基于高光谱成像技术的富士苹果轻微机械损伤检测研究
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收稿日期：２０１９－１０－２１ 基金项目：山东省农业科学院农业科技创新工程项目（ＣＸＧＣ２０１７Ｂ０４）；中国农业科学院与山东省农业科学院科技创新工程协同创新任
务（ＣＡＡＳ－ＸＴＣＸ２０１８０２３） 作者简介：沈宇（１９９４—），女，山东济宁人，硕士研究生，研究方向：农业信息技术。Ｅ－ｍａｉｌ：８７３２０９５７４＠ｑｑ．ｃｏｍ 通讯作者：郑纪业（１９８２—），男，山东泰安人，博士，研究方向：农业信息技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｙｅｚｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
（１．山东省农业科学院科技信息研究所，山东 济南 ２５０１００；２．山东科技大学计算机科学与工程学院，山东 青岛 ２６６０００）
摘要：为降低苹果损伤造成的商业损失，延长苹果的储存期，利用高光谱成像技术实现了基于特征波段的 苹果表面轻微机械损伤的快速、无损检测。以 １２０个富士苹果为研究对象，首先利用波段范围在 ４００～１０００ ｎｍ的高光谱成像光谱仪获取完好和轻微损伤 ０、２、４ｈ的富士苹果的高光谱图像，并提取感兴趣区域的平均 光谱数据，然后通过两次 连 续 投 影 法 进 行 分 析，去 除 光 谱 波 段 间 的 冗 余 信 息，找 到 共 线 性 最 小 的 波 段 组 合 （８２１ｎｍ和 ９４０ｎｍ）；其次，对特征波段图像进行主成分分析，选择完好与损伤区域差异明显的第二主成分 （ＰＣ２）作为检测损伤的有效图像；最后，对有效图像进行固定阈值分割和形态学处理，得到苹果表面机械损伤 的检测结果。利用该方法对验证组 ４０个正常和轻微损伤不同时间段的苹果进行测试，总体正确率达到 ９４．４％。
关键词：高光谱成像技术；苹果；轻微机械损伤；连续投影法；特征波段；图像处理 中图分类号：Ｓ６６１．１０９ 文献标识号：Ａ 文章编号：１００１－４９４２（２０２０）０２－０１４４－０７
ＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＳｌｉｇｈｔＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤａｍａｇｅｏｆＦｕｊｉＡｐｐｌｅ ＦｒｕｉｔｓＢａｓｅｄｏｎＨｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Copyright©博看网 . All Rights Res技术的富士苹果轻微机械损伤检测研究
１４５
ａｎｄｄａｍａｇｅｄｓａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｃｃｕｒａｃｙｗａｓ９４．４％． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ａｐｐｌｅ；Ｓｌｉｇｈｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄａｍａｇｅ；Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｐｒｏｊｅｃ
ＳｈｅｎＹｕ１，２，ＦａｎｇＳｈｅｎｇ２，ＺｈｅｎｇＪｉｙｅ１，ＷａｎｇＦｅｎｇｙｕｎ１，ＺｈａｎｇＣｈｅｎ１，２，ＬｉＺｈｅ２
（１．ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０００，Ｃｈｉｎａ）
山 东 农 业 科 学 ２０２０，５２（２）：１４４～１５０ ＤＯＩ：１０．１４０８３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４９４２．２０２０．０２．０２７
ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ
基于高光谱成像技术的富士苹果
轻微机械损伤检测研究
沈宇１，２，房胜２，郑纪业１，王风云１，张琛１，２，李哲２
收稿日期：２０１９－１０－２１ 基金项目：山东省农业科学院农业科技创新工程项目（ＣＸＧＣ２０１７Ｂ０４）；中国农业科学院与山东省农业科学院科技创新工程协同创新任
务（ＣＡＡＳ－ＸＴＣＸ２０１８０２３） 作者简介：沈宇（１９９４—），女，山东济宁人，硕士研究生，研究方向：农业信息技术。Ｅ－ｍａｉｌ：８７３２０９５７４＠ｑｑ．ｃｏｍ 通讯作者：郑纪业（１９８２—），男，山东泰安人，博士，研究方向：农业信息技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｙｅｚｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
（１．山东省农业科学院科技信息研究所，山东 济南 ２５０１００；２．山东科技大学计算机科学与工程学院，山东 青岛 ２６６０００）
摘要：为降低苹果损伤造成的商业损失，延长苹果的储存期，利用高光谱成像技术实现了基于特征波段的 苹果表面轻微机械损伤的快速、无损检测。以 １２０个富士苹果为研究对象，首先利用波段范围在 ４００～１０００ ｎｍ的高光谱成像光谱仪获取完好和轻微损伤 ０、２、４ｈ的富士苹果的高光谱图像，并提取感兴趣区域的平均 光谱数据，然后通过两次 连 续 投 影 法 进 行 分 析，去 除 光 谱 波 段 间 的 冗 余 信 息，找 到 共 线 性 最 小 的 波 段 组 合 （８２１ｎｍ和 ９４０ｎｍ）；其次，对特征波段图像进行主成分分析，选择完好与损伤区域差异明显的第二主成分 （ＰＣ２）作为检测损伤的有效图像；最后，对有效图像进行固定阈值分割和形态学处理，得到苹果表面机械损伤 的检测结果。利用该方法对验证组 ４０个正常和轻微损伤不同时间段的苹果进行测试，总体正确率达到 ９４．４％。
关键词：高光谱成像技术；苹果；轻微机械损伤；连续投影法；特征波段；图像处理 中图分类号：Ｓ６６１．１０９ 文献标识号：Ａ 文章编号：１００１－４９４２（２０２０）０２－０１４４－０７
ＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＳｌｉｇｈｔＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤａｍａｇｅｏｆＦｕｊｉＡｐｐｌｅ ＦｒｕｉｔｓＢａｓｅｄｏｎＨｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Copyright©博看网 . All Rights Res技术的富士苹果轻微机械损伤检测研究
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ａｎｄｄａｍａｇｅｄｓａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｃｃｕｒａｃｙｗａｓ９４．４％． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ａｐｐｌｅ；Ｓｌｉｇｈｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄａｍａｇｅ；Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｐｒｏｊｅｃ
ＳｈｅｎＹｕ１，２，ＦａｎｇＳｈｅｎｇ２，ＺｈｅｎｇＪｉｙｅ１，ＷａｎｇＦｅｎｇｙｕｎ１，ＺｈａｎｇＣｈｅｎ１，２，ＬｉＺｈｅ２
（１．ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０００，Ｃｈｉｎａ）
山 东 农 业 科 学 ２０２０，５２（２）：１４４～１５０ ＤＯＩ：１０．１４０８３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４９４２．２０２０．０２．０２７
ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ
基于高光谱成像技术的富士苹果
轻微机械损伤检测研究
沈宇１，２，房胜２，郑纪业１，王风云１，张琛１，２，李哲２