[發明專利]一種基于近紅外高光譜的單粒玉米種子水分含量檢測方法

有效

• 申請號: 202110286296.8
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113049530B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 吳靜珠;張樂;李江波;劉翠玲;于重重;余樂;孫曉榮
• 申請（專利權）人: 北京工商大學;北京農業智能裝備技術研究中心
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G06F17/16;G06F30/20
• 代理公司: 重慶市嘉允啟行專利代理事務所(普通合伙) 50243
• 代理人: 胡柯

本發明提供一種基于近紅外高光譜的單粒玉米種子水分含量檢測方法，步驟為：1)同批次采集不同水分含量的N個玉米種子樣本，并測量樣本的水分含量數據y_i以及高光譜圖像數據x_i；2)對高光譜圖像數據x_i進行預處理得到預處理光譜圖像數據x′_i；3)提取預處理光譜圖像數據x′_i的特征光譜以及高光譜圖像數據x_i的紋理特征，將提取出的特征光譜和紋理特征拼接得到光譜圖像融合矩陣P_i；4)將樣本集劃分為訓練集與測試集，利用隨機森林算法構建水分預測模型；5)待測樣本預測：根據隨機森林模型對待測樣本的水分含量進行自適應加權預測。本發明利用近紅外高光譜技術，將光譜和圖像數據融合，構建單粒玉米種子水分含量檢測模型，對于玉米精量播種技術的應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及玉米種子水分檢測領域，特別是一種基于近紅外高光譜的單粒玉米種子水分含量檢測方法。

背景技術

玉米是目前我國種植面積最廣、產量第一的農作物，不僅是“飼料之王”，還是重要的工業原料。近年來隨著由于美國先鋒公司“單粒播”玉米種子的推出，以及歐美等發達國家的玉米機械化單粒精量播種技術的引入，我國傳統玉米播種模式發生了深刻的改變。單粒精量播種技術較傳統播種模式更有利于機械化操作，省工、省種、高產，但是對每顆種子都提出了更高的檢測需求，其中對單粒播種的玉米種子水分要求不能高于14％，否則會導致種子呼吸增大、消耗養分、活力下降。根據我國國標GB4404.1-2008，水分是我國農作物種子質量四大必檢項目之一。因此單粒玉米種子水分的快速、高通量、無損檢測對于單粒精量播種具有重要的現實意義。

農作物種子檢驗規程水分測定(GB/T 3543.6-1995)中規定了種子水分測量方法有低恒溫烘干法、高溫烘干法、高水分預先烘干法，上述傳統檢測方法雖然發展早，但普遍存在試樣破壞性、耗時長、無法單顆測定等問題，無法滿足當前種業市場快速發展的需求，因此急需建立一種快速、無損、穩健、高精度的檢測方法。

近年來近紅外高光譜技術以其快速、無損、綠色分析特點在種子水分檢測領域表現出極大的應用潛力[20-25]。我國在2010年發布了玉米水分含量近紅外法測定國標GB/T24900-2010[12]用于玉米種子批水分測定，表明近紅外光譜技術在玉米種子批水分檢測領域具有實際應用可行性，但是目前尚無針對單粒種子水分近紅外高光譜檢測的方法或標準等。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于近紅外高光譜的單粒玉米種子水分含量檢測方法，它可以用于單粒玉米種子水分含量的檢測。

本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，具體步驟如下：

1)數據采集：同批次采集不同水分含量的玉米種子樣本，去掉蟲蛀孔洞顆粒、霉變顆粒、破損顆粒獲得N個玉米種子樣本，對N個玉米種子樣本進行水分測定，得到水分含量數據y_i，利用高光譜成像系統采集玉米種子樣本的高光譜圖像數據x_i；

2)數據處理：采用多元散射校正MSC方法消除步驟1)中高光譜圖像數據x_i的光散射、基線漂移和光程變化的干擾，得到預處理光譜圖像數據x′_i；

3)特征提取：采用去噪自編碼器DAE提取步驟2)中預處理光譜圖像數據x′_i的特征光譜，采用灰度共生矩陣提取特征波長下的高光譜圖像數據x_i的紋理特征，所述紋理特征包括對比度、能量、熵、逆方差、相關性；將提取出的特征光譜和紋理特征拼接進行特征層融合，得到光譜圖像融合矩陣P_i；

4)構建模型：采用SPXY算法及玉米種子樣本的光譜圖像融合矩陣P_i、水分含量數據y_i將玉米種子樣本集劃分為訓練集與測試集，利用基于集成策略的隨機森林算法構建水分預測模型；