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目錄 第Ⅰ部分 圖像和光譜分析技術(shù) 第1章 引言 3 參考文獻 5 第2章 圖像分析基礎(chǔ) 7 2.1 簡介 7 2.2 數(shù)字圖像 8 2.2.1 圖像基本評估方法 10 2.2.2 文件類型 14 2.2.3 數(shù)字圖像類型 15 2.3 圖像處理和分析的步驟 17 2.4 圖像處理 18 2.4.1 用于圖像增強的灰度操作 19 2.4.2 空間圖像濾波 21 2.4.3 頻域濾波 25 2.4.4 小波變換 26 2.4.5 二元形態(tài)學操作 26 2.5 圖像分割 28 2.6 定量分析 30 2.6.1 顏色分析 31 2.6.2 紋理分析 32 2.6.3 形態(tài)學分析 38 2.7 結(jié)論 40 參考文獻 41 第3章 光譜分析的基本原理 43 3.1 振動光譜的定義 43 3.2 原子間鍵 44 3.2.1 理論 44 3.2.2 近紅外區(qū)域的實際應(yīng)用 47 3.3 散射介質(zhì)中的光吸收 48 3.3.1 無散射光 48 3.3.2 Kubelka-Munk 50 3.3.3 擴散理論 51 3.4 近紅外反射的實際效果 51 3.5 在成像中的應(yīng)用 55 3.5.1 超立方體的采集 56 3.6 拉曼光譜 57 參考文獻 58 第4章 高光譜圖像處理方法 60 4.1 簡介 60 4.2 高光譜圖像獲取 61 4.3 校準 62 4.4 空間預(yù)處理 63 4.5 空間抽樣和感興趣區(qū) 63 4.6 圖像鑲嵌 64 4.7 光譜預(yù)處理 64 4.8 轉(zhuǎn)換為吸光度 65 4.9 降噪 65 4.10 基線校正 66 4.11 導數(shù) 66 4.12 歸一化和散射校正 67 4.13 降維 68 4.13.1 數(shù)據(jù)分箱 68 4.14 特征提取 68 4.14.1 支持向量機和特征提取 69 4.15 特征選擇 70 4.15.1 搜索算法和選擇標準 70 4.15.2 波段選擇 70 4.16 空間和光譜數(shù)據(jù)融合 71 4.17 總結(jié)與討論 71 參考文獻 72 第5章 分類和預(yù)測方法 75 5.1 簡介 75 5.2 應(yīng)用到 HSI的多光譜圖像分析 77 5.2.1 主成分分析 77 5.2.2 偏最小二乘判別分析 80 5.2.3 案例研究說明 82 5.2.4 預(yù)測模型結(jié)果的比較 84 5.3 將空間信息納入模型開發(fā) 88 5.4 總結(jié) 90 參考文獻 90 第Ⅱ部分 應(yīng)用 第6章 植物產(chǎn)品的安全檢測 95 6.1 簡介 95 6.2 食品安全 96 6.2.1 污染物和檢測 98 6.3 高光譜成像 100 6.3.1 反射率 100 6.3.2 透射率 100 6.3.3 熒光 101 6.4 植物產(chǎn)品安全檢測的應(yīng)用 101 6.4.1 谷物 101 6.4.2 生產(chǎn) 110 6.4.3 堅果 114 6.4.4 香料 116 6.5 檢查模式 116 6.5.1 研究中 116 6.5.2 在線檢測 117 6.5.3 野外/遠程監(jiān)測 119 6.6 概要/總結(jié) 121 參考文獻 122 第7章 食源性病原體檢測 130 7.1 簡介 130 7.2 高光譜成像用于病原體檢測 131 7.2.1 病原體和瓊脂培養(yǎng)基 131 7.2.2 高光譜成像系統(tǒng)與圖像采集 132 7.2.3 高光譜圖像預(yù)處理 133 7.3 彎曲桿菌的檢測 134 7.3.1 在點滴板培養(yǎng)48h的彎曲桿菌檢測 135 7.3.2 在點滴板培養(yǎng)24h的彎曲桿菌的早期檢測研究 138 7.4 非大腸桿菌O157型STEC的檢測 143 7.4.1 涂布平板上的純菌培養(yǎng) 146 7.4.2 涂布平板上的混合培養(yǎng) 148 7.5 結(jié)論 152 參考文獻 152 第8章 食品光學特性的測量 155 8.1 簡介 155 8.2 空間分辨光譜技術(shù)的原理和理論 157 8.2.1 光吸收和散射 157 8.2.2 擴散理論 158 8.3 測量光學特性的儀器 159 8.3.1 逆算法和光學設(shè)計的優(yōu)化 160 8.3.2 儀器開發(fā) 161 8.4 水果成熟度/質(zhì)量的光學評估 164 8.5 結(jié)束語 170 參考文獻 171 第9章 植物產(chǎn)品的品質(zhì)評價 173 9.1 簡介 173 9.2 高光譜成像裝置 174 9.3 高光譜圖像立方體采集步驟 176 9.4 一般分析方法 177 9.5 圖像處理 177 9.6 光譜處理 178 9.7 數(shù)學與統(tǒng)計分析 178 9.8 水果的瘀傷檢測 179 9.8.1 草莓 179 9.8.2 桃子和芒果 181 9.9 草莓堅固度的測量 183 9.10 草莓、桃子、芒果的可溶性固形物含量的測定 185 9.10.1 草莓 185 9.10.2 桃子 186 9.10.3 芒果 186 9.11 草莓、甘薯和茄子的花青素含量的測定 186 9.11.1 草莓 187 9.11.2 甘薯 187 9.11.3 茄子 187 9.12 進一步的工作 