食品和農(nóng)業(yè)中的高光譜成像技術(shù)

目錄
第Ⅰ部分 圖像和光譜分析技術(shù)
第1章 引言 3
參考文獻(xiàn) 5
第2章 圖像分析基礎(chǔ) 7
2.1 簡(jiǎn)介 7
2.2 數(shù)字圖像 8
2.2.1 圖像基本評(píng)估方法 10
2.2.2 文件類型 14
2.2.3 數(shù)字圖像類型 15
2.3 圖像處理和分析的步驟 17
2.4 圖像處理 18
2.4.1 用于圖像增強(qiáng)的灰度操作 19
2.4.2 空間圖像濾波 21
2.4.3 頻域?yàn)V波 25
2.4.4 小波變換 26
2.4.5 二元形態(tài)學(xué)操作 26
2.5 圖像分割 28
2.6 定量分析 30
2.6.1 顏色分析 31
2.6.2 紋理分析 32
2.6.3 形態(tài)學(xué)分析 38
2.7 結(jié)論 40
參考文獻(xiàn) 41
第3章 光譜分析的基本原理 43
3.1 振動(dòng)光譜的定義 43
3.2 原子間鍵 44
3.2.1 理論 44
3.2.2 近紅外區(qū)域的實(shí)際應(yīng)用 47
3.3 散射介質(zhì)中的光吸收 48
3.3.1 無(wú)散射光 48
3.3.2 Kubelka-Munk 50
3.3.3 擴(kuò)散理論 51
3.4 近紅外反射的實(shí)際效果 51
3.5 在成像中的應(yīng)用 55
3.5.1 超立方體的采集 56
3.6 拉曼光譜 57
參考文獻(xiàn) 58
第4章 高光譜圖像處理方法 60
4.1 簡(jiǎn)介 60
4.2 高光譜圖像獲取 61
4.3 校準(zhǔn) 62
4.4 空間預(yù)處理 63
4.5 空間抽樣和感興趣區(qū) 63
4.6 圖像鑲嵌 64
4.7 光譜預(yù)處理 64
4.8 轉(zhuǎn)換為吸光度 65
4.9 降噪 65
4.10 基線校正 66
4.11 導(dǎo)數(shù) 66
4.12 歸一化和散射校正 67
4.13 降維 68
4.13.1 數(shù)據(jù)分箱 68
4.14 特征提取 68
4.14.1 支持向量機(jī)和特征提取 69
4.15 特征選擇 70
4.15.1 搜索算法和選擇標(biāo)準(zhǔn) 70
4.15.2 波段選擇 70
4.16 空間和光譜數(shù)據(jù)融合 71
4.17 總結(jié)與討論 71
參考文獻(xiàn) 72
第5章 分類和預(yù)測(cè)方法 75
5.1 簡(jiǎn)介 75
5.2 應(yīng)用到 HSI的多光譜圖像分析 77
5.2.1 主成分分析 77
5.2.2 偏最小二乘判別分析 80
5.2.3 案例研究說(shuō)明 82
5.2.4 預(yù)測(cè)模型結(jié)果的比較 84
5.3 將空間信息納入模型開(kāi)發(fā) 88
5.4 總結(jié) 90
參考文獻(xiàn) 90
第Ⅱ部分 應(yīng)用
第6章 植物產(chǎn)品的安全檢測(cè) 95
6.1 簡(jiǎn)介 95
6.2 食品安全 96
6.2.1 污染物和檢測(cè) 98
6.3 高光譜成像 100
6.3.1 反射率 100
6.3.2 透射率 100
6.3.3 熒光 101
6.4 植物產(chǎn)品安全檢測(cè)的應(yīng)用 101
6.4.1 谷物 101
6.4.2 生產(chǎn) 110
6.4.3 堅(jiān)果 114
6.4.4 香料 116
6.5 檢查模式 116
6.5.1 研究中 116
6.5.2 在線檢測(cè) 117
6.5.3 野外/遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 119
6.6 概要/總結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 122
第7章 食源性病原體檢測(cè) 130
7.1 簡(jiǎn)介 130
7.2 高光譜成像用于病原體檢測(cè) 131
7.2.1 病原體和瓊脂培養(yǎng)基 131
7.2.2 高光譜成像系統(tǒng)與圖像采集 132
7.2.3 高光譜圖像預(yù)處理 133
7.3 彎曲桿菌的檢測(cè) 134
7.3.1 在點(diǎn)滴板培養(yǎng)48h的彎曲桿菌檢測(cè) 135
