柑橘潰瘍病是一種嚴(yán)重的植物疾病，其癥狀包括在柑橘果實(shí)上形成潰瘍狀病斑。這種病不僅影響果實(shí)的外觀，而且會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量和質(zhì)量下降。因此，快速準(zhǔn)確地檢測和分類柑橘潰瘍果至關(guān)重要。傳統(tǒng)的檢測方法如人工檢測和圖像處理技術(shù)，存在效率低下、易誤判等缺點(diǎn)。而高光譜相機(jī)能夠同時(shí)獲取物體空間和光譜信息，為柑橘潰瘍果的精確檢測提供了可能。本文將探討高光譜相機(jī)在柑橘潰瘍果分類識(shí)別中的應(yīng)用。

高光譜相機(jī)與柑橘潰瘍果檢測

高光譜相機(jī)在柑橘潰瘍果檢測中的應(yīng)用，主要基于對(duì)柑橘果實(shí)的高光譜圖像進(jìn)行分析。通過高光譜相機(jī)獲取柑橘果實(shí)的圖像，能夠同時(shí)獲取果皮表面和內(nèi)部的信息。而柑橘潰瘍病會(huì)導(dǎo)致果實(shí)表面出現(xiàn)病斑，這些病斑在圖像中表現(xiàn)為特定的紋理和顏色。通過分析這些特征，可以判斷果實(shí)是否患有潰瘍病。

高光譜相機(jī)還可以獲取果實(shí)的反射光譜信息。這些信息可以用于分析果實(shí)的成熟度、營養(yǎng)成分等。通過對(duì)這些信息的分析，可以進(jìn)一步判斷果實(shí)的品質(zhì)和價(jià)值。

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用廣東賽斯拜克科技有限公司產(chǎn)品SP130M進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

本文主要基于高光譜成像系統(tǒng)，首先提取并分析每一類缺陷及正常果皮感興趣區(qū)域光譜曲線并結(jié)合主成分分析法確定特征波段，接著基于特征波段進(jìn)行二次主成分分析，再結(jié)合雙波段比算法實(shí)現(xiàn)潰瘍果與其他類臍橙（包括正常果及缺陷果）的分類識(shí)別。

本文基于光成像系統(tǒng)利用法及段比算法對(duì)包括潰瘍果在內(nèi)的 10 類常見橙果皮缺陷和正常果進(jìn)行潰瘍果的分類識(shí)別，識(shí)別率達(dá)到 95.4%。2）本試驗(yàn)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其中基于高譜系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)量大，處理時(shí)間長，并不適合在線檢測。通過試驗(yàn)本文得到 5 個(gè)特征波長用于潰瘍果的分類識(shí)別其中可見光波段3（630685720 nm近紅外波段2個(gè)（810 和875 nm）?；谶@些特波，進(jìn)行特征波段主成分分析，克服了通常單次主成分分析中由于存在較多的波段而無法使這種方法應(yīng)用于在線檢測的弊端。

考到僅利用成析法無法有效的分果和裂果、日灼及藥傷果，本文提出采用主成分分析法與波段比相結(jié)合的算法?；诖怂惴ㄊ箍傮w識(shí)別率由原來的80%提高到95.4%。但對(duì)日灼果的識(shí)別率沒有提高。

基于試驗(yàn)中獲得的5個(gè)特征波段，選取相應(yīng)的濾波片，有助于開發(fā)基于多光譜成像技術(shù)的臍橙潰瘍識(shí)別系統(tǒng)。另一方面，由于本文開發(fā)的算法比較簡單，進(jìn)一步為臍橙潰瘍果的在線識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。

盡管本文研究對(duì)象是臍橙，但研究方法可能也適合其他柑橘類水果潰瘍病斑的識(shí)別，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，由于試驗(yàn)中涉及到的缺陷種類較多，樣本收集存在一定困難，同時(shí)由于高光譜數(shù)據(jù)量大，處理較費(fèi)時(shí)，因此，本研究中僅采用 13個(gè)樣本作為探索性研究，雖然取得了比較理想結(jié)果，但后續(xù)將會(huì)進(jìn)一步增加樣本量，驗(yàn)證此理論的可行性

