基于光谱结构特性的马铃薯干腐和疮痂病识别方法研究

作者：李鸿强; 孙红; 李民赞^*

来源：光谱学与光谱分析, 2022, 42(08): 2471-2476.

• 马铃薯
• 干腐病
• 疮痂病
• 高光谱
• 模式识别

马铃薯干腐病和疮痂病的检测通过人工目测，结果存在主观性，该工作研究正常、干腐和疮痂病马铃薯的光谱分类识别方法。试验获取116个样本，光谱采集范围860～1 745 nm。经过一阶导数(first derivative, FD)处理后的光谱数据，主成分(PCA)分类识别效果较好，FD作为光谱预处理方法。光谱曲线上的极值点、极值点间的中点和极值点间连线的斜率决定光谱曲线的形状和变化，是曲线上的关键点，光谱曲线形状变化代表着内部物质的变化，具有指纹特性，利用极值点和中点对应的光谱或极值点间连线的斜率组成模式特征向量。分别用3种样本关键点的平均光谱形成标准模式特征向量，通过计算待测样本关键点组成的特征向量和标准模式特征向量之间的马氏距离，以最小马氏距离判定样本的归属，通过错误识别率检验模型识别性能。正常、干腐、疮痂样本分别有13, 12, 15个关键点，由各自关键点对应的反射率组成的模式特征向量，3类样本的错误识别率为0。去掉冗余关键点整合成一个标准模式特征向量，正常和疮痂样本的错误识别率为0,干腐样本的错误识别率为14.3%,全部错误识别为疮痂样本，特征向量数据点的增多，增加了病害样本之间的贴合度，降低了两类病害样本之间的区分度。利用波长911, 1 269和1 455 nm处两点间的斜率形成模式特征向量，正常和疮痂样本的错误识别率为0,干腐样本的错误识别率为2.4%。利用前2个主成分得分作为参数，采用线性判别分析(LDA)和贝叶斯分类器(BC)建模，提供不同角度的分类模型，对比检验基于模式特征向量建立的分类模型的有效性，2种识别方法的错误识别率均为0。实验结果表明，可以利用表征光谱曲线结构特征的模式特征向量作为分类参数，结合距离法建模，与常见识别方法具有同等识别精度。

• 单位
  中国农业大学; 河北建筑工程学院