CH716240B1

CH716240B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Klassifizierung und Identifizierung von Saatgut von hybridem Abelmoschus esculentus.

Info

Publication number: CH716240B1
Application number: CH000718/2020A
Authority: CH
Inventors: Zhang Jinnuo; Nie Pengcheng; Feng Xuping; He Yong
Original assignee: Univ Zhejiang
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2023-07-14
Also published as: CH716240B8; WO2020206963A1; CN110174357A; CH716240B9

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, das von dieser Vorrichtung ausgeführt wird, zur Klassifizierung und Identifizierung von Saatgut von hybriden Abelmoschus esculentus (AESs). Die Vorrichtung umfasst einen Arbeitstisch, einen Vorrichtungskörper und einen auf dem Vorrichtungskörper angeordneten Befestigungsmechanismus (17), wobei der Vorrichtungskörper eine an einem Arbeitstisch befestigte feste Sperrklinke (15) und eine bewegliche Sperrklinke (4) enthält, die über einen Gelenkmechanismus an der festen Sperrklinke (15) angelenkt ist; der Befestigungsmechanismus (17) umfasst eine mit der festen Sperrklinke (15) verbundene Basis und einen mit der beweglichen Sperrklinke (4) verbundenen Montageständer; der Montageständer ist mit einer Lichtquelle (1) zum Bestrahlen von hybriden AESs, einer Kamera (2) zum Erfassen von Bildinformationen und einem Spektrometer (3) zum Erhalten von Spektruminformationen der hybriden AESs versehen; und ein Prozessor (10) zum Verarbeiten der Bildinformationen und ein Datenspeicher (12) sind weiter auf dem Vorrichtungskörper angeordnet und der Datenspeicher speichert die Bildinformationen und ein Identifikationsmodell von hybriden AESs. Das tragbare Messgerät kann zerstörungsfreie und Feldmessungen von hybriden AESs in einem Feld oder Labor durchführen. Dadurch wird der Bedarf in der Kreuzungswirtschaft in hohem Maße befriedigt und der Arbeitsaufwand während der Kreuzung reduziert.

Description

TECHNISCHER BEREICH

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, das von dieser Vorrichtung ausgeführt wird, zur Klassifizierung und Identifizierung von Saatgut von hybriden Abelmoschus esculentus (AESs).

HINTERGRUND

[0002] Kreuzungen sind ein wirksames Mittel, um neue Nutzpflanzensorten durch ausgewählte Kreuzung und Züchtung von zwei oder mehr Sorten mit guten Eigenschaften zu erhalten. In China spielt der Hybridreis eine wichtige Rolle bei der Getreideversorgung, und seine Anbaufläche macht etwa 60% der gesamten Reisanbaufläche aus. Elterngene werden durch Kreuzung neu kombiniert, um verschiedene Sorten zu bilden, was reichhaltige Materialklassifikationen ermöglicht. Das gewonnene Hybridsaatgut weist eine genetische Vielfalt auf und kann den Ertrag und die Qualität von Hybridpflanzen verbessern.

[0003] Abelmoschus esculentus (allgemein als Okra bezeichnet) hat einen hohen Ballaststoffgehalt und einen medizinischen Wert und gilt seit langem als eine äußerst nahrhafte Gemüsepflanze. AESs sind auch reich an antioxidativen Verbindungen mit gesundheitlichem Nutzen und haben Anti-Ermüdungs- und Anti-Aging-Effekte. Kreuzungen können dazu beitragen, den Ertrag und die Qualität der oben genannten Pflanzenart zu verbessern. Ein durch Kreuzung entstandener mutierter Nachkomme kann jedoch erst dann genau identifiziert werden, wenn er zur Pflanze weiter angebaut wird und eine bestimmte Eigenschaft aufweist. Ein Züchtungsexperte kann Pflanzen, die eine bestimmte Anforderung erfüllen, nach einer Veränderung der Blattbreite, der Pflanzenhöhe oder der Farbe einer Hybridpflanze auswahlen und eine Selbstkreuzung zur Erzeugung von Hybridsamen durchführen. Ein solcher Prozess ist normalerweise zeit- und arbeitsintensiv.

[0004] Im Stand der Technik ist eine hyperspektrale Bildgebungstechnologie bei der Identifizierung von Saatgut, der Erkennung der Saatgutqualitat, der Erkennung von Lebensmitteln usw., weit verbreitet. Die hyperspektrale Bildgebungstechnologie im nahen Infrarotbereich ist eine Methode zur schnellen und zerstörungsfreien Erfassung räumlicher und spektraler Informationen einer zu erfassenden Probe innerhalb eines Bereichs von 780-2500 nm. Durch die Analyse von Hyperspektraldaten einer Probe können interne Materialinformationen und externe Texturinformationen der Testprobe extrahiert werden.

[0005] Gegenwärtig handelt es sich bei den Geräten zur Identifizierung von Saatgut mit Hilfe der Hyperspektral-Bildgebungstechnologie jedoch allesamt um spektroskopische Laborgroßgeräte. Die spektrale Identifizierung von Samen muss in einem Labor durchgeführt werden, was die Portabilität stark einschränkt.

ZUSAMMENFASSUNG

[0006] Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Klassifizierung und Identifizierung von Saatgut von hybriden Abelmoschus esculentus (AESs) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen. Diese Vorrichtung kann eine zerstörungsfreie Messung von Hybridsaatgut auf einem Feld durchführen. Dies entspricht in hohem Maße den Bedürfnissen der Kreuzungszüchtung und reduziert den Arbeitsaufwand während der Kreuzung.

