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基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告(二)

日期:2019-05-20 01:16
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摘要: 基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告(二) 二、基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告數據分析: 本文以四川糧食所提供的正常種子、霉發種子、芽變為研究對象,利用四川明升体育备用网址科技有限公司的明升体育官网成像儀Gaia Field(光譜范圍400 nm - 1000 nm)采集測試對象的明升体育官网數據。 對成像明升体育官网儀拍攝的原始影像數據進行數據的預處理,預處理過程主要包括兩部分。**部分是輻射定標;第二部分為噪聲去除。 首先進行輻射定標。輻射定標的計算公式如1所示。 ...

基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告(二)



二、基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告數據分析:

本文以四川糧食所提供的正常種子、霉發種子、芽變為研究對象,利用四川明升体育备用网址科技有限公司的明升体育官网成像儀Gaia Field(光譜范圍400 nm - 1000 nm)采集測試對象的明升体育官网數據。

對成像明升体育官网儀拍攝的原始影像數據進行數據的預處理,預處理過程主要包括兩部分。**部分是輻射定標;第二部分為噪聲去除。

首先進行輻射定標。輻射定標的計算公式如1所示。

 (1)


其中,Reftarget為目標物的反射率,Refpanel為標準參考板的反射率,DNtarget為原始影像中目標物的的數值,DNpanel為原始影像中標準參考板的數值,DNdark為成像光譜儀系統誤差。

基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告(二)

其次是噪聲去除,本文運用國外較為常用的*小噪聲分離方法(Minimum Noise Fraction RotationMNF)進行噪聲去除。*小噪聲分離工具用于判定圖像數據內在的維數(即波段數),分離數據中的噪聲,減少隨后處理中的計算需求量。MNF本質上是兩次層疊的主成分變換。**次變換(基于估計的噪聲協方差矩陣)用于分離和重新調節數據中的噪聲,這步操作使變換后的噪聲數據只有*小的方差且沒有波段間的相關。第二步是對噪聲白化數據(Noise-whitened)的標準主成分變換。為了進一步進行波譜處理,通過檢查*終特征值和相關圖像來判定數據的內在維數。數據空間可被分為兩部分:一部分與較大特征值和相對應的特征圖像相關,其余部分與近似相同的特征值以及噪聲占主導地位的圖像相關。由于此次采集的明升体育官网影像沒有白板校正,因此數據預處理的**步輻射定標沒有進行分析處理,直接作MNF降噪分析。圖7MNF降噪前后的成像明升体育官网數據中DN值的變化。


7  MNF變換前()()明升体育官网影像DN值的變化

下圖分別為正常種子與霉發種子、芽變種子的光譜反射率值(因本次測試無白板數據,故以背景值作為參考板計算種子的光譜反射率)。從圖8和圖9可知,不同程度的霉變種子與正常種子的光譜反射率有較大的區別;種子芽變前后期,其光譜反射率也有較大的區別。

基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告(二)

 

8  正常種子與霉發種子的光譜反射率值

 

9  種子芽變初期、后期的光譜反射率變化

利用SpecView軟件的Analysis-Animate功能,能快速瀏種子各波段圖像的灰度變化,結果表明能較為清楚地識別種子霉發、芽變的波段主要集中在紅光及紅邊區域,這與目前國內外的研究結果相同。圖10霉發種子、芽變種子在740 nm處的灰度圖像,從圖像可知,與正常種子相比,霉發種子表現較暗一些;發芽前期的種子比發芽后期的種子表現亮一些。

  

10  霉發種子、芽變種子在740 nm處的灰度圖像

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假彩色合成是將不同波段的影像分別賦予不同的色彩,合成處理的過程。假彩色合成能夠增強圖像的局部信息,便于用戶觀察感興趣區域。本研究將830 nm730 nm630 nm賦予紅、綠、藍三種顏色合成影像,如圖11所示。從圖11可知,假彩色合成影像相對灰度影像而言,更容易識別霉發種子和芽變種子。

11  霉發種子、芽變種子在的假彩色合成影像   

 基于明升体育官网成像技術的種子霉發、芽變識別分析報告(二)

為了更為客觀地分析霉發種子、芽變種子,對經預處理后的明升体育官网數據進行主成分分析(Principal Component Analysis, PCA),去除波段之間的多余信息、將多波段的圖像信息壓縮到比原波段更有效的少數幾個轉換波段下。一般情況下,**主成分包含波段中的80%的方差信息,前三個主成分包含了所有波段的中95%以上的信息量。由于各波段之間的不相關,主成分波段可以生成更多顏色、飽和度更好的彩色合成圖像。圖12為霉發種子、芽變種子明升体育官网影像PCA的合成彩**。從圖12可知,經過PCA變換后,由PCA各主成分合成的彩**像更能識別出正常種子、霉發種子、芽變種子。

12霉發種子、芽發種子明升体育官网影像PCA合成圖

(左 RPCA2,G:PCA1BPCA3;右 RPCA1,G:PCA2BPCA3

    為了更加形象地分辨芽變種子的芽芯位置,運用*大似然法分類提取發芽種子,并對提取的發芽種子做PCA變換,再用PCA前三個主成分合成假彩**像,如圖13所示。從圖13可知,提取的芽變種子經主成分變換后發變種子不論是發芽前或發芽后,其芽芯位置均能較為清晰地顯示出來。

13提取芽變種子真彩色合成圖與PCA合成圖

(左 R640 nm, G: 550 nmB460 nm;右 RPCA1,G:PCA2BPCA3