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双孢菇柔性仿形采摘末端执行器设计与试验

农业机械学报 2023年第1期54卷 104-115页

作者：姬江涛李梦松赵凯旋马淏河南科技大学农业装备工程学院洛阳471003 河南省机械装备先进制造协同创新中心洛阳471003

为解决现有夹持式采摘机械手对双孢菇造成的机械损伤高、采摘损失大等问题,基于颗粒阻塞原理设计了一种双孢菇柔性仿形采摘末端执行器。首先根据双孢菇菇盖外形参数设计柔性仿形吸盘的结构,通过预试验分析末端执行器的关键参数;选定了... 详细信息

为解决现有夹持式采摘机械手对双孢菇造成的机械损伤高、采摘损失大等问题,基于颗粒阻塞原理设计了一种双孢菇柔性仿形采摘末端执行器。首先根据双孢菇菇盖外形参数设计柔性仿形吸盘的结构,通过预试验分析末端执行器的关键参数;选定了吸盘材料和颗粒填充物的种类,通过有限元仿真验证柔性仿形吸盘的仿形能力和吸附效果,并得到柔性仿形吸盘最优的开口直径。为明确吸附负压、双孢菇直径、柔性膜厚度、颗粒直径等因素对吸附力的影响,对所试制的末端执行器进行了拉脱力试验,结果表明拉脱力与吸附负压、双孢菇直径、颗粒直径均呈线性关系,与柔性膜厚度呈非线性关系。当末端执行器中柔性膜厚度为9 mm、颗粒直径为20目的石英时仿形效果最好,并与标准真空吸盘开展了对比试验,试验结果表明同等吸附力柔性仿形吸盘所需负压更低。针对尺寸范围为25~50 mm的双孢菇进行了采摘试验,柔性仿形吸盘的采摘成功率为98.5%,并对采后双孢菇进行了损伤检测,柔性仿形吸盘的采摘损伤率为2.5%。结果表明,所设计的柔性仿形采摘末端执行器具备适应性强、抓取稳定、损伤率低等优点,能够满足双孢菇自动化采摘需求。

关键词：双孢菇采摘末端执行器柔性仿形吸盘

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基于图像分析的双孢菇(白菇)白度测定方法

中国食品学报 2022年第1期22卷 289-297页

作者：姬江涛孙经纬赵凯旋金鑫马淏朱雪峰河南科技大学农业装备工程学院农业工程系河南洛阳471003 河南省机械装备先进制造协同创新中心河南洛阳471003 河南省智能农业装备技术国际联合实验室河南洛阳471003

双孢菇的白度是评价其新鲜度和品质的重要指标。为实现双孢菇白度的准确评价,本文提出一种基于图像分析的双孢菇(白菇)白度测定方法。通过搭建D65标准光源成像系统,构建非线性白度标定模型,实现了图像RGB数值到CIEXYZ三刺激值的转换,采... 详细信息

双孢菇的白度是评价其新鲜度和品质的重要指标。为实现双孢菇白度的准确评价,本文提出一种基于图像分析的双孢菇(白菇)白度测定方法。通过搭建D65标准光源成像系统,构建非线性白度标定模型,实现了图像RGB数值到CIEXYZ三刺激值的转换,采用CIE甘茨白度公式实现白度的准确测定。使用8种灰度等级的色卡结合色度仪对图像系统进行标定,测定不同白度等级的双孢菇。结果表明,图像分析法与色度仪测量结果具有较高的相关性(r=0.99),测量色差ΔEab*<2。对于4组不同白度等级的双孢菇,各组间图像分析结果具有显著差异性(P<0.01)。利用图像分析不同贮藏条件下双孢菇的白度值,发现双孢菇的贮藏时间与白度值之间具有显著相关性,说明图像分析白度值可用于定量评价双孢菇的新鲜度。

关键词：图像分析双孢菇白度新鲜度

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自然光下田间冬小麦分蘖数检测方法研究

农机化研究 2022年第8期44卷 15-20页

作者：张开马淏姬江涛金鑫朱旭河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003 河南省智能农业装备技术国际联合实验室河南洛阳471003

分蘖数是冬小麦产量评估的重要指标,分蘖性状的高通量获取对小麦育种研究及功能基因组鉴定具有重要意义。针对目前小麦分蘖数检测主要依靠人工普查、费时耗力、可重复性差等问题,提出一种基于机器视觉的抽穗期冬小麦分蘖数快速检测方法... 详细信息

