種子單籽粒無損檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種種子單籽粒無損檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈條的最上緣，是重要的生產(chǎn)資料。國務(wù)院2011年將種子產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展提高到國家戰(zhàn)略的水平。種子的品質(zhì)直接影響著糧食的產(chǎn)量和質(zhì)量，為了保證國家的 糧食安全，必須對種子的品質(zhì)進行檢測。傳統(tǒng)的檢測方法（包括：田間種植、物理化學(xué)分析、 DNA分子標記等）操作復(fù)雜，用時較長，成本較高，而且會對種子造成破壞。近紅外光譜分析 技術(shù)擁有快速、無損、操作簡單、成本低的優(yōu)點，近年來在農(nóng)作物種子的定量和定性分析領(lǐng) 域有著廣泛的應(yīng)用，取得了很大的成功。
[0003] 近紅外光譜檢測種子主要有群體分析和單籽粒分析兩種方式。在種子質(zhì)量的檢測 和篩選領(lǐng)域，種子的單籽粒無損分析技術(shù)更加實用。單籽粒無損分析是評價農(nóng)作物種子的 重要技術(shù)，目前常用的單籽粒無損分析是漫反射光譜分析技術(shù)。
[0004] 漫反射光譜分析技術(shù)中，分析光源與光譜儀檢測端在種子樣品同側(cè)方向，分析光 進入種子后反射回來被光譜儀接收，只能采集到種子的表面部分信息。由于種子具有復(fù)雜 結(jié)構(gòu)，是非均勻樣品，漫反射光譜分析技術(shù)分析樣品時分析光未能通過籽粒，無法采集籽粒 的整體信息；種子樣品擺放位置嚴重影響光譜質(zhì)量（稱之為分析的位置效應(yīng)），必然影響分 析結(jié)果，并使分析模型無法穩(wěn)定使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的 一種種子單籽粒無損檢測方法及系統(tǒng)。
[0006] -方面，本發(fā)明提供了一種種子單籽粒無損檢測方法，所述方法包括以下步驟：
[0007] S1 :對待檢測種子被近紅外光源發(fā)出的近紅外光照射時的第一漫透射光譜進行采 集；
[0008] S2 :對所述第一漫透射光譜按照預(yù)設(shè)的預(yù)處理方式進行預(yù)處理；
[0009] S3 :對預(yù)處理后的第一漫透射光譜按照預(yù)設(shè)的特征提取方式進行特征提取，以獲 得第一光譜特征；
[0010] S4:根據(jù)所述第一光譜特征通過品種模型確定所述待檢測種子的品種。
[0011] 其中，步驟S1之前還包括：
[0012] S001 :對不同品種樣本種子被所述近紅外光源發(fā)出的近紅外光照射時的第二漫透 射光譜進行采集；
[0013] S002 :對所述第二漫透射光譜按照所述預(yù)處理方式進行預(yù)處理；
[0014] S003 :對預(yù)處理后的第二漫透射光譜按照所述特征提取方式進行特征提取，以獲 得第二光譜特征；
[0015] S004 :根據(jù)所述第二光譜特征建立所述品種模型。
[0016] 其中，所述第二漫透射光譜包括：胚面光譜和非胚面光譜；
[0017] 步驟S002和步驟S003之間還包括：
[0018] 計算所述第二漫透射光譜中的胚面光譜和非胚面光譜之間的相似度，若所述相似 度低于第一閾值，則對所述近紅外光源的參數(shù)進行調(diào)整，并返回步驟S001。
[0019] 其中，步驟S003和步驟S004之間還包括：
[0020] 計算不同品種的第二光譜特征之間的相對距離，若所述相對距離小于第二閾值， 則對所述預(yù)處理方式和/或特征提取方式進行調(diào)整，并返回步驟S002。
[0021] 其中，步驟S004中，根據(jù)所述第二光譜特征通過支持向量機或仿生模式識別方法 建立所述品種模型。
[0022] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種種子單籽粒無損檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0023] 第一采集單元，用于對待檢測種子被近紅外光源發(fā)出的近紅外光照射時的第一漫 透射光譜進行采集；
[0024] 第一預(yù)處理單元，用于對所述第一漫透射光譜按照預(yù)設(shè)的預(yù)處理方式進行預(yù)處 理；
[0025] 第一提取單元，用于對預(yù)處理后的第一漫透射光譜按照預(yù)設(shè)的特征提取方式進行 特征提取，以獲得第一光譜特征；
[0026] 品種確定單元，用于根據(jù)所述第一光譜特征通過品種模型確定所述待檢測種子的 品種。
[0027] 其中，所述系統(tǒng)還包括：
[0028] 第二采集單元，用于對不同品種樣本種子被所述近紅外光源發(fā)出的近紅外光照射 時的第二漫透射光譜進行采集；
[0029] 第二預(yù)處理單元，用于對所述第二漫透射光譜按照所述預(yù)處理方式進行預(yù)處理；
