使用超光谱成像和卷积神经网络与注意模块的非破坏性检测有缺陷的玉米粒
Dong Yang1, Yuxing Zhou1, Yu Jie1
1Academy of National Food and Strategic Reserves Administration, Beijing 100037, China; National Engineering Research Center of Grain Storage and Logistics, Beijing 100037, China.
概括
这项研究引入了一种超光谱成像 (HSI) 方法,使用具有光谱和空间注意力的卷积神经网络 (CNN) 来检测有缺陷的玉米核. 先进的CNN模型在识别各种内核缺陷时实现了高准确度的非破坏性.
科学领域:
- 农业工程 农业工程
- 计算机视觉 计算机视觉
- 频谱学是一种光谱学.
背景情况:
- 准确检测有缺陷的玉米粒对于在储存期间保持谷物质量至关重要.
- 传统的缺陷检测方法往往耗时,破坏性或缺乏精度.
- 超光谱成像 (HSI) 为分析农产品提供了一个有前途的非破坏性方法.
研究的目的:
- 开发和评估一个高光谱成像 (HSI) 系统与卷积神经网络 (CNN) 结合,用于不破坏性识别有缺陷的玉米粒.
- 在CNN模型中研究光谱和空间注意力机制的有效性,以改进内核缺陷识别.
- 将拟议的基于注意力的CNN模型与传统机器学习算法的性能进行比较.
主要方法:
- 采集了6种类型的玉米核的超光谱成像 (HSI) 数据 (380-1000nm):发芽,受热损坏,受昆虫损坏,成,破碎和健康.
- 开发和训练了三个CNN模型:CNN-Spl-At (光谱注意),CNN-Spal-At (空间注意) 和CNN-Spl-Spal-At (融合光谱空间注意).
- 使用光谱,图像和融合特征,将CNN模型与支持矢量机 (SVM) 和极端学习机 (ELM) 进行了比较.
主要成果:
- 具有注意力机制的CNN模型在内核缺陷识别方面明显优于SVM和ELM模型.
- 融合的光谱和空间特征为区分内核类型提供了比单个特征更全面的信息.
- 在CNN-Spl-Spal-At模型实现了最高的准确性,在训练组中达到98.04%,在测试组中达到94.56%.
结论:
- 提出的CNN-Spl-Spal-At模型,利用HSI和注意力机制,可以有效地检测各种有缺陷的玉米核,而不是破坏性.
- 这种方法表明了开发先进的非破坏性测试设备的巨大潜力,用于实时评估玉米的质量.
- 通过注意模块集成光谱和空间信息对于提高HSI应用中的分类准确性至关重要.


