[发明专利]一种基于高光谱成像技术的苹果虫眼快速无损检测方法

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于一种无损检测方法，特别是一种快速、无损检测苹果虫眼的方法，具体是通过高光谱成像技术的数据处理来达到快速无损检测的目的。

背景技术

苹果是我国种植规模最大的品种之一。因其富含丰富的维生素营养，是世界四大水果（苹果、葡萄、柑桔和香蕉）之冠。然而，在苹果的生长过程中，经常会受到各种因素的影响而受各种虫害的侵蚀，导致苹果出现虫眼，从而使其丧失了可食性，极大地影响了苹果的品质和销售。由此可见，新鲜苹果的虫眼检测显得尤为重要。传统的检测方法大多是人工操作，耗时耗力，而且效率低，无法满足大规模生产的需求。因此，开发研制一种快速、无损、高效的苹果虫眼检测方法在水果分级领域中具有较好的应用前景。

高光谱成像技术是利用光谱成像设备同时采集目标的光谱信息和图像信息，并结合光谱分析技术（特定敏感波段的选择）、计算机图像处理和机器视觉技术的优点，对目标物进行识别和分析的技术。采集到的高光谱图像是在特定波长范围内由一系列连续的较窄波段图像组成的三维图像数据块。高光谱图像可以同时获取某个特定波长下的图像信息和 x- y 平面内某个特定像素点下的不同波长的光谱信息。在每个波长下 x- y平面内每个像素点的灰度值与其在该波长下的光谱值之间一一对应；在某个特定波长下，感兴趣区域(ROIs) 与正常区域之间的光谱值会存在较大差异。因此，在此波长下的图像中，它们之间的灰度也必然存在着一定的差异，进而对被测物进行判别分析，从而实现被测物在线检测。由此可见高光谱成像技术结合了图像分析与光谱技术两者的优点，并通过合适的数据处理方法寻找到最能准确辨别农产品虫害的特征波长下的图像，从而实现高光谱成像技术对苹果虫眼的快速无损检测。

发明内容

本发明的目的就是解决在水果分级过程中的关键技术问题，提供一种快速、无损、高效的苹果虫眼检测方法。

本发明提供的快速、无损苹果虫眼检测方法，其特征是：利用高光谱成像系统采集苹果图谱信息，分析苹果光谱曲线的特征，并对光谱数据进行主成分分析。同时，根据特征波长确定单波段特征图像，对其进行阈值分割，提取苹果和虫眼。然后，依此提取PC1图像的感兴趣区域，对其提取纹理特征和光谱特征。最后采用BP神经网络实现对苹果虫眼的快速、无损检测。

本发明提供的快速、无损苹果虫眼检测方法，包括以下操作步骤：

1. 构建高光谱成像采集系统，该系统是由高光谱成像光谱仪（ImSpector V10E, Spectral Imaging Ltd, Finland）、一架像素为 1392×1040 的面阵 CCD 相机（IGV-B1410M, IMPERX Incorporated, USA）、一台精密位移控制平台 （IRCP0076-1 COM, 台湾）、一套150W的光纤卤素灯（3900 Illuminatior, Illumination Technologies, Inc.美国）、一个减少环境光影响的暗箱（120×50×140cm）和数据处理机（DELL Vostro 5560D-1528）组成。高光谱摄像头的光谱范围为400—1100nm，光谱分辨率为2.8nm。

2. 利用高光谱成像采集系统获取苹果高光谱图像，事先调节物距、光源强度、镜头光圈度数、相机曝光时间、移动平台速度，以确保采集的图像清晰且不失真。最终确定的采集参数为物距260 mm，相机曝光时间68 ms，平台移动速度0.8 mm/s。将待测苹果放置于移动平台上（每次一个），且赤道位对准相机。当平台移动时，通过光谱仪获得苹果空间位置的一条线在整个光谱区域的光谱信息，然后通过平台带动苹果运动，获取苹果在其他位置的光谱信息，直至获得样品完整的光谱信息。

3. 高光谱图像数据校正处理。在与样本采集相同的系统条件下，首先扫描标准白色校正板（Spectralon, LabsphereCo., England）得到全白的标定图像W；然后，关闭摄像机快门进行图像采集得到全黑的标定图像 B；最后，按照下面校正公式完成图像标定，采集得到的原始图像 I 变成校正图像 R。