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基于THz-TDS反射成像技术的玉米种子活力无损检测研究

         
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应用太赫兹时域光谱反射成像技术结合广义二维相关光谱法探索玉米种子活力敏感太赫兹波段,并结合支持向量机建立快速无损判别种子活力的分析模型.实验以中地77玉米种子为例,采用人工老化方式(40℃,100％ 相对湿度)将种子样本分批老化0,1,2,3,4天制备不同活力的种子样本,并按照GB/T 3543.4—1995进行种子发芽实验;同时采用T erapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件采集上述不同老化程度种子样本的太赫兹光谱图像.由于玉米种子的胚乳和种胚的成分差异显著,为探究种子不同组织在老化过程中与活力的相关性,本实验首先采用双高斯滤波器对THz图像中的像素点光谱消噪、峰峰值差分重构图像增强以及阈值分割等预处理无损提取玉米种子不同组织太赫兹吸光度谱.然后以老化天数为扰动量,针对上述提取的样本胚乳和种胚光谱分别作广义二维相关分析,根据实验中同步谱和异步谱中自动峰与交叉峰位置初步解析,可得到与种子活力关系密切的T Hz波段主要集中在75和36 cm-1区域,同时75和36 cm-1处的光谱信息存在强烈的协同变化且变化方向一致.种子活力与老化天数密切相关,因此根据老化天数分别建立了基于胚乳和种胚吸光度谱的五分类支持向量机模型用于种子活力定性判别,但是其判别准确率仅为59.34％ 和71.28％,表明该模型无法精细划分种子五个活力等级;实验进一步根据GB4401.1—2008以玉米种子发芽率85％ 为阈值划分活力高低等级,建立二分类种子活力判别模型,可得胚乳和种胚测试集识别准确率分别可达88.61％ 和91.73％,模型性能显著提升,增强了THz技术用于种子活力无损粗筛的可行性.实验结果表明:太赫兹反射成像技术以其丰富的指纹谱、低能安全以及图谱合一等特性,有望成为单粒种子活力快速无损测定领域一项崭新、有力的补充技术.

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