基于近红外数据的锦灯笼宿萼表皮检测方法

本发明涉及近红外光谱分析检测，具体涉及一种基于近红外数据的锦灯笼宿萼表皮检测方法。

背景技术：

1、近红外光谱技术在农业中被广泛应用，用于快速分析和检测植物的化学成分。通过近红外光谱对植物表皮进行检测，可以获得关于水分、纤维素、蛋白质等不同物质含量的信息，以及检测植物表皮中的化学成分变化，帮助及早发现病虫害的迹象，从而采取有效的防治措施，减少产量损失。

2、在锦灯笼宿萼表皮中，由于不同位置的物质含量不同，因此对应的近红外光谱数据也各不相同，在对锦灯笼宿萼表皮进行检测时，现有技术中通常采用聚类的思想对锦灯笼宿萼表皮中的各个采样点进行聚类分析，但是采用的距离度量为波段的吸收率以及采样点的空间位置，不能体现不同位置含量成分的变化，因此会导致聚类结果不准确，进而影响锦灯笼宿萼表皮的检测结果的准确性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中聚类时的距离度量为波段的吸收率以及采样点的空间位置，不能体现不同位置含量成分的变化，会导致聚类结果不准确，进而影响锦灯笼宿萼表皮检测结果的准确性的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于近红外数据的锦灯笼宿萼表皮检测方法，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种基于近红外数据的锦灯笼宿萼表皮检测方法，所述方法包括：

3、获取锦灯笼宿萼表皮中每个采样点的初始光谱数据；

4、根据每个所述初始光谱数据中波段的吸收率的变化特征对所述初始光谱数据进行划分，获得区间光谱数据；

5、以任意两个采样点作为两个待测采样点；根据两个待测采样点的区间光谱数据的波长范围获得划分相似性；根据两个待测采样点的区间光谱数据包含的波段数和相同波段的吸收率的差异获得两个待测采样点的相似程度；根据所述划分相似性和所述相似程度获得两个待测采样点的初始相似值；

6、将与每个待测采样点最近的预设数量个采样点作为临近采样点，获取任意两个临近采样点之间的初始相似值，根据两个待测采样点的所有临近采样点之间的初始相似值获得修正参数；根据两个待测采样点的初始相似值和对应的修正参数获得两个待测采样点的最终相似值；

7、根据所有采样点之间的位置分布和最终相似值对所有采样点进行聚类，获得聚类结果；根据所述聚类结果进行锦灯笼宿萼表皮检测；

8、所述聚类结果的获取方法包括：

9、根据采样点的位置分布获取采样点之间的距离值；

10、根据采样点之间的距离值和最终相似值获得距离度量；所述距离度量和所述距离值呈正相关，所述距离度量和所述最终相似值呈负相关；

11、基于dbscan聚类算法根据所述距离度量对所有采样点进行聚类，获得聚类结果；其中，聚类半径和半径内的最少采样点数均为预设值；

12、所述修正参数的获取方法包括：

13、基于k-means聚类算法对两个待测采样点的临近采样点的初始相似值进行聚类，获得两个聚类簇；将两个聚类簇中初始相似值的均值较小的聚类簇作为第一聚类簇，将两个聚类簇中初始相似值的均值较大的聚类簇作为第二聚类簇；

14、将所述第二聚类簇中所有初始相似值的均值作为相似值均值，将所述相似值均值与两个待测采样点的初始相似值的差值作为相似值差值；

15、将所述第一聚类簇中所有初始相似值的标准差进行负相关映射并归一化后与所述相似值差值的乘积，作为所述修正参数；

16、所述最终相似值的获取方法包括：

17、将两个待测采样点的初始相似值和对应的修正参数相加后的值，作为两个待测采样点的所述最终相似值。

18、进一步地，所述区间光谱数据的获取方法包括：

19、对每个采样点的所述初始光谱数据根据预设长度进行划分，获得光谱数据段；

20、对每个所述光谱数据段中波段的吸收率进行线性拟合获得拟合直线，获取所述拟合直线的斜率；将每个光谱数据段与相邻的光谱数据段的拟合直线的斜率的差异作为吸收率差异；

21、根据每个光谱数据段中所有波段的吸收率获得每个光谱数据段的吸收率序列，获得所述吸收率序列的差分序列，将每个差分序列中除第一个数据外的最大值与最小值的差值作为差分极差；

