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高光谱成像检测小麦、玉米种子活力

高光谱成像检测小麦、玉米种子活力


种子是农业的基础。种子的活力是种子质量的关键因素,与生物和非生物胁迫,萌发的抗性密切相关。准确的种子活力检测方法对种子公司和农民来说非常重要。根据国际种子测试协会(ISTA)规则确定种子活力的传统方法包括染色,电导率测试,免疫测定和发芽试验。然而,它们是劳动密集型,耗时且具有破坏性,这些方法还受到人为因素的影响。因此,必须开发非破坏性,高度敏感的方法,以确保现代农业工业的作物种子的测量速度、生存力和发芽率。高光谱成像技术,就是以非破坏性的方式对有活力和无活力的作物种子进行检测和分类。

1 小麦种子活力检测

利用Specim高光谱图像采集,以及波长分析的方法,用于有活力和无活力小麦种子的检测。高光谱成像光谱有很大的潜力来有效地区分小麦种子在VIS / NIR范围(400-1000 nm)的生存能力(Tingting Zhang et al. A Reliable Methodology for Determining Seed Viability by Using Hyperspectral Data from Two Sides of Wheat Seeds, Sensors, 2018, 18: 813.)。

选择小麦种子最佳波长之前,光谱数据进行预处理

小麦种子两侧的高光谱信息,在发芽和未发芽种子之间平均光谱观察到明显差异

2 玉米种子活力检测

实验对两个不同类别的玉米种子进行8种不同老化处理,利用Specim高光谱成像检测玉米不同的老化时间籽粒活力(Lei Feng et al. Identification of Maize Kernel Vigor under Different Accelerated Aging Times Using Hyperspectral Imaging. Molecules, 2018, 23: 3078.)。

两种玉米籽粒在8种不同老化条件下的平均光谱反射曲线(a)玉米1;(b)玉米2

玉米籽粒光谱反射曲线的变化趋势相似,属于同一品种,但经历了不同的老化过程。两种玉米品种的反射曲线变化趋势明显相似。

二阶导数预处理的平均光谱:(a)玉米1;(b)玉米2,可以观察到在某些波长下不同老化时间下玉米籽粒的光谱差异

两个玉米品种的不同老化时间下的高光谱图像进行PCA分析

    尽管8个处理之间存在一些重叠,但是不同老化处理后的玉米籽粒根据其自身光谱的不同特征组合在一起。没有老化处理的玉米籽粒在图b-e中部分分离,这揭示了它们之间的差异。没有老化处理的玉米粒和不同老化处理下的玉米粒在高光谱成像中存在更多差异。

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