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苹果轻微机械损伤高光谱无损检测Stacking集成学习模型构建

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光谱学与光谱分析 2023年第7期43卷 2272-2277页

作者：张悦李扬宋月鹏山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室山东泰安271018

为了无损伤地检测苹果轻微机械损伤,以我国最为常见的富士苹果为研究对象,利用高光谱成像技术,采集了完好、刚损伤及损伤后1、3、6和24 h的样品光谱信息。采用竞争性自适应重加权算法与连续投影算法分别提取苹果高光谱数据的特征波长,... 详细信息

为了无损伤地检测苹果轻微机械损伤,以我国最为常见的富士苹果为研究对象,利用高光谱成像技术,采集了完好、刚损伤及损伤后1、3、6和24 h的样品光谱信息。采用竞争性自适应重加权算法与连续投影算法分别提取苹果高光谱数据的特征波长,并使用最小噪声分离变换方法对所选特征波长图像进行数据压缩,用以后续研究。采用随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、光谱角算法(SAM)作为第一层训练器,以逻辑回归算法(Logistic)作为第二层训练器,建立了新的Stacking模型,以提取苹果的轻微损伤区域。通过建立训练集、预测集并与第一层训练器中三个单一算法对比的方式,对其性能进行评估,结果表明:(1)损伤果品的分类检测,Stacking模型对于损伤的样本,检测正确率达到了100%,对于完好样本检测正确率为96.67%,整体检测正确率为99.4%,表明该模型能有效地适用于不同损伤程度的苹果损伤分类检测。(2)损伤区域的检测,Stacking模型与其他三种单一的算法进行对比发现,对于刚出现损伤的果品,支持向量机算法以及光谱角算法的分类精度较差,均低于60%,随机森林算法分类精度相对较好达到了75%以上,而Stacking模型分类精度对损伤和未损伤果品区域的分类精度分别达到了90.2%与92.3%;对于损伤1~6 h的果品,Stacking模型的分类精度对于两种果品区域的分类精度均达到了92%以上,明显优于其他分类模型;对于损伤24 h的果品,4种模型差距不大均具有比较良好的分类效果,均达到97%以上的分类精度,表明Stacking模型能相对准确地提取苹果轻微损伤区域,对高光谱的果品损伤研究具有较高的参考价值。

关键词： Stacking 高光谱苹果机械损伤无损检测

低温冷冻和机械损伤条件下马铃薯高光谱图像特征响应特性研究

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光谱学与光谱分析 2019年第11期39卷 3571-3578页

作者：邹志勇吴向伟陈永明别云波王粒林萍四川农业大学机电学院四川雅安625014 盐城工学院电气工程学院江苏盐城224051

开展了低温冷冻和机械损伤条件下马铃薯高光谱图像特征响应特性研究。采用卓立汉光公司Image~λ“谱像”系列高光谱相机获取完好的、低温冷冻和机械损伤条件下的光谱波段范围为387~1 035nm的马铃薯高光谱图像;截取校正后的像素尺寸大小... 详细信息

开展了低温冷冻和机械损伤条件下马铃薯高光谱图像特征响应特性研究。采用卓立汉光公司Image~λ“谱像”系列高光谱相机获取完好的、低温冷冻和机械损伤条件下的光谱波段范围为387~1 035nm的马铃薯高光谱图像;截取校正后的像素尺寸大小为60×60的马铃薯高光谱中部完好的图像并计算该区域平均反射率值;冻伤的马铃薯样本的反射光谱曲线在440,560和680nm附近有明显吸收峰;机械损伤样本在560和680nm附近有明显吸收峰,在680nm附近吸收峰谷值明显低于冻伤样本;完好的马铃薯样本反射光谱曲线相对较为平滑,在560和680nm附近未见明显吸收峰;撞伤样本在440,560和680nm附近存在吸收峰,而在410nm附近有一个明显的反射峰。四类马铃薯样本的反射光谱曲线特征峰值表现出一定的指纹特性,因而可以被用于后续品质特征检测分析使用。由于仪器或检测环境、光照强弱等因素影响,光谱数据中掺杂噪声,因此采用化学计量学预处理方法消除噪声的影响;随机选取70%的马铃薯四类样本的反射光谱作为训练数据,剩余的30%作为测试集;接着,利用极端梯度提升算法、类型提升算法和轻量梯度提升机算法来获取马铃薯高光谱图像的有效特征波谱,减少高维海量高光谱数据对后续品质分类模型的影响;最后,将提取到的有效特征波长构建马铃薯品质判别模型。在建立的分类模型中,使用的轻量梯度提升机+逻辑斯蒂回归达到最高的判别精度98.86%。该研究为将来高光谱图像成像技术在现代农业生产加工过程中马铃薯品质有效监测与控制提供理论基础和技术支撑。

