題目
高光譜成像技術(shù)在煙葉及雜質(zhì)分類中的應(yīng)用
應(yīng)用關(guān)鍵詞
高光譜成像技術(shù)、煙草、隨機森林、分類
背景
煙葉中的雜質(zhì)會極大地影響煙草原料的使用價值和卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量。非煙雜質(zhì)是指煙葉以外的各種物質(zhì)。非煙草雜質(zhì)的混合不僅影響煙草脫粒和復(fù)干的設(shè)備,而且燃燒產(chǎn)生的有害物質(zhì)也會嚴重影響人體健康。然而,隨著煙草行業(yè)對除雜系統(tǒng)準(zhǔn)確性、可靠性和實時性要求的提高,原有的除雜方法已難以滿足要求。因此,提出將高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于煙葉雜質(zhì)的檢測與識別,以區(qū)分煙葉與雜質(zhì)。
目前,利用高光譜技術(shù)對煙草脫粒和復(fù)干過程中的煙葉和雜質(zhì)進行識別和分類的研究較少。本研究首先對高光譜影像進行處理,然后對煙葉和雜質(zhì)感興趣區(qū)域進行建模和分析。最后,利用隨機森林算法對煙葉和雜質(zhì)進行分類,達到準(zhǔn)確識別煙葉和雜質(zhì)的目的。
試驗設(shè)計
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院劉勇教授團隊利用江蘇雙利合譜公司的高光譜成像儀Image-λ-N25E-HS獲取煙草葉片的高光譜影像(1000-2500nm)。具體高光譜系統(tǒng)和影像如圖1所示。本文采用savitzky-golay平滑濾波器去除黑白校正后的噪聲對光譜數(shù)據(jù)的影響;為了消除樣本不均勻造成的散射現(xiàn)象,對平滑濾波后的光譜數(shù)據(jù)進行了多重散射校正。最終獲得了如圖2所示的光譜曲線。
圖1 高光譜成像系統(tǒng)(a)和高光譜影像(b)
圖1 煙葉與雜質(zhì)的平均光譜曲線(a)、煙草葉片在MSC前的吸收曲線(b)、MSC后的吸收曲線(c)
結(jié)論
為了驗證算法的有效性,采用隨機森林算法進行分類實驗,并對樣本的分類準(zhǔn)確率進行統(tǒng)計分析。利用混淆矩陣,用總體分類精度(OA)和Kappa系數(shù)表征煙葉和雜質(zhì)的分類精度?;煜仃嚨目傮w分類準(zhǔn)確率為99.92%,Kappa系數(shù)為0.9984,因此利用隨機森林對煙葉和雜質(zhì)進行分類是可行的。
本研究提出的分類方法為煙草行業(yè)的安全檢測和生產(chǎn)提供了新思路,為煙葉中特定雜質(zhì)的去除提供了技術(shù)支持。
表1 煙葉和雜質(zhì)的混淆矩陣
作者信息
劉勇,博士,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院教授,博士生導(dǎo)師。
主要研究方向:光譜學(xué)與光譜技術(shù)、檢測技術(shù)與智能儀器、生物醫(yī)學(xué)光學(xué)等。
參考文獻:
Zhang, L., Ma, X., Li, Z., & Liu, Y. (2019). Application of Hyperspectral Imaging Technology in Classification of Tobacco Leaves and Impurities. In, 2019 2nd International Conference on Safety Produce Informatization (IICSPI). Chongqing, China. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9095975
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責(zé),不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源,并自負版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。