7.3.2 在點(diǎn)滴板培養(yǎng)24h的彎曲桿菌的早期檢測(cè)研究 138
7.4 非大腸桿菌O157型STEC的檢測(cè) 143
7.4.1 涂布平板上的純菌培養(yǎng) 146
7.4.2 涂布平板上的混合培養(yǎng) 148
7.5 結(jié)論 152
參考文獻(xiàn) 152
第8章 食品光學(xué)特性的測(cè)量 155
8.1 簡(jiǎn)介 155
8.2 空間分辨光譜技術(shù)的原理和理論 157
8.2.1 光吸收和散射 157
8.2.2 擴(kuò)散理論 158
8.3 測(cè)量光學(xué)特性的儀器 159
8.3.1 逆算法和光學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化 160
8.3.2 儀器開(kāi)發(fā) 161
8.4 水果成熟度/質(zhì)量的光學(xué)評(píng)估 164
8.5 結(jié)束語(yǔ) 170
參考文獻(xiàn) 171
第9章 植物產(chǎn)品的品質(zhì)評(píng)價(jià) 173
9.1 簡(jiǎn)介 173
9.2 高光譜成像裝置 174
9.3 高光譜圖像立方體采集步驟 176
9.4 一般分析方法 177
9.5 圖像處理 177
9.6 光譜處理 178
9.7 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)分析 178
9.8 水果的瘀傷檢測(cè) 179
9.8.1 草莓 179
9.8.2 桃子和芒果 181
9.9 草莓堅(jiān)固度的測(cè)量 183
9.10 草莓、桃子、芒果的可溶性固形物含量的測(cè)定 185
9.10.1 草莓 185
9.10.2 桃子 186
9.10.3 芒果 186
9.11 草莓、甘薯和茄子的花青素含量的測(cè)定 186
9.11.1 草莓 187
9.11.2 甘薯 187
9.11.3 茄子 187
9.12 進(jìn)一步的工作 188
參考文獻(xiàn) 188
第10章 牛肉和豬肉的品質(zhì)評(píng)估 190
10.1 簡(jiǎn)介 190
10.2 牛肉 190
10.2.1 視頻圖像分析 192
10.2.2 近紅外光譜 193
10.2.3 高光譜成像 194
10.2.4 光的散射 197
10.2.5 光散射測(cè)量預(yù)測(cè)嫩度 197
10.3 豬肉 200
10.3.1 豬肉品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià) 201
10.3.2 近紅外光譜 202
10.3.3 高光譜成像 202
10.4 結(jié)論 205
參考文獻(xiàn) 205
第11章 植物健康的檢測(cè)與監(jiān)測(cè) 207
11.1 簡(jiǎn)介 207
11.2 水分狀況監(jiān)測(cè) 208
11.3 營(yíng)養(yǎng)狀況監(jiān)測(cè) 209
11.4 植物的病蟲(chóng)害檢測(cè) 210
11.5 其他應(yīng)用 213
參考文獻(xiàn) 215
第12章 用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量測(cè)繪的高光譜圖像 218
12.1 高分辨率圖像用于作物測(cè)產(chǎn)概述 218
12.2 高光譜圖像采集、處理與分析 219
12.2.1 圖像采集 219
12.2.2 圖像的校正、糾正和校準(zhǔn) 220
12.2.3 產(chǎn)量數(shù)據(jù)收集 221
12.2.4 窄帶 NDVI計(jì)算 221
12.2.5 線性波譜解混 221
12.2.6 統(tǒng)計(jì)分析 222
12.3 產(chǎn)量與機(jī)載高光譜圖像的關(guān)系 222
12.3.1 高光譜圖像與產(chǎn)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 222
12.3.2 產(chǎn)量與窄帶NDVI的相關(guān)性 224
12.3.3 產(chǎn)量與作物豐度的關(guān)系 225
12.3.4 產(chǎn)量圖像波段的逐步回歸 226
