｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，ＳＶＤＤ）收稿日期：２０１２０７１２，修订日期：２０１２１０２５基金项目：国家自然科学基金项目（６１２７１３８４，６１２７５１５５），江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０１１１４８），中国博士后科学基金项目（２０１１Ｍ５００８５１）和中央高校基本科研业务费专项资金（ＪＵＳＲＰ２１１３２）资

6、助作者简介：朱启兵，１９７３年生，江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室副教授ｅｍａｉｌ：ｚｈｕｑｉｂ＠１６３．ｃｏｍ５１８光谱学与光谱分析第３３卷图像光谱仪（１００３Ａ１０１４０ＨｙｐｅｒｓｐｃＴＭＶＮＩＲＣＳｅｒｉｅｓ，ＨｅａｄｗａｌｌＰｈｏｔｏｎｉｃｓＩｎｃ．，ＵＳＡ）、２５μｍ的狭缝、ＣＣＤ摄像２高光谱图像的特征提取机（ｐｉｘｅｌｆｌｙｑｅＩＣ２８５ＡＬ，Ｃｏｏｋｅ，ＵＳＡ）和镜头（１０００４Ａ２１２２６Ｌｅｎｓ，Ｆ／１．４ＦＬ２３ｍｍ，ＳｔａｎｄａｒｄＢａｒｒｅｌ，ＣＭｏｕｎｔ．，目前在基于机器视觉的种子识别中，多

7、提取种子图像的ＵＳＡ）构成了图像采集单元；光源为１５０Ｗ光纤卤素灯（１５０形态特征作为分类特征，这些特征大多需要复杂的计算。对ＷＥＫＥ，３２５０Ｋ，Ｔｅｃｈｎｉｑｕｉｐ，ＵＳＡ）；样本输送平台由步进于高光谱图像来说，由于需要计算多个波段下的形态特征参电机控制。图像采集的整个过程在暗箱中进行，以避免在采数，其计算的复杂度将更为庞大。考虑到不同类别的玉米种集过程中受到外界光线的影响。高光谱图像的光谱范围为子物理和化学信息的差异性，必将导致其在不同波段下的反４００～１０００ｎｍ，光谱分辨率为１．２９ｎｍ，波段间隔为０．６４射光强大小及其分布存在

8、差异；而图像的信息熵是度量反射－１。光强差异性的一个重要指标［１２］，而且计算简单、方便。因ｎｍ·ｐｉｘｅｌ１２材料此，提取玉米种子在４００～１０００ｎｍ波长范围内共２３３个波实验样本由不同