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[期刊] 北京林业大学学报  [作者] 陈珠琳  王雪峰  孙汉中  
【目的】檀香是一种典型珍贵树种,在幼龄期时,不合理的田间施肥会影响其正常生长,降低存活率。因此,本文提出了一种基于可见光-近红外图像的幼龄檀香全磷营养诊断方法,为实时监测珍贵树种生长状态及养分需求提供参考。【方法】通过将野外获取的檀香图像转换到HSI颜色空间,提取S和I通道,利用二者在使用Otsu分割后产生的优势互补,并结合形态学运算,从复杂背景中提取出檀香。计算出形状、纹理和光谱及植被指数特征后,分别使用显著性分析(ST)和平均影响值(MIV)方法进行变量筛选,并使用遗传算法(GA)初始化BP神经网络的权值和阈值,最终得到预测结果。【结果】(1)复杂背景下的檀香分割中,S通道和I通道相结合可以将大部分背景(天空、土壤、其他绿色植物)与目标檀香分割开,同时结合7×7中值滤波、形态学运算和超G因子,将其他毛刺去除。与常用的支持向量机相比,本文提出的分割算法结果更接近于目视解译,像素数和颜色误差更小。(2)对不同施磷水平下各特征进行分析发现,适当增加施磷量有利于促进叶绿素的形成,使得纹理更均匀清晰,加快叶片生长;当过量时则会破坏叶绿体,造成叶片组织出现变化,导致叶片黄化,叶片出现网状脉纹,增加了纹理复杂程度。(3) ST与MIV筛选出的变量差异较大,通过GA-BPNN训练结果可知,MIV方法筛选出的变量对全磷含量的影响更大,预测集得到的决定系数达到0. 801,平均残差为0. 032 g/kg,均方根误差为0. 666 g/kg。【结论】通过处理可见光-近红外图像,实现了幼龄檀香的全磷含量诊断,有效提高了磷肥利用率,同时也可以减小过量施肥引起的地下水污染等生态问题。
[期刊] 林业科学  [作者] 陈珠琳  王雪峰  管青军  
【目的】以树木图像为数据源,采用图像理解方法估算幼龄降香黄檀单位质量叶片的全磷含量,为林农在施肥时间与数量方面经营该树种提供参考。【方法】首先提出从图像中分割降香黄檀树木冠层的算法;然后构建用于估计叶片全磷含量的统计模型形式和有效图像参数;最后采用混合模型方法,引入随机效应,建立以图像参数为自变量的植物叶片全磷含量预测模型,实现基于图像的叶片全磷含量预测。【结果】由于森林图像的自然属性,林木分类提取成为图像处理中的难点问题,利用林木前景与背景存在颜色差异这一特性,提出简洁的绿率树冠图像提取方法,通过大量图像测试,获知当绿率取035~042时,能够有效屏蔽背景保留树冠;进一步组合分析图像参数构建养分含量计算模型,确定将标准化灰度值作为指数并用暖距进行调整的二元叶片全磷含量预测模型,该模型能够实现对树冠叶片单位质量全磷含量的较高精度估算;同时,在模型参数估计时引入随机效应,对于各地区土壤条件等存在差异的降香黄檀全磷含量预测表现出较好适应性。【结论】对于与背景存在一定差异的林木图像,绿率是一种很好的树冠图像分割提取方法;在全磷含量预测模型中,双图像参数模型能够有效提高估计精度;对于各地区土壤或环境等存在差异的降香黄檀冠层叶片全磷含量预测,混合效应模型有效融合差异到一个模型中,表现出强大的适应性。
[期刊] 林业科学  [作者] 刘小金  徐大平  杨曾奖  张宁南  杨丽莙  邓和大  张小云  
采用标准地调查的研究方法,调查广东省种植规模较具代表性的3个试验基地内6年生幼龄檀香的生长和结香情况,方差分析结果表明,3个试验基地内种植的同龄檀香,其树高、地径、胸径、净树干高度以及冠幅均差异显著(P<0.001),位于湛江的试验基地内,各种形态指标值均最大,平均树高为6.05m,平均地径为12.72cm,平均胸径为10.27cm,平均净树干高度为2.64m,平均冠幅(南北)为3.20m。利用生长锥对檀香树干进行钻孔取样,分析幼龄檀香的心材形成情况,结果表明,3个试验基地内的6龄檀香均已陆续开始形成心材,自然形成心材的比例为15%~20%。采用溶剂浸提法对钻取的心材提取檀香精油,精油含量在0...
