高光譜圖像技術(shù)識別裂嘴板栗

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

板栗是我國食用堅果之一，物美價廉，營養(yǎng)豐富，年產(chǎn)量居世界首位。裂嘴果為評價板栗外部品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，裂嘴果是在自然生產(chǎn)條件下果皮開裂或由于機(jī)械損傷等外力而導(dǎo)致果皮破損的板栗。板栗果肉暴露在外，極易引發(fā)一系列食用安全問題。目前，裂嘴板栗主要采用人工分選，主觀性強(qiáng)，分選錯誤率高。因此研究一種有效且適用的裂嘴板栗檢測方法，可為板栗的快速無損檢測和分級奠定基礎(chǔ)。針對缺陷板栗的識別方法，課題組前期做了一定的研究，但對缺陷板栗中裂嘴缺陷的識別方法研究尚無報道。近紅外光譜技術(shù)可以快速、無損、有效的檢測農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)信息，機(jī)器視覺技術(shù)能很好的反映農(nóng)產(chǎn)品外部特征，在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測中均已得到廣泛的應(yīng)用，但兩者均不能同時滿足檢測農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)外綜合品質(zhì)的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，一種集光譜和圖像于一身的高新技術(shù)——高光譜圖像檢測技術(shù)正越來越受到農(nóng)產(chǎn)品無損檢測領(lǐng)域研究者的重視.高光譜圖像能夠記錄豐富的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)信息，可同時用于農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)、外品質(zhì)的檢測。國內(nèi)外學(xué)者將高光譜圖像技術(shù)應(yīng)用到水果、蔬菜、茶葉及肉類食品無損檢測方面都取得了較好的結(jié)果。但尚未見利用高光譜圖像技術(shù)檢測裂嘴板栗的研究。論文提出利用高光譜圖像技術(shù)識別裂嘴板栗，提取并分析裂嘴板栗和合格板栗的光譜曲線，優(yōu)選特征波長，采用波段比算法，經(jīng)紋理濾波提取其協(xié)同性圖像，再結(jié)合一系列數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算完成裂嘴板栗的識別，可為裂嘴板栗的在線檢測提供新思路。

論文采用高光譜圖像技術(shù)對裂嘴板栗進(jìn)行了識別方法研究。

1）通過主成分分析法優(yōu)選特征波長（477nm、769nm和923nm），分析并比較特征波長兩兩不同組合得到的波段比圖像和特征波長處單波段圖像，表明769mm/923nm波段比圖像最能突出反映裂嘴區(qū)域，更有利于裂嘴特征的提取。

2）分析 769nm/923nm 波段比圖像，提取基于協(xié)同性紋理濾波所得的圖像，結(jié)合閾值分割和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算完成目標(biāo)區(qū)域的提取。其中裂嘴的正確識別率為94.3%，合格板栗的識別率為96.8%，總體識別率達(dá)到95.5%?？蛇x擇相應(yīng)的濾波片設(shè)計基于濾波片型高光譜圖像檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)裂嘴板栗的在線、快速和無損檢測。同時，也為其它農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的檢測提供了新方法。