基于GADF变换和多尺度CNN的哈密瓜表面农药残留可见-近红外光谱判别方法

文献类型： 中文期刊

第一作者： 喻国威

作者： 喻国威;马本学;陈金成;党富民;李小占;李聪;王刚

作者机构：

关键词： 哈密瓜;格拉姆角场变换;可见-近红外光谱;多尺度卷积神经网络;农药残留判别

期刊名称： 光谱学与光谱分析

ISSN： 1000-0593

年卷期： 2021 年 012 期

页码： 3701-3707

收录情况： EI ; 北大核心 ; CSCD

摘要： 针对哈密瓜表面农药残留化学检测方法成本高且具有破坏性等问题,探索了可见-近红外（Vis-NIR）光谱技术对农药残留定性判别的可行性。以哈密瓜为载体,百菌清和吡虫啉农药为研究对象,采集哈密瓜表面无残留、百菌清和吡虫啉残留的可见-近红外漫反射光谱,利用格拉姆角场（GAF）将一维光谱数据转换为二维彩色图像,构建GAF图像数据集。设计一种包含Inception结构的多尺度卷积神经网络模型用于哈密瓜表面农药残留种类判别,包括1层输入层、 3层卷积层、 1层融合层、 1层平坦层、 2层全连接层和1层输出层。模型测试混淆矩阵结果表明,格拉姆角差场（GADF）变换对哈密瓜表面农药残留的可见-近红外光谱表达能力较强。此外,构建AlexNet、 VGG-16卷积神经网络（CNN）模型和支持向量机（SVM）、极限学习机（ELM）机器学习模型与提出的多尺度CNN模型进行性能对比。结果表明,3种CNN模型对哈密瓜表面有无农药残留的判别效果较好,综合判别准确率均高于SVM和ELM模型。对比3种CNN模型性能,多尺度CNN模型的性能最佳,训练耗时为14 s,综合判别准确率为98.33%。多尺度CNN模型结构利用多种小尺寸滤波器组合（1×1, 3×3和5×5）和并行卷积模块,能够捕获不同层次和尺度的特征,通过级联融合模式进行深度特征融合,提高了模型的特征提取能力。与传统深度CNN模型相比,在保证计算复杂度不变的情况下,多尺度CNN模型的精度得到了有效提高。实验结果表明,GADF变换结合多尺度CNN模型可以有效进行光谱数据解析,利用可见-近红外光谱技术可以实现哈密瓜表面农药残留的定性判别。研究结果为大型瓜果表面农药残留的快速无损检测技术的研发提供了理论参考。

分类号： O657.33%TS255.7

  • 相关文献

[1]基于可见–近红外光谱的水稻土全磷反演研究. 周鼎浩,薛利红,李颖,杨林章. 2014

[2]云计算的蚕豆虫害可见-近红外光谱分类. 夏吉安,杨余旺,曹宏鑫,韩晨,葛道阔,张文宇. 2018

[3]利用便捷式可见-近红外光谱仪和机器学习分辨霉变小麦及霉变程度. 贾文珅,吕浩林,张上,秦英栋,周巍. 2024

[4]基于可见-近红外光谱技术的葡萄酒真伪鉴别的研究. 郭海霞,王涛,刘洋,吴海云,左月明,宋海燕,贺晋瑜. 2011

[5]基于XGBoost与可见-近红外光谱的煤矸识别方法. 李瑞,李博,王学文,刘涛,李廉洁,樊书祥. 2022

[6]哈姆林甜橙果实内在品质的可见-近红外漫反射光谱无损检测法. 毛莎莎,曾明,何绍兰,郑永强,易时来,王亮,赵旭阳,邓烈. 2010

[7]基于可见-近红外光谱技术研发便携式贝贝南瓜品质无损检测仪. 王加龙,马坤,高鹏,朱金芳,张平,黄凡. 2025

[8]塑料大棚秋季哈密瓜优质高效栽培技术. 季海军,孙玉东,徐冉. 2014

[9]吐鲁番地区设施哈密瓜秋延晚吊蔓栽培技术. 依萨克·司马义,玉山·玉拉音. 2013

[10]苏北地区砧木嫁接对哈密瓜品质及产量的影响. 罗兵前,孙玉东,顾研,罗德旭,赵建锋,张朝阳. 2016

[11]3D扫描仪、质构仪在哈密瓜物料特性测试中的应用. 吴业北,江英兰,张若宇,毕智建,翟志强. 2017

[12]新疆哈密瓜细菌性病害病原菌研究. 李国英,金 潜,孙福在,赵廷昌. 2002

[13]基于双树复小波变换和邻域操作的哈密瓜纹理提取. 马本学,高国刚,王宝,吕琛,张巍,朱荣光. 2014

[14]翻转式哈密瓜分级装置设计. 董冬冬,马本学,胡洋洋,蒋伟,李小霞,孙静涛,黄成伟,毕智健. 2018

[15]振动对不同堆高哈密瓜果实理化品质影响差异性研究. 房世杰,徐斌,潘俨,张婷,胡慧慧. 2018

[16]哈密瓜坚实度的高光谱无损检测技术. 李锋霞,马本学,何青海,吕琛,王宝,田昊. 2013

[17]基于漫反射高光谱成像技术的哈密瓜糖度无损检测研究. 马本学,肖文东,祁想想,何青海,李锋霞. 2012

[18]不同预处理方法对PLS模型检测哈密瓜糖度的影响. 毕智健,张若宇,金作徽,吴业北,马艳. 2017

[19]基于MatLab和DSP的哈密瓜纹理分割与分类. 高国刚,马本学,孙静涛,王宝,杨杰,王运祥. 2015

[20]一氧化氮(NO)熏蒸提高哈密瓜果实采后贮藏的耐冷性. 王鲁阳,吴斌,敬媛媛,胡江伟,张平. 2018

作者其他论文 更多>>

微信小程序