关键词：马铃薯品质高光谱低温冷冻机械损伤

机械手不同抓取控制方式对番茄机械损伤的影响分析

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农业机械学报 2017年第11期48卷 21-27页

作者：周俊孟一猛张娜严正红南京农业大学江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031

为了分析机械手不同抓取控制方式对番茄造成的机械损伤。通过Burgers粘弹性模型描述番茄的变形特征,利用蠕变实验获得番茄样本的粘弹性参数。选择匀减速、先匀速后减速以及变减速作为3种典型的抓取控制方式,并利用一次函数、巴特沃斯幅... 详细信息

为了分析机械手不同抓取控制方式对番茄造成的机械损伤。通过Burgers粘弹性模型描述番茄的变形特征,利用蠕变实验获得番茄样本的粘弹性参数。选择匀减速、先匀速后减速以及变减速作为3种典型的抓取控制方式,并利用一次函数、巴特沃斯幅度平方函数和指数函数3种函数曲线描述末端执行器实际抓取过程中不同抓取控制方式的速度变化。在此基础上,对番茄塑性变形进行求解,分析在抓取时间一定时,不同抓取控制方式下番茄的塑性变形规律,并以最小塑性变形为依据,确定最优的抓取策略。结果表明:抓取控制方式3为最优抓取控制方式,当抓取速度v0=1 mm/s,抓取时间t0=1 s时,产生的最小塑性变形最小,红熟前期和红熟中期番茄的最小塑性变形分别为0.002 6 mm和0.009 8 mm。以抓取控制方式3进行抓取控制实验,实验数据和理论数据的吻合度较高,决定系数R2为0.99,验证了抓取控制方式3作为最优抓取控制方式的合理性和可行性,为优化机械手抓取过程提供了参考。

关键词：番茄采摘机械手抓取控制方式机械损伤

机械损伤处理杉木无性系萌蘖及内源激素含量差异

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第2期45卷 153-158页

作者：张吉玲李明阳李勇刘丽费裕翀曹光球福建农林大学林学院福建福州350002 福建农林大学植物保护学院福建福州350002 福建省洋口国有林场福建顺昌353200 国家林业和草原局杉木工程技术研究中心福建福州350002

【目的】通过分析机械损伤对不同繁殖方式杉木无性系萌蘖能力的影响,并从内源激素代谢角度阐述其萌蘖机理。【方法】以具有不同萌蘖能力的杉木020扦插苗和020组培苗为试验材料,采用盆栽试验,在分析基部损伤和去顶处理对杉木无性系萌蘖... 详细信息

【目的】通过分析机械损伤对不同繁殖方式杉木无性系萌蘖能力的影响,并从内源激素代谢角度阐述其萌蘖机理。【方法】以具有不同萌蘖能力的杉木020扦插苗和020组培苗为试验材料,采用盆栽试验,在分析基部损伤和去顶处理对杉木无性系萌蘖能力影响的基础上,应用酶联免疫吸附法(ELISA)进一步测定了杉木无性系萌蘖高峰期枝叶、基部韧皮部、根尖等不同器官吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)及细胞分裂素(CTK)含量差异,并采用Pearson法分析萌蘖能力与内源激素含量间的相关性。【结果】杉木萌蘖数随着培养时间的延长而增加,去顶和基部损伤处理杉木020扦插苗和020组培苗无性系萌蘖高峰期均为7月,去顶处理杉木无性系萌蘖能力显著高于基部损伤处理,且差异达到显著水平(P损伤处理有利于韧皮部及根尖CTK的积累。【结论】机械损伤条件下,杉木根尖和枝叶中的IAA、ABA和GA3内源激素含量较高。杉木无性系萌蘖数与机械损伤不同处理呈显著正相关;萌蘖数与GA3含量呈显著正相关,与IAA、ABA含量呈显著负相关。

关键词：杉木无性系机械损伤萌蘖内源激素

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机械损伤对糙皮侧耳原基形成的影响

菌物学报 2021年第5期40卷 1170-1179页

作者：戚元成马琳张瑞霞文晴申进文河南农业大学生命科学学院河南郑州450002

原基期是糙皮侧耳Pleurotus ostreatus发育进程的关键时期。本研究以糙皮侧耳菌株New831为试验材料,通过对糙皮侧耳菌丝机械损伤,探讨机械损伤对糙皮侧耳原基诱发的影响。菌丝满板后,经过机械损伤处理,到原基期每隔4d取样一次,测定了这... 详细信息

