收藏本站
《华中农业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于可见光/近红外光谱的稻米质量快速无损检测研究

石礼娟  
【摘要】:随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,粮食供求的主要矛盾已经从数量的不充足转变为质量的不理想。因此,建立稻米质量快速无损检测方法,无论是在育种,还是在食品加工和农产品贸易中都有重要意义。本文以不确定性人工智能理论和化学计量学理论为基础,利用数字图像处理技术、光谱分析技术、小波分析和模式识别技术研究影响稻米食用品质的三种重要品质垩白、直链淀粉含量和陈化的快速无损检测方法。 为了提高机器视觉对垩白的识别精度与适应能力,在稻米垩白品质快速无损检测方面,主要研究了以下内容: (1)构建了用于图像采集的计算机视觉系统。分别在透射光与反射光环境下研究了光源、电压、背景等因素对稻米图像质量的影响,从而确定了适合稻米图像采集的最佳环境条件,即透射光条件下的最佳拍摄条件为:电压水平为6.4V,光源为LED灯组,背景为浅蓝色;反射光条件下的最佳拍摄条件为:电压水平为6.0V,光源为LED灯组,背景为深蓝色。 (2)分析了透射光与反射光条件下采集的稻米图像的直方图,研究了合适的图像去噪方法与图像分割算法。通过不同色彩空间下彩色直方图与灰度直方图分析发现反射光下采集的图像的灰度分布适合稻米垩白区域的识别。设计了加权均值滤波模板,既消除了噪声,又保护了胚乳区与垩白区的边界。根据图像分割算法-最大类间方差法的适用范围确定了稻米图像在进行垩白识别时应截取的矩形区域的大小。 (3)研究了具有自适应能力的垩白识别算法。该方法以不确定性人工智能理论与云模型为基础,把垩白与非垩白定义为两个定性概念,以一个不对称云和一个对称云来分别表达垩白与非垩白,以两组数字特征分别描述垩白云与非垩白云。通过对比同一电压下人工目测法、固定阈值法,云分类法的垩白大小检测结果检验云分类法的精确度,试验结果表明,云分类法比人工目测法的精确度高,云分类法与固定阈值法(即准确值)的偏差的均值为0.97,人工目测法与固定阈值法(即准确值)的偏差的均值为1.93;通过对比不同电压下人工目测法、云分类法的垩白大小检测结果检验云分类法的适应性,试验结果表明,云分类法比人工目测法的适应性好,用云分类法计算不同电压下同一粒米的垩白大小的标准差均值为0.57,人工目测法为2.29。 为了建立稳定性好、预测精度高的稻米直链淀粉含量近红外光谱定量分析模型,在稻米直链淀粉含量快速检测方面,主要研究了以下内容: (1)研究了光谱采集参数对稻米近红外光谱响应特性的影响。通过对同一直链淀粉含量的稻米在不同参数下采集的光谱的统计分析,确定最佳采集参数为:扫描次数为64,分辨率为8cm-1,室内温度为15℃。 (2)研究了稻米异常光谱剔除方法和光谱预处理方法。为了优化校正集,提高模型的预测精度,用基于马氏距离准则和基于预测浓度残差准则相结合的方法剔除了18条因各种主客观因素产生的异常光谱。为了消除由于基线的漂移与偏移、仪器的随机噪声、杂散光等对光谱产生干扰,提高光谱的信噪比,采用多种方法对稻米光谱进行预处理,并比较了这些方法对建模结果的影响。通过模型评价指标的比较,确定用原光谱经一阶导数与SG卷积滤波相结合的方法进行光谱预处理。 (3)研究了定量分析方法对建模效果的影响。分别用逐步多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘回归三种定量分析方法对经导数与SG卷积滤波处理后光谱建立校正模型。比较各项模型评价指标发现,偏最小二乘回归(PLS)方法建立的校正模型稳定性最好,预测值与标准值的相关系数最高,预测均方差最小。预测值与标准值相关系数为98.96%,校正均方差为0.62,预测均方差为1.19,交叉检验均方差为1.58。 为了建立陈化稻米近红外光谱定性识别模型,本文主要研究了以下内容:(1)研究了陈化米和非陈化米的近红外光谱响应特性,并利用主成分分析法结合马氏距离研究了不同光谱预处理方法对聚类效果的影响,一方面确定了用稻米的近红外光谱进行定性识别的可行性;另一方面,综合考虑类内距离小,类间距离大的聚类原则,最终选择不经任何处理的原光谱参加建模。 (2)研究了有效的光谱特征提取方法。用小波分析不仅能提取敏感的光谱特征信息,而且能够有效的降低高维空间数据,与支持向量机结合而成的新方法是一种有效的识别方法。利用db6小波变换得到的77个小波系数作为支持向量机模型的输入。当分解尺度为5时,数据点数由原来的2127个减少至77个 (3)研究了支持向量机的模型参数选择。首先用没有内部参数的线性函数作为核函数,改变惩罚因子C,以获得最小的MSE为准则,确定了最佳的误差惩罚因子C的值为1000;然后以不同的核函数以及核函数的内部参数建立支持向量机模型,通过试验发现当核函数为径向基函数,其参数γ为16时,所建立的模型识别率达98.45%。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S511

