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叶片含水率推扫式高光谱成像去条纹标定法优化

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农业机械学报 2022年第2期53卷 212-220页

作者：赵茂程陈加新邢晓阳汪希伟顾越李忠南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京林业大学机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心南京210037

由推扫式高光谱成像系统所采集的图像中会出现特有的条纹噪声,这些噪声会穿过化学计量学模型,最终出现在反映被测指标空间分布情况的可视化预测图中,干扰其空间特征的呈现及解读。以银杏叶含水率为例,基于偏最小二乘回归(PLSR)预测模型... 详细信息

由推扫式高光谱成像系统所采集的图像中会出现特有的条纹噪声,这些噪声会穿过化学计量学模型,最终出现在反映被测指标空间分布情况的可视化预测图中,干扰其空间特征的呈现及解读。以银杏叶含水率为例,基于偏最小二乘回归(PLSR)预测模型,将经去条纹标定法处理后的图像分别与原始图像及经传统均值滤波增强后的图像进行比较,研究去条纹标定法对化学计量学指标空间分布预测的改进作用。去条纹标定法和传统均值滤波增强不会对感兴趣区域均值PLSR预测模型决定系数R^(2)_(P)产生明显影响,其随主成分数增加,呈先增后减趋势,当主成分数为10时R^(2)_(P)均达到最大,且预测准度相当。将化学计量学模型应用到像素光谱,进行指标空间分布预测时,随主成分数由6增至10,模型的波段增益系数逐渐增大,导致化学计量学可视化图像中条纹噪声逐渐增加:在由原始图像或经传统均值滤波增强图像得到的含水率可视化图像中,条纹噪声逐渐增加,甚至完全湮没叶面内部含水率空间分布信息;而去条纹标定法能够明显抑制本征条纹噪声,即使当主成分数增加到8时(R^(2)_(P)为0.88),含水率可视化图像仍然几乎不见条纹干扰,在叶面空间分布的细节特征依旧清晰可辨,显著提升对含水率空间分布的预测效果。比较研究表明,去条纹标定法明显抑制推扫式高光谱成像系统本征条纹噪声,能够提高靶向指标空间分布的可视化精度;在保留空间细节免受条纹干扰的情况下,得以采用波段增益系数更大的预测模型,从而提高指标空间分布的可视化预测准度。

关键词：银杏叶含水率可视化去条纹标定法推扫式高光谱成像

基于光谱成像的猪肉新鲜度空间分布预测评价方法

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农业机械学报 2022年第3期53卷 412-422页

作者：赵茂程吴泽本汪希伟邢晓阳陈加新唐于维一南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京林业大学机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心南京210037

新鲜度指标在像素位置缺乏微观参考值,因此将基于均值光谱的化学计量学模型应用到像素光谱时,无法对指标空间分布预测质量进行直接评价。提出了基于准度和精度的评价方法,以兴趣区域内各像素位置微观预测值的统计均值相对于理化检测值... 详细信息

新鲜度指标在像素位置缺乏微观参考值,因此将基于均值光谱的化学计量学模型应用到像素光谱时,无法对指标空间分布预测质量进行直接评价。提出了基于准度和精度的评价方法,以兴趣区域内各像素位置微观预测值的统计均值相对于理化检测值的决定系数和均方根误差作为准度评价指标;根据新鲜度指标的理论允许范围,以TVB-N微观预测值小于零的像素点在兴趣区域内所占比值作为精度评价指标。基于偏最小二乘回归,在可见近红外波段(550~970 nm),分别对全波段、利用连续投影算法精选的20个和6个特征波段建立新鲜度预测模型;采用5种不同带宽的光谱滤波,将滤波前后光谱所得指标空间分布预测结果进行比较。研究表明:经不同光谱预处理及化学计量学模型所得指标空间分布预测结果存在显著差异。尽管光谱均值滤波后像素光谱质量仍低于均值光谱,但指标空间分布预测准度恒等于预测模型本身;指标空间分布预测精度明显受到像素光谱质量及预测模型波段增益值的共同影响,前者占主导作用(R=0.72)。因此,本文的评价方法能够对基于光谱成像的化学计量学指标空间分布预测质量进行评价;利用线性化学计量学算法进行指标空间分布预测准度不会下降;在实践中,可以通过提高像素光谱信噪比和限制模型波段增益提高预测的精度。

