计算机视觉对稻谷贮藏病害的无损检测研究
摘要：为了开发稻谷霉变的无损检测方法，采用计算机视觉技术，模拟稻谷储藏，对储藏期间霉变与否及霉菌种类进行研究。利用计算机视觉装置对对照组、早期霉变组、晚期霉变组进行图像采集，通过图像处理与分析图像特征，对灰度、颜色和纹理特征进行提取，同时采用连续投影算法（SPA）和支持向量机（SVM）与偏最小二乘法判别分析（PLSDA）模型进行数据处理。结果得出：SVM模型更适合于正常稻谷与霉变稻谷的区分；同时，SVM模型能够较好地区分识别霉变稻谷的真菌种类，且SVM模型效果优于PLSDA模型。其中，SPA消除了冗余的数据、减少了运算量，使得区分效果较好。表明结合稻谷的霉变特征，开发以计算机视觉技术为基础的无损检测方法，来识别稻谷的霉变具有可行性意义。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1实验材料 2
1.2实验仪器 2
1.3试验方法2
1.3.1稻谷安全水分的测定2
1.3.2真菌悬浮液的制备2
1.3.3稻谷样品的接种3
1.3.4稻谷模拟储藏3
1.4图像采集3
1.4.1计算机视觉装置的搭建 3
1.4.2图像采集4
1.5图像采集5
1.6特征提取 6
1.7数据处理方法 7
1.7.1特征数据筛选 7
1.7.2判别模型 8
2结果与分析 8
2.1对照组与霉变稻谷区分 8
2.1.1基于灰度、颜色、纹理特征结合的区分结果 8
2.1.2基于SPA特征筛选的区分结果 9
2.1.3基于多特征结合与SPA特征筛选数据判别结果比较11
2.2五种早期霉变稻谷真菌种类的区分结果11
2.2.1基于灰度、颜色、纹理特征结合的区分结果11
2.2.2基于SPA特征筛选的区分结果12
2.2.3基于多特征结合与SPA特征筛选数据判别结果比较15
2.3五种晚期霉变稻谷真菌种类的区分结果
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
15
2.3.1基于灰度、颜色、纹理特征结合的区分结果15
2.3.2基于SPA特征筛选的区分结果16
2.3.3基于多特征结合与SPA特征筛选数据判别结果比较18
3讨论18
4结论19
5致谢20
参考文献20
基于计算机视觉对稻谷贮藏病害的无损检测研究
引言
稻谷是我国主要储粮粮种。在储藏过程中引起稻谷损失的主要有虫、鼠和霉菌。近十年来，随着我国储粮设施的改善和一些先进储粮技术的推广应用，鼠和虫的危害已基本得到控制，但稻谷储藏中真菌的危害在我国部分地区仍时有发生，它已成为我国粮食行业中一个急需解决的问题。近几十年来,国内外相关储粮真菌的研究有大量的报导。Christensen等[1]和Lichtwardt等[2]对储粮真菌进行了详细的调查和分类，提出储粮真菌共有十几种，主要属于曲霉类和青霉类。Ayerst[3]和Magan等[4]研究了温湿度对储粮真菌孢子萌发和生长的影响，并明确了一些储粮真菌孢子萌发所需的最低相对湿度。Barron等[5]对导致储粮劣变的主要危害真菌进行了研究，发现灰绿曲霉和白曲霉是导致劣变的主要真菌。殷蔚申[6]对我国稻谷真菌区系调查及其演变规律的研究表明：随着储藏时间的增加，储藏真菌数量增加，而田间真菌数量则逐渐减少。周建新等[7]也进行了稻谷霉菌区系演替的研究，发现稻谷储藏稳定性与霉菌量有关，霉菌量在104cfu/g以下，稻谷处于正常的储藏状态，达到105cfu/g，开始发生霉变。目前，储粮真菌方面的研究，多采用平板培养法，属于经典的方法，但操作繁琐、检测时间长。
本试验选取其中五种真菌作为研究对象，接种到稻谷样品上，通过模拟稻谷储藏，采用高温高湿高霉菌量条件诱导稻谷发霉。根据霉变程度的不同，对其分为早期霉变和晚期霉变。通过实验室自主搭建的一套计算机视觉硬件系统，对稻谷霉变图像进行采集，结合图像处理软件对稻谷霉变图像进行比较分析和霉变图像特征的提取。对特征数据进行建模分析，首先将对照组（无霉变稻谷）与霉变稻谷进行区分，又对不同真菌引发的稻谷霉变现象进行识别分析两方面的研究，从而建立一种计算机视觉对霉变稻谷的检测技术，具有操作简便、快速、准确的特点。因此，采用基于计算机视觉技术的方法对霉变的稻谷进行检测研究，对我国的储粮安全具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 实验材料
