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1、第34卷，第5期光譜學(xué)與光譜分析Vo1．34，No．5，pp1362—13662014年5月SpectroscopyandSpectra1AnalysisMay，2014不同波長提取方法的高光譜成像技術(shù)檢測番茄葉片早疫病的研究程術(shù)希，謝傳奇，王巧男，何勇，邵詠妮浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州310058摘要提出了基于連續(xù)投影算法(successiveprojectionsalgorithm，SPA)、載荷系數(shù)法(x-loadingweights，—LW)和格拉姆一施密特正交(gram
2、-schmidtorthog0nalization，GSO)提取特征波長的高光譜成像技術(shù)檢測番茄葉片早疫病的方法。首先獲取380~1023nIn波段范圍內(nèi)7O個(gè)健康和7o個(gè)染病番茄葉片的高光譜圖像信息，然后提取健康和染病葉片感興趣區(qū)域(regionofinterest，ROD的光譜反射率值，建立番茄葉片早疫病的最小二乘一支持向量機(jī)(1eastsquares—supportvectormachine，LS-SVM)鑒別模型，建模集和預(yù)測集的鑒別率都是100。再通過sPA、rLw和GSO提取特征波長(
3、effectivewavelengths，EW)，并建立EW-LS-SVM和特征波長一線性判別分析(ew-lineardiscriminantanalysis，E、LDA)鑒別模型。結(jié)果顯示，每個(gè)模型的鑒別效果都很好，EW-LS-SVM模型中預(yù)測集的鑒別率都達(dá)到了100，EW-LDA模型中預(yù)測集的鑒別率分別是i00，100和97．83?；赟PA，r和GSO所建模型的輸入變量分別是4個(gè)(492，550，633和68Onto)，3個(gè)(631，719和747nm)和2個(gè)(533和657rim)，較少的
4、特征波長便于實(shí)時(shí)檢測儀器的開發(fā)。結(jié)果表明，高光譜成像技術(shù)檢測番茄葉片早疫病是可行的，SPA，rLw和GSO都是非常有效的特征波長提取方法。關(guān)鍵詞高光譜成像；特征波長；線性判別分析；最小二乘一支持向量機(jī)；番茄；早疫病中圖分類號：TP391；$436．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．3964~．issn．1000—0593(2014J05—1362—05獲取對象的圖像和光譜信息，目前已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食引言品等領(lǐng)域l5。]。利用高光譜成像技術(shù)研究農(nóng)作物病害已有報(bào)道，Rump{等_8利用高光譜反射率檢測
5、甜菜不同病害；Baur—番茄早疫病屬于真菌病害，其病原物是ahernariasola—iegel等_9利用高光譜成像技術(shù)檢測小麥鐮刀菌病害；Fiorenil1]。在高溫高濕的環(huán)境中，番茄葉片很容易感染早疫病，等[10_利用高光譜成像技術(shù)對玉米真菌病害進(jìn)行早期檢測研病菌侵入葉片后，2～3d就能形成病斑，并產(chǎn)生大量分生孢究。本研究的目的在于：(1)建立健康和染病樣本的定量識(shí)子進(jìn)行再侵染，導(dǎo)致病害迅速蔓延l2j，嚴(yán)重影響番茄的品質(zhì)別模型；(2)采用不同方法提取特征波長；(3)比較全波段和和產(chǎn)量。目前，關(guān)
6、于作物病害檢測技術(shù)的研究已有很多，傳特征波長的識(shí)別效果；(4)比較每一個(gè)特征波長的識(shí)別效果。統(tǒng)檢測作物病害的技術(shù)主要有理化檢測和人工感官檢測，理通過比較不同模型的識(shí)別效果，確定鑒別番茄葉片早疫病的化檢測包括聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)、熒光最優(yōu)模型和最佳波長，為儀器開發(fā)提供理論依據(jù)。原位雜交和生物標(biāo)志物檢測技術(shù)等【，但這些技術(shù)都存在弊端：如理化檢測需要專業(yè)人員操作、工作量大、對樣本具有1實(shí)驗(yàn)部分破壞性；人工感官檢測易受到各種主客觀因素的影響，兩種檢測手段的時(shí)效性都較差。因此，研究一種快速、
7、無損、準(zhǔn)1．1儀器確的檢測番茄葉片早疫病的方法極其重要。高光譜成像儀如圖1所示，包括鏡頭OLE-23(Specim，高光譜成像技術(shù)將傳統(tǒng)二維圖像技術(shù)和光譜技術(shù)相結(jié)Finland)、成像光譜儀V10E-QE(Specim，F(xiàn)inland)、線光源合，具有譜圖合一、多波段、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)l4]，可以同時(shí)SchottDCRIl、電控位移臺(tái)PSA200—11一X、移動(dòng)平臺(tái)控制收稿日期：2013—08—07。修訂日期：2013—11—09基金項(xiàng)目：教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(20130101110104)，國家(
8、863計(jì)劃)課題項(xiàng)目(2O13AA1O23O1)，教育部留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2O14FzA6005)資助作者簡介：程術(shù)希，女，1979年生，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院博士研究生e-mail：kjccsx@ziu．edu．cn*通訊聯(lián)系人e-mail：yhe@zju．edu．cn第5期光譜學(xué)與光譜分析1363器SC3OOA和計(jì)算機(jī)等部件。光譜波段為38O～1023niTl，光最小二乘線性系統(tǒng)，通過解一組線性方程組代替復(fù)雜的二次譜儀