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)  [作者] 胡耀华  郭康权  铃木孝范  野口刚  胡西红  佐竹隆显  
【目的】明确可见光和近红外光谱快速无污染检测猪肉颜色的可行性。【方法】采用漫反射光纤探头测定真空包装猪肉的光谱,用国际发光照明协会(CIE)规定的亮度(L*)、红度(a*)、黄度(b*)、色相和饱和度对猪肉颜色进行评价。【结果】测得任意厚度真空包装猪肉的可见光谱和近红外光谱,经二阶微分处理,用偏最小二乘法进行回归分析后,所有肉色的相关系数均大于0.83,且预测值与测定值之间无显著差异。【结论】用漫反射光纤探头的可见光和近红外光谱可以预测猪肉肉色,且精度较高。利用可见光和近红外光谱可以实现猪肉颜色的快速无污染检测。
[期刊] 南京农业大学学报  [作者] 葛春磊   张九于   胡春华   杨绪兵   范习健  
[目的]针对田间杂草目标存在分布不均匀、尺度不一以及边缘重叠等问题,提出一种基于可见光和近红外图像跨模态交互的双分支分割模型CMFNet-Lite。[方法]首先,基于Transformer模型构建了双分支特征提取网络,分别从近红外和可见光输入中提取光谱和视觉特征;其次,建立基于交叉注意力机制的特征融合模块,将两种特征进行跨模态交互并通过残差网络进行拼接融合,以充分利用不同模态各自的信息,形成优势互补;最后将融合后的特征图送入多层感知机进行杂草分割掩码预测。此外,本文进一步利用可分离卷积替代常规卷积,以降低模型参数量和提升推理速度。[结果]在Sugar Beets 2016数据集上的试验结果表明,所提方法较基于卷积神经网络和近年来采用混合CNN和Transformer架构的分割模型有较大提升,mIoU和mAcc分别为92.73%和95.52%。轻量化模型的参数量为8.5 M,单幅图像检测速率为6.3帧/秒。同时,消融试验表明,本方法比未融合特征的Segformer分割模型,mIoU和mAcc分别提高了6.22%和4.1%。[结论]本文方法验证了融合多模态信息相比于仅使用单模态输入更有助于田间杂草区域的精细化感知,可为精确除草作业提供技术支持。
[期刊] 中国农业科学  [作者] 杨梅花  赵小敏  
【目的】变量选择是可见光-近红外光谱研究至关重要的步骤,通过分析可见光-近红外光谱不同特征的选择方法筛选出土壤全氮敏感波段,建立基于敏感波段的土壤全氮最佳预测模型,为土壤全氮的快速定量估算提供重要的理论指导依据。【方法】在红壤典型地区江西省吉安县采集代表性土壤样品120个,对可见光-近红外光谱采用主成分分析(PCA)、无信息变量消除(UVE)和无信息变量消除后结合连续投影(UVE-SPA)3种变量特征选择方法,建立基于不同变量选择的偏最小二乘回归(PLSR)模型、最小二乘-支持向量机(LS-SVM)、反向传播神经网络(BPNN)和遗传算法优化的反向传播神经网络(GA-BPNN)模型,从模型对预...
[期刊] 林业科学  [作者] 刘小金  徐大平  杨曾奖  张宁南  
采用树干注入的方法,研究6-苄氨基腺嘌呤、乙烯利、甲基紫精、茉莉酸等生长调节剂对6年生幼龄檀香生长、心材形成和精油成分的影响。结果表明:树干注入各种生长调节剂对幼龄檀香树高和胸径的影响均不显著,但均能促成幼龄檀香形成具芳香气味的心材,且心材的质地与自然条件下形成的心材较为一致;各处理促成的心材数量(扩展范围)差异极显著(P6-苄氨基腺嘌吟处理=对照处理>茉莉酸处理;各处理促成的心材精油相对含量和绝对含量差异分别为显著(P<0.05)和极显著(P<0.01),6-苄氨基腺嘌呤处理的心材精油含量最高,平均相对含量为5.55%,平均绝...