12.4 總結(jié) 228
參考文獻(xiàn) 228
第13章 食品安全的實(shí)時(shí)高光譜成像 230
13.1 簡(jiǎn)介 230
13.2 用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的成像平臺(tái) 231
13.2.1 實(shí)時(shí)多光譜成像 231
13.2.2 實(shí)時(shí)高光譜成像 232
13.3 高速高光譜成像系統(tǒng) 233
13.3.1 實(shí)時(shí)高光譜成像平臺(tái) 233
13.3.2 高光譜成像儀的線掃描速率 234
13.3.3 高光譜成像儀的幀速率 234
13.3.4 高光譜成像儀的照明系統(tǒng) 235
13.4 實(shí)時(shí)高光譜圖像處理 236
13.4.1 實(shí)時(shí)高光譜成像的軟件體系結(jié)構(gòu) 238
13.4.2 高光譜圖像校準(zhǔn) 238
13.4.3 實(shí)時(shí)圖像采集軟件 238
13.4.4 基于圖像的輪詢算法 238
13.4.5 污染物檢測(cè)的高光譜圖像處理算法 239
13.5 實(shí)時(shí)高光譜成像系統(tǒng)的性能 239
13.5.1 速度性能 239
13.5.2 誤報(bào)消除算法 240
13.5.3 假陽(yáng)性誤差的分布分析 241
13.5.4 污染物檢測(cè)算法 241
13.6 實(shí)時(shí)高光譜成像應(yīng)用的考慮 243
13.6.1 線掃描相機(jī)的校準(zhǔn)問(wèn)題 244
13.6.2 污染物檢測(cè)的實(shí)時(shí)高光譜成像系統(tǒng)問(wèn)題 244
13.6.3 使用不同光源的實(shí)時(shí)糞便污染物檢測(cè) 244
13.6.4 用于污染物檢測(cè)的在線高光譜成像系統(tǒng)的技術(shù)要求 245
13.7 結(jié)束語(yǔ) 245
參考文獻(xiàn) 246
第14章 用于蔬菜質(zhì)量評(píng)估的LCTF高光譜成像技術(shù) 249
14.1 簡(jiǎn)介 249
14.2 洋蔥品質(zhì)和評(píng)價(jià)方法 250
14.2.1 洋蔥品質(zhì)因素 250
14.2.2 洋蔥采后病害 251
14.2.3 無(wú)損檢測(cè)方法 251
14.3 基于LCTF的高光譜成像 252
14.3.1 基于LCTF的高光譜成像儀的主要組成部分 253
14.3.2 系統(tǒng)校準(zhǔn) 256
14.4 基于LCTF的高光譜成像技術(shù)在新鮮蔬菜中的應(yīng)用 257
14.4.1 洋蔥酸皮病檢測(cè) 257
14.4.2 洋蔥內(nèi)部品質(zhì)預(yù)測(cè) 263
14.5 結(jié)論 265
參考文獻(xiàn) 265
第15章 AOTF高光譜成像用于食源性病原體檢測(cè) 269
15.1 簡(jiǎn)介 269
15.2 高光譜顯微成像技術(shù)與高光譜成像平臺(tái) 270
15.3 AOTF高光譜顯微成像系統(tǒng) 271
15.3.1 聲光可調(diào)諧濾波器的原理 272
15.3.2 顯微鏡光源 272
15.3.3 明場(chǎng)和暗場(chǎng)照明 274
15.3.4 革蘭氏陰性菌圖像的感興趣區(qū) 274
15.3.5 革蘭氏陽(yáng)性菌圖像的感興趣區(qū) 274
15.4 細(xì)菌細(xì)胞培養(yǎng)物的制備 275
15.5 顯微鏡下的細(xì)菌樣品固定 276
15.6 活細(xì)菌細(xì)胞的固定 276
15.7 革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌 277
15.8 高光譜顯微圖像的采集與分析 278
15.9 分類方法 280
15.9.1 馬氏距離 280
15.9.2 k最近鄰 280
15.9.3 線性判別分析 281
15.9.4 二次判別分析 281
15.9.5 支持向量機(jī) 281
15.10 從細(xì)菌細(xì)胞收集光譜數(shù)據(jù) 281
15.10.1 沙門(mén)氏菌的光譜特征 282
15.10.2 葡萄球