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基于高光谱及多信息融合的马铃薯外部缺陷无损检测研究
摘要
马铃薯生产中外部缺陷的检测是保证产品质量的重要环节。本文基于高光谱与多信息融合技术，针对马铃薯的外部缺陷进行了无损检测研究。首先，对马铃薯外观缺陷的种类进行了介绍，并建立缺陷分类模型。然后，运用高光谱成像技术获取马铃薯表面的高光谱图像数据，利用多种预处理方法对数据进行预处理。最后，运用多信息融合技术将高光谱图像和图像处理结果进行融合，辅助诊断检测。实验结果表明，本文方法能够有效地检测出马铃薯外部缺陷，为马铃薯生产提供了一种简便快速的无损检测技术。
关键词：高光谱、多信息融合、马铃薯、无损检测、外部缺陷
Abstract
Thedetectionofpotatoexternaldefectsinpotatoproductionisanimportantlinktoensureproductquality.Basedonhyperspectralandmulti-informationfusiontechnology,thispaperconductednon-destructivedetectionresearchonpotatoexternaldefects.Firstly,thetypesofpotatoappearancedefectswereintroducedandadefectclassificationmodelwasestablished.Then,hyperspectralimagingtechnologywasusedtoobtainhyperspectralimagedataofthepotatosurface,andvariouspreprocessingmethodswereusedtopreprocessthedata.Finally,multi-informationfusiontechnologywasusedtofusehyperspectralimagesandimageprocessingresultstoassistdiagnosisanddetection.Theexperimentalresultsshowthatthemethodinthispapercaneffectivelydetectpotatoexternaldefects,providingaconvenientandfastnon-destructivedetectiontechnologyforpotatoproduction.
Keywords:Hyperspectral,Multi-informationfusion,Potato,Non-destructivedetection,Externaldefects
1.介绍
马铃薯是我国重要的经济作物之一，是家庭、商业及工业食品加工领域的主要食材。马铃薯的外部缺陷是影响马铃薯质量的重要因素之一，如黑斑、坏点、机械损伤等。传统的马铃薯外表质量检测方法主要依靠人工视觉鉴别，受制于人力资源，效率低、误判率高。因此，开发一种高效可靠的马铃薯外部缺陷无损检测技术已成为当前研究的热点之一。
高光谱成像技术是近年来发展迅猛的一种无损检测技术。高光谱成像技术可以对物体的光谱反射率进行高精度的测量，并根据光谱反射率曲线分析不同波长下物质的光谱特性，可以对物体进行综合的、全面的无损检测。通过高光谱成像技术的测量，可以得到物体在一定波长范围内的反射光谱，所反映的信息体现了物质的多种性质，包括表面形态、颜色、材质、化学成分等。
多信息融合技术是将多源信息进行合并，以获得更加全面、准确的信息，目前已广泛应用于图像处理领域。在马铃薯外部缺陷无损检测中，由于缺陷的多变性和相似性，单一的检测手段无法满足要求，需要将多种信息进行融合分析，以提高检测精度和效率。
本文基于高光谱和多信息融合技术，针对马铃薯外部缺陷进行无损检测研究，建立马铃薯表皮缺陷分类模型，运用高光谱成像技术获取马铃薯表面的高光谱图像数据，并利用多种图像处理方法进行预处理，最后运用多信息融合技术将高光谱图像和图像处理结果进行融合，辅助诊断检测。
2.马铃薯表皮缺陷分类模型
外部缺陷的分类是马铃薯无损检测的重要环节，区分不同缺陷有助于辅助人工鉴别时的准确性和高效性。本文将马铃薯表皮缺陷分为黑斑、坏点、机械损伤三类。其中，黑斑是由于昆虫、细菌等感染引起的，坏点是由于灰霉、污染等引起的，机械损伤是由于传输和储存过程中的机械碰撞引起的。
3.高光谱图像数据获取与预处理
在本文研究中，采用了高光谱成像技术对马铃薯表面进行无损检测。高光谱成像仪器可以获取物体在一定波长范围内的反射光谱，并将光谱信号与图像数据进行组合，得到高光谱图像。表皮缺陷是马铃薯表面的一种空间变异，可以通过高光谱成像技术的