棉花内层杂质的高光谱透射成像分类检测

摘要：

棉花杂质在轧棉过程中对棉纤维造成损伤,导致成品纺织品出现瑕疵.因此,杂质的检测和分类在棉花生产过程及质量检验中至关重要.地膜是我国机采棉中特有的杂质.该研究将包括地膜碎片等 12 种常见棉花杂质放置于两层皮棉层之间,采用推扫式高光谱成像系统在透射模式下对杂质与皮棉混合样本进行图像采集,在 400～1000 nm范围内利用光谱信息识别嵌在皮棉层中的 12 种杂质.首先对高光谱图像进行平场校正,对边缘噪声进行裁剪;选择 500 nm处灰度图像进行人工感兴趣区域(ROIs)提取,从 ROIs 提取皮棉和杂质平均透射光谱并进行标准化;使用典型判别分析(CDA)对皮棉和杂质光谱进行处理并利用前三个典型变量绘制散点图,观察散点分组情况,采用多变量方差分析(MANOVA)对前三个典型变量评估每两种杂质之间的差异.然后使用区间随机蛙跳(iRF)方法提取特征波段,采用支持向量机(SVM)分类器,分别对全波段及特征波段的透射光谱进行杂质和皮棉 13 个类别的分类研究,对比分析两次分类的准确率.结果表明,全波段的各类杂质和皮棉的平均分类准确率为 84.4%,该方法对棉花内层杂质的检测与分类是可行的,包括与皮棉外观相近的地膜、塑料包装和纸的分类效果较好.在提取 12 个特征波段后,4 种具有相似外观和相似化学成分的杂质(裂茎、茎皮、棉铃壳、棕叶)分类准确率较低但都超过 73%;棉籽、绿叶、纸片、塑料包装、地膜、皮棉的分类准确率均超过 90%;各类杂质和皮棉的平均分类准确率为 86.2%;与全波段光谱的分类结果相比,特征波段光谱的平均分类准确率提高 1.8%.该研究结果可为棉花内层杂质检测研究提供理论依据,并对高光谱透射成像技术的应用有较好的指导作用.

关键词：棉花杂质分类、高光谱成像、透射、随机蛙跳、特征波长提取

所属期刊栏目：43

分类号：S24(农业电气化与自动化)

资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金;新疆维吾尔自治区重点研发计划项目;石河子大学高层次人才科研启动项目;石河子大学青年创新培育人才项目

在线出版日期：2023-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：3230-3238