分蘖数是冬小麦产量评估的重要指标,分蘖性状的高通量获取对小麦育种研究及功能基因组鉴定具有重要意义。针对目前小麦分蘖数检测主要依靠人工普查、费时耗力、可重复性差等问题,提出一种基于机器视觉的抽穗期冬小麦分蘖数快速检测方法。首先,利用超绿算子与RGB色彩空间下恒定颜色分割,结合形态学操作,获得目标前景区域和边界;然后,使用小波变换Haar特征的线特征检测拓展模板,提取完整植株边缘信息;最后,采用Hough直线检测算法,融合直线角度、长度信息,提取冬小麦分蘖个数。基于已开发的机器视觉设备,采集60幅自然光照条件下抽穗期冬小麦田间图像,经检测发现分蘖数平均识别精度达到93.3%,平均误检率为7.0%,平均漏检率为5.2%。结果表明:该算法可实现在自然光照条件下对抽穗期冬小麦田间图像的分蘖数准确识别,可为自动化、高通量田间信息采集系统设备的研发奠定一定的基础。

关键词：冬小麦分蘖数机器视觉直线检测颜色分割超绿算子 Haar变换

基于改进K-means算法的冬小麦覆盖度提取研究

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中国农业科技导报 2023年第1期25卷 83-91页

作者：赵文昊姬江涛马淏金鑫李雪马海港河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003

为快速、精准地提取冬前分蘖期冬小麦覆盖度,提出了一种基于改进K-means算法的冬小麦覆盖度提取方法。首先将冬小麦图像转换到Lab色彩空间,其次利用蜉蝣算法(Mayfly Algorithm, MA)获取K-means最优初始聚类中心,并用马氏距离代替欧氏距... 详细信息

为快速、精准地提取冬前分蘖期冬小麦覆盖度,提出了一种基于改进K-means算法的冬小麦覆盖度提取方法。首先将冬小麦图像转换到Lab色彩空间,其次利用蜉蝣算法(Mayfly Algorithm, MA)获取K-means最优初始聚类中心,并用马氏距离代替欧氏距离进行算法改进,最后利用分割得到的二值图像计算冬小麦覆盖度。结果显示,该方法的平均分割精度和平均处理时间分别为94.66%和2.03 s,与过绿指数(excess green,EXG)自适应阈值分割和基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)的K-means(PSO-K-means)分割相比,分割精度分别提高了12.04%和4.18%,处理时间分别减少了2.26和2.94 s。该方法分割效果优于EXG和PSO-K-means分割方法,可用于提取冬小麦覆盖度。

关键词：冬小麦覆盖度改进K-means算法 Lab色彩空间蜉蝣算法马氏距离

基于光谱的春季育苗移栽期番茄苗健壮度量化检测

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光谱学与光谱分析 2022年第6期42卷 1741-1748页

作者：姬江涛李鹏阁金鑫马淏李明勇河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003 机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

为了筛选影响春季育苗移栽期番茄穴盘苗健壮程度的关键指标,并实现其快速无损检测,测定了5项秧苗指标,经向量归一化预处理并采用独立性权系数法确定各指标权重,并根据权重结果挑选出包含信息较全面,影响较大的两个指标:叶绿素和干质量... 详细信息

为了筛选影响春季育苗移栽期番茄穴盘苗健壮程度的关键指标,并实现其快速无损检测,测定了5项秧苗指标,经向量归一化预处理并采用独立性权系数法确定各指标权重,并根据权重结果挑选出包含信息较全面,影响较大的两个指标:叶绿素和干质量。两项指标所组成的简化秧苗评价值可以近似表示综合评价值,相关系数r为0.92,大大减少了品质检测所需的指标量,并可以很好的表征春季育苗移栽期番茄苗的健壮度。提取了各穴盘苗的可见-近红外光谱数据,经去噪和多元散射矫正(MSC)预处理,消除了由光散射等带来的光谱干扰信息,相较原始光谱信息更具可利用性。随后采用光谱-理化值共生距离(SPXY)算法对样本集进行划分,利用波段值和评价值两种变量同时计算样本间距离,以最大化表征样本分布,提高样本差异性和代表性。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)和无信息变量消除连续投影算法(UVE-SPA)优选光谱特征波数,降低光谱数据维度,得到了更能体现光谱特征的简化光谱信息,减少了冗余信息对建立模型精准度和分析速度的影响。最后应用偏最小二乘支持向量机(LS-SVM)和基于U-Net模型改造的卷积神经网络(CNN),以预处理后的光谱数据和提取特征波长后的光谱数据分别作为模型的输入,建立了光谱数据与综合评价值的非线性映射模型,并进行对比选优。结果显示:应用UVE-SPA预处理方法筛选出的波段,光谱信息更加丰富有效;两种预处理后的优选波段所建模型回归效果整体优于全波段建立的模型;CNN模型的建模效果整体优于LS-SVM模型,且UVE-SPA-CNN模型对光谱数据和秧苗评价值的回归分析效果最好,其建模集和预测集的相关系数r分别为0.988和0.946,均方根误差RMSE分别为0.085和0.025,为直接利用光谱数据获取融合了多种因素的番茄秧苗评价值,从而判别秧苗健壮度提供了理论依据。

