基于LDA_SVM的小麦质地检测方法研究

研究基于透射光图像的小麦质地检测方法,使用工业相机采集14种小麦种子的透射光图像,通过图像处理技术获取整粒小麦、胚乳和种胚代表性区域,并提取对应区域的颜色特征数据。分别运用PCA和LDA进行数据降维,并将降维前后的数据与支持向量机(SVM)、K近邻算法(KNN)和决策树模型(DT)3种分类器相结合建立分类模型,对不同品种小麦质地进行分类识别研究。结果表明：利用图像处理技术提取透射光全部特征,建立的LDA＿SVM模型分类正确率可以达到97%以上,证明透射光图像下通过机器学习对不同质地小麦快速分类鉴别是可行的。     

植物油的红外光谱结合神经网络快速识别

为实现对植物油的快速检测,借助衰减全反射-傅里叶变换红外光谱分析技术并结合深度学习算法对植物油开展光谱模式识别工作。实验获取8种植物油样本的光谱数据,采用标准正态变换和一阶导数预处理方法消除背景干扰,同时采用竞争性自适应重加权算法模型对各样本特征光谱数据进行提取,分别建立长短记忆神经网络(LSTM)、基于Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络对提取特征波长后的植物油种类进行预测识别与比较,并采用后者进行了实际样品的识别检测。结果表明,通过提取特征波长,可有效提高LSTM模型的识别准确率,其最优准确率从提取特征波长前的30%～40%提高到80%～90%,模型运行时间从提取特征波长前的111 min 25 s缩短至1 min 45 s。相较于LSTM模型,基于Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络的分类识别准确率更高,达到99.852%,用于实际样品的识别,识别准确率达到100%。实验结果可为植物油的无损快速检验提供一定的参考与借鉴。     

红外光谱快速识别食用植物油种类的研究

为实现食用植物油种类的快速无损识别,为公安实战中打击“食药环”犯罪提供参考,借助衰减全反射-傅里叶变换红外光谱技术对不同类别、品牌食用植物油进行了多层次分类识别工作。采用标准正态变换(SNV)和一阶导数预处理消除基线和其他背景干扰,使得重叠峰发生分离,从而提高检测的分辨率和灵敏度,利用竞争性自适应重加权算法(CARS)提取特征波长,结合基于布谷鸟搜索算法优化的极限学习机(CS-ELM)模型对不同种类和品牌的食用植物油进行分类识别,同时对比随机森林模型与CARS-CS-ELM融合模型在食用植物油快速分类检测方面的准确率。结果表明,基于CARS-CS-ELM融合模型对3类植物油样本总体进行分类,其分类准确率达到85.19%,其中小磨香油、花生油、玉米油样本训练集的品牌分类准确率依次为92.5%、100%、96.7%,测试集品牌分类准确率均为100%,而随机森林模型的9个品牌食用植物油分类准确率仅为80%。综上,CARS-CS-ELM融合模型对食用植物油快速分类识别效果较好,可为食用植物油的无损快速检验提供一定的参考与借鉴。     

基于改进ORB-SVM的工件识别方法研究

针对传统的图像识别算法识别多品种工件,存在运行时间长、识别率低等问题,提出基于改进ORB-SVM的工件图像识别方法。在传统ORB算法的特征点检测基础上,采用SIFT算法获得具有旋转尺度不变性的图像特征描述,并利用词袋模型将图像特征转化为特征直方图,进而构建支持向量机（SVM）的分类模型,实现对工件的识别分类。试验结果表明：改进的ORB-SVM在应对旋转变换、光照变换、尺度变换时更具鲁棒性,且工件识别准确率高达98.89%,单个工件的识别时间低于0.43 s,具有良好的高效性和实用性。研究为多领域的工件识别提供参考。     

基于改进型YOLO的密集环境下槟榔果实的快速识别方法

目的:提高小个体槟榔的识别精确率以及槟榔加工厂的自动化程度。方法:设计并选取Mob-darknet-52作为新型特征提取网络,采用多尺度检测尺寸,提出一种基于改进型YOLO算法的槟榔定位与识别的方法。结果:Mob-YOLOV3-SPP对槟榔果实分类的检测精度为94.8%,准确率为94.5%,召回率为95.1%,模型的检测时间为6.679 ms。结论:基于改进型YOLOV3网络的优化算法可以实现密集环境下槟榔果实的快速定位与识别。     

