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专利号: 2011103985641
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-10-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,包括:a、将菜用大豆豆荚样本,放置在高光谱透射图像采集系统中,采集并获取相应豆荚样本在 个波段下的M个高光谱透射图像;在所得M个高光谱透射图像中,提取感兴趣的区域作为相应高光谱透射图像的子图像;

b、在每个波段下,利用灰度共生矩阵,提取步骤a所得相应子图像在四个方向上的对比度、相关性、能量与同质性共16个纹理参数;将所得M个波段下共16M个纹理参数,作为判断相应豆荚样本是否含有豆荚螟的特征参数;

c、将步骤b所得16M个纹理参数,输入预先建立的检测模型进行检测处理,获取相应豆荚样本是否含有豆荚螟的检测结果 。

2.根据权利要求1所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,在步骤c中,预先建立检测模型的操作包括: 利用支持向量数据描述法,构建不含豆荚螟的豆荚样本和含豆荚螟的豆荚样本的检测模型,该检测模型的形式为:其中, 表示菜用大豆是否还有豆荚螟的检测结果, 为符号函数, 为相应豆荚样本的特征参数, 为已知的不含豆荚螟豆荚的特征参数, 为已知的不含豆荚螟豆荚的数量, 为支持向量数据描述的核函数, 和 均为待定系数;

通过交叉验证的网格搜索法,确定支持向量机的核函数 、 和 ,从而得到菜用大豆豆荚是否含豆荚螟虫的检测模型。

3.根据权利要求1或2所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,在步骤a中,采集并获取相应豆荚样本在 个波段下的M个高光谱透射图像之后,还包括:将豆荚样本分为训练集和测试集,其中训练集由正常豆荚(不含豆荚螟)样本构成,测试集由正常豆荚(不含豆荚螟)样本和含豆荚螟样本构成;

对豆荚样本的高光谱透射图像采集完后,利用破坏性法,对选取的豆荚样本进行破坏性处理,获取相应豆荚样本是否包含豆荚螟的准确结果,以与步骤c获得的检测结果 进行对比,并为后续优化检测模型提供依据。

4.根据权利要求3所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,步骤c中的 和 的选取,转换为下述最优化问题的求解:,

其中,C为惩罚系数;r为超球面半径;所述 与惩罚系数C由交叉验证的网格搜索法确定;

所述选择支持向量数据描述的核函数 选取:

其中, 为高斯核函数宽度; 为测试集豆荚样本高光谱透射图像的特征参数, 为训练集豆荚样本高光谱透射图像的特征参数。

5.根据权利要求1或2所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,步骤a中的高光谱透射图像采集系统,包括电源、石英卤素钨灯、光纤、采光室、CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪、聚焦透镜与透射光源架构,其中:所述CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪、聚焦透镜与透射光源架构,均设置在采光室内部;所述CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪与聚焦透镜依次配合连接,且位于透射光源架构的上方;

所述聚焦透镜设置在光谱仪的前端,光谱仪设置在CCD照相机上,CCD数字照相机的输出端与CCD控制器相连,CCD控制器的输出端与计算机相连,用于向计算机输出采集所得高光谱图像;所述石英卤素钨灯的电源端与电源相连,并通过光纤连接至透射光源架构,形成面光源;

所述面光源照射在待测对象上,通过光谱仪与CCD数字照相机,采集待测对象的高光谱透射图像。

6.根据权利要求5所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,所述透射光源架构包括强化玻璃、扩散片、3〞线性光源与电动平台,所述强化玻璃固定在电动平台上,并位于CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪与聚焦透镜的下方;

所述3〞线性光源通过光纤汇聚石英卤素钨灯发出的光线,并通过扩散片在采光室内形成的面光源;所述面光源照射在用于加载待测对象的强化玻璃上,通过光谱仪与CCD数字照相机,采集待测对象的高光谱透射图像。

7.根据权利要求6所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,步骤a中高光谱透射图像采集系统采集相应豆荚样本的高光谱图像的步骤,具体包括:s1、将CCD数字照相机、光谱仪及透射光源架构,放置在采光室内;

s2、在采光室内盖上光谱仪前端的聚焦透镜镜头盖,采集第 个波段下全黑标定图像及图像光强值 , ;

s3、在采光室内获取第 个波段下强化玻璃定标图像、以及强化玻璃定标图像的光强值 , ;

s4、将相应豆荚样本放置在强化玻璃上,且位于CCD数字照相机、光谱仪及聚焦透镜的下方;

相应豆荚样本在第 个波段下连续采集25-35mm宽的样本图像、以及样本图像光强值, ;

s5、利用强化玻璃定标图像光强值,计算每个菜用大豆豆荚的在第 个波段下高光谱透射图像的相对光强值 , ;

其中, 为第 个波段下每个豆荚高光谱透射图像的相对光强值; 为第 个波段下每个豆荚高光谱透射图像的光强值; 为第 个波段下强化玻璃高光谱透射图像的光强值, 为第 个波段下采集的全黑标定图像光强值;

s6、利用中值滤波函数对标定后的豆荚图像 进行滤波,去除高光谱透射图像中的噪声,并对去除噪声的图像提取感兴趣区域,即每个豆粒所在位置选取一块长方形区域(子图像),构成像素矩阵 , ;

s7、将像素矩阵 ( )转化为灰度图像并进行量化,选取灰度级为32,并从 的0°方向、45°方向、90°方向和135°方向四个方向生成灰度共生矩阵,然后利用每个方向上的灰度共生矩阵提取对比度、相关性、能量以及同质性4个纹理参数, 个波段下在四个方向上共提取 个特征参数;

s8、当采集的相应豆荚样本中豆荚的个数大于 时,在采光室内重新采集强化玻璃的高光谱透射图像,对高光谱图像采集系统进行光源波动校正,执行步骤s3。

8.根据权利要求6所述的基于高光谱透射图像采集系统的豆荚无损检测方法,其特征在于,所述CCD数字照相机和光谱仪覆盖的波长为400~1000nm。

9.一种高光谱透射图像采集系统,其特征在于,包括电源、石英卤素钨灯、光纤、采光室、CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪、聚焦透镜与透射光源架构,其中:所述CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪、聚焦透镜与透射光源架构,均设置在采光室内部;所述CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪与聚焦透镜依次配合连接,且位于透射光源架构的上方;

所述聚焦透镜设置在光谱仪的前端,光谱仪设置在CCD照相机上,CCD数字照相机的输出端与CCD控制器相连,CCD控制器的输出端与计算机相连,用于向计算机输出采集所得高光谱图像;所述石英卤素钨灯的电源端与电源相连,并通过光纤连接至透射光源架构,形成面光源;

所述面光源照射在待测对象上,通过光谱仪与CCD数字照相机,采集待测对象的高光谱透射图像。

10.根据权利要求1所述的高光谱透射图像采集系统,其特征在于,所述透射光源架构包括强化玻璃、扩散片、3〞线性光源与电动平台,所述强化玻璃固定在电动平台上,并位于CCD控制器、CCD数字照相机、光谱仪与聚焦透镜的下方;

所述3〞线性光源通过光纤汇聚石英卤素钨灯发出的光线,并通过扩散片在采光室内形成的面光源;所述面光源照射在用于加载待测对象的强化玻璃上,通过光谱仪与CCD数字照相机,采集待测对象的高光谱透射图像。