22、将每个光谱数据段的吸收率差异和所述差分极差的和值进行负相关映射，作为每个光谱数据段与相邻的光谱数据段的合并指数；

23、将所述合并指数大于预设合并阈值的相邻两个光谱数据段作为一个区间光谱数据。

24、进一步地，所述划分相似性的获取方法包括：

25、获取两个待测采样点的所有区间光谱数据的左端点的波长；

26、基于dtw算法获取两个待测采样点的所有所述左端点的波长的dtw距离；将所述dtw距离进行负相关映射并归一化后作为两个待测采样点的区间光谱数据的所述划分相似性。

27、进一步地，所述两个待测采样点的相似程度的获取方法包括：

28、依次将两个待测采样点中每一个作为基准采样点，另一个作为对比采样点；

29、对所述基准采样点和对比采样点的光谱数据进行光谱相似度分析，获得光谱相似度；将所述光谱相似度中的最大值作为所述两个待测采样点的相似程度。

30、进一步地，所述对所述基准采样点和对比采样点的光谱数据进行光谱相似度分析，获得光谱相似度，包括：

31、获取基准采样点的初始光谱数据的波段总数和每个区间光谱数据包含的波段数；将所述基准采样点的每个区间光谱数据包含的波段数与所述波段总数的比值作为波段比值；

32、将基准采样点的每个区间光谱数据中每个波段的吸收率与对比采样点相同波段的吸收率的比值，作为波段吸收率比值；将基准采样点的每个区间光谱数据的所有波段吸收率比值的标准差作为比值标准差；

33、根据基准采样点的每个区间光谱数据的比值标准差和波段比值获得区间相似值；所述区间相似值与所述比值标准差呈负相关，所述区间相似值与所述波段比值呈正相关；

34、将基准采样点的所有区间光谱数据的所述区间相似值累加后的值作为基准采样点和对比采样点的光谱相似度。

35、进一步地，所述两个待测采样点的初始相似值的获取方法包括：

36、将两个待测采样点的所述划分相似性的值与所述相似程度的值相乘，作为所述两个待测采样点的初始相似值。

37、进一步地，所述根据所述聚类结果进行锦灯笼宿萼表皮检测包括：

38、将所述聚类结果中采样点数量最多的一个聚类簇作为目标聚类簇；

39、所述表皮检测包括表皮缺陷检测和物质含量检测；

40、所述表皮缺陷检测包括：当所述目标聚类簇中采样点数量与锦灯笼宿萼表皮中采样点总数的比值小于预设判断阈值时，则锦灯笼宿萼表皮存在缺陷；

41、所述物质含量检测包括：根据所述目标聚类簇中所有采样点的初始光谱数据中各个波段吸收率的均值获得均值光谱数据，根据所述均值光谱数据获取各种物质含量。

42、本发明具有如下有益效果：

43、本发明的目的在于优化聚类的距离度量，获得更加精确的聚类结果，进而提高锦灯笼宿萼表皮检测结果的准确性；首先获取锦灯笼宿萼表皮每个采样点的初始光谱数据；然后从局部进行分析，由于表皮中物质含量的复杂性，所以基于吸收率随波段变化的变化特征对初始光谱数据进行划分，获得区间光谱数据，此时的区间光谱数据可以更加准确的表征每类物质含量，所以各采样点之间区间光谱数据的划分相似性就可以作为表征采样点的初始相似值的指标之一；然后通过采样点的区间光谱数据中各波段吸收率的差异作为表征采样点初始相似值的另一指标，进而将两个指标进行结合即可获得采样点之间的初始相似值；由于宿萼表皮中存在脉络纹理特征以及可能出现的虫蛀缺陷等，所以需要对初始相似值进行修正以获得准确的最终相似值，修正参数可基于各采样点空间位置上的临近采样点之间的初始相似值获得；然后将各采样点的最终相似值和位置分布信息相结合从而对聚类的距离度量进行改进，然后进行聚类获得更加准确的聚类结果，故根据此时的聚类结果进行锦灯笼宿萼表皮检测可以提高检测结果的准确性。本发明通过从采样点初始光谱数据的局部进行分析，获取初始相似值，然后利用各采样点的临近采样点的相似信息对初始相似值进行修正，获取准确的最终相似值，进而将最终相似值与采样点的位置信息进行结合完成对距离度量的改进，获得准确的聚类结果，提高了最终依据聚类结果获得的锦灯笼宿萼表皮检测结果的准确性。