基于多光譜成像和疊加集成學(xué)習(xí)的三種苜蓿單種子鑒定

多光譜成像（MSI）已成為種子鑒定中一種新的快速無損檢測方法。以往的研究通常集中于MSI數(shù)據(jù)分析中的單一模型，該模型總是采用所有特征，并增加了效率風(fēng)險和系統(tǒng)成本風(fēng)險。在本研究中，我們開發(fā)了一個堆疊集成學(xué)習(xí)（SEL）模型，用于成功識別鐮刀苜蓿（Medicago falcata）、雜交苜蓿和紫花苜蓿的單個種子。SEL采用三層結(jié)構(gòu)，即0級，以主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）和二次判別分析（QDA）作為降維和特征提取（DRFE）模型；1級，支持向量機（SVM）、多元邏輯回歸（MLR）、具有彈性網(wǎng)正則化的廣義線性模型（GLMNET）和極限梯度增強（XGBoost）作為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)級；三級，XGBoost作為元學(xué)習(xí)者。研究確認，基于光譜特征以及形態(tài)學(xué)和光譜特征的組合，SEL模型的總體準確度、kappa、精密度、敏感性、特異性和敏感性值均顯著高于單獨的基本模型。此外，我們還開發(fā)了特征過濾過程，并成功地從33個特征中選擇了5個最佳特征，這些特征對應(yīng)于種子中葉綠素、花青素、脂肪和水分的含量。在MSI數(shù)據(jù)分析中的SEL模型為種子識別提供了一種新的方法，并且特征濾波過程可能廣泛用于低成本和窄通道傳感器的開發(fā)。 

關(guān)鍵詞：鐮刀苜蓿、雜交苜蓿和紫花苜蓿、種子識別、疊加集成學(xué)習(xí)、多光譜成像
 

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的多光譜表型成像設(shè)備，典型客戶為ISTA國際種子檢驗協(xié)會、ESTA歐洲種子檢驗協(xié)會、John Innes Centre、LGC化學(xué)家集團、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)可測量種子如尺寸、顏色、形狀等，間接測定種子參數(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、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，具體包括吸漲后旺盛的代謝強度、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)檢測方法包括低溫測試、高溫加速衰老測試、幼苗生長測定等。
 

該系統(tǒng)也可以對細菌、蟲卵、真菌等進行高通量成像測量，進行病理學(xué)、毒理學(xué)或其它研究。對于擬南芥等冠層平展的植物，可以進行自動的葉片計數(shù)等。