华中农业大学学报

作者：丁子予，岳学军，曾凡国，时浩文，彭文，肖佳仪

单位：华南农业大学电子工程学院(人工智能学院)，广州 510642

关键词：玉米;种子活力检测;无损检测;机器学习;深度学习;高光谱;图谱融合

基金：广东省重点领域研发计划项目（2019B020214003）；广州市科技计划项目（202206010088）；广东省驻镇帮镇扶村农村科技特派员项目（粤科函农字［2021］1056号）；广东省大学生创新创业训练计划项目（202210564011）

为解决传统的种子活力检测方法存在耗时长、损伤种子等问题，实现种子活力的快速无损检测，分别利用机器学习和深度学习算法结合高光谱成像技术构建玉米种子3个活力梯度分类模型，通过人工老化方式将1 012粒玉米种子分为3个活力梯度样本，采集其高光谱数据后通过卷积平滑（SG）和多元散射校正（MSC）去除高光谱噪声，分别采用主成分分析（PCA）、连续投影算法（SPA）进行光谱特征降维，再从降维后的波段中抽取1 156、1 191和1 463 nm 3个波段合成假彩色图像，用局部二值模式（LBP）提取感兴趣区域的纹理特征，并与纯光谱特征融合。分别基于纯光谱特征构建决策树（DT）和支持向量机（SVM）模型和融合特征建立随机森林（RF）、SVM和极端梯度提升树（XGBoost）模型等机器学习模型。将假彩色图像输入ResNet18、MobileNetV2、DenseNet121、Efficientb0、Efficientb2等5个深度学习模型中进行玉米种子活力预测。结果显示，就机器学习方法而言，针对纯光谱特征表现最好的是PCA-SVM模型，其测试集准确率为92.5%；针对融合特征表现最好的是SVM模型，其测试集的分类准确率为 93.1%；就深度学习方法而言，轻量化的MobileNet取得最高的测试集分类准确率99.5%；基于可解释的梯度定位类别激活映射方法表明，分类网络会重点关注玉米种子的中部或基部区域。

来源：2023年第3期

《华中农业大学学报》期刊编辑部

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