非接触电导检测土壤养分离子的谱峰自动识别方法
[目的/意义]电容耦合非接触式电导检测（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D）在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别，有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析，为加强农业土壤养分管理提供依据。然而，C4D信号的特征峰检测仍然存在无法自动精准识别、人工操作复杂、效率低等缺点。[方法]提出一种基于连续小波变换结合粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）和最大类间方差法（Otsu）的谱峰自动识别算法，旨在实现准确、高效、自动化的C4D信号峰识别...
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| Veröffentlicht in: | 智慧农业（中英文） Jg. 6; H. 1; S. 36 - 45 |
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| Hauptverfasser: | , , , , , , , |
| Format: | Journal Article |
| Sprache: | Chinesisch |
| Veröffentlicht: |
中国农业科学院农业信息研究所
30.01.2024
中科合肥智慧农业协同创新研究院,农业传感器与智能感知安徽省技术创新中心,安徽合肥 231131,中国 中科合肥智慧农业协同创新研究院,农业传感器与智能感知安徽省技术创新中心,安徽合肥 231131,中国%中国科学院合肥物质科学研究院,智能机械研究所,安徽省智慧农业工程实验室,安徽合肥 230031,中国 中国科学技术大学,安徽合肥 230026,中国%中科合肥智慧农业协同创新研究院,农业传感器与智能感知安徽省技术创新中心,安徽合肥 231131,中国 安徽理工大学 电气与信息工程学院,安徽淮南 232001,中国%安徽理工大学 电气与信息工程学院,安徽淮南 232001,中国 |
| Schlagworte: | |
| ISSN: | 2096-8094 |
| Online-Zugang: | Volltext |
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| Zusammenfassung: | [目的/意义]电容耦合非接触式电导检测（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection, C4D）在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别，有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析，为加强农业土壤养分管理提供依据。然而，C4D信号的特征峰检测仍然存在无法自动精准识别、人工操作复杂、效率低等缺点。[方法]提出一种基于连续小波变换结合粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）和最大类间方差法（Otsu）的谱峰自动识别算法，旨在实现准确、高效、自动化的C4D信号峰识别。采用C4D检测样品溶液，得到离子谱图信号，对谱图信号进行连续小波变换，得到小波变换系数矩阵。通过搜索小波系数变换系数矩阵极值，识别出脊线和谷线。将小波系数矩阵转换为灰度图像，结合PSO和Otsu寻找最佳阈值，进一步对灰度图像的背景和目标分割，再结合原始谱图中的脊谷线识别谱图中的特征峰。[结果与讨论]测试含有41、61和102个峰的数据集，以受试者工作特性（Receiver Operating Characteristic, ROC）曲线和度量值作为评估峰值检测算法性能的准则。与其他方法相比，基于连续小波变换结合粒子群优化的最大类间方差法分割图像（Continuous Wavelet Transform C.ombined with Particle Swarm Optimization of Otsu to Segment Image, CWTSPSO）的谱峰自动识别算法的ROC曲线均保持在0.9以上，度量值分别为0.976、0.915和0.969。CWTSPSO能够有效检测出更多弱峰和重叠峰，同时检测出更少的假峰，有利于提升C4D信号的谱峰识别率和精准性。[结论]本研究提出的CWTSPSO能为非接触式电导检测农业土壤养分离子信号分析提供有力支持。 |
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| ISSN: | 2096-8094 |
| DOI: | 10.12133/j.smartag.SA202309028 |