关键词：可见-近红外番茄穴盘苗评价值卷积神经网络

基于Vis-NIR光谱的柑橘叶片黄龙病检测及其光谱特性研究

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光谱学与光谱分析 2014年第10期34卷 2713-2718页

作者：马淏吉海彦 Won Suk Lee 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 Department of Agricultural and Biological Engineering University of Florida

黄龙病作为柑橘类水果最具毁灭性的疾病之一,目前尚无有效的治愈手段,因此疾病预防成为已知的唯一有效方法。基于四种柑橘叶片(健康叶片、黄龙病叶片、铁缺乏叶片及氮缺乏叶片)VIS-NIR的反射光谱详细讨论了黄龙病的辨别方法以及在判别... 详细信息

黄龙病作为柑橘类水果最具毁灭性的疾病之一,目前尚无有效的治愈手段,因此疾病预防成为已知的唯一有效方法。基于四种柑橘叶片(健康叶片、黄龙病叶片、铁缺乏叶片及氮缺乏叶片)VIS-NIR的反射光谱详细讨论了黄龙病的辨别方法以及在判别模型中光谱特征值的提取方法。在两类判别分析的特征值提取方法中,判别值(discriminability)运算的引入,为特征值提取提供了一个可靠依据,判别值越大表明光谱差异性越大。以被选特征值建立的Fisher线性判别分析模型,黄龙病与健康、铁缺乏、氮缺乏叶片的分类判别预测准确率分别都超过了90%,分类效果符合预期。最后,又讨论了分类树(classificationTree)在多类判别中的应用。通过对柑橘叶片原始反射谱,一阶导数谱及被选特征值分别建立分类模型,四种柑橘叶片平均预测准确度都超过88%,尤其是基于特征值的分类结果更是超过94%,验证了在多类判别中检测柑橘黄龙病的可行性及特征值提取的重要性。结合传统分类方法(k-NN,Bayesian)的结果分析,特征值作为输入变量的分类结果明显要优于原始光谱,证实了特征值选取的正确性,并为将来基于光谱特征值开发多光谱成像技术检测黄龙病打下坚实的基础。

关键词：黄龙病判别值 Fisher线性判别分类树近红外光谱

基于高光谱成像技术应用光谱及纹理特征识别柑橘黄龙病（英文）

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光谱学与光谱分析 2016年第7期36卷 2344-2350页

作者：马淏吉海彦 Won Suk Lee 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 河南科技大学农业工程学院河南洛阳471003 Department of Agricultural and Biological Engineering University of FloridaGainesvilleFL32611USA

讨论了基于高光谱成像技术光谱及纹理特征在识别早期柑橘黄龙病中的应用。使用一套近地高光谱成像系统采集了176枚柑橘叶片的高光谱图像作为实验样品,其中健康叶片60枚,黄龙病叶片60枚,缺锌叶片56枚。手工选取每幅叶片高光谱图像的病斑... 详细信息