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)  [作者] 李志铭  赵静  兰玉彬  崔欣  杨焕波  
【目的】采用无人机遥感技术对作物进行分类识别,为及时获取农田信息、制定农田管理策略及产量估测提供技术支持。【方法】采用无人机遥感平台,获取试验区域玉米、桃树、菜花、大豆的可见光正射影像;利用HSV色彩空间转换和纹理滤波,获取不同地物的24项纹理特征与3项色彩特征。分别通过ReliefF算法及基于支持向量机的递归特征消除算法(support vector machine-recursive feature elimination,SVM-RFE)进行特征选择与分类,建立6种监督分类模型,利用得到的特征子集对其进行训练,对各模型分类效果进行精度评价。【结果】由SVM-RFE特征子集训练的6种监督分类模型测试集的分类精度均高于80%,分类精度平均提高5.023%,优于ReliefF特征子集训练的监督分类模型,其中SVM-RFE特征子集与支持向量机模型组合对作物的监督分类效果最佳,总体精度达83.417%,Kappa系数为78.60。【结论】基于无人机遥感技术的作物分类识别是可行的。
[期刊] 中南林业科技大学学报  [作者] 李丹丹  金森  
图像法在林火蔓延速率测定中应用很广,但多数研究没有给出该方法的测定误差。采用图像法、标杆法和热电偶法对室内点烧实验的蔓延速率进行了测量,以标杆法和热电偶法的结果为基准,给出了图像法蔓延速率测定的误差,并对影响图像法测量精度的一些因子进行了分析。结果表明:1)以标杆法为基准,可见光图像测量的蔓延速率的平均绝对误差为0.035 4 m·min-1,平均相对误差为3.49%;以热电偶法为基准,可见光图像测量的蔓延速率的平均绝对误差为0.034 4 m·min-1,平均相对误差为3.31%。图像法与标杆法和热电偶法无显著差异。标杆法和热电偶法只能测得特定点或部分时段的蔓延速度,可见光图像测量法可以测量...
[期刊] 林业科学  [作者] 陈珠琳  王雪峰  
【目的】以海南省特有树种降香黄檀为研究对象,提出1种基于植被指数和多光谱纹理特征的叶片全铁含量(TIC)预测方法,为珍贵树种重金属营养诊断提供参考。【方法】分别设计4种梯度(CK、F1、F2、F3)的铁胁迫试验,胁迫结束后摘取叶片并获取多光谱图像,计算叶片图像的植被指数(VIs)及纹理特征(包括纹理特征均值TFMV和纹理特征方差TFV),分析其与TIC之间的关系。通过显著性检验筛选出与TIC在0. 05和0. 01水平上显著相关的变量,再使用相关性分析法(CA)、主成分分析法(PCA)、平均影响值法(MIV)和遗传算法(GA)进行二次筛选,将筛选结果作为粒子群优化-反向反馈神经网络(PSO-BPNN)的输入变量,分析比较预测结果。【结果】1)在CK~F2梯度区间内,树高、冠幅和地茎的生长量随着施铁含量的增加而增加,而在F3梯度下,树高、冠幅生长量降低,地茎生长量出现大幅度上升; 2)随着叶片TIC的上升,B波段呈先下降后上升趋势;G波段则与B波段相反; R波段先下降后上升,之后基本保持稳定; RE和NIR波段则一直呈上升趋势; 3)大部分VI与TIC在0. 01和0. 05水平上相关,TFMV和TFV也可以反映叶片TIC,但TFV在相关水平和相关个数方面均优于TFMV。从波段角度分析,RE和NIR波段在植被指数和纹理特征方面与TIC的相关性均优于其他波段; 4)使用不同筛选方法得到的预测结果不同,其中CA与GA得到的评价指标最佳且相似,但GA在150~300mg·kg~(-1)区间得到的预测结果偏低,不适用于田间施肥指导。5)仅使用植被指数得到的预测结果较差,加入纹理特征后很明显的提高了拟合优度及预测精度,纹理特征方差对模型精度的影响更大,说明叶片纹理的离散程度可以较好的作为预测全铁含量的辅助信息。【结论】F1和F2梯度的施肥量可以促进降香黄檀植株生长及生物量累计。最佳叶片全铁含量为150~300 mg·kg~(-1)。除植被指数外,MPV作为辅助因素可以提高模型的拟合优度及预测精度,同时,CA-PSO-BPNN方法可以有效的运用于田间施肥指导,为珍贵树种重金属含量监测提供较为准确的预测。
[期刊] 中国农业大学学报  [作者] 李冬冬  王浩瑛  王蒙  王铭  李国梁  何思洋  陈绍江  刘文欣  