[0007] Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Klassifizierungs- und Identifizierungsverfahren von hybriden AESs nach dem Oberbegriff von Anspruch 10. Dieses Verfahren wird mit der oben beschriebenen Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs ausgeführt. Damit wird die Notwendigkeit der Identifizierung von hybriden AESs verschiedener Sorten in einem komplexen Saatgutauswahlverfahren schnell und bequem erfüllt.

[0008] Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, umfasst die in der vorliegenden Erfindung vorgesehene Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs einen Vorrichtungskörper und einen auf dem Vorrichtungskörper angeordneten Befestigungsmechanismus, wobei der Vorrichtungskörper eine an einem Arbeitstisch befestigte feste Sperrklinke und eine über einen Gelenkmechanismus an der festen Sperrklinke angelenkte bewegliche Sperrklinke enthält; der Befestigungsmechanismus umfasst die feste Sperrklinke, die bewegliche Sperrklinke, eine mit der festen Sperrklinke verbundene Basis und einen mit der beweglichen Sperrklinke verbundenen Montageständer; der Montageständer darauf ist mit einer Lichtquelle zum Bestrahlen von hybriden AESs, einer Kamera zum Erfassen von Bildinformationen und einem Spektrometer zum Erhalt von Spektruminformationen der hybriden AESs versehen; und ein Prozessor zum Verarbeiten der Bildinformationen und ein Datenspeicher sind weiter auf dem Vorrichtungskörper angeordnet, und der Datenspeicher speichert die Bildinformationen und ein hybrides AESs-Identifikationsmodell.

[0009] Bei der vorgenannten technischen Lösung werden die zu detektierenden hybriden AESs in den Befestigungsmechanismus eingespannt und die räumliche Information und die Spektruminformation der hybriden AESs mit Hilfe der CCD-Kamera und des abbildenden Spektrometers gewonnen, wenn ein zu detektierender Bereich der hybriden AESs mit der Lichtquelle bestrahlt wird. Zusätzlich werden die spektralen Bildinformationen durch den Prozessor verarbeitet, um Spektrumdaten des zu erfassenden Bereichs zu erhalten, und ein Typ der dybriden AESs wird gemäß dem Identifikationsmodell der hybriden AESs unter Verwendung der Spektrumdaten identifiziert und zur Anzeige ausgegeben. Die tragbare Messvorrichtung kann zerstörungsfreie Messungen von hybriden AESs im Feld oder im Labor durchführen. Dadurch wird der Bedarf an Kreuzungen in hohem Maße befriedigt und der Arbeitsaufwand während der Kreuzung reduziert.

[0010] Um die Betätigung der beweglichen Sperrklinke zu erleichtern, ist der Vorrichtungskörper vorzugsweise mit einem Antriebsknopf zur Betätigung der beweglichen Sperrklinke versehen, und eine erste Rückstellfeder ist unten am Antriebsknopf angeordnet.

[0011] Vorzugsweise umfasst der Gelenkmechanismus eine drehbare Welle und eine an der drehbaren Welle befestigten Scheibe sowie eine Verbindungsstange, die zwischen der Scheibe und dem Knopf angelenkt ist; und die Scheibe ist ferner an einem Endteil der beweglichen Sperrklinke angelenkt. Wenn der Knopf gedrückt wird, treibt die Verbindungsstange die Scheibe zur Drehung an, so dass sich die bewegliche Sperrklinke nach oben bewegen kann, um den Montageständer zu öffnen. Zu diesem Zeitpunkt können die hybriden AESs auf den Sockel gesetzt werden. Wenn der Knopf losgelassen wird, wird der Knopf unter der Wirkung der ersten Rückstellfeder zurückgestellt, und der Montageständer bewegt sich nach unten und befestigt die hybride AESs.

[0012] Vorzugsweise wird eine zweite Rückstellfeder zwischen der beweglichen Sperrklinke und der festen Sperrklinke angeordnet.

[0013] Vorzugsweise ist eine Nut für die Platzierung der hybriden AESs oben auf der Basis und eine Pufferfeder unten auf der Basis angeordnet. Die Tiefe der Nut sollte nicht größer sein als die Partikelgröße der hybriden AESs. Die Pufferfeder ist so konfiguriert, dass ein Zerdrücken der hybriden AESs verhindert wird.

[0014] Vorzugsweise ist ein Schalter, der die Lichtquelle, die Kamera und das Spektrometer zum Arbeiten auslöst, auf dem Befestigungsmechanismus angeordnet, und ein Vorsprung zum Drücken des Schalters ist oberhalb des Schalters befestigt. Wenn die hybriden AESs gegen den Montageständer gedrückt werden, entstehen Lücken zwischen dem Montageständer und dem Sockel, wodurch die Synapse den Schalter betätigt, um die Lichtquelle, die Kamera und das Spektrometer zum Arbeiten zu bringen.

[0015] Das Spektrometer ist ein Instrument zur Gewinnung von Bildinformationen auf mehrkanaliger und kontinuierlicher Weise mit hoher spektraler Auflösung. Durch die organische Kombination einer konventionellen räumlichen Bildgebungstechnologie und einer Bodenspektraltechnologie kann es gleichzeitig Reflexionsspektralbilder von Bodenobjekten mit Dutzenden bis Hunderten von Bändern in derselben Region erhalten. Es kann auch schnell die spektrale Zusammensetzung mehrerer Objekte gleichzeitig innerhalb eines Sichtfeldbereichs des Instruments messen und analysieren. Diese Eigenschaften sind alle hilfreich für die Anwendung des tragbaren Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs. Vorzugsweise erfasst das Spektrometer Spektruminformationen von 200 Banden in einem Bereich von 874-1734 nm.