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王福彬;利用质构仪测定直链淀粉含量的研究[D];齐齐哈尔大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王卫星;刘永强;;基于直方图修正的小波自适应阈值大米垩白分割[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2010年02期
2 朱蔚萍,靳宏磊,叶桦,陈维南;二维灰度直方图上的距离判别分割方法[J];东南大学学报;1999年S1期
3 刘国信;警惕陈化米“化妆”流入市场[J];大众标准化;2005年05期
4 李德毅,刘常昱;论正态云模型的普适性[J];中国工程科学;2004年08期
5 陈鲤江;刘铁根;马金英;柳森;;一种区域分离方法及其在米粒检测中的应用[J];光电子·激光;2006年07期
6 褚小立,袁洪福,王艳斌,陆婉珍;近红外稳健分析校正模型的建立(Ⅰ)——样品温度的影响[J];光谱学与光谱分析;2004年06期
7 闵顺耕,李宁,张明祥;近红外光谱分析中异常值的判别与定量模型优化[J];光谱学与光谱分析;2004年10期
8 刘蓉,陈文亮,徐可欣,邱庆军,崔厚欣;奇异点快速检测在牛奶成分近红外光谱测量中的应用[J];光谱学与光谱分析;2005年02期
9 刘强;罗长兵;陈绍江;孟庆翔;;近红外光谱分析青贮玉米NDF中判别异常光谱的研究[J];光谱学与光谱分析;2007年08期
10 孙翠霞;方华;胡波;;基于灰度图像的大米垩白检测算法研究[J];广西工学院学报(自然科学版);2010年02期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 成芳;稻种质量的机器视觉无损检测研究[D];浙江大学;2004年
2 凌云;基于机器视觉的谷物外观品质检测技术研究[D];中国农业大学;2004年
3 陆辉山;水果内部品质可见/近红外光谱实时无损检测关键技术研究[D];浙江大学;2006年
4 田海清;西瓜品质可见/近红外光谱无损检测技术研究[D];浙江大学;2006年
5 马文杰;烟叶图像采集技术规范与烤烟收购质量分级特征研究[D];华中农业大学;2007年
6 张永;基于模糊支持向量机的多类分类算法研究[D];大连理工大学;2008年
7 陈兰珍;蜂蜜品质近红外光谱评价技术研究[D];中国农业科学院;2010年
8 吴兰兰;基于数字图像处理的玉米苗期田间杂草的识别研究[D];华中农业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 崔改泵;稻米直链淀粉含量快速检测方法的试验研究[D];中国农业大学;2004年
2 谢新华;稻米中直链淀粉和蛋白质含量的近红外透射光谱预测研究[D];西北农林科技大学;2004年
3 万鹏;大米陈化度快速检测系统的研究与开发[D];吉林大学;2006年
4 陈春燕;籼稻直链淀粉和蛋白质含量的快速活体定标研究[D];西南大学;2008年
5 陈玲;基于支持向量机的多类文本分类研究[D];重庆大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宫政;何飓;;云模型在电力变压器故障诊断中的应用[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2012年01期
2 张鹏宇;刘德超;;基于TMS320C6701的实时视频监控系统的设计[J];安防科技;2009年07期
3 周猛;李钢;;图像处理中一种高效消除噪声的算法研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年02期
4 李学文;金兰淑;李涛;李鑫;林国林;;近红外无损检测技术在棕壤速效磷分析中的应用[J];安徽农学通报;2006年05期
5 康美花;曹丰生;高珍珠;陈红萍;刘建华;邓人启;;稻米蒸煮食味品质性状遗传研究进展[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年23期
6 杨联松,白一松,许传万,胡兴明,王伍梅;水稻粒形与稻米品质间相关性研究进展[J];安徽农业科学;2001年03期
7 李泽福,夏加发,刘礼明,唐光勇;籼粳交重组自交系群体主要稻米品质性状分析[J];安徽农业科学;2004年06期
8 梁高峰;贾宏汝;谷运红;秦广雍;王卫东;;近红外光谱分析技术及其在农业研究中的应用[J];安徽农业科学;2007年29期
