高光谱成像的甜瓜嫁接愈合状态早期分类检测

摘要

嫁接的目的是为了提高植物抗土传病害和非生物逆境的能力。甜瓜嫁接愈合状态的早检测是当前育苗厂工业化发展的重要需求。在标准正态变量变换-Savitzky-Golay平滑-二阶导数(SNV-SG-SD)预处理基础上提出了融合嫁接差异信息的竞争性自适应重加权算法-连续投影法(DIS-CARS-SPA)特征提取算法,并建立了基于网格寻优径向基核函数支持向量机(GS-RBF-SVM)分类模型,实现了基于高光谱成像的甜瓜嫁接愈合状态早期分类检测。首先采集以南瓜为砧木,甜瓜为接穗的嫁接成活苗和非成活苗愈合期1~7 d内的高光谱图像,分别采用9种光谱预处理方法,2种特征提取算法和5种优化算法4种核函数支持向量机(SVM)分类模型进行分析。结果显示,SNV-SG-SD光谱预处理、DIS-CARS-SPA特征提取和GS-RBF-SVM分类模型效果最好。利用该模型进一步分析,在同一天不同类型二分类中,愈合期1~7 d内任何一天的分类准确率均能达到99%以上;在不同天嫁接成活苗二分类中可达90.17%以上;在不同天嫁接非成活苗二分类中可达97.03%以上;在不同天不同类型十四分类中可达到96.85%,比未融合嫁接差异信息的CARS-SPA特征提取方法准确率提高了0.59%,比只预处理未特征提取方法提高了3.37%。结果表明,所提出的方法不仅能实现同一天不同类型二分类,还能实现不同天同一类型的二分类,不同天不同类型的多分类。在实际应用中,可将分类时间点提前到嫁接后第1天(肉眼观察第3~4天,机器视觉技术第1~2天),同时第3天均是嫁接成活苗和非成活苗的差异突变天数,嫁接成活苗状态可分为弱—中—强三个阶段,非成活苗状态可分为弱—更弱两个阶段,该结论能为甜瓜嫁接苗生产提供有效指导,具有一定的理论和实践价值。