[0016] In einer nicht-erfindungsgemässen Ausführung wird das Identifikationsmodell der hybriden AESs nach dem folgenden Verfahren ermittelt: a. Ermitteln von Spektruminformationen von AESs, Berechnen eines durchschnittlichen Spektrums und Bilden von Trainingsdaten durch Verwendung eines Typs von hybriden AESs als Kennzeichnung; und b. Eingabe des durchschnittlichen Spektrums in ein konvolutionelles neuronales Netzwerk, Ausgabe eines vorhergesagten Saatguttyps und Training des konvolutionellen neuronalen Netzwerks unter Verwendung des durchschnittlichen Spektrums der hybriden AESs und der entsprechenden Kennzeichnung, um das Identifikationsmodell des hybriden AESs zu erhalten.

[0017] Die durchschnittlichen Spektrumdaten des zu erfassenden Bereichs werden unter Verwendung der Pixel-Spektrumdaten des zu erfassenden Bereichs der Hybridsaaten berechnet. Dann werden die durchschnittlichen Spektrumdaten in ein trainiertes Faltungsmodell des neuronalen Netzes ausgegeben, und ein Typ der zu erfassenden Keime wird entsprechend eines Unterscheidungsmodells und aus den Daten identifiziert und auf einem Flüssigkristallbildschirm angezeigt.

[0018] In einer nicht-erfindungsgemässen Ausführung umfasst das konvolutionelle neuronale Netzwerk zwei Faltungsschichten, zwei Pooling-Schichten und vier vollständig verbundene Schichten; die beiden Faltungsschichten haben 32 bzw. 64 Filter; ein Faltungskern zur Verarbeitung von Durchschnittsspektrumsdaten der hybriden AESs ist ein eindimensionaler 1x3-Faltungskern, und Kompensation und Auffüllen des Faltungskerns sind auf 1 gesetzt; die Kernelgröße einer maximalen Pooling-Schicht beträgt 1×3 und eine Stufe davon 1; und die vier vollständig verbundenen Schichten haben jeweils 512, 256, 128 und 64 Neuronen. In Schritt b wird eine Kleinserien-Trainingsmethode angewendet, 25 Lose werden verwendet und 1500 Trainingszeiten durchgeführt. In jeder vollständig verbundenen Schicht wird eine Batch-Normalisierung und eine Verwerfmethode angewandt, um eine Überanpassung zu verhindern. Die Verwerfwahrscheinlichkeit bei der Verwerfmethode beträgt 0,5.

[0019] Um das andere oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst ein Klassifizierungs- und Identifizierungsverfahren von hybriden AESs, das von der obigen Vorrichtung ausgeführt wird, die folgenden Schritte: (1) Sammeln bzw. Aufnahme von schwarzen und weißen Hintergründen einer Basis, auf der keine hybriden AESs platziert sind, wobei die Spektrumdaten des weißen Hintergrunds W und die Spektrumdaten des schwarzen Hintergrunds D sind; (2) Platzieren von hybriden AESs einer unbekannten Sorte auf eine Detektionsposition der Basis und, wenn eine Kamera das Vorhandensein der hybriden AESs erkennt, Steuerung eines Befestigungsmechanismus, um die hybriden AESs zu klemmen, und Gewinnung von Spektrumdaten der hybriden AES; (3) Extrahieren von Spektrumdateninformationen von Pixeln in einem zu erfassenden Bereich und Mitteln der Bildpixel in dem zu erfassenden Bereich, um ein durchschnittliches Spektrum P der hybriden AESs zu erhalten, wobei die tatsächlichen durchschnittlichen Spektrumdaten S wie folgt sind: (4) Eingabe der tatsächlichen durchschnittlichen Spektrumdaten S in ein trainiertes Identifikationsmodell von hybriden AESs, und Ausgabe und Anzeige eines Typs von hybridem AESs.

[0020] Konkret erfasst das abbildende Spektrometer, das zur Gewinnung der Spektrumdaten der hybriden AESs verwendet wird, Spektruminformationen von 200 Banden in einem Bereich von 874-1734 nm.

[0021] In Schritt (3) werden die Proben von hybriden AESs zur Informationserfassung in den zu erfassenden Bereich gebracht, und ein optisches System wird zur Erfassung der Spektruminformationen von hybriden AESs verwendet. Die Anzahl der Spektruminformationen der Pixel der hybriden AESs ist L, und die Gesamtspektrumdaten sind Z. Die Gesamtspektrumdaten der vom abbildenden Spektrometer erfassten Pixel sind Z, und die Anzahl der Pixel ist L. In diesem Fall ist das unkorrigierte mittlere Spektrum P wie folgt: Im Vergleich zum Stand der Technik sind die vorteilhaften Auswirkungen der vorliegenden Erfindung wie folgt:

[0022] In der vorliegenden Erfindung können die Vorrichtung zur Klassifizierung und Identifizierung verschiedener Typen von AESs und das damit ausgeführte Identifizierungsverfahren eine zerstörungsfreie und schnelle Messung von hybriden AESs auf einem Feld oder in einem Laboratorium implementieren und damit ein Bedürfnis der Kreuzungswirtschaft in hohem Maße befriedigen. Dies löst ein Problem des Zeit- und Arbeitsaufwandes bei der Kreuzung und stellt ein sehr wichtiges Mittel zur Beschleunigung eines experimentellen Kreuzungsprozesses dar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0023] BILD 1 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 2 ist ein Flussdiagramm eines Klassifizierungs- und Identifizierungsverfahren von hybriden AESs nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 3 ist ein Diagramm eines durchschnittlichen Spektrums von hybriden AESs, das durch Verwendung eines Klassifizierungs- und Identifizierungsverfahren von hybriden AESs nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird; und BILD 4 ist ein Diagramm zum Vergleich der Klassifikationseffekte, die vor und nach Anwendung eines Klassifikations- und Identifizierungsverfahren von hybriden AESs nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung erzielt wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0024] Um die Zielsetzung, die technischen Lösungen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, wird im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und den dazugehörigen Zeichnungen in den Beispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

[0025] Unter Bezugnahme auf BILD 1 und BILD 2 umfasst eine Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs in diesem Beispiel einen Arbeitstisch, einen Vorrichtungskörper und einen Befestigungsmechanismus 17, der auf dem Vorrichtungskörper angeordnet ist.

[0026] Der Vorrichtungskörper umfasst ein Gehäuse 14 und einen Controller 10, der im Inneren des Gehäuses 14 angeordnet ist, eine Batterie 11 ist weiter im Inneren des Gehäuses 14 angeordnet, und der Controller 10 ist mit einem Datenspeicher 12 verbunden und an eine Flüssigkristallanzeige 13 zum Empfang und zur Anzeige eines Messergebnisses angeschlossen.

[0027] Der Vorrichtungskörper enthält außerdem eine feste Sperrklinke 15, eine bewegliche Sperrklinke 4, eine anregende Lichtkomponente und eine Bildgebungskomponente. Zwischen der festen Sperrklinke 15 und der beweglichen Sperrklinke 4 sind der Befestigungsmechanismus 17 in Verbindung mit dem hybriden AESs und ein Druckschalter 6 angeordnet.

[0028] Die feste Sperrklinke 15 und das Gehäuse sind integriert. Auf der festen Sperrklinke 15 ist eine Pufferfeder 16 angeordnet, die dafür sorgt, dass der Befestigungsmechanismus immer in einer Arbeitsposition gehalten wird und verhindert, dass Saatgut zerquetscht wird. Im Inneren der beweglichen Sperrklinke 4 ist eine Gleitnut angeordnet, und die feste Sperrklinke 15 kann in der Gleitnut auf und ab gleiten, wodurch die Klemmklinke flexibler wird. Selbst wenn keine hybriden AESs platziert sind, ist die gesamte Vorrichtung keinen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Nachdem das hybride AESs geklemmt sind, wird der Druckschalter 6 ausgelöst, um die anregende Lichtkomponente und die Bildgebungskomponente in Funktion zu setzen.

[0029] Der Befestigungsmechanismus 17 umfasst die feste Sperrklinke 15, die bewegliche Sperrklinke 4, eine Basis, die mit der festen Sperrklinke 15 verbunden ist, und einen Montageständer, der mit der beweglichen Sperrklinke 4 verbunden ist. Ein Knopf 7 ist an einer Seite des Gehäuses 14 angeordnet, und der Knopf 7 steuert die Bewegung der beweglichen Sperrklinke durch einen Scharniermechanismus. Der Gelenkmechanismus umfasst eine Drehwelle und eine Scheibe 9, die an der Drehwelle befestigt ist, und ferner eine Verbindungsstange, die zwischen der Scheibe 9 und dem Knopf 7 angelenkt ist; und die Scheibe 9 ist ferner an einem Endteil der beweglichen Sperrklinke 4 angelenkt. Zwei erste Rückstellfedern 8 sind unterhalb des Knopfes 7 angeordnet. Nach dem Drücken des Knopfes wird die Sperrklinke durch den zu öffnenden Gelenkmechanismus gesteuert, und nach dem Loslassen des Knopfes wird der Knopf unter der Wirkung der ersten Rückstellfedern 8 zurückgestellt und das platzierte hybride AESs werden geklemmt. Eine zweite Rückstellfeder 5 ist in der Mitte der beweglichen Sperrklinke 4 angeordnet, wodurch der gesamte Befestigungsmechanismus stabiler wird.

[0030] Die anregende Lichtkomponente in diesem Beispiel ist eine Lichtquelle 1, die auf dem mit der beweglichen Sperrklinke 4 verbundenen Montageständer angeordnet ist. Die Bildgebungskomponente umfasst eine CCD-Kamera 2 und ein abbildendes Spektrometer 3, die auf dem Montageständer angeordnet sind. Das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht bestrahlt die Oberfläche des zu erfassenden hybride AESs. Dann gelangen räumliche Informationen und Spektruminformationen der Oberflächenreflexion in die CCD-Kamera 2 und das abbildende Spektrometer 3. Die erfassten Spektruminformationen werden an den Controller 10 übertragen. Der Controller 10 verarbeitet die Spektruminformationen, um Pixel-Spektruminformationen der hybriden AESs zu erhalten, und berechnet die durchschnittlichen Spektruminformationen der hybriden AESs entsprechend den Pixel-Spektruminformationen der hybriden AESs. Der Datenspeicher 12 speichert die durchschnittliche Spektruminformation der hybriden AESs. Ein Datenübertragungselement überträgt die vom Messgerät gemessenen durchschnittlichen Spektruminformationen an den Controller und gibt ein Ergebnis gemäß einem tief lernenden Diskriminanzmodell aus. Der Controller 10 sendet das Detektionsergebnis an die Flüssigkristallanzeige 13, und die Flüssigkristallanzeige zeigt das Detektionsergebnis an.

