貴州大學(xué)機械工程學(xué)院吳雪梅副教授團隊利用我司高光譜設(shè)備,對貴州省天柱縣(黔東南地區(qū))、息烽縣(黔中地區(qū))、安龍縣(黔西南地區(qū))、道真縣(黔北地區(qū))和威寧縣(黔西北地區(qū))五個地區(qū)的共150個采摘期云煙87中部煙葉的高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。
為快速、無損地檢測采摘期煙葉水分含量,提出一種主成分分析(PCA)結(jié)合馬氏距離算法(MD)的方法來剔除異常樣本,再使用偏最小二乘法(PLS)估測采摘期煙葉水分含量。最終得出利用高光譜圖像技術(shù)預(yù)測煙葉的水分含量效果甚佳,可實現(xiàn)煙葉水分含量快速、無損地估測的結(jié)論。
我司高光譜成像系統(tǒng)如圖1所示,技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。
圖1 Gaiasky-mini2-VN
表1 Gaiasky-mini2-VN技術(shù)參數(shù)
試驗首先對采集煙葉的高光譜圖像進(jìn)行ROI感興趣區(qū)域的選擇,隨后對采集過高光譜圖像的煙葉進(jìn)行水分含量的測定。
試驗接下來對光譜進(jìn)行預(yù)處理,發(fā)現(xiàn)SG卷積平滑法與移動窗口平滑法效果好,二者的前4個主成分累計得分達(dá)到98%,如圖2和圖3所示。
圖2 原始光譜的預(yù)處理
圖3 不同光譜預(yù)處理的前15個主成分累計貢獻(xiàn)率
隨后采用SG卷積平滑法與移動窗口平滑法這兩種光譜預(yù)處理方法的前4個主成分對馬氏距離進(jìn)行計算。其中SG卷積平滑法剔除3個異常樣本(最佳閾值為2.2),移動窗口平滑法剔除15個異常樣本(最佳閾值為0.9),如圖4所示。
圖4 移動窗口平滑和SG的馬氏距離和其最佳閾值
接下來對剔除異常樣品后的煙葉數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析,發(fā)現(xiàn)利用SG卷積平滑法預(yù)處理的PCA-MD-PLS模型效果更好,對煙葉含水量預(yù)測能力最好,預(yù)測模型相關(guān)系數(shù)為0.8527,均方差為1.3766。如表2和圖5所示。
表2 最佳建模參數(shù)下建立的PLS模型效果
圖5 移動窗口平滑和Savitzky—Golay卷積平滑的預(yù)測值和真實值之間的關(guān)系
通訊作者簡介:
吳雪梅,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師。
主要研究方向:機電一體化集成技術(shù)、基于機器視覺的目標(biāo)物識別與定位、摩擦學(xué)與表面工程、智能農(nóng)機裝備與信息化融合、精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)等。
參考文獻(xiàn):劉紅蕓,吳雪梅,李德侖,等. 基于高光譜技術(shù)的采摘期煙葉水分含量研究[J]. 中國農(nóng)機化學(xué)報,2021,42(9):157-163.