9 韩祥波;刘战丽;;计算机图像处理技术在农产品检测分级中的应用[J];安徽农业科学;2007年34期
10 李国鹏;郭建夫;汤能;何蔼如;;杂交水稻品质性状间及品质性状与农艺性状间相关性研究[J];安徽农业科学;2007年35期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李晶;李玲玲;万娟;许艮华;陈芳;;基于云理论的支持无输入的语音质量客观评价的建模方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 ;Edge Detection of Images Based on Cloud Model Cellular Automata[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 孙衢;王永玉;;基于云模型的非线性系统智能滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 吴静珠;刘翠玲;孙晓容;;支持向量机在近红外光谱检测技术中的应用研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 李宗刚;王寅杰;高溥;;基于二维云模型的彩色图像环域聚类分割方法及其在机器鱼视觉系统中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
6 马小平;金珠;;基于云和蚁群优化的煤与瓦斯突出区域预测分析[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
7 黄金英;石国峰;王微微;;图像识别技术在尾矿库自动化安全监测系统中的应用[A];2010年第三届尾矿库安全运行技术高峰论坛论文集[C];2010年
8 肖阳;李启贤;;数据挖掘在中国钢铁行业中的应用[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
9 胡庆新;王伟;顾爱华;;基于机器视觉的农产品物料分级检测系统关键技术研究[A];2011下一代自动测试系统学术研讨会论文集[C];2011年
10 叶琼;李绍稳;张友华;刘恺;;农业领域本体知识的云化方法研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 成广雷;国内外种子科学与产业发展比较研究[D];山东农业大学;2009年
2 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
3 熊晶;海洋生态本体的建模方法研究及应用[D];中国海洋大学;2010年
4 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 陈祯;基于近红外光谱分析的土壤水分信息的提取与处理[D];华中科技大学;2010年
6 窦亚玲;基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究[D];华中科技大学;2010年
7 颜辉;植物油的亚油酸、亚麻酸红外光谱融合和模型优化方法的研究[D];江苏大学;2010年
8 尹浩;地中海贫血筛查指标的FTIR/ATR光谱分析方法研究[D];暨南大学;2010年
9 黄富荣;人体血液胆固醇、甘油三酯近红外光谱无试剂分析方法研究[D];暨南大学;2010年
10 吴锋;基于GPU并行计算的数值模拟与燃煤锅炉系统的优化研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 王娜;储藏条件对稻谷陈化的影响研究[D];华中农业大学;2010年
3 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 邓小铭;基于OpenCV的物体三维检测系统研究[D];南昌航空大学;2010年
5 林营;基于小波变换的刑事图像处理研究[D];山东科技大学;2010年
6 胡红;矿区植物胁迫作用与遥感信息提取[D];山东科技大学;2010年
7 孙冰;轴承滚子外径非接触检测系统及算法的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
8 姜念;区间自适应粒子群算法研究及其应用[D];郑州大学;2010年
9 孙卫芳;基于JSEG的视频/图像分割技术研究[D];郑州大学;2010年
10 王晓东;基于红外吸收型CO_2浓度分析仪设计[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 修丽娜;刘湘南;刘美玲;;镉污染水稻高光谱诊断分析与建模[J];光谱学与光谱分析;2011年01期