基于电子舌和电子眼结合改进MobileNetv3的黄芪快速溯源检测

目的:实现对不同产地黄芪的快速溯源检测。方法:提出了一种基于电子舌和电子眼结合改进MobileNetv3网络的黄芪产地快速检测方法。采用电子舌和电子眼分别采集不同黄芪样本的一维指纹图谱信息和二维外观图像信息。利用格拉姆角场(Gramian angular field, GAF)将一维电子舌信号转换为二维图像信息，保留电子舌信号中时间序列相关特征，再将其与电子眼采集的图像信息进行数据融合，采用基于金字塔切分注意力机制(Pyramid split attention, PSA)改进的MobileNetv3模型实现对不同产地黄芪样本的分类识别。结果:相较于单独使用电子舌或者电子眼，该方法具有更高的识别准确率，其测试集准确率、精确率、召回率和F₁-Score分别达到98.8%,98.8%,98.8%和0.99。改进的MobileNetv3网络分类准确率较原始模型提高了8%,参数量仅为原参数量的20%左右。结论:改进的MobileNetv3网络可以有效减少参数的计算量，提高不同产地黄芪识别的准确率。     

分子光谱技术结合深度学习模型识别食用植物油种类

为实现对食用植物油的快速无损识别，采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱获取10种食用植物油样本的340份谱图数据，经过预处理消除光谱数据中的噪声与背景干扰，通过主成分分析降维特征提取3个主成分，在此基础上构建KNN模型与基于SSA算法优化的BP神经网络模型，对植物油种类进行识别并对识别效果进行比较。结果表明：KNN模型的识别准确率可达97.7%;基于SSA算法优化的BP神经网络分类效果最佳，识别准确率达100%,而传统BP神经网络模型识别准确率仅为87.6%。综上，建立的分子光谱技术结合深度学习模型识别食用植物油种类的新方法，实现了对食用植物油种类的准确识别。     

基于高光谱图像的小麦脱氧雪腐镰刀菌烯醇含量等级鉴别

以6种不同脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)含量等级的小麦样本为研究对象,利用高光谱图像结合化学计量学方法实现DON毒素含量的鉴别。采集180份小麦样本高光谱图像,利用改进格拉姆斯密特算法(MGS)与遗传无信息变量消除算法(GAUVE)对400~1021 nm波段光谱信息提取特征波长,分别利用线性判别分析(LDA)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、最邻近结点(KNN)算法建立模型预测小麦脱氧雪腐镰刀菌烯醇含量等级。结果表明,利用MGS算法和GAUVE算法能有效地提取特征波长,降低波长变量数,提高运算速率,4种算法建模时准确率均高于85%,其中MGS-SVM模型鉴别效果最优。研究表明,高光谱图像结合化学计量方法与现有检测方法相比,可以快速无损地鉴别6种不同小麦DON毒素含量,为小麦DON毒素快速、无损、智能检测提供研究方法。     

基于机器学习算法的缺损米粉块在线快速检测

目的:实现缺损米粉块的快速在线检测。方法:提出运用机器学习算法对缺损米粉块检测数据进行分析。通过相机对米粉块进行非接触式数据采集,图像上传及处理后,获取米粉块的轮廓周长和面积、近似轮廓的周长和面积、近似轮廓点数、轮廓外接圆半径6个特征数据,依据米粉块样本数据特点,运用支持向量机(SVM)分类算法对米粉块的多特征数据组成的样本集进行分析。结果:通过与5种算法测试对比,GBDT分类算法平均准确率89%,用时1.10 s;KNN分类算法平均准确率88%,用时0.23 s;Logistic Regression分类算法平均准确率88%,用时0.68 s;Random Forest分类算法平均准确率87%,用时0.47 s;tree分类算法平均准确率87%,用时0.084 s;SVM分类算法检测平均准确率最高,达95%,平均用时最短,为0.000 97 s。结论:利用SVM分类算法进行米粉块缺损检测准确率高、用时短,适用于生产线的在线检测。     

应用区域颜色分割的机采棉杂质检测方法

机采棉中的杂质繁杂,而杂质类型及含量对后期棉花加工工艺的影响很大。为此,提出一种应用区域颜色分割方法以检测棉花中的杂质。在图像分割中,先对滤波后的机采棉图像进行彩色梯度运算,通过扩展极小变换运算获得标记图像,在修改后的梯度图像上运用分水岭算法获得初始分割图像,然后对初始分割图像进行区域合并。区域合并过程中要综合考虑空间邻接性、颜色信息和区域面积3个因素。颜色信息主要采用饱和度、亮度、区域颜色向量模及颜色相似度4 个特征量。用层次递进的合并方法,迭代过程更新信息特征。最后通过支持向量机算法提取颜色、纹理、形状特征对杂质区域进行识别。结果表明,所提方法对机采棉中天然杂质的平均识别率为94%。     

