使用Videometer多光譜成像和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在線鑒別水稻種子

品種鑒定在水稻生產(chǎn)中起著保證產(chǎn)量和質(zhì)量的重要作用。利用多光譜成像系統(tǒng)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)數(shù)據(jù)分析，研究了快速無損檢測(cè)水稻種子品種的可行性。應(yīng)用偏最小二乘鑒別分析（PLSDA）、主成分分析反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PCA-BPNN）和最小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM）方法對(duì)水稻種子品種進(jìn)行分類。結(jié)果表明，利用多光譜成像技術(shù)可以很容易地顯示水稻種子品種間的明顯差異，并且結(jié)合光譜和形態(tài)特征數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)良好的分類。在LS-SVM模型的驗(yàn)證集中，分類準(zhǔn)確率高達(dá)94%，優(yōu)于PLSDA（62%）和PCA-BPNN（84%）模型。
 

圖1.多光譜成像系統(tǒng)的主要設(shè)置

圖2顯示了不同品種水稻種子的分割圖像。如圖2所示，不同品種的水稻種子在形態(tài)上存在明顯差異。因此，利用VideometerLab軟件提取了所有水稻種子樣品的形態(tài)特征。
 

圖2.五種水稻種子的分割圖像：FD2 (a)、QXY512 (b)、HXD3 (c)、QXY822 (d) 和 WKJ11 (e)

圖3顯示了整個(gè)數(shù)據(jù)集的每個(gè)品種的水稻種子樣品的平均反射光譜。在405-970nm范圍內(nèi)收集光譜，包括 NIR 區(qū)域的可見光和較低波長。不同品種水稻種子樣品的光譜反射曲線平滑，在整個(gè)波長范圍內(nèi)具有相同的趨勢(shì)。然而，光譜上仍存在一些差異，這可能反映了這五個(gè)品種的水稻種子不同的理化成分�？梢姽夥秶�的差異可能是由于樣品的顏色，而NIR區(qū)域的差異可能是由于這五個(gè)品種的水稻種子之間的化學(xué)差異。因此，光譜差異可用于品種分類。光譜特征數(shù)據(jù)和組合光譜和形態(tài)特征數(shù)據(jù)用于分析。
 

圖3.五種水稻種子多光譜圖像的平均光譜

Videometer Lab4多光譜種子表型成像系統(tǒng)是丹麥理工大學(xué)與丹麥Videometer公司開發(fā)，是用于種子研究先進(jìn)的多光譜表型成像設(shè)備，典型客戶為ISTA國際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)、ESTA歐洲種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)、John Innes Centre、LGC化學(xué)家集團(tuán)、奧胡斯大學(xué)等等，利用該系統(tǒng)發(fā)表的文章已經(jīng)超過300篇。
 

Videometer種子表型表型成像系統(tǒng)可測(cè)量種子如尺寸、顏色、形狀等，間接測(cè)定種子參數(shù)如種子純度、發(fā)芽百分比、發(fā)芽率、種子健康度、種子成熟度、中壽命等。種子活力綜合種子活力是種子發(fā)芽和出苗率、幼苗生長的潛勢(shì)、植株抗逆能力和生產(chǎn)潛力的總和（發(fā)芽和出苗期間的活性水平與行為），是種子品質(zhì)的重要指標(biāo)，具體包括吸漲后旺盛的代謝強(qiáng)度、出苗能力、抗逆性、發(fā)芽速度及同步性、幼苗發(fā)育與產(chǎn)量潛力。種子活力是植物的重要表型特征，傳統(tǒng)檢測(cè)方法包括低溫測(cè)試、高溫加速衰老測(cè)試、幼苗生長測(cè)定等。
 

該系統(tǒng)也可以對(duì)細(xì)菌、蟲卵、真菌等進(jìn)行高通量成像測(cè)量，進(jìn)行病理學(xué)、毒理學(xué)或其它研究。對(duì)于擬南芥等冠層平展的植物，可以進(jìn)行自動(dòng)的葉片計(jì)數(shù)等。



北京博普特科技有限公司是丹麥Videometer系列產(chǎn)品中國區(qū)總代理，全面負(fù)責(zé)其系列產(chǎn)品在中國市場(chǎng)的推廣、銷售和售后服務(wù)。