关键词：猪肉新鲜度空间分布预测评价高光谱图像

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基于高光谱成像的青梅酸度检测方法

农业机械学报 2017年第9期48卷 318-323页

作者：赵茂程杨君荣陆丹丹曹瑾陈一鸣南京林业大学机械电子工程学院南京210037 机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心南京210037

针对传统理化分析的青梅酸度检测方法破坏性大、耗时长、无法实现在线检测的不足,对基于高光谱成像技术的青梅酸度快速无损检测方法进行研究。采集了487个青梅样本在550~1 000 nm波段内的高光谱图像,经过光谱相对反射率校正和6种不同滤... 详细信息

针对传统理化分析的青梅酸度检测方法破坏性大、耗时长、无法实现在线检测的不足,对基于高光谱成像技术的青梅酸度快速无损检测方法进行研究。采集了487个青梅样本在550~1 000 nm波段内的高光谱图像,经过光谱相对反射率校正和6种不同滤波后,分别利用连续投影算法(SPA)、遗传算法(GA)以及连续投影结合遗传算法(SPA+GA)3种光谱降维方法,提取了反映青梅内部酸度信息的特征波长,并建立波长与青梅p H值的偏最小二乘(PLS)预测模型,研究不同滤波和不同降维方法下的预测精度。研究结果表明:同一预测模型,Savitzky-Golay(S-G)平滑滤波预测精度最高;相比SPA或GA单一算法降维,经5点S-G平滑滤波后SPA+GA光谱降维的方法,可显著降低模型复杂度,提高模型预测精度,预测集的均方根误差为0.070 6,相关系数为0.792 5。

关键词：青梅酸度高光谱图像遗传算法连续投影法特征降维

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竹集成材钉连接顺纹向的抗剪性能

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第6期49卷 121-126页

作者：陈国吴静谈闯于云飞南京林业大学机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心江苏南京210037 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

为研究竹集成材(LBL)钉节点顺纹向受力时的承载性能、变形特性和破坏机理,对125个钉节点双面剪切试件进行了单调静力加载破坏性试验,研究参数包括钉直径、列数和行数.试件的破坏主要有钉帽下部的竹材局部压屈、销槽承压破坏、双铰破坏及... 详细信息

为研究竹集成材(LBL)钉节点顺纹向受力时的承载性能、变形特性和破坏机理,对125个钉节点双面剪切试件进行了单调静力加载破坏性试验,研究参数包括钉直径、列数和行数.试件的破坏主要有钉帽下部的竹材局部压屈、销槽承压破坏、双铰破坏及LBL劈裂破坏.钉节点的抗剪承载力随钉子直径、列数和排数的增加而增大,但群钉节点的承载力明显小于单钉节点的承载力之和.提出并验证了群钉节点的有效钉子数量和销槽承压有效长度系数计算公式,对比分析了4种常见的屈服点确定方法,结果表明5%钉直径偏移法更适合预测LBL钉节点的屈服荷载.

关键词：竹集成材钉节点抗剪性能有效钉子数销槽承压有效长度系数屈服点

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沥青玛蹄脂碎石混合料抗油蚀性能试验研究

建筑材料学报 2020年第3期23卷 664-670页

作者：李强马翔李珂赵康南京林业大学土木工程学院江苏南京210037 机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心江苏南京210037

采用室内性能试验,对5种沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料的抗油蚀性能进行了评价,分析了沥青类型、抗油蚀剂掺量、浸油时间等因素对其力学性能和路用性能的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶转换红外光谱(FTIR)研究了沥青油蚀的作用机理... 详细信息

采用室内性能试验,对5种沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料的抗油蚀性能进行了评价,分析了沥青类型、抗油蚀剂掺量、浸油时间等因素对其力学性能和路用性能的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶转换红外光谱(FTIR)研究了沥青油蚀的作用机理.结果表明:发生油蚀破坏后,普通沥青混合料各项性能的下降幅度最大;SBS改性沥青混合料在短时间内具有一定的“油蚀保护”作用,但是经过长时间油蚀后,其保护作用逐渐失效;掺加抗油蚀剂的沥青混合料能够一直保持足够的力学性能和路用性能,其抗油蚀剂最佳掺量为沥青混合料质量的0.4%;浸油后抗油蚀沥青混合料表面呈现薄层状平面结构,沥青膜裹附完整,表现出良好的黏附性和整体性;掺加抗油蚀剂可以有效地避免沥青成分中强极性芳香族化合物的油蚀损失.