[0030] 第二提取單元，用于對預(yù)處理后的第二漫透射光譜按照所述特征提取方式進行特 征提取，以獲得第二光譜特征；
[0031] 模型建立單元，用于根據(jù)所述第二光譜特征建立所述品種模型。
[0032] 其中，所述第二漫透射光譜包括：胚面光譜和非胚面光譜；
[0033] 所述系統(tǒng)還包括：
[0034] 第一調(diào)整單元，用于計算所述第二漫透射光譜的胚面光譜和非胚面光譜之間的相 似度，若所述相似度低于第一閾值，則對所述近紅外光源的參數(shù)進行調(diào)整。
[0035] 其中，所述系統(tǒng)還包括：
[0036] 第二調(diào)整單元，用于計算不同品種的第二光譜特征之間的相對距離，若所述相對 距離小于第二閾值，則對所述預(yù)處理方式和/或特征提取方式進行調(diào)整。
[0037] 其中，所述模型建立單元根據(jù)所述第二光譜特征通過支持向量機或仿生模式識別 方法建立所述品種模型。
[0038] 本發(fā)明根據(jù)待檢測種子的漫透射光譜來確定其品種，由于在測量漫透射光譜時， 近紅外光能夠通過完整籽粒，故而可采集籽粒的整體信息，并且大幅降低了種子的擺放位 置對光譜質(zhì)量的影響，提高了檢測的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明一種實施方式的種子單籽粒無損檢測方法的流程圖；
[0040] 圖2是光譜采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖3a是米用漫反射光譜分析京玉16時的空間分布不意圖；
[0042] 圖3b是米用漫透射光譜分析京玉16時的空間分布不意圖；
[0043] 圖4a是采用漫反射光譜分析農(nóng)華101時的主成分分析結(jié)果示意圖；
[0044] 圖4b是采用漫透射光譜分析農(nóng)華101時的主成分分析結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖5是本發(fā)明一種實施方式的種子單籽粒無損檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0047] 圖1是本發(fā)明一種實施方式的種子單籽粒無損檢測方法的流程圖；參照圖1，所述 方法包括以下步驟：
[0048] S1 :對待檢測種子被近紅外光源發(fā)出的近紅外光照射時的第一漫透射光譜進行采 集；
[0049] 需要說明的是，本步驟中，采用如圖2所述的光譜采集裝置。由于籽粒的截面積較 小，且"成分濃度"極高，為了使分析光穿透種子，讓光譜儀獲得足夠強的光譜信號，故而采 用外置高強近紅外光源。為了避免高強度分析光直接進入光譜儀的檢測器，在分析光源的 出光口處增加光的中性衰減片，中性衰減片可以手動或自動進入光路。測定樣品時中性衰 減片退出光路。
[0050] 在獲得種子的漫透射光譜時，需要將種子放置在光闌上；光闌為圓形，直徑相當于 或略小于籽粒的寬度，光闌的形狀也可以按照樣品籽粒的形狀確定。光闌保證分析光包含 的樣品特征信息為最高，且避免未通過樣品（不承載樣品特征信息）的分析光直接進入光 譜儀檢測器，對分析造成影響。
[0051] 通過帶有線性濾光片的光譜儀檢測器采集漫透射光譜，并將所述漫透射光譜進行 存儲。
[0052] S2 :對所述第一漫透射光譜按照預(yù)設(shè)的預(yù)處理方式進行預(yù)處理；
[0053] 需要說明的是，由于原始光譜會受到儀器狀態(tài)、環(huán)境的影響，含有噪聲信息，需要 用預(yù)處理方法對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。本步驟中，所述預(yù)設(shè)的預(yù)處理方式包括：通過一階差分導(dǎo) 數(shù)（First Derivative，F(xiàn)D)和矢量歸一化（Vector Normalization，VN)處理漫透射光譜， 所述FD中差分寬度為9。
[0054] S3 :對預(yù)處理后的第一漫透射光譜按照預(yù)設(shè)的特征提取方式進行特征提取，以獲 得第一光譜特征；
[0055] S4:根據(jù)所述第一光譜特征通過品種模型確定所述待檢測種子的品種。
[0056] 由于本實施方式要解決的問題是檢測所述待檢測種子為雜交或母本的種子，屬于 分類問題。
[0057] 本實施方式根據(jù)待檢測種子的漫透射光譜來確定其品種，由于在測量漫透射光譜 時，近紅外光能夠通過完整籽粒，故而可采集籽粒的整體信息，并且大幅降低了種子的擺放 位置對光譜質(zhì)量的影響，提高了檢測的穩(wěn)定性。
[0058] 為便于建立所述品種模型，可選地，步驟S1之前還包括：
[0059] S001 :對不同品種樣本種子被所述近紅外光源發(fā)出的近紅外光照射時的第二漫透 射光譜進行采集；
[0060] S002 :對所述第二漫透射光譜按照所述預(yù)處理方式進行預(yù)處理；
[0061] S003 :對預(yù)處理后的第二漫透射光譜按照所述特征提取方式進行特征提取，以獲 得第二光譜特征；
[0062] S004 :根據(jù)所述第二光譜特征建立所述品種模型。