微晶纤维素掺假的快速鉴别方法

研究了微晶纤维素掺假的近红外光谱快速鉴别方法。基于微晶纤维素样品及掺假物(可溶性淀粉,小麦粉)的近红外光谱数据,分别创建材料谱数据库及掺假物光谱数据库,建立微晶纤维素分类模型及掺假物模型,采用Adulterant Screen算法技术进行计算分析,创建了微晶纤维素掺假快速鉴别方法。微晶纤维粉单一组份掺假的识别最低检出含量为:可溶性淀粉2%、小麦粉1%,双组分(可溶性淀粉+小麦粉)掺假量在单组份掺假检出限浓度的2～10倍时,准确的识别率均为100%,对未知样品微晶纤维素在检出限以上的准确识别率为100%。该方法简单、快速、可靠,可快速鉴别微晶纤维素样品的掺假,可以有效地应用于日常微晶纤维素样品的掺假检测和鉴定,为海关打击逃税漏税行为提供有力的技术支持。     

基于高光谱成像技术与GBDT的大豆品种无损鉴别

大豆的品种直接关系到大豆制品的质量和出油率,目前主要采用对大豆中蛋白质及脂肪等含量的检测来实现对大豆品种的鉴别。这种鉴别方式破坏了大豆本质,并且存在检测费用高、效率低、精度差的问题。本文基于高光谱成像技术和机器学习理论,研究了大豆品种无损快速鉴别方法。采集并建立了4个品种(每个品种200粒,共计800粒)大豆的高光谱原始图像及光谱数据集。研究了利用归一化、均值中心化、小波变换、S-G平滑滤波以及矢量归一化对采集到的高光谱数据进行滤波去噪预处理,建立了基于KNN、RF及GBDT的大豆种粒无损检测模型。实验对比得出,利用主成分分析结合GBDT的检测模型精度最高,识别准确率可达99.58%,结果表明,利用高光谱成像技术结合主成分分析的GBDT 算法模型能够有效消除噪声干扰的影响,实现对大豆种粒快速、准确的无损检测,并对其他农作物的品种检测具有一定的参考意义。     

Varietal classification of maize seeds using computer vision and machine learning techniques

In agriculture, seed sorting is critical for production and marketing purposes. Low-quality seeds can cause poor plant growth and lead to problems such as disease and low yields. This study uses machine vision and machine learning to develop a rapid detection and classification method for maize (Zea mays L.) seeds based on variety purity. A computer vision system was designed to recognize five varieties of maize seeds. Halogen lamps were applied for illumination and a high-resolution RGB camera was used to acquire images of 8,080 maize seeds in the laboratory. An image processing algorithm was proposed to extract 16 important features (12 dimensional and 4 of shape) from the maize seed images, and a user-friendly interface was developed using a MATLAB graphical user interface (GUI). Multilayer perceptron (MLP), decision tree (DT), linear discrimination (LDA), Naive Bayes (NB), support vector machine (SVM), k-nearest neighbors (KNN), and AdaBoost algorithm were used to develop the varietal classification model. The optimal model parameters were obtained with 10-fold cross-validation, and the performance metrics were compared. The names of the maize varieties were marked in the GUI. The overall classification accuracy was determined as 96.26, 94.95, 95.97, 93.97, 96.46, 95.59, and 95.31% for MLP, DT, LDA, NB, SVM, KNN, and AdaBoost, respectively. The SVM classification model obtained the highest accuracy for BaoQiu, ShanCu, XinNuo, LiaoGe, and KouXian varieties, which reached 93.07, 98.95, 96.15, 89.65, and 99.22%, respectively. The classification results satisfy the needs of producers and consumers.     

基于深度学习的登海605玉米品种真伪鉴别方法研究

玉米是我国重要的谷类作物,玉米种子的纯度是影响种子质量的关键指标,不同品种玉米的种子活力、物理指标和发芽率都是不同的,因此需要对玉米品种的真伪进行鉴别分选。传统模式识别的方法需要人工定义各类特征,存在主观判断、费时费力等问题,实用性较差。针对上述问题,本研究拟建立一种基于RGB图像结合深度学习的低成本、高效、无损的单粒玉米种子真伪检测方法,选用不同产地登海605玉米种子440粒,其他品种480粒,采集玉米种子胚面和胚乳面制作数据集,通过图像处理技术对图像进行预处理,并按照7∶2∶1的比例将数据集分为训练集、验证集和测试集,分别使用GoogLeNet、MobileNet、Inception-ResNet、ResNet、DenseNet共5种网络模型利用迁移学习对3类数据集进行分类测试,结果表明,5种网络模型在双面数据集的平均识别准确率最高,测试识别准确率为99.05%,ResNet网络在3类数据集中的分类效果最佳,在双面测试集上为99.91%。本研究提供了一种无损、高效、相对可靠的方法来鉴别登海605玉米品种的真伪。