利用近红外光谱(NIRS)技术,建立玉米秸秆磷含量的快速定量分析模型,有利于植物养分利用效率和遗传育种研究。本研究选取了来源广泛的200份玉米自交系秸秆样品,结合近红外光谱仪在4 000~10 000cm~(-1)波段处测量的秸秆样品的光谱数据和钼锑抗比色法测量的样品磷浓度,分别用偏最小二乘(PLS)、最小绝对值收敛和选择算子(LASSO)、支持向量机(SVM)和回归树(RT)的方法,建立了玉米秸秆磷含量的近红外定量分析模型。5折交叉验证结果显示,PLS为最优建模方法,测试集预测值和真实值的相关系数(r_(test))为0.80±0.05,训练集的拟合相关系数(r_(training))为0.97±0.03。将PLS与不同的光谱预处理方法结合来优化模型,在11种预处理方法中,归一化以及平滑化的预处理方法效果最好,r_(test)均为0.80±0.05,与原始光谱数据相比相关性并未显著提高。随着训练集个体的增加,预测准确性不断提高,当训练集和验证集比例为8∶2时,预测相关系数为0.80,与留一法的预测相关系数(0.81)相当。综上,PLS建立的玉米秸秆磷含量的近红外定量分析模型预测准确性较高,可用于育种或者遗传学研究中磷含量的测定。
[期刊] 草业科学  [作者] 尹成诚   康景   刘建新   年芳   唐德富  
为提高羊肉中营养成分可见-近红外光谱预测模型的稳定性和准确性,本研究以葡萄糖(Glucose,GLU)指标为例,采用遗传算法(Genetic Algorithm ,GA)提取特征波长后,结合标准正态变换(Standard normal transformation,SNV)和多元散射校正(Multiple scattering correction,MSC)两种预处理方式进行偏最小二乘法建立预测模型,对比SNV、MSC预处理直接进行偏最小二乘的建模效果。结果显示:在标准正态变换下遗传偏最小二乘模型(GA-SNV-PLS)优于直接在标准正态变换下偏最小二乘模型(FS-SNV-PLS)。经交叉验证后,模型的均方根误差RMSE(Root mean square error)为0.122,决定系数R~(2)(coefficient of determinant)为0.930,相对分析误差PRD(relative percent deviation)为2.295。相较于全光谱偏最小二乘模型(FS-PLS)、全波段多元散射校正偏最小二乘模型(FS-MSC-PLS)和多元散射下遗传偏最小二乘模型(GA-MSC-PLS),其R和RPD分别提高了95.80%、50.21%、85.05%;62.65%、37.08%、52.54%。由SNV结合遗传算法建立的偏最小二乘模型能够提高模型的预测能力。
[期刊] 草业科学  [作者] 于惠  吴玉锋  牛莉婷  
及时准确监测草地植被覆盖度,对草地资源的可持续利用及生态系统的恢复与重建具有重要意义。本研究以荒漠草地植被为研究对象,采用监督分类与植被指数直方图相结合的阈值法,分析了6种RGB植被指数对荒漠草地的识别效果。研究结果表明:归一化绿红差异指数(normalized green-red difference index, NGRDI)对草地覆盖度的提取精度最高,其平均绝对误差和均方根误差分别为2.56%和3.06%。监督分类与可见光植被指数统计直方图相结合的阈值法对荒漠草地植被覆盖度的提取效果较好,可以用于荒漠草地植被覆盖度的提取。
[期刊] 湖南农业大学学报(自然科学版)  [作者] 吴金卓  孔琳琳  李颖  徐浩凯  林文树  
为探寻采用近红外光谱技术在野外快速测定土壤全氮和碱解氮含量的方法,采集土壤光谱信号,结合偏最小二乘法和主成分分析法,分别建立土壤全氮和碱解氮含量测定的定标模型。结果表明,采用PLS方法建模时,土壤全氮和碱解氮含量测定定标模型的精度较高。为提高模型的预测精度,采用多元散射校正、标准归一化、基线校正、卷积平滑和小波变换5种方法对光谱信号进行预处理,当用小波变换法对光谱信号进行去噪处理,并与PLS方法结合时,模型的预测精度最高,土壤全氮样品校正模型的相关系数为0.838 5,均方根误差为0.153 1,对应验证模型的相关系数为0.754 9,均方根误差为0.184 2,校正集和验证集土壤全氮含量预测...
[期刊] 北京林业大学学报  [作者] 徐爱俊  方陆明  楼雄伟  
以森林火灾远程视频预警监控工程为依托,对森林火灾发生、发展的可见光视频图象进行研究,提出森林火灾识别算法,并进行处理。分析了基于视频的森林火灾火焰特征,指出火焰特征主要包括颜色变化、面积变化、边缘变化、形体变化、闪动规律和整体移动等。在此基础上,提出了视频图像中的森林火灾区域检测方法与森林火灾识别方法;根据图像区域分割匹配算法,以火焰颜色特征和面积变化为火灾判别依据,统计疑似火灾区域面积,定时地对其进行两两匹配,实现对森林火灾图像的实时检测和识别。经实际验证,该算法的查全率与查确率分别达到72.22%和92.86%。
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