原基期是糙皮侧耳Pleurotus ostreatus发育进程的关键时期。本研究以糙皮侧耳菌株New831为试验材料,通过对糙皮侧耳菌丝机械损伤,探讨机械损伤对糙皮侧耳原基诱发的影响。菌丝满板后,经过机械损伤处理,到原基期每隔4d取样一次,测定了这些样品处理组与对照组的活性氧及脂质过氧化水平,并且通过荧光定量分析了***-1、***-2、fst3和fst4基因的表达量。结果表明:机械损伤组和对照组的活性氧水平随时间的增加均呈现"先升后降"的趋势,机械损伤总体提高了活性氧的水平,并且机械损伤导致原基提前形成,表明活性氧水平的提高,可能促进了糙皮侧耳原基形成;荧光定量分析发现糙皮侧耳菌丝机械损伤处理后,***-1、***-2、fst3、fst4基因的表达量均发生变化,这些基因的变化表明它们可能参与调控糙皮侧耳原基形成;***-2和fst3基因在第8天时的显著上调表达可能促进了糙皮侧耳原基形成。研究结果表明机械损伤能够促进糙皮侧耳原基提前形成,这将为进一步研究原基形成过程中机械损伤的作用机制奠定基础。

关键词：糙皮侧耳原基机械损伤活性氧

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机械损伤对脐橙果皮组织结构的影响（英文）

食品科学 2019年第15期40卷 118-126页

作者：邓丽莉崔文静姚世响曾凯芳西南大学食品科学学院重庆400715 西南大学食品贮藏与物流研究中心重庆400715

由于机械损伤可以引起果皮油胞的破损和后续的油胞病症状,其被认为是脐橙果皮油胞病发生的主要原因;然而机械损伤也能促进其他果皮生理病害的发生。受机械损伤后,果皮的生理病害症状更加复杂,不能简单地归结于油胞病的发生。为了更好地... 详细信息

由于机械损伤可以引起果皮油胞的破损和后续的油胞病症状,其被认为是脐橙果皮油胞病发生的主要原因;然而机械损伤也能促进其他果皮生理病害的发生。受机械损伤后,果皮的生理病害症状更加复杂,不能简单地归结于油胞病的发生。为了更好地阐明机械损伤后果皮生理病害的发生和发病进程,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了机械损伤后‘奉节’脐橙果皮生理病害发生进程中的超微结构变化,同时测定果皮果胶、纤维素、木质素等结构物质含量和脂氧合酶活力、超氧阴离子自由基产生速率的变化。结果表明:机械损伤后,脐橙果皮细胞膜完整性受到破坏,黄皮层油胞细胞出现明显降解,进而导致油胞的破裂、橘油的释放以及白皮层和黄皮层的降解。机械损伤处理后,果实果皮脂氧合酶活力和超氧阴离子自由基产生速率在贮藏前期快速增加,果皮原果胶含量急剧下降,贮藏7~11 d,机械损伤果实果皮可溶性果胶含量显著高于对照组果皮(P机械损伤后超微观结构变化的原因提供参考。

关键词：机械损伤 '奉节’脐橙细胞超微结构果皮生理病害油胞

机械损伤对拟南芥莲座叶芥子油苷含量和组成的影响

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生态学报 2009年第4期29卷 1647-1654页

作者：田云霞戴绍军陈思学阎秀峰东北林业大学林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室东北林业大学生命科学学院哈尔滨150040 Department of Botany University of Florida Gainesville FL 32611 USA

植物可以利用体内次生代谢产物的变化来抵御昆虫取食和机械损伤。芥子油苷是拟南芥的主要次生代谢产物。通过剪刀剪取叶片(40%面积)对温室培养的拟南芥幼苗莲座叶进行机械损伤处理,观察机械损伤后8个时间点拟南芥叶片中不同种类芥子油... 详细信息