2 许冬青;彭黔荣;杨敏;王玉平;周淑平;张婕;;烟草中淀粉测定方法研究现状与探讨[J];耕作与栽培;2011年03期
3 刘筱霞;巩桂芬;;淀粉胶糊化温度对瓦楞纸板质量的影响[J];包装世界;2005年06期
4 张学文,闵瑞林;2002年稻谷市场供求与价格走向[J];粮食科技与经济;2002年03期
5 丁文平,丁霄霖;大米直链淀粉的研究进展[J];粮食与饲料工业;2002年01期
6 王领军,王立,姚惠源,赵刚;大米淀粉的性质、生产及应用[J];粮食与饲料工业;2004年11期
7 陈洁;姚晓玲;刘丹松;;质构仪对面包品质改良剂效果评价的应用[J];粮食与饲料工业;2008年06期
8 吴海云;刘洋;左月明;;近红外光谱数据分析方法的研究进展[J];农产品加工(学刊);2010年03期
9 刘长虹;徐婧婷;牛芳方;钱志海;;质构仪与自制硬度仪测定馒头结果相关性分析[J];粮油加工;2008年04期
10 齐龙;朱克卫;马旭;苏彩珠;;近红外光谱分析技术在大米检测中的应用[J];农机化研究;2011年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 谢新华;稻米淀粉物性研究[D];西北农林科技大学;2007年
2 余世锋;低温和超低温预冷下大米淀粉凝沉特性及应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 林若慧;脂肪酸—直链淀粉复合物的制备及其氧化稳定性的研究[D];广东工业大学;2011年
2 贺丽霞;基于TA.XT型质构仪的小麦面坯(片)加工品质评价方法的研究[D];西北农林科技大学;2011年
3 战旭梅;稻米储藏过程中质构品质变化及其机理研究[D];南京师范大学;2008年
4 张馨木;质构仪测定冷鲜肉新鲜度方法的研究[D];吉林大学;2012年
5 张攀峰;不同品种马铃薯淀粉结构与性质的研究[D];华南理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋学芬,姚自鸣,杜法礼;砀山酥梨质量评定的模糊综合评判[J];安徽农业科学;2000年04期
2 司清林;田瑞昌;成东梅;高燕;彭涛;赵伟锋;;模糊评分法在小麦品种评价中的应用[J];现代农业科技;2006年04期
3 祝世平,房建成,周锐;一种新的能量谱熵图像聚焦评价函数[J];北京航空航天大学学报;1999年06期
4 段民孝,邢锦丰,郭景伦,王元东,赵久然;近红外光谱(NIRS)分析技术及其在农业中的应用[J];北京农业科学;2002年01期
5 王梓坤;论混沌与随机[J];北京师范大学学报(自然科学版);1994年02期
6 刘浩学;CIE均匀颜色空间与色差公式的应用[J];北京印刷学院学报;2003年03期
7 郑咏梅,王芳荣,张军,陈星旦,申铉国;近红外光谱定量分析小麦粉蛋白质含量[J];吉林大学学报(信息科学版);2002年03期
8 张军,郑咏梅,王芳荣,陈星旦;谷物近红外光谱分析中常用数据处理方法讨论[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年01期
9 郑利平;;色差计基本原理及其在文物修复作色中的实际应用[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年06期
10 刘燕德,应义斌,蒋焕煜;基于光纤传感的富士苹果糖度检测试验研究[J];传感技术学报;2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 冯斌;计算机视觉信息处理方法与水果分级检测技术研究[D];中国农业大学;2002年
2 马笑潇;智能故障诊断中的机器学习新理论及其应用研究[D];重庆大学;2002年
3 李庆波;近红外光谱分析中若干关键技术的研究[D];天津大学;2003年
4 凌云;基于机器视觉的谷物外观品质检测技术研究[D];中国农业大学;2004年
5 毛文华;基于机器视觉的田间杂草识别技术研究[D];中国农业大学;2004年
6 苏时光;谱主成分分析及其在多指标评价体系中的应用[D];中国农业大学;2004年
7 宋海燕;基于光谱技术的土壤、作物信息获取及其相互关系的研究[D];浙江大学;2006年
8 乔玉龙;小波在纹理图像处理中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 相阿荣;识别杂草和土壤背景的图像处理方法研究[D];中国农业大学;2001年
2 龙满生;玉米苗期杂草识别的机器视觉研究[D];西北农林科技大学;2002年
3 陈锋;近红外透射光谱技术在小麦品质测试中的应用[D];河南农业大学;2003年
4 赵丽丽;果品类内部品质近红外无损检测技术的研究[D];中国农业大学;2003年
