[发明专利]一种单粒玉米种子高光谱检测成熟度的方法

说明书

本发明提供一种单粒玉米种子高光谱检测成熟度的方法，步骤为：1)采集不同成熟度玉米种子作为样本，利用高光谱成像系统采集高光谱图像数据；2)采用主成分分析方法，去除背景；3)对去除背景后的玉米种子高光谱图像进行标准正态变量变换预处理，并将多粒玉米种子排列的图像切割为单粒玉米种子图像；4)对单粒玉米种子高光谱图像再次进行主成分分析，采用最大类间方差法分割图像，乳线以上未成熟度区域和乳线以下成熟区域；5)计算未成熟度区域面积占玉米籽粒整体面积的比例，低于0.3为成熟度高的种子，高于0.3为成熟度低的种子。本发明有效识别成熟度较低的玉米种子，为进一步开发在线分级装备提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及玉米种子成熟度检测领域，特别是一种单粒玉米种子高光谱检测成熟度的方法。

背景技术

高光谱图像技术融合了传统成像技术和光谱技术，图像信息能表征大小、形状和颜色等外观信息，光谱信息能反映结构、成分、含量等内部属性。因其具备超多波段、高光谱分辨力和“图谱合一”等一般光谱不具备的优点，能实现对各种样本高效、绿色、高分辨检测。高光谱成像技术最初是在在遥感探测领域应用，由于其具备诸多优点，逐渐被专家应用在农业领域，研究前景瞩目。在对农作物进行解析时，可以根据农作物的光谱信息分析其生理信息，因为其光谱特征是农作物中的分子在不同波段处吸收不同频率的光产生的，由此可以进一步分析其品质特性和生产状况。

近年来随着国外先进的种子播种理念的引入，我国玉米种植模式发生深刻改变，由传统播种采用的“一穴多粒”的播种方法转变为单粒播种技术。此技术对种子质量提出了更高的要求，种子质量直接关系到种子发芽率和玉米产量，成熟度是判别种子质量好坏、影响种子生长的关键因素。玉米种子的成熟需要经历乳熟期、蜡熟期以及完熟期3个阶段。在成熟过程中,玉米种子的外观及形态也会发生变化。在玉米授粉后,随着籽粒不断发育成熟,籽粒内的淀粉含量逐渐增加,并在籽粒冠部逐渐沉积硬化成为固体淀粉层,在固、乳交界处形成“乳线”。随着籽粒的成熟,乳线从籽粒冠部向籽粒基部不断移动,籽粒成熟后乳线消失,籽粒基部的黑色层形成,因此玉米种子的乳线和黑色层是种子成熟的重要标志。

传统的判别玉米种子成熟度方法一般为人工识别，费时费力且主观性强，近年来，为了提高种子检测的快速性，机器视觉技术、近红外光谱分析技术等这类的无损检测技术被应用于该领域。机器视觉技术主要是利用种子外在形态学信息，近红外光谱技术是利用种子中所有有机分子含氢基团的化学特征信息。杨锦忠等利用Image软件分析了玉米种子由扫描仪获得的图像，初步确定了用图像分析玉米籽粒成熟度的可行性。但该方法需人工选择测量部位，不能自动获得成熟度数据。而且无论是机器视觉技术还是近红外光谱分析技术都只能获得种子的单一性状信息，相比较，高光谱图像技术可以提供包含被测对象外在形态学特征，内部结构特征和化学成分特征的所有信息，这些信息为种子成熟度的准确检测提供了充分可靠的信息保证。鉴于此，可以利用高光谱检测技术为单粒玉米种子成熟度判别提供一种快速、准确的鉴别方法。

主成分分析在数学上又称为K-L(Karhunen-Loeve)变换，1901年，卡尔·皮尔逊首次提出，用于降低数据维数，主要是通过对协方差矩阵进行特征分解，把原始数据变换到一个新的坐标系统中，使得任何数据投影的方差最大者排在第一个坐标(称为第一主成分)上，方差次之的排在第二个坐标(第二主成分)上，以此类推。主成分分析目标是在减少数据维数的同时保留对方差贡献最大的特征，也就是说主成分分析通过一种线性组合，用在尽可能的不损失原始信息的前提下来寻求新变量来代替原始变量，达到数据降维的目的，主成分分析因其自身算法特性在高光谱数据降维方面得到更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的就是提供一种单粒玉米种子高光谱检测成熟度的方法，它可以用于单粒玉米种子成熟度的检测。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)样本高光谱采集：采集不同成熟度玉米种子作为样本，利用高光谱成像系统进行高光谱图像信息的采集；