[0031] Die Batterie 11, die Erregerlichtkomponente, die Bildgebungskomponente und der Druckschalter 6 sind jeweils über einen elektrischen Draht mit dem Controller 10 im Vorrichtungskörper verbunden.

[0032] Ein Verfahren zum Identifizieren von zu erkennenden hybriden AESs unter Verwendung der oben beschriebenen Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs umfasst die folgenden Schritte: (1) Platzieren einer schwarzen Hintergrundplatte und einer weißen Hintergrundplatte an einer Erfassungsposition der beweglichen Sperrklinke 4, um die Erfassung von Spektrumdaten für die Schwarz-Weiß-Korrektur durchzuführen, wobei die Spektrumdaten eines weißen Hintergrunds W und die Spektrumdaten eines schwarzen Hintergrunds D sind; (2) Platzieren der zu erfassenden hybriden AESs an der Erfassungsposition der beweglichen Sperrklinke 4 und Steuern des Öffnens/Schließens der beiden Spannklinken, um die Spektrumdatenerfassung der hybriden AESs durchzuführen, wie in Abb. 3 dargestellt; (3) Bestrahlung der Oberfläche der zu erfassenden hybriden AESs mit einer Anregungslichtquelle und Gewinnung von Reflexionsspektrums- und Bildinformationen der hybriden AESs mit Hilfe der CCD-Kamera und des abbildenden Spektrometers; (4) Verarbeitung eines erfassten Bildes, um Spektrumdateninformationen von Pixeln in einem zu erfassenden Bereich zu extrahieren; (5) Mittelwertbildung der Bildpixel-Informationen der hybriden AESs, um ein durchschnittliches Spektrum P der hybriden AESs zu erhalten, wobei die tatsächlich angewandten durchschnittlichen Spektrumdaten S wie folgt sind (6) Bestimmung eines Typs des hybriden AESs unter Verwendung der erhaltenen durchschnittlichen Spektrumdaten der Hybrid-AESs in Kombination mit einem Diskriminanzanalysemodell, das nach einem Algorithmus für tiefes Lernen erstellt wurde, und schließlich Ausgabe des Typs der hybriden AESs auf der Flüssigkristallanzeige, wo ein Klassifizierungseffekt in FIG. 4 gezeigt wird.

Beispiel 2

[0033] Unter Bezugnahme auf BILD 1 und BILD 2 umfasst eine Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs in diesem Beispiel einen Arbeitstisch, einen Vorrichtungskörper und einen Befestigungsmechanismus 17, der auf dem Vorrichtungskörper angeordnet ist.

[0034] Der Vorrichtungskörper umfasst ein Gehäuse 14 und einen Controller 10, der im Inneren des Gehäuses 14 angeordnet ist, eine Batterie 11 ist weiter im Inneren des Gehäuses 14 angeordnet, und der Controller 10 ist mit einem Datenspeicher 12 verbunden und an eine Flüssigkristallanzeige 13 zum Empfang und zur Anzeige eines Messergebnisses angeschlossen. Es kann davon ausgegangen werden, dass, wie in BILD 2 dargestellt, die Batterie 11 direkt oder indirekt mit angetriebenen Einheiten im Vorrichtungskörper, wie dem Datenspeicher 12, der Flüssigkristallanzeige 13 und dem Kontroller 10, verbunden ist, um diese angetriebenen Einheiten mit elektrischer Energie zu versorgen.

[0035] Der Vorrichtungskörper enthält außerdem eine feste Sperrklinke 15, eine bewegliche Sperrklinke 4, eine anregende Lichtkomponente und eine Bildgebungskomponente. Zwischen der festen Sperrklinke und der beweglichen Sperrklinke 4 sind der mit dem hybriden AESs abgestimmte Befestigungsmechanismus 17 und ein Druckschalter 6 angeordnet.

[0036] Die feste Sperrklinke 15 und das Gehäuse 14 sind integriert. Eine Pufferfeder 16 ist auf der festen Sperrklinke 15 angeordnet, ein Ende der Pufferfeder 16 ist an der festen Sperrklinke 15 befestigt; und das andere Ende der Pufferfeder 16 ist mit dem Befestigungsmechanismus 17 verbunden, wodurch der Befestigungsmechanismus immer in einer Arbeitsposition gehalten wird. Zusätzlich können eine obere Klemmklinke und eine untere Klemmklinke aufgrund der Elastizität der Pufferfeder 16 in elastischem Kontakt miteinander bleiben, wenn der Befestigungsmechanismus 17 die hybriden AESs einklemmt, wodurch verhindert wird, dass die zu erfassenden AESs im Befestigungsmechanismus 17 gequetscht werden. In der beweglichen Sperrklinke 4 ist eine Gleitnut angeordnet, und die feste Sperrklinke 15 kann in der Gleitnut auf und ab gleiten, wodurch die Klemmklinke flexibler wird. Selbst wenn keine hybriden AESs platziert sind, ist die gesamte Vorrichtung keinen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Nachdem die hybride AESs geklemmt sind, wird der Druckschalter 6 ausgelöst, um die anregende Lichtkomponente und die Bildgebungskomponente in Funktion zu setzen.

