一種基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法與流程

本發明屬于光譜分析領域，具體涉及一種基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法。

背景技術：

蘿卜(raphanussativusl.)，二年或一年生草本植物，是一種重要的農作物；其肉質直根呈長圓形、球形或圓錐形，可作蔬菜食用。蘿卜種植歷史悠久，繁育品種良多。在浙江省杭州市，每年冬季，會上市一種本地蘿卜，其肉質根呈紡錘形，地上部分為粉紅色或紫紅色，地下部分為白色，俗稱“一點紅”。該品種蘿卜肉質致密，皮薄光滑，脆糯清鮮，品質上佳，為杭州民眾所喜愛。但一點紅蘿卜在自然情況下存在空心問題，其空心率約為1/3。蘿卜空心，即蘿卜根部在生長成熟的中后期和采后的貯藏期內，其薄壁細胞缺乏可利用的營養物質，逐漸出現氣泡，繼而產生細胞空隙，最后形成空心的狀況。將一點紅蘿卜切開，依據生活經驗用肉眼判斷其是否空心是目前鑒別一點紅蘿卜空心的主要方法。該方法需要判斷者具有一定的生活經驗且較為費時費力，具破壞性。

結合成像技術與光譜檢測技術，在光譜維度上進行細致分割的高光譜成像技術能夠同時獲得待測目標的光譜信息和圖像信息，并提供可視化的信息表達。在覆蓋可見光波段的400-1000nm波段間，待測目標經高光譜照射而得到的反射光既包含待測目標的大小、外觀、缺陷等外部指標的圖像信息，同時也包含反映待測目標物理結構、化學成分等內部參數的光譜信息。利用反映待測目標內部參數的光譜信息，加以化學計量學方法輔助，高光譜成像技術可以實現農產品的快速無損檢測。

技術實現要素：

基于以上分析，本發明提供一種基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法。通過高光譜成像技術分別獲取空心一點紅蘿卜與非空心一點紅蘿卜在400-1000nm間的圖像信息與光譜信息，利用原始光譜建立支持向量機模型，采集待測一點紅蘿卜的高光譜圖像，使用已建立的支持向量機模型快速鑒別待測一點紅蘿卜是否空心。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法，包括以下步驟：

1)取一定數量的一點紅蘿卜樣品，用作建模集；

2)使用高光譜成像技術照取一點紅蘿卜樣品，獲取其反射光譜，反射光譜范圍是覆蓋可見光波段的400-1000nm；

3)將建模集中一點紅蘿卜切開，依據生活經驗并用肉眼觀察判斷其是否空心，并將空心樣品與非空心樣品標注、分類；

4)使用2)中獲得的原始反射光譜信息建立支持向量機鑒別模型，分類標準為1-非空心，2-空心；

5)針對未知空心的待測一點紅蘿卜樣品，重復步驟2)中的操作；

6)將步驟5)中獲得的待測一點紅蘿卜樣品的原始光譜信息輸入步驟4)得到的支持向量機鑒別模型，得出未知樣品是否空心。

本發明中，建模集中一點紅蘿卜樣品數量應≥40。選取用于建立模型的是一點紅蘿卜樣品的原始光譜信息。

進一步改進的，選取用于建立模型的化學計量學方法是支持向量機。

作為進一步改進，支持向量機模型的相關參數如下：分類類型：c-svc，核類型：多項式(polynomial)，程度：3，c值0.5，g值0.00195。

本發明的有益效果是：

(1)實現了一點紅蘿卜空心的無損鑒別，鑒別過程快捷、簡便；

(2)應用高光譜成像技術結合化學計量學方法對一點紅蘿卜空心進行無損檢測，避免檢測過程對一點紅蘿卜造成的損傷，減少傳統鑒別方法對一點紅蘿卜造成的經濟損失；

(3)可根據實際情況，調整支持向量機模型的相關參數，以用于其余品種蘿卜的空心鑒別。

附圖說明

圖1是基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法的高光譜成像裝置示意圖；

圖中：1為暗箱，2為高光譜相機，3為光譜儀，4為鏡頭，5為光源，6為樣品臺，7為馬達，8為計算機；

圖2是基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，高光譜成像裝置包括：暗箱1，高光譜相機2，光譜儀3，鏡頭4，光源5，樣品臺6，馬達7和計算機8。

如圖2所示，采用上述裝置鑒別一點紅蘿卜空心的方法具體如下：

1)取一定數量的一點紅蘿卜樣品作為建模集，并逐一將樣品置于暗箱中的樣品臺上，記錄各樣品編號；

2)用高光譜相機照射樣品，獲取樣品在400-1000nm波段間的高光譜反射光譜；

3)逐一切開1)中的一點紅蘿卜樣品，依據生活經驗判斷其是否空心，非空心蘿卜歸入類別1，空心蘿卜歸入類別2，并記錄其編號；

4)使用2)中獲得的原始光譜信息，以3)中的分類標準及結果在theunscramblerx中建立支持向量機鑒別模型；

5)將未知空心的待測一點紅蘿卜樣品以步驟1)和步驟2)中的方法同樣操作；

6)利用4)中建立的支持向量機鑒別模型，鑒別待測一點紅蘿卜樣品是否空心，并得出結論。

本發明所選定的支持向量機模型參數只針對一點紅蘿卜空心的快速鑒別，對其余品種蘿卜空心的鑒別不適用；如需鑒別其余品種的蘿卜是否空心，需重新選定參數，建立支持向量機鑒別模型。

上述具體實施方式用以解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。

技術特征：

技術總結
本發明公開一種基于高光譜成像技術的一點紅蘿卜空心鑒別方法，包括步驟：1)獲取一點紅蘿卜的高光譜反射光譜；2)將建模集中一點紅蘿卜切開，觀察判斷其是否空心，并將空心樣品與非空心樣品標注、分類；3)使用步驟1)中獲得的反射光譜信息建立支持向量機鑒別模型，分類標準為1?非空心，2?空心；4)針對未知空心的待測一點紅蘿卜樣品，重復步驟1)中的操作；5)將獲得的待測一點紅蘿卜樣品的光譜信息輸入支持向量機鑒別模型，判斷待測樣品是否空心。本發明主要用于通過獲取已知是否空心的一點紅蘿卜樣品的高光譜信息，并以此為基礎建立支持向量機鑒別模型，無損鑒別一點紅蘿卜的空心與否，鑒別過程快捷、簡便，鑒別結果準確可靠。

技術研發人員：何勇;於筱嵐
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發日：2017.04.20
技術公布日：2017.09.08