关键词：道路工程沥青玛蹄脂碎石浊度路用性能油蚀机理

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基于节点优简算法的实木板材自动搬运系统

计算机集成制造系统 2020年第9期26卷 2522-2530页

作者：陈甲伟刘英於亚斌杨雨图王德镇南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心江苏南京210037

为推进实木板材加工生产企业向智能工厂转型,解决企业中各个生产线之间物料衔接人工耗费成本高的问题,设计了一种基于节点优简算法的实木板材自动搬运系统。首先对系统的设计需求进行分析,对传统生产线进行智能化升级,并以工厂实际环境... 详细信息

为推进实木板材加工生产企业向智能工厂转型,解决企业中各个生产线之间物料衔接人工耗费成本高的问题,设计了一种基于节点优简算法的实木板材自动搬运系统。首先对系统的设计需求进行分析,对传统生产线进行智能化升级,并以工厂实际环境为基础,规划了系统环境布局。其次对系统软件进行开发,包括设计二维码导引系统,计算出无人导航小车任意位置表达式;建立栅格地图;基于节点优简算法进行路径规划,通过减少计算节点和转弯次数,算法效率相较于传统路径规划算法得到提升;制定自动导航小车(AGV)协同运作规则,解决多自动导引小车冲突问题,最终确保了系统智能高效地运行。采用C编写软件,在实现实木板材智能化生产的同时,有效降低了人工成本,提高了实木板材加工企业的生产效益。

关键词：实木板材生产线自动导航小车路径规划任务调度

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基于低场核磁成像的银杏胚检测及分类

农业工程学报 2022年第6期38卷 293-301页

作者：范凯旋顾盛汪希伟赵茂程汪贵斌李忠南京林业大学机械电子工程学院南京210037 泰州学院泰州225300 南京林业大学林学院南京210037 南京林业大学机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心南京210037

银杏胚的有无及发育状况直接影响播种后的发芽率,而这些无法人工检测。该研究基于低场核磁共振成像(Low-field Magnetic Resonance Imaging,LF-MRI)技术,结合深度学习,探索研究银杏种子内部缺陷检测方法。设计了一种基于改进的VGG-16迁... 详细信息

银杏胚的有无及发育状况直接影响播种后的发芽率,而这些无法人工检测。该研究基于低场核磁共振成像(Low-field Magnetic Resonance Imaging,LF-MRI)技术,结合深度学习,探索研究银杏种子内部缺陷检测方法。设计了一种基于改进的VGG-16迁移学习图像分类方法,在利用VGG-16卷积层对数据集进行迁移学习时,对模型的学习率、模型结构和归一化3个方面进行改进,比较研究调整初始学习率与更新周期、将全连接层替换为全局卷积层或全局平均池化层并扩展8种微调模型、添加3种归一化层对模型性能的影响。结果表明,全局平均池化层调用方便,能够替代全连接层融合深度特征,提升模型性能;分类输出层置于全局平均池化层后的分类效果较好;组归一化能提升模型性能,并使验证曲线收敛更稳定;学习率对迁移学习模型性能影响极大,使用分段常数衰减策略针对具体应用可有效提高模型性能。相比较VGG-16,该研究构建的基于VGG-Net的银杏种子MR图像识别模型(Ginkgo seed low-field MR images recognition model based on VGG-Net,GV)大小降低89%,参数量降低89%,训练时间减少64%,训练集与验证集损失分别降低64%与45%、准确率分别提高2.4与2.5个百分点,对正常、孔洞、有胚和无胚4个类别的银杏种子平均分类准确率达到97.40%。研究结果为无损监测银杏种子萌发过程、合理预测种子播种后的发芽率提供了思路。

关键词：无损检测图像处理银杏种子低场核磁共振成像(LF-MRI) 迁移学习 VGG-16 内部品质分类

银杏种子萌发过程低场核磁T2反演谱解译初探

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农业工程学报 2020年第15期36卷 317-324页

作者：赵茂程顾盛汪希伟汪贵斌李忠南京林业大学机械电子工程学院南京210037 泰州学院泰州225300 南京林业大学林学院南京210037 南京林业大学机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心南京210037