[0037] Der Befestigungsmechanismus 17 umfasst die feste Sperrklinke 15, die bewegliche Sperrklinke 4, eine Basis, die mit der festen Sperrklinke 15 verbunden ist, und einen Montageständer, der mit der beweglichen Sperrklinke 4 verbunden ist. Ein Knopf 7 ist an einer Seite des Gehäuses 14 angeordnet, und der Knopf 7 steuert die Bewegung der beweglichen Sperrklinke 4 durch einen Scharniermechanismus. Der Gelenkmechanismus umfasst eine Drehwelle und eine Scheibe 9, die an der Drehwelle befestigt ist, und ferner eine Verbindungsstange, die zwischen der Scheibe 9 und dem Knopf 7 angelenkt ist; und die Scheibe 9 ist ferner an einem Endteil der beweglichen Sperrklinke 4 angelenkt. Zwei erste Rückstellfedern 8 sind unterhalb des Knopfes 7 angeordnet. Nach dem Drücken treibt der gedrückte Knopf 7 durch die Verbindungsstange die Scheibe 9 zur Bewegung an. In diesem Fall dreht sich die an der Drehwelle befestigte Scheibe 9 zusammen mit der Drehwelle. Die rotierende Scheibe 9 treibt die bewegliche Sperrklinke 4 zur Bewegung an, um über den Gelenkmechanismus die Wirkung der Spannklinke zu steuern. Die erste Rückstellfeder 8 ist unter dem Knopf 7 angeordnet. Ein Ende der ersten Rückstellfeder 8 ist mit einem unteren Teil des Knopfes 7 verbunden, und das andere Ende der ersten Rückstellfeder 8 ist fest mit dem Gehäuse 14 verbunden, so dass der Knopf 7 nach dem Loslassen unter der Wirkung der ersten Rückstellfeder 8 zurückgestellt werden kann. Mit dem Rückstellknopf 7 kann die bewegliche Sperrklinke 4 durch die Scharnierstruktur zurückgestellt werden, so dass die Klemmklinke wieder geschlossen wird, um das darin platzierte hybride AESs zu klemmen. Vorzugsweise kann zusätzlich eine zweite Rückstellfeder 5 in der Mitte der beweglichen Sperrklinke 4 angeordnet werden, wodurch der gesamte Befestigungsmechanismus stabiler wird.

[0038] Der Vorrichtungskörper umfasst die feste Sperrklinke 15, die an einem Arbeitstisch/Gehäuse 14 befestigt ist, und die bewegliche Sperrklinke 4, die durch den Gelenkmechanismus beweglich an der festen Sperrklinke 15 angelenkt ist, und die bewegliche Sperrklinke 4 kommt beweglich auf die feste Sperrklinke 15 heran oder von ihr weg, um zu erfassende AESs, die zwischen der beweglichen Sperrklinke 4 und der festen Sperrklinke 15 angeordnet sind, zu klemmen oder zu lösen. Der Befestigungsmechanismus 17 umfasst die feste Sperrklinke 15, die bewegliche Sperrklinke 4, eine Basis, die mit der festen Sperrklinke 15 verbunden ist, und einen Montageständer, der mit der beweglichen Sperrklinke 4 verbunden ist, und der Montageständer ist darauf mit einer Lichtquelle 1 zum Bestrahlen der zu erfassenden AESs, einer Kamera 2 zum Erfassen von Bildinformationen und einem Spektrometer 3 zum Erhalten von Spektruminformationen der zu erfassenden AESs versehen; und der Vorrichtungskörper ist ferner mit einem Prozessor 10 zum Verarbeiten der Bildinformationen und dem Datenspeicher 12 versehen, und der Datenspeicher 12 speichert Vergleichsbildinformationen und ein Identifikationsmodell von hybriden AESs.

[0039] Das Identifikationsmodell von hybriden AESs wird u.a. nach dem folgenden Verfahren ermittelt: a. Ermitteln von Spektruminformationen von AESs, Berechnen eines durchschnittlichen Spektrums und Bilden von Trainingsdaten durch Verwendung eines Typs von hybridem AESs als Kennzeichnung; und b. Eingabe des durchschnittlichen Spektrums in ein konvolutionelles neuronales Netzwerk, Ausgabe eines vorhergesagten Saatguttyps und Training des konvolutionellen neuronalen Netzwerks unter Verwendung des durchschnittlichen Spektrums der hybriden AESs und der entsprechenden Kennzeichnung, um das Identifikationsmodell des hybriden AESs zu erhalten.

[0040] Das konvolutionelle neuronale Netzwerk umfasst zwei Faltungsschichten, zwei Pooling-Schichten und vier vollständig verbundene Schichten; die beiden Faltungsschichten haben 32 bzw. 64 Filter; ein Faltungskern für die Verarbeitung von Durchschnittsspektrumsdaten der hybriden AESs ist ein eindimensionaler 1×3-Faltungskern, und Kompensation und Auffüllen des Faltungskerns sind auf 1 gesetzt; eine Kernelgröße einer maximalen Pooling-Schicht ist 1×3 und eine Stufe davon ist 1; und die vier vollständig verbundenen Schichten haben jeweils 512, 256, 128 und 64 Neuronen.