讨论了基于高光谱成像技术光谱及纹理特征在识别早期柑橘黄龙病中的应用。使用一套近地高光谱成像系统采集了176枚柑橘叶片的高光谱图像作为实验样品,其中健康叶片60枚,黄龙病叶片60枚,缺锌叶片56枚。手工选取每幅叶片高光谱图像的病斑位置作为样品感兴趣区域（regions of interest,ROI）,计算其平均光谱反射率,并以此作为样品的反射光谱,光谱范围为396～1 010nm。样品光谱分别经过主成分分析（PXA）及连续投影算法（SPA）进行数据降维,再结合最小二乘支持向量机（LS-SVM）分类器建立分类模型。相比原始光谱,由PCA选取的前四个主成分及SPA选取的一组最佳波长组合（630.4,679.4,749.4和899.9 nm）建立的模型拥有更好的分类识别能力,其对三类柑橘叶片平均预测准确率分别为89.7%和87.4%。同时,从被选四个波长的每幅灰度图像中提取6个灰度直方图的纹理特征以及9个灰度共生矩阵的纹理特征再次构建分类模型。经SPA优选的10个纹理特征值进一步提高了分类效果,对三类柑橘叶片的识别正确率达到了100%,93.3%和92.9%。实验结果表明,同时包含光谱信息及空间纹理信息的高光谱图像在柑橘黄龙病的识别中显示了很大的潜力。

关键词：柑橘黄龙病高光谱成像分类纹理特征连续投影算法

水分胁迫对温室双孢菇动态发育品质及水分利用效率的影响

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农业工程学报 2021年第6期37卷 205-213页

作者：姬江涛赵向鹏王荣先赵凯旋马淏金鑫河南科技大学农业装备工程学院洛阳471003 河南省机械装备先进制造协同创新中心洛阳471003 洛阳理工学院机械工程学院洛阳471023

为研究基质水分胁迫对双孢菇全育期内菇形的动态发育、产菇品质的影响,确定温室双孢菇适宜、高效的施水方案,以"奥吉1号"品种为试验材料,于2020年8月进行双孢菇全育期基质水分胁迫试验。该试验设置正常T1(基质饱和持水率的80%~90%)、轻... 详细信息

为研究基质水分胁迫对双孢菇全育期内菇形的动态发育、产菇品质的影响,确定温室双孢菇适宜、高效的施水方案,以"奥吉1号"品种为试验材料,于2020年8月进行双孢菇全育期基质水分胁迫试验。该试验设置正常T1(基质饱和持水率的80%~90%)、轻度水分胁迫T2(基质饱和持水率的70%~80%)、中度水分胁迫T3(基质饱和持水率的60%~70%)、重度水分胁迫T4(基质饱和持水率的50%~60%)4种水分处理方案,出菇期测定双孢菇发育动态、单菇品质、区域产菇品质、产量与水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)。结果表明:1)菇盖与菇柄的形态指标、出菇品质与基质含水量呈正相关,菇高受水分胁迫影响不明显。2)盖厚、茎粗、菇高的发育经历逐渐增长、快速增长和缓慢增长3个阶段。在T4水处理下菇厚、茎粗的最大值比T1水处理减少26.1%、24.9%,出菇时间延迟16.5 h(P<0.05)。随着水分胁迫的加剧,菇柄与菇盖的生长速率峰值逐步提前,迅速增长期延长。3)在T2水处理下,双孢菇WUE和产菇数最高,相比T1水处理提高2.3%和9.2%(P<0.05),出菇产量和优质菇率略低于T1水处理。4)双孢菇结菇前期和后期可进行轻度水分胁迫提高WUE,形成耐旱机制。快速发育期内应保持基质充足含水量,以提高双孢菇品质,加快出菇时间。该研究为双孢菇水分精准管理提供理论依据。

关键词：含水率温室水胁迫双孢菇动态发育水分利用效率

智慧教育时代下自动控制原理课程教学模式改革与实践

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农业工程 2023年第9期13卷 123-127页

作者：岳菊梅闫永义张志红任静马淏河南科技大学河南洛阳471003

自动控制原理是一门理论性和工程应用性都较强的课程,是农业电气化专业本科生重要的专业基础课,该课程在教学环节过程中起着承上启下的作用,其教学质量的好坏直接关系后续课程的学习效果。在智慧教育时代下,结合《河南省“十四五”教育... 详细信息

自动控制原理是一门理论性和工程应用性都较强的课程,是农业电气化专业本科生重要的专业基础课,该课程在教学环节过程中起着承上启下的作用,其教学质量的好坏直接关系后续课程的学习效果。在智慧教育时代下,结合《河南省“十四五”教育事业发展规划》和《河南教育现代化2035》,借助新工科和MOOC教学理念和模式,进行教学模式改革与实践探索,提出适合农业电气化专业的教学改革思路。实践证明,新的教学理念和教学模式,可以有效地提高该课程的教学质量,对提高农业电气化专业教学质量和学生专业素质有重要的意义。

关键词：自动控制原理智慧教育教学模式农业电气化