植物可以利用体内次生代谢产物的变化来抵御昆虫取食和机械损伤。芥子油苷是拟南芥的主要次生代谢产物。通过剪刀剪取叶片(40%面积)对温室培养的拟南芥幼苗莲座叶进行机械损伤处理,观察机械损伤后8个时间点拟南芥叶片中不同种类芥子油苷含量和组合模式的变化。结果表明机械损伤后3h叶片中芥子油苷总含量开始明显上升,脂肪族和吲哚族芥子油苷含量在损伤后3h也都显著高于损伤前。在检测到的12种芥子油苷中,4-甲基亚磺酰丁基芥子油苷(4-methylsulphinylbutylGS,4MSOB)的含量最多,占芥子油苷总量的48.5%,并且在损伤3h后含量增加。4MSOB含量的变化成为影响莲座叶中芥子油苷组合模式的主导因素。其它各种芥子油苷在损伤后不同时间点的变化也存在差异。

关键词：芥子油苷机械损伤拟南芥

机械损伤对人皮肤角质形成细胞氧化应激和前列腺素E2分泌的影响

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上海交通大学学报（医学版） 2011年第7期31卷 905-908页

作者：傅秀军石有振方勇姚敏王莹上海交通大学医学院附属第三人民医院烧伤整形科创伤医学研究所上海201900

目的探讨机械损伤对人皮肤角质形成细胞前列腺素E2(PGE2)分泌的影响及其可能的机制。方法将体外培养的人皮肤角质形成细胞(HaCaT)分为损伤组、NADPH氧化酶(NOX)抑制剂氯化二亚苯基碘鎓(DPI)预处理组和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)预处理... 详细信息

目的探讨机械损伤对人皮肤角质形成细胞前列腺素E2(PGE2)分泌的影响及其可能的机制。方法将体外培养的人皮肤角质形成细胞(HaCaT)分为损伤组、NADPH氧化酶(NOX)抑制剂氯化二亚苯基碘鎓(DPI)预处理组和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)预处理组,三组细胞经划痕法建立体外机械损伤细胞模型,以未建模的HaCaT细胞作为对照组。于建模后不同时点收集损伤组、DPI预处理组和对照组的细胞及各组细胞的培养上清液,分别采用荧光探针技术和化学发光法测定细胞内活性氧(ROS)的生成和NOX活性,以酶联免疫吸附试验检测各组细胞培养上清液中前列腺素E2(PGE2)的质量浓度。结果建模后各时点,损伤组和DPI预处理组细胞内ROS生成和NOX活性均显著高于对照组(P损伤组(P损伤组、DPI预处理组和NAC预处理组均显著高于对照组(P损伤组(P机械损伤后人皮肤角质形成细胞的PGE2分泌量增加,其机制可能与细胞内ROS生成增加和NOX活性升高所介导的氧化应激有关。

关键词：人皮肤角质形成细胞机械损伤氧化应激前列腺素E2

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局部按压对不同成熟度番茄机械损伤的影响

农业工程学报 2021年第11期37卷 292-298页

作者：章永年张任飞孙晔郑恩来孙国祥汪小旵南京农业大学工学院南京210031

为了探究局部按压对白熟期、转色期、粉红期番茄机械损伤的影响规律,该研究采用水果硬度计对番茄进行按压,并用扫描电镜观察按压处番茄组织微观结构变化,以腐烂、褶皱、有压痕、无压痕4个损伤等级和损伤显象天数作为评价标准,通过按压试... 详细信息

为了探究局部按压对白熟期、转色期、粉红期番茄机械损伤的影响规律,该研究采用水果硬度计对番茄进行按压,并用扫描电镜观察按压处番茄组织微观结构变化,以腐烂、褶皱、有压痕、无压痕4个损伤等级和损伤显象天数作为评价标准,通过按压试验,分析局部按压压强对各级损伤的影响规律,得到不同成熟度番茄各损伤等级的压强分布区间,建立番茄局部机械损伤评估分类模型。最后,通过三指电爪进行了抓取试验。结果表明:1)各成熟度番茄的损伤程度随按压压强和成熟度升高而增大;2)各成熟度番茄的显象天数随成熟度升高而减小,腐烂天数与按压压强相关性很小,褶皱天数随按压压强升高而减小;3)以中位数作为代表压强,一级损伤代表压强按成熟度由低到高依次为:366、355、337 kPa,比二级损伤代表压强265,245,225 kPa均提高了30%左右;出现三级损伤的代表压强按成熟度由低到高依次为:165,115,90 kPa;腐烂天数范围为3~7 d,相较于褶皱天数范围7~17 d提前了50%左右,抓取试验结果与评估分类模型吻合度均大于等于95%,验证了损伤评估分类模型的正确性。研究结果可为番茄多指采摘机械手的设计与开发提供参考。

关键词：果实压力番茄机械损伤局部按压成熟度损伤分级