【摘要】：生菜是蔬菜的重要品種之一,生菜葉片含水率是生菜生長的重要指標(biāo),水分含量的多少直接影響作物的生長狀況。傳統(tǒng)的作物含水率檢測(cè)方法有烘干法、水分生理指標(biāo)測(cè)定法、視覺檢測(cè)作物的形態(tài)指標(biāo)法和基于作物的相關(guān)水分生理指標(biāo)法等。與傳統(tǒng)信息獲比,光譜數(shù)字圖像處理技術(shù)有著諸多優(yōu)勢(shì)。它改變了傳統(tǒng)技術(shù)速度慢、過程復(fù)雜和實(shí)時(shí)性差等不足,提高了作物葉片含水率的測(cè)量效率。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用7種不同光譜預(yù)處理數(shù)據(jù)與全波段原始數(shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘建模,選出最佳預(yù)處理法,提取特征波長并建模,結(jié)合PCA算法篩選出最佳特征波段。首先,試驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)全波段下的反射率與干基含水率呈負(fù)相關(guān),分別采用卷積平滑、多元散射校正、卷積平滑一階微分法、卷積平滑二階微分法、導(dǎo)數(shù)法、均值中心化和標(biāo)準(zhǔn)歸一化等方法對(duì)光譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。利用建模和模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擇優(yōu),其卷積平滑預(yù)處理后建模相關(guān)系數(shù)R_C最高且為0.8132,標(biāo)準(zhǔn)方差SEC為0.0743,再通過預(yù)測(cè)集建模相關(guān)系數(shù)R_P為0.7936,標(biāo)準(zhǔn)偏差SEP為0.0578,卷積平滑為最佳預(yù)處理法。利用相關(guān)系數(shù)法選擇355nm、545m、680nm、709nm、844nm、935nm、1025nm作為特征波段,特征波段建模相關(guān)系數(shù)R_C為0.8234,標(biāo)準(zhǔn)偏差SEC為0.06732。結(jié)合PCA算法選擇相關(guān)系數(shù)最大、PCA得分系數(shù)最高的709nm作為實(shí)驗(yàn)特征中心光源。(2)在三種不同光源實(shí)驗(yàn)環(huán)境下(即暗室環(huán)境下僅有特征光源,特征光源結(jié)合以709nm為中心波段、帶寬±7nm的濾光片和實(shí)驗(yàn)鹵素?zé)艚Y(jié)合濾光片)進(jìn)行葉片圖像信息采集,選擇最佳實(shí)驗(yàn)環(huán)境。首先利用同種算法對(duì)圖像進(jìn)行參數(shù)提取,控制不同光照條件為唯一變量,并擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)在特征光源結(jié)合濾光片環(huán)境下實(shí)驗(yàn)效果最佳。試驗(yàn)在提取圖像參數(shù)前要經(jīng)過圖像前期的目標(biāo)提取,灰度二值化,膨脹腐蝕及開運(yùn)算,圖像取反等預(yù)處理操作,進(jìn)行單通道值R的提取,并分別利用高斯、非線性擬合和線性擬合進(jìn)行比較。結(jié)果比較最佳環(huán)境下不同方法對(duì)應(yīng)最高的相關(guān)系數(shù)R~2分別為0.8015、0.8826、0.8063。(3)用四種不同的數(shù)學(xué)模型對(duì)各個(gè)樣本分別進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過測(cè)量709nm特征光源結(jié)合濾光片實(shí)驗(yàn)環(huán)境下單通道R值和干基含水率非線性擬合最好,其預(yù)測(cè)能力優(yōu)于其他模型。本課題基于光譜特征對(duì)生菜葉片含水率的檢測(cè)方法進(jìn)行研究,相比于傳統(tǒng)檢測(cè)法速度快、易操作,并且成本低廉、易于推廣,為日后便攜式農(nóng)作物含水率檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;S636.2
【圖文】：

平臺(tái)搭建搭建設(shè)備地物光譜儀（簡(jiǎn)稱 PSR-1100），PSR-1100 的光譜范紅外），PSR-1100 測(cè)量系統(tǒng)由光譜儀和光纖組成，包含 512 線陣探測(cè)器，由固定全息光柵作為色散元件者前視場(chǎng)鏡頭，如圖 2-1 所示。FDR 型土壤水分傳感m 為半徑，高為 7cm 的圓柱體[48]。70d 單反相機(jī)傳感 萬，經(jīng)特殊處理將相機(jī) 900nm 以后的近紅外波段摘除。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到了最佳特征波段，因此選用以m 濾光片，并在相機(jī)鏡頭前端四周裝有特征光源，709GIC5+，最高分辨率 5472×3648，全高清攝像。

HG 系列電熱鼓風(fēng)干燥箱 b.試驗(yàn)的烘干過程 series electric blast drying oven b. Test drying process圖 2-2 DHC 系列電熱鼓風(fēng)干燥箱Fig. 2-2 DHC series electric heat blast drying box量生菜葉片干基含水率時(shí)，由于生菜本身存在質(zhì)量輕的問題，為測(cè)量數(shù)據(jù)的差異性，每次稱量葉片鮮重時(shí)采用最低的單位，可以變換。本實(shí)驗(yàn)采用英衡電子秤測(cè)量精度高，靈敏度高，產(chǎn)品如圖

圖 2-4 去除近紅外的佳能相機(jī) 70d 圖 2-5 特征光源的設(shè)置g. 2-4 Removal of a near-infrared Canon camera 70d Fig. 2-5 Setting of characteristic light由于特征光源的額定電壓低，在固定相機(jī)前端特征光源時(shí)，需要通過降壓模塊行處理使其達(dá)到額定電壓，穩(wěn)定光源，避免實(shí)驗(yàn)誤差，其具體路線圖如圖 2-6

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本文編號(hào)：2745380