柑橘潰瘍病是影響全球柑橘種植業(yè)發(fā)展的重大檢疫性病害。目前大部分研究都集中在對(duì)這種病害的防治和檢測方面，而對(duì)于帶有潰瘍病斑的柑橘類水果的剔除主要還是通過手工分選，對(duì)工人要求較高，且效率低，準(zhǔn)確性差。隨著圖像處理技術(shù)的日趨先進(jìn)和計(jì)算機(jī)硬件成本的降低及處理速度的提高，機(jī)器視覺系統(tǒng)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)自動(dòng)檢測和分級(jí)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

由于受害果表面的潰瘍病斑呈灰禍色、木栓化、海綿狀，周圍略隆起呈暗褐色，最外圈為黃綠暈圈，這些特征與正常果皮表面有明顯的差異，因此可以把潰瘍果作為一種缺陷果，從而利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行快速檢測。盡管國內(nèi)外學(xué)者已對(duì)柑橘類水果表面缺陷檢測分級(jí)做了大量研究在國內(nèi)還未見利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)潰瘍果進(jìn)行檢測的相關(guān)報(bào)道。

本文主要基于高光譜成像系統(tǒng)，首先提取并分析每一類缺陷及正常果皮感興趣區(qū)域光譜曲線并結(jié)合主成分分析法確定特征波段，接著基于特征波段進(jìn)行二次主成分分析，再結(jié)合雙波段比算法實(shí)現(xiàn)潰瘍果與其他類臍橙（包括正常果及缺陷果）的分類識(shí)別。

本文基于光成像系統(tǒng)利用法及段比算法對(duì)包括潰瘍果在內(nèi)的 10 類常見橙果皮缺陷和正常果進(jìn)行潰瘍果的分類識(shí)別，識(shí)別率達(dá)到 95.4%。2）本試驗(yàn)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，其中基于高譜系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)量大，處理時(shí)間長，并不適合在線檢測。通過試驗(yàn)本文得到 5 個(gè)特征波長用于潰瘍果的分類識(shí)別其中可見光波段3（630685720 nm近紅外波段2個(gè)（810 和875 nm）。基于這些特波，進(jìn)行特征波段主成分分析，克服了通常單次主成分分析中由于存在較多的波段而無法使這種方法應(yīng)用于在線檢測的弊端。

考到僅利用成析法無法有效的分果和裂果、日灼及藥傷果，本文提出采用主成分分析法與波段比相結(jié)合的算法?；诖怂惴ㄊ箍傮w識(shí)別率由原來的80%提高到95.4%。但對(duì)日灼果的識(shí)別率沒有提高。

基于試驗(yàn)中獲得的5個(gè)特征波段，選取相應(yīng)的濾波片，有助于開發(fā)基于多光譜成像技術(shù)的臍橙潰瘍識(shí)別系統(tǒng)。另一方面，由于本文開發(fā)的算法比較簡單，進(jìn)一步為臍橙潰瘍果的在線識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。

盡管本文研究對(duì)象是臍橙，但研究方法可能也適合其他柑橘類水果潰瘍病斑的識(shí)別，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，由于試驗(yàn)中涉及到的缺陷種類較多，樣本收集存在一定困難，同時(shí)由于高光譜數(shù)據(jù)量大，處理較費(fèi)時(shí)，因此，本研究中僅采用 13個(gè)樣本作為探索性研究，雖然取得了比較理想結(jié)果，但后續(xù)將會(huì)進(jìn)一步增加樣本量，驗(yàn)證此理論的可行性。

柑橘潰瘍病對(duì)柑橘產(chǎn)業(yè)造成了嚴(yán)重的威脅，開發(fā)準(zhǔn)確、高效的潰瘍果檢測技術(shù)至關(guān)重要。高光譜相機(jī)作為一種新型的檢測工具，具有很大的潛力。目前高光譜相機(jī)在柑橘潰瘍果檢測中的應(yīng)用仍存在一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題有望得到解決。展望未來，高光譜相機(jī)將在柑橘潰瘍果的精確檢測和分類中發(fā)揮更大的作用，為柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。