随着科学技术的发展,低场核磁共振(Low Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR)横向弛豫时间(Transverse Relaxation Time, T_2)反演谱检测技术越来越多的被应用于农业,但当前对T_2反演谱的解译尚停留在水分相态分布层面。为探索从... 详细信息

随着科学技术的发展,低场核磁共振(Low Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR)横向弛豫时间(Transverse Relaxation Time, T_2)反演谱检测技术越来越多的被应用于农业,但当前对T_2反演谱的解译尚停留在水分相态分布层面。为探索从物质成分角度对种子T_2反演谱进行解译的新方法,该研究以银杏种子为对象,利用低场核磁共振技术检测并对比银杏鲜种、种子粉末及其主要成分试样的T_2反演谱,分析各信号峰的形成机理,并以此为依据对其在种子萌发过程中的变化进行解译。研究结果表明:淀粉与蛋白质混合试样T_2反演谱的峰T_(21)、T_(22)、T_(23)以及淀粉与油脂混合试样的峰T_(24)在峰顶时间上和种子粉末试样相对应信号峰完全一致;在物质成分及配比完全相同的情况下,种子粉末试样T_2反演谱的峰T_(21)~T24的峰顶时间较鲜种分别相差12.98%、32.21%、13.02%、0%,T_(21)、T_(22)峰比例较鲜种分别偏少41.72%、29.33%,T_(23)峰比例偏多92.26%,T_(24)峰比例偏少91.71%,说明种子组织结构会对其内部水分的弛豫时间和相态分布比例造成一定影响。仅从物质成分角度考虑,种子内水分的弛豫时间主要在淀粉、蛋白质的影响下表现为T_(21)、T_(22)、T_(23),在淀粉和油脂的影响下表现为T_(24)。由此认为峰T_(21)、T_(22)主要为吸附在淀粉和蛋白质上相态不同的结合水的信号,峰T_(23)为主要被淀粉和蛋白质束缚后产生的半结合水的信号,峰T_(24)主要为种子中自由水的信号(少量源自油脂)。此外,种子即将裂壳时将形成T_(2a)(峰顶时间在10 ms左右)、T_(2b)(峰顶时间>1 000 ms)2个新信号峰,可作为预示种子萌发状态即将发生重要变化的"预兆峰"。提出的从化学组分及核磁检测原理角度对银杏种子萌发过程T_2反演谱进行解译的新途径,可为基于LF-NMR方法对种子萌发过程中化学组分变化进行活体分析提供参考。

关键词：核磁共振种子水分 T2反演谱解译萌发过程

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竹集成材-定向刨花板钉连接力学性能

林业工程学报 2023年第2期8卷 75-81页

作者：陈国王畅吴静张恩浩吴迪南京林业大学土木工程学院南京210037 南京林业大学机电产品包装生物质材料国家地方联合工程研究中心南京210037

竹木组合剪力墙是一种以竹集成材(laminated bamboo lumber, LBL)为墙骨柱、定向刨花板(oriented strand board, OSB)为覆面板,两者通过铁钉连接而成的抗侧力构件。风荷载和地震作用下竹木剪力墙的破坏往往始于LBL与OSB间的钉节点失效... 详细信息

竹木组合剪力墙是一种以竹集成材(laminated bamboo lumber, LBL)为墙骨柱、定向刨花板(oriented strand board, OSB)为覆面板,两者通过铁钉连接而成的抗侧力构件。风荷载和地震作用下竹木剪力墙的破坏往往始于LBL与OSB间的钉节点失效。以钉直径d、OSB钉边距a、LBL钉边距b和加载方向为参数,制作并测试了6组共150个LBL-OSB钉节点试件,研究其破坏模式、承载力和变形性能。结果表明:破坏模式与OSB钉边距和LBL钉边距密切相关,主要表现为OSB面板边缘撕裂破坏、钉子“单铰”弯曲破坏、钉子穿透面板和LBL端部剪切破坏。当OSB钉边距或LBL钉边距不满足构造要求时,试件容易发生过早的脆性破坏。OSB和LBL的钉边距最小值为15 mm。极限荷载随着钉直径的增大而增大,横纹试件的承载能力略低于顺纹试件。试件的荷载-位移曲线可大致划分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段,Folz提出的本构模型可以很好地模拟LBL-OSB钉节点的荷载-滑移本构关系。研究成果可为竹木结构剪力墙的设计和有限元分析提供参考。

关键词：竹集成材定向刨花板钉连接力学性能破坏模式荷载-位移关系