作物杂志,2021, 第1期: 200–206 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2021.01.028

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基于GWO优化SVM的小麦籽粒优劣分级研究

安娟华(), 董鑫, 王克俭(), 何振学   

  1. 河北农业大学信息科学与技术学院,071000,河北保定
  • 收稿日期:2020-03-18 修回日期:2020-05-08 出版日期:2021-02-15 发布日期:2021-02-23
  • 通讯作者: 王克俭
  • 作者简介:安娟华,主要从事图像处理研究,E-mail: 2193166210@qq.com
  • 基金资助:
    河北省教育厅重点研究项目(ZD2016158)

Study on the Classification of Wheat Grain Quality Based on GWO Optimized SVM

An Juanhua(), Dong Xin, Wang Kejian(), He Zhenxