[发明专利]基于可见光和近红外高光谱成像的桑螟幼虫及其对桑叶损害的快速识别方法

说明书

本发明公开了一种基于可见光和近红外高光谱成像的桑螟幼虫及其对桑叶损害的快速识别方法，采摘健康、具有幼虫损伤和具有幼虫的三种桑叶，采集可见光和近红外高光谱数据，图像校正后识别样品的ROI，分别获得叶脉、健康叶肉、轻微损伤叶肉和严重损伤叶肉以及幼虫的五类ROI；建立偏最小二乘判别分析和最小二乘支持向量机模型。连续投影算法，信息变量消除，UVE‑SPA和竞争自适应重加权采样用于变量选择；并选取的最佳模型是基于可见范围数据的UVE‑SPA‑LS‑SVM模型，其具有97.30％的正确预测率值。本发明可以实现快速和非破坏性地区分桑螟幼虫及其对桑叶的损害程度，为蚕农提供优质的桑叶，提高蚕的产量和蚕丝的质量，在农业检测植物病虫害上具有重要的推广价值。

技术领域

本发明涉及桑螟幼虫及桑叶损伤的快速识别方法领域，具体涉及一种基于可见光和近红外高光谱成像的桑螟幼虫及其对桑叶损害的快速识别方法。

背景技术

中国的蚕桑生产已有几千年的历史，已形成一个具有一定经济价值的完整产业。作为蚕桑最重要的生产材料之一，桑叶是蚕的唯一饲料来源。桑叶的产量和品质直接制约了蚕桑的发展。2017年，中国桑园总面积达到788.73万hm2，比2000年的632.5万hm2增加了24.7％。在过去十年中，尽管桑树种植面积有所增加，但桑叶的产量因害虫而遭受巨大损失。桑螟是一种寄生虫，是桑树常见的重要害虫之一，桑螟啃食叶子并对桑叶的生产构成巨大威胁。桑螟的排泄也会严重影响桑叶的质量，对蚕茧和桑蚕的产生构成严重威胁。桑树害虫的防治是当前桑树田间管理的重点。蚕桑业需要开发一种快速无损的桑螟检测技术，从而为蚕提供优质的桑叶作为饲料。

目视检测是有害生物检测的常用方法。然而，人工观察是费力的，昂贵的和乏味的。此外，由于幼虫很小并且它们的颜色与桑叶的颜色非常相似，因此在基于肉眼的害虫检测中容易出错。另一方面，计算机视觉技术可以以低成本的方式衡量识别害虫及其损害的客观结果。与目视检测不同，图像检测不受人为因素的干扰，因此可以减少主观因素造成的干扰。然而，由于它主要检测可见光谱范围内的单色或彩色图像，计算机视觉技术无法区分具有相似颜色的样本。桑螟和桑叶的颜色相似，因此很难通过目视观察或计算机视觉技术来区分害虫和叶子。

作为计算机视觉技术的延伸，高光谱成像(HSI)被广泛用于各种食品和农产品的质量检测以及植物病虫害检测。HSI可以同时获得样本的光谱和空间信息，并形成三维的(3-D)数据立方体。因此，HSI可以使用光谱信息来区分害虫和叶子，并通过立方体中包含的空间信息来定位害虫的空间位置。然而，到目前为止，基于HSI技术，对于快速检测桑螟及其对桑叶的损害的报道很少。

本发明利用可见光和近红外(Vis-NIR)高光谱反射成像技术来区分桑螟幼虫和桑叶，并以快速和客观的方式识别桑螟对桑叶的损害。实验在可见光和近红外(400-1700nm)光谱范围内测量高光谱图像，并提取桑螟幼虫和桑叶的特征光谱，之后通过多变量分析建立健康叶片与损伤叶片、健康叶片和桑螟幼虫、损伤叶片和桑螟幼虫、及所有样品之间的分类模型，确定对分类最有用的几个重要波长，最后是分别对在400-1000nm和 900-1700nm范围内工作的两个高光谱成像系统进行比较。这项实验的成功结果非常有利于为蚕农提供优质的桑叶，从而提高蚕的产量，提高蚕丝的质量。

发明内容

本发明提供一种基于可见光和近红外高光谱成像的桑螟幼虫及其对桑叶损害的快速识别方法，可在对桑树的管理中，实现为蚕农提供优质的桑叶，从而提高蚕的产量，提高蚕丝的质量。

一种基于可见光和近红外高光谱成像的桑螟幼虫及其对桑叶损害的快速识别方法，包括如下步骤：

步骤1，采摘桑叶作为待测样本，获得每片叶子的可见光和近红外高光谱；

从当地桑园采摘桑叶，然后选择除桑螟幼虫损伤外没有其他缺陷的叶子；获得三种叶子，即健康叶片，具有幼虫损伤的叶子和具有幼虫的叶子；