种子单籽粒无损检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱检测技术领域，特别涉及一种种子单籽粒无损检测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 种子是农业生产链条的最上缘，是重要的生产资料。国务院2011年将种子产业的 发展提高到国家战略的水平。种子的品质直接影响着粮食的产量和质量，为了保证国家的 粮食安全，必须对种子的品质进行检测。传统的检测方法（包括：田间种植、物理化学分析、 DNA分子标记等）操作复杂，用时较长，成本较高，而且会对种子造成破坏。近红外光谱分析 技术拥有快速、无损、操作简单、成本低的优点，近年来在农作物种子的定量和定性分析领 域有着广泛的应用，取得了很大的成功。
[0003] 近红外光谱检测种子主要有群体分析和单籽粒分析两种方式。在种子质量的检测 和筛选领域，种子的单籽粒无损分析技术更加实用。单籽粒无损分析是评价农作物种子的 重要技术，目前常用的单籽粒无损分析是漫反射光谱分析技术。
[0004] 漫反射光谱分析技术中，分析光源与光谱仪检测端在种子样品同侧方向，分析光 进入种子后反射回来被光谱仪接收，只能采集到种子的表面部分信息。由于种子具有复杂 结构，是非均匀样品，漫反射光谱分析技术分析样品时分析光未能通过籽粒，无法采集籽粒 的整体信息；种子样品摆放位置严重影响光谱质量（称之为分析的位置效应），必然影响分 析结果，并使分析模型无法稳定使用。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述问题，本发明提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的 一种种子单籽粒无损检测方法及系统。
[0006] -方面，本发明提供了一种种子单籽粒无损检测方法，所述方法包括以下步骤：
[0007] S1 :对待检测种子被近红外光源发出的近红外光照射时的第一漫透射光谱进行采 集；
[0008] S2 :对所述第一漫透射光谱按照预设的预处理方式进行预处理；
[0009] S3 :对预处理后的第一漫透射光谱按照预设的特征提取方式进行特征提取，以获 得第一光谱特征；
[0010] S4:根据所述第一光谱特征通过品种模型确定所述待检测种子的品种。
[0011] 其中，步骤S1之前还包括：
[0012] S001 :对不同品种样本种子被所述近红外光源发出的近红外光照射时的第二漫透 射光谱进行采集；
[0013] S002 :对所述第二漫透射光谱按照所述预处理方式进行预处理；
[0014] S003 :对预处理后的第二漫透射光谱按照所述特征提取方式进行特征提取，以获 得第二光谱特征；
[0015] S004 :根据所述第二光谱特征建立所述品种模型。
[0016] 其中，所述第二漫透射光谱包括：胚面光谱和非胚面光谱；
[0017] 步骤S002和步骤S003之间还包括：
[0018] 计算所述第二漫透射光谱中的胚面光谱和非胚面光谱之间的相似度，若所述相似 度低于第一阈值，则对所述近红外光源的参数进行调整，并返回步骤S001。
[0019] 其中，步骤S003和步骤S004之间还包括：
[0020] 计算不同品种的第二光谱特征之间的相对距离，若所述相对距离小于第二阈值， 则对所述预处理方式和/或特征提取方式进行调整，并返回步骤S002。
[0021] 其中，步骤S004中，根据所述第二光谱特征通过支持向量机或仿生模式识别方法 建立所述品种模型。
[0022] 另一方面，本发明还提供了一种种子单籽粒无损检测系统，所述系统包括：
[0023] 第一采集单元，用于对待检测种子被近红外光源发出的近红外光照射时的第一漫 透射光谱进行采集；
[0024] 第一预处理单元，用于对所述第一漫透射光谱按照预设的预处理方式进行预处 理；
[0025] 第一提取单元，用于对预处理后的第一漫透射光谱按照预设的特征提取方式进行 特征提取，以获得第一光谱特征；
[0026] 品种确定单元，用于根据所述第一光谱特征通过品种模型确定所述待检测种子的 品种。
[0027] 其中，所述系统还包括：
[0028] 第二采集单元，用于对不同品种样本种子被所述近红外光源发出的近红外光照射 时的第二漫透射光谱进行采集；
[0029] 第二预处理单元，用于对所述第二漫透射光谱按照所述预处理方式进行预处理；