[0041] Die Lichtquelle 1 wird eingeschaltet, um die Oberfläche der zu detektierenden AESs zu bestrahlen der zwischen der beweglichen Sperrklinke 4 und der festen Sperrklinke 15 eingeklemmt ist, und die Kamera 2 und das Spektrometer 3 erhalten Bildinformationen und Spektruminformationen der zu detektierenden AES; und der Prozessor 10 identifiziert die hybriden AESs anhand der Bildinformation und der Spektruminformation der zu erfassenden AESs und der Vergleichsbildinformation und des Identifikationsmodells von hybriden AESs, die im Datenspeicher 12 gespeichert sind.

[0042] Die anregende Lichtkomponente in diesem Beispiel ist die Lichtquelle 1, die auf dem mit der beweglichen Sperrklinke 4 verbundenen Montageständer angeordnet ist. Die Bildgebungskomponente umfasst die CCD-Kamera 2 und das abbildende Spektrometer 3, die auf dem Montageständer angeordnet sind. Das von der Lichtquelle 1 erzeugte Licht bestrahlt die Oberfläche der zu erfassenden hybriden AESs. Dann gelangen räumliche Informationen und Spektruminformationen der Oberflächenreflexion in die CCD-Kamera 2 und das abbildende Spektrometer 3, und die erfassten Spektruminformationen werden an den Controller 10 übertragen. Der Controller 10 verarbeitet die Spektruminformationen, um Pixel-Spektruminformationen der hybriden AESs zu erhalten, und berechnet die durchschnittlichen Spektruminformationen der hybriden AESs entsprechend den Pixel-Spektruminformationen der hybriden AESs. Der Datenspeicher 12 speichert die durchschnittliche Spektruminformation der hybriden AESs. Ein Datenübertragungselement überträgt die vom Messgerät gemessenen durchschnittlichen Spektruminformation an den Controller 10 und gibt ein Ergebnis gemäß einem tief lernenden Diskriminanzmodell aus. Der Controller 10 sendet das Detektionsergebnis an die Flüssigkristallanzeige 13, und die Flüssigkristallanzeige 13 zeigt das Detektionsergebnis an.

[0043] In diesem Beispiel sind die Batterie 11, die Erregerlichtkomponente 1, die Bildgebungskomponente 2 und der Druckschalter 6 jeweils über einen elektrischen Draht mit dem Controller 10 im Vorrichtungskörper verbunden.

[0044] Ein Verfahren zum Identifizieren von zu erkennenden hybriden AESs unter Verwendung der oben beschriebenen Klassifizierungs- und Identifizierungsvorrichtung von hybriden AESs umfasst die folgenden Schritte: (1) Platzieren einer schwarzen Hintergrundplatte und einer weißen Hintergrundplatte an einer Erfassungsposition der beweglichen Sperrklinke 4, um die Erfassung von Spektrumdaten für die Schwarz-Weiß-Korrektur durchzuführen, wobei die Spektrumdaten eines weißen Hintergrunds W und die Spektrumdaten eines schwarzen Hintergrunds D sind; (2) Platzieren des zu erfassenden hybriden AESs an der Erfassungsposition der beweglichen Sperrklinke 4 und Steuern des Öffnens/Schließens der beiden Klemmklinken, um die Spektrumdatenerfassung des hybriden AESs durchzuführen, wobei für die Spektrumdatenerfassung des hybriden AESs auf BILD 3 verwiesen wird; (3) Bestrahlung der Oberfläche des zu erfassenden hybriden AESs unter Verwendung der Anregungslichtquelle 1 und Gewinnung von Reflexionsspektrums- und Bildinformationen des hybriden AESs unter Verwendung der CCD-Kamera 2 und des abbildenden Spektrometers 3; (4) Verarbeitung der erhaltenen Bildinformationen, um Spektrumdateninformationen von Bildpixeln in einem zu erfassenden Bereich zu extrahieren; (5) Durchfuhren einer Mittelwertbildung über die erhaltenen Spektrumdateninformationen der Bildpixel der hybriden AESs, um ein durchschnittliches Spektrum P der hybriden AESs zu erhalten, wobei die tatsachlich angewandten durchschnittlichen Spektrumdaten S wie folgt sind