188 參考文獻 188 第10章 牛肉和豬肉的品質(zhì)評估 190 10.1 簡介 190 10.2 牛肉 190 10.2.1 視頻圖像分析 192 10.2.2 近紅外光譜 193 10.2.3 高光譜成像 194 10.2.4 光的散射 197 10.2.5 光散射測量預(yù)測嫩度 197 10.3 豬肉 200 10.3.1 豬肉品質(zhì)的客觀評價 201 10.3.2 近紅外光譜 202 10.3.3 高光譜成像 202 10.4 結(jié)論 205 參考文獻 205 第11章 植物健康的檢測與監(jiān)測 207 11.1 簡介 207 11.2 水分狀況監(jiān)測 208 11.3 營養(yǎng)狀況監(jiān)測 209 11.4 植物的病蟲害檢測 210 11.5 其他應(yīng)用 213 參考文獻 215 第12章 用于精準農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量測繪的高光譜圖像 218 12.1 高分辨率圖像用于作物測產(chǎn)概述 218 12.2 高光譜圖像采集、處理與分析 219 12.2.1 圖像采集 219 12.2.2 圖像的校正、糾正和校準 220 12.2.3 產(chǎn)量數(shù)據(jù)收集 221 12.2.4 窄帶 NDVI計算 221 12.2.5 線性波譜解混 221 12.2.6 統(tǒng)計分析 222 12.3 產(chǎn)量與機載高光譜圖像的關(guān)系 222 12.3.1 高光譜圖像與產(chǎn)量監(jiān)測數(shù)據(jù) 222 12.3.2 產(chǎn)量與窄帶NDVI的相關(guān)性 224 12.3.3 產(chǎn)量與作物豐度的關(guān)系 225 12.3.4 產(chǎn)量圖像波段的逐步回歸 226 12.4 總結(jié) 228 參考文獻 228 第13章 食品安全的實時高光譜成像 230 13.1 簡介 230 13.2 用于實時應(yīng)用的成像平臺 231 13.2.1 實時多光譜成像 231 13.2.2 實時高光譜成像 232 13.3 高速高光譜成像系統(tǒng) 233 13.3.1 實時高光譜成像平臺 233 13.3.2 高光譜成像儀的線掃描速率 234 13.3.3 高光譜成像儀的幀速率 234 13.3.4 高光譜成像儀的照明系統(tǒng) 235 13.4 實時高光譜圖像處理 236 13.4.1 實時高光譜成像的軟件體系結(jié)構(gòu) 238 13.4.2 高光譜圖像校準 238 13.4.3 實時圖像采集軟件 238 13.4.4 基于圖像的輪詢算法 238 13.4.5 污染物檢測的高光譜圖像處理算法 239 13.5 實時高光譜成像系統(tǒng)的性能 239 13.5.1 速度性能 239 13.5.2 誤報消除算法 240 13.5.3 假陽性誤差的分布分析 241 13.5.4 污染物檢測算法 241 13.6 實時高光譜成像應(yīng)用的考慮 243 13.6.1 線掃描相機的校準問題 244 13.6.2 污染物檢測的實時高光譜成像系統(tǒng)問題 244 13.6.3 使用不同光源的實時糞便污染物檢測 244 13.6.4 用于污染物檢測的在線高光譜成像系統(tǒng)的技術(shù)要求 245 13.7 結(jié)束語 245 參考文獻 246 第14章 用于蔬菜質(zhì)量評估的LCTF高光譜成像技術(shù) 249 14.1 簡介 249 14.2 洋蔥品質(zhì)和評價方法 250 14.2.1 洋蔥品質(zhì)因素 250 14.2.2 洋蔥采后病害 251 14.2.3 無損檢測方法 251 14.3 基于LCTF的高光譜成像 252 14.3.1 基于LCTF的高光譜成像儀的主要組成部分 253 14.3.2 系統(tǒng)校準 256 14.4 基于LCTF的高光譜成像技術(shù)在新鮮蔬菜中的應(yīng)用 257 14.4.1 洋蔥酸皮病檢測 257 14.4.2 洋蔥內(nèi)部品質(zhì)預(yù)測 263 14.5 結(jié)論 265 參考文獻 265 第15章 AOTF高光譜成像用于食源性病原體檢測 269 15.1 簡介 269 15.2 高光譜顯微成像技術(shù)與高光譜成像平臺 270 15.3 AOTF高光譜顯微成像系統(tǒng) 271 15.3.1 聲光可調(diào)諧濾波器的原理 272 15.3.2 顯微鏡光源 272 15.3.3 明場和暗場照明 274 15.3.4 革蘭氏陰性菌圖像的感興趣區(qū) 274 15.3.5 革蘭氏陽性菌圖像的感興趣區(qū) 274 15.4 細菌細胞培養(yǎng)物的制備 275 15.5 顯微鏡下的細菌樣品固定 276 15.6 活細菌細胞的固定 276 15.7 革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌 277 15.8 高光譜顯微圖像的采集與分析 278 15.9 分類方法 280 15.9.1 馬氏距離 280 15.9.2 k最近鄰 280 15.9.3 線性判別分析 281 15.9.4 二次判別分析 281 15.9.5 支持向量機 281 15.10 從細菌細胞收集光譜數(shù)據(jù) 281 15.10.1 沙門氏菌的光譜特征 282 15.10.2 葡萄球