5 刘蓉;近红外光谱分析中模型优化方法的初步研究[D];天津大学;2003年
6 张鹏;基于主成分分析的综合评价研究[D];南京理工大学;2004年
7 潘颖;基于机器视觉的茄科类作物与杂草的识别研究[D];江苏大学;2005年
8 杜圣东;基于多类支持向量机的文本分类研究[D];重庆大学;2007年
9 孟昕;运动模糊图像的处理与恢复研究[D];安徽大学;2007年
10 陈强;基于组合矩和神经网络的图像识别技术研究[D];南京理工大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 关玉萍,于芬;稻米质量安全生产存在问题及对策探讨[J];农业经济;2004年07期
2 高辉,张洪程,冯加根;稻米质量及生产技术标准化问题的探讨[J];中国标准化;2005年05期
3 陈亿毅;调整品种结构 提高稻米质量[J];湖北农业科学;1992年05期
4 孙玉友;;不同断水期对稻米品质的影响[J];牡丹江师范学院学报(自然科学版);2005年03期
5 李克勤;湖南省全面提升稻米质量 大力发展优质稻米产业[J];中国农业信息;2003年05期
6 金连登,朱智伟,许立,闵捷;我国现行稻米质量安全认证的基本要求及发展研究[J];农业质量标准;2004年02期
7 胡国松;贺观爱;周尚泉;肖丽荣;;推广稻米质量安全控制技术的经济效益评估[J];作物研究;2006年04期
8 ;淀粉生物合成等位基因的多样性决定了稻米食用和烹调品质[J];科学通报;2010年10期
9 马雷;;印度稻米生产与标准研究[J];北方水稻;2008年01期
10 应兴华;金连登;徐霞;朱智伟;;我国稻米质量安全现状及发展对策研究[J];农产品质量与安全;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 吴国侠;吴晖;;稻米质量面对入世的思考[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
2 王友华;马雷;;美国稻米分级标准与检测技术[A];第三届全国粳稻米产业大会专集[C];2008年
3 叶建人;蔡娟娟;施海萍;黄贤夫;陈海波;冯永斌;;毒死蜱不同施药时间和用量对稻米质量及其稻飞虱和天敌的影响[A];植物保护与农产品质量安全论文集[C];2008年
4 李春生;;优质稻米质量安全发展目标的研究[A];2008’中国食物与营养高层论坛论文集[C];2008年
5 茅弼华;谢仁康;;关于水稻“小粒穗”发生原因的探讨[A];《水稻“小穗头”成灾原因与防治对策》学术研讨会专刊[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王树田;好大米是种出来的,原粮品质好增值才有空间[N];粮油市场报;2008年
2 陈令玉;泰国大米热销全球[N];国际商报;2007年
3 丁现利;插上腾飞的翅膀[N];毕节日报;2011年
4 侯永辉 本报记者 于宁;特色富农路[N];吉林日报;2010年
5 王树田;淮阴:粳稻价格首次低于籼稻价格,看似反常,实乃市场正常反应[N];粮油市场报;2007年
6 通讯员 梁全洋 江伦尧;灌云72万亩水稻落谷结束[N];连云港日报;2009年
7 豫农;河南水稻发展目标新[N];农民日报;2007年
8 川农;多措并举提升川稻质量管理水平[N];农民日报;2007年
9 时向红;让种粮农民得到更多实惠[N];江苏经济报;2004年
10 福生 中华 本报记者 王宝;“龙”落胜利[N];吉林农村报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 石礼娟;基于可见光/近红外光谱的稻米质量快速无损检测研究[D];华中农业大学;2011年
2 李英;基于质量安全的吉林省水稻生产组织模式与政策保障机制研究[D];吉林农业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 洪彬;湖南稻米市场竞争力研究[D];湖南农业大学;2007年
2 步东伟;稻米质量国家标准参数智能化测试仪的研制[D];河南工业大学;2010年
3 莫净雅;湖南优质稻米产业的发展现状与对策研究[D];湖南农业大学;2012年
4 周健;水稻根系中硫吸收同化相关基因对镉,苄嘧磺隆及其复合污染的应答[D];扬州大学;2012年
5 左雄建;湖南稻米农药残留及重金属超标现状及控制对策研究[D];湖南农业大学;2012年
6 李艳;粮—油—粮种植模式下沼液连续施用对土壤质量和稻米品质的影响[D];四川农业大学;2012年
7 王燕;攀西地区优质稻产业发展研究[D];四川农业大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026