(6) Bestimmung eines Typs des hybriden AESs unter Verwendung der erhaltenen durchschnittlichen Spektrumdaten S der hybriden AESs in Kombination mit einem Diskriminanzanalysemodell, das nach einem Algorithmus für tiefes Lernen erstellt wurde, und schließlich Ausgabe des Typs des hybriden AESs auf der Flüssigkristallanzeige 13, wo ein Klassifizierungseffekt in FIG. 4 gezeigt wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Klassifizierung und Identifizierung von Saatgut von hybriden Abelmoschus esculentus, AESs, umfassend einen Arbeitstisch, einen Vorrichtungskörper und einen auf dem Vorrichtungskörper angeordneten Befestigungsmechanismus (17), wobei der Vorrichtungskörper eine feste Sperrklinke (15), die am Arbeitstisch befestigt ist, und eine bewegliche Sperrklinke (4) enthält, die über einen Gelenkmechanismus an der festen Sperrklinke (15) angelenkt ist, und die bewegliche Sperrklinke (4) beweglich auf die feste Sperrklinke (15) heran oder von ihr weg bewegt werden kann, um zu erfassende AESs, die zwischen der beweglichen Sperrklinke (4) und der festen Sperrklinke (15) angeordnet sind, zu klemmen oder freizugeben; der Befestigungsmechanismus (17) die feste Sperrklinke (15), die bewegliche Sperrklinke (4), eine Basis, die mit der festen Sperrklinke (15) verbunden ist, und einen Montageständer, der mit der beweglichen Sperrklinke (4) verbunden ist, umfasst, und der Montageständer darauf mit einer Lichtquelle (1) zum Bestrahlen der zu erfassenden AESs, einer Kamera (2) zum Erfassen von Bildinformationen und einem Spektrometer (3) zum Erhalten von Spektruminformationen der zu erfassenden AESs versehen ist; der Vorrichtungskörper ferner mit einem Prozessor (10) zur Verarbeitung der Bildinformation und einem Datenspeicher (12) versehen ist, und der Datenspeicher (12) Vergleichsbildinformationen und ein Identifikationsmodell von hybriden AESs speichert; und wobei die Lichtquelle (1) eingeschaltet wird, um die Oberfläche der zu erfassenden AESs zu bestrahlen die zwischen der beweglichen Sperrklinke (4) und der festen Sperrklinke (15) eingeklemmt sind, und die Kamera (2) und das Spektrometer (3) Bildinformationen und Spektruminformationen der zu erfassenden AESs erhalten; und der Prozessor (10) die hybriden AESs gemäß den Bildinformationen und den Spektruminformationen der zu erfassenden AESs und den Vergleichsbildinformationen und dem Identifikationsmodell des hybriden AESs, die im Datenspeicher (12) gespeichert sind identifiziert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorrichtungskörper mit einem Antriebsknopf (7) zur Steuerung der beweglichen Sperrklinke (4) zur Arbeit versehen ist; der Antriebsknopf (7) mit der beweglichen Sperrklinke (4) durch den Gelenkmechanismus verbunden ist, so dass der Antriebsknopf (7), wenn er gedrückt wird, die bewegliche Sperrklinke (4) antreiben kann, um sie zu bewegen, um die bewegliche Sperrklinke (4) zur Arbeitsposition zu steuern; und eine erste Rückstellfeder (8) an der Unterseite des Antriebsknopfes (7) angeordnet ist, und die erste Rückstellfeder (8) am Arbeitstisch befestigt ist, so dass der Antriebsknopf (7) unter der Wirkung der elastischen Kraft der ersten Rückstellfeder (8) zurückgestellt werden kann, wenn er losgelassen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Gelenkmechanismus eine drehbare Welle und eine an der drehbaren Welle befestigte Scheibe (9) und ferner eine Verbindungsstange aufweist, die zwischen der Scheibe (9) und dem Antriebsknopf (7) angelenkt ist; die Scheibe (9) ist ferner an einem Endteil der beweglichen Sperrklinke (4) angelenkt; wenn der Antriebsknopf (7) gedrückt wird, treibt der Antriebsknopf (7) über die Verbindungsstange die Scheibe (9) zur Drehung an; und die drehbare Scheibe (9) treibt ferner das Endteil der beweglichen Sperrklinke (4) an, um die bewegliche Sperrklinke (4) zum Funktionieren zu steuern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine zweite Rückstellfeder (5) zwischen der beweglichen Sperrklinke (4) und der festen Sperrklinke (15) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Nut zum Anordnen der hybriden AESs oben auf der Basis und eine Pufferfeder (16) unten an der Basis angeordnet ist; ein Ende der Pufferfeder (16) mit dem Boden der Basis und das andere Ende der Pufferfeder (16) mit dem Arbeitstisch verbunden ist; und die Pufferfeder (16) es der Basis ermöglicht, sich nach unten zu bewegen, wenn die Basis einem bestimmten Druck ausgesetzt wird, und die Klemmung zwischen der Basis und dem Montageständer aufrechterhält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Schalter (6), der die Lichtquelle (1), die Kamera (2) und das Spektrometer (3) zum Arbeiten auslöst, auf dem Befestigungsmechanismus (17) angeordnet ist, und der Schalter (6) ausgelöst werden kann, nachdem die zu erfassenden AESs geklemmt sind, um die Lichtquelle (1), die Kamera (2) und das Spektrometer (3) zum Arbeiten zu steuern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Spektrometer (3) Spektruminformationen von 200 Banden in einem Bereich von 874-1734 nm erfasst.

8. Klassifizierungs- und Identifizierungsverfahren von hybriden AESs, das von der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt wird, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Sammeln von schwarzen und weißen Hintergründen der Basis, auf der keine hybriden AESs angeordnet sind, wobei die Spektrumdaten des weißen Hintergrunds W und die Spektrumdaten des schwarzen Hintergrunds D sind; Platzieren der zu detektierenden AESs auf einer Detektionsposition der Basis, und wenn die feste Sperrklinke (15) und die bewegliche Sperrklinke (4) die zu detektierenden AESs einklemmen, erhalten die Kamera (2) und das Spektrometer (3) Spektrumdaten und Bildinformationen der zu detektierenden AESs; Extrahieren von Spektrumdateninformation von Bildpixeln in einem zu erfassenden Bereich gemäß der Bildinformation und Mitteln der Bildpixel in dem zu erfassenden Bereich, um ein durchschnittliches Spektrum P der hybriden AESs zu erhalten, wobei die tatsächlichen durchschnittlichen Spektrumdaten S wie folgt sind:

Eingabe der tatsachlichen durchschnittlichen Spektrumdaten S in ein trainiertes Identifikationsmodell von hybriden AESs und Ausgabe, und Anzeige eines Typs von hybridem AESs.