[0030] 第二提取单元，用于对预处理后的第二漫透射光谱按照所述特征提取方式进行特 征提取，以获得第二光谱特征；
[0031] 模型建立单元，用于根据所述第二光谱特征建立所述品种模型。
[0032] 其中，所述第二漫透射光谱包括：胚面光谱和非胚面光谱；
[0033] 所述系统还包括：
[0034] 第一调整单元，用于计算所述第二漫透射光谱的胚面光谱和非胚面光谱之间的相 似度，若所述相似度低于第一阈值，则对所述近红外光源的参数进行调整。
[0035] 其中，所述系统还包括：
[0036] 第二调整单元，用于计算不同品种的第二光谱特征之间的相对距离，若所述相对 距离小于第二阈值，则对所述预处理方式和/或特征提取方式进行调整。
[0037] 其中，所述模型建立单元根据所述第二光谱特征通过支持向量机或仿生模式识别 方法建立所述品种模型。
[0038] 本发明根据待检测种子的漫透射光谱来确定其品种，由于在测量漫透射光谱时， 近红外光能够通过完整籽粒，故而可采集籽粒的整体信息，并且大幅降低了种子的摆放位 置对光谱质量的影响，提高了检测的稳定性。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明一种实施方式的种子单籽粒无损检测方法的流程图；
[0040] 图2是光谱采集装置的结构示意图；
[0041] 图3a是米用漫反射光谱分析京玉16时的空间分布不意图；
[0042] 图3b是米用漫透射光谱分析京玉16时的空间分布不意图；
[0043] 图4a是采用漫反射光谱分析农华101时的主成分分析结果示意图；
[0044] 图4b是采用漫透射光谱分析农华101时的主成分分析结构示意图；
[0045] 图5是本发明一种实施方式的种子单籽粒无损检测系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0047] 图1是本发明一种实施方式的种子单籽粒无损检测方法的流程图；参照图1，所述 方法包括以下步骤：
[0048] S1 :对待检测种子被近红外光源发出的近红外光照射时的第一漫透射光谱进行采 集；
[0049] 需要说明的是，本步骤中，采用如图2所述的光谱采集装置。由于籽粒的截面积较 小，且"成分浓度"极高，为了使分析光穿透种子，让光谱仪获得足够强的光谱信号，故而采 用外置高强近红外光源。为了避免高强度分析光直接进入光谱仪的检测器，在分析光源的 出光口处增加光的中性衰减片，中性衰减片可以手动或自动进入光路。测定样品时中性衰 减片退出光路。
[0050] 在获得种子的漫透射光谱时，需要将种子放置在光阑上；光阑为圆形，直径相当于 或略小于籽粒的宽度，光阑的形状也可以按照样品籽粒的形状确定。光阑保证分析光包含 的样品特征信息为最高，且避免未通过样品（不承载样品特征信息）的分析光直接进入光 谱仪检测器，对分析造成影响。
[0051] 通过带有线性滤光片的光谱仪检测器采集漫透射光谱，并将所述漫透射光谱进行 存储。
[0052] S2 :对所述第一漫透射光谱按照预设的预处理方式进行预处理；
[0053] 需要说明的是，由于原始光谱会受到仪器状态、环境的影响，含有噪声信息，需要 用预处理方法对数据进行预处理。本步骤中，所述预设的预处理方式包括：通过一阶差分导 数（First Derivative，FD)和矢量归一化（Vector Normalization，VN)处理漫透射光谱， 所述FD中差分宽度为9。
[0054] S3 :对预处理后的第一漫透射光谱按照预设的特征提取方式进行特征提取，以获 得第一光谱特征；
[0055] S4:根据所述第一光谱特征通过品种模型确定所述待检测种子的品种。
[0056] 由于本实施方式要解决的问题是检测所述待检测种子为杂交或母本的种子，属于 分类问题。
[0057] 本实施方式根据待检测种子的漫透射光谱来确定其品种，由于在测量漫透射光谱 时，近红外光能够通过完整籽粒，故而可采集籽粒的整体信息，并且大幅降低了种子的摆放 位置对光谱质量的影响，提高了检测的稳定性。
[0058] 为便于建立所述品种模型，可选地，步骤S1之前还包括：
[0059] S001 :对不同品种样本种子被所述近红外光源发出的近红外光照射时的第二漫透 射光谱进行采集；
[0060] S002 :对所述第二漫透射光谱按照所述预处理方式进行预处理；
[0061] S003 :对预处理后的第二漫透射光谱按照所述特征提取方式进行特征提取，以获 得第二光谱特征；
[0062] S004 :根据所述第二光谱特征建立所述品种模型。