菌种：米曲霉(Aspergillus oryzae，Gim, 3.470)、黑曲霉(Aspergillus nige， Gim,3.462)、构巢曲霉(Aspergillus nidulans，Gim, 3.394)、桔青霉(Penicillium citrinum，Gim, 3.458)、杂色曲霉(Aspergillus versicolor，Gim, 3.473) [7]，购买于广东省微生物菌种保藏中心。由于购买的菌种以冻干的形式保藏，需要进行活化才能保证其活性，本次研究中，对菌种进行活化，活化时间至少为7 d，待长出真菌孢子，温度为28℃。
稻谷：稻谷来源于江苏泗洪某农场，籼稻，零下 4℃密封储藏于冰箱中。为了消除杂菌的影响，需对稻谷原粮进行杀菌处理。称取15g稻谷原粮样品放入培养皿内，共120个样本，然后置于超净工作台内并打开培养皿盖，随之打开紫外灯照射30min。杀菌完成后进一步测定稻谷中的菌落总数。
1.2 实验仪器
高压灭菌锅（上海博讯实业有限公司）、超净工作台（苏州安泰空气技术公司）、恒温恒湿培养箱（施都凯仪器设备上海有限公司）、电动粉碎机、干燥箱、干燥器、显微镜、血细胞计数板（麦氏：16*25型）、移液枪、锥形瓶、培养皿、电子太平、酒精灯、玻璃棒、计算机视觉装置（NEX6索尼相机、LED光源、支架）等。
1.3 试验方法
1.3.1 稻谷安全水分的测定
水分测定方法参照GB/T 54971985 《中华人民共和国国家标准 GB5497—1985 粮
食、油料检验水分测定法》。
稻谷储藏安全水分含量≤13.5%，参考GB 13502009 《中国人民共和国国家标准 稻谷安全水分含量≤13.5%》。
取3050 g稻谷原粮，用电动粉碎机粉碎。然后用洁净干燥的铝盒称取3 g稻谷，精确到0.001，做三个平行。然后将样品放入105℃烘箱内烘干3 h。干燥完成后，取出置于干燥器内，冷却称重，再次进行复烘，每隔30 min取出冷却称重一次，直到前后两次重量差不超过0.005 g。经过计算求出三组稻谷样品的平均水分为13.489%，符合稻谷储藏安全水分国家标准。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1实验材料 2
1.2实验仪器 2
1.3试验方法2
1.3.1稻谷安全水分的测定2
1.3.2真菌悬浮液的制备2
1.3.3稻谷样品的接种3
1.3.4稻谷模拟储藏3
1.4图像采集3
1.4.1计算机视觉装置的搭建 3
1.4.2图像采集4
1.5图像采集5
1.6特征提取 6
1.7数据处理方法 7
1.7.1特征数据筛选 7
1.7.2判别模型 8
2结果与分析 8
2.1对照组与霉变稻谷区分 8
2.1.1基于灰度、颜色、纹理特征结合的区分结果 8
2.1.2基于SPA特征筛选的区分结果 9
2.1.3基于多特征结合与SPA特征筛选数据判别结果比较11
2.2五种早期霉变稻谷真菌种类的区分结果11
2.2.1基于灰度、颜色、纹理特征结合的区分结果11
2.2.2基于SPA特征筛选的区分结果12
2.2.3基于多特征结合与SPA特征筛选数据判别结果比较15
2.3五种晚期霉变稻谷真菌种类的区分结果
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
15
2.3.1基于灰度、颜色、纹理特征结合的区分结果15
2.3.2基于SPA特征筛选的区分结果16
2.3.3基于多特征结合与SPA特征筛选数据判别结果比较18
3讨论18
4结论19
5致谢20
参考文献20
基于计算机视觉对稻谷贮藏病害的无损检测研究
引言
稻谷是我国主要储粮粮种。在储藏过程中引起稻谷损失的主要有虫、鼠和霉菌。近十年来，随着我国储粮设施的改善和一些先进储粮技术的推广应用，鼠和虫的危害已基本得到控制，但稻谷储藏中真菌的危害在我国部分地区仍时有发生，它已成为我国粮食行业中一个急需解决的问题。近几十年来,国内外相关储粮真菌的研究有大量的报导。Christensen等[1]和Lichtwardt等[2]对储粮真菌进行了详细的调查和分类，提出储粮真菌共有十几种，主要属于曲霉类和青霉类。Ayerst[3]和Magan等[4]研究了温湿度对储粮真菌孢子萌发和生长的影响，并明确了一些储粮真菌孢子萌发所需的最低相对湿度。Barron等[5]对导致储粮劣变的主要危害真菌进行了研究，发现灰绿曲霉和白曲霉是导致劣变的主要真菌。殷蔚申[6]对我国稻谷真菌区系调查及其演变规律的研究表明：随着储藏时间的增加，储藏真菌数量增加，而田间真菌数量则逐渐减少。周建新等[7]也进行了稻谷霉菌区系演替的研究，发现稻谷储藏稳定性与霉菌量有关，霉菌量在104cfu/g以下，稻谷处于正常的储藏状态，达到105cfu/g，开始发生霉变。目前，储粮真菌方面的研究，多采用平板培养法，属于经典的方法，但操作繁琐、检测时间长。
本试验选取其中五种真菌作为研究对象，接种到稻谷样品上，通过模拟稻谷储藏，采用高温高湿高霉菌量条件诱导稻谷发霉。根据霉变程度的不同，对其分为早期霉变和晚期霉变。通过实验室自主搭建的一套计算机视觉硬件系统，对稻谷霉变图像进行采集，结合图像处理软件对稻谷霉变图像进行比较分析和霉变图像特征的提取。对特征数据进行建模分析，首先将对照组（无霉变稻谷）与霉变稻谷进行区分，又对不同真菌引发的稻谷霉变现象进行识别分析两方面的研究，从而建立一种计算机视觉对霉变稻谷的检测技术，具有操作简便、快速、准确的特点。因此，采用基于计算机视觉技术的方法对霉变的稻谷进行检测研究，对我国的储粮安全具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 实验材料
菌种：米曲霉(Aspergillus oryzae，Gim, 3.470)、黑曲霉(Aspergillus nige， Gim,3.462)、构巢曲霉(Aspergillus nidulans，Gim, 3.394)、桔青霉(Penicillium citrinum，Gim, 3.458)、杂色曲霉(Aspergillus versicolor，Gim, 3.473) [7]，购买于广东省微生物菌种保藏中心。由于购买的菌种以冻干的形式保藏，需要进行活化才能保证其活性，本次研究中，对菌种进行活化，活化时间至少为7 d，待长出真菌孢子，温度为28℃。
稻谷：稻谷来源于江苏泗洪某农场，籼稻，零下 4℃密封储藏于冰箱中。为了消除杂菌的影响，需对稻谷原粮进行杀菌处理。称取15g稻谷原粮样品放入培养皿内，共120个样本，然后置于超净工作台内并打开培养皿盖，随之打开紫外灯照射30min。杀菌完成后进一步测定稻谷中的菌落总数。
1.2 实验仪器
高压灭菌锅（上海博讯实业有限公司）、超净工作台（苏州安泰空气技术公司）、恒温恒湿培养箱（施都凯仪器设备上海有限公司）、电动粉碎机、干燥箱、干燥器、显微镜、血细胞计数板（麦氏：16*25型）、移液枪、锥形瓶、培养皿、电子太平、酒精灯、玻璃棒、计算机视觉装置（NEX6索尼相机、LED光源、支架）等。
1.3 试验方法
1.3.1 稻谷安全水分的测定
水分测定方法参照GB/T 54971985 《中华人民共和国国家标准 GB5497—1985 粮
食、油料检验水分测定法》。
稻谷储藏安全水分含量≤13.5%，参考GB 13502009 《中国人民共和国国家标准 稻谷安全水分含量≤13.5%》。
取3050 g稻谷原粮，用电动粉碎机粉碎。然后用洁净干燥的铝盒称取3 g稻谷，精确到0.001，做三个平行。然后将样品放入105℃烘箱内烘干3 h。干燥完成后，取出置于干燥器内，冷却称重，再次进行复烘，每隔30 min取出冷却称重一次，直到前后两次重量差不超过0.005 g。经过计算求出三组稻谷样品的平均水分为13.489%，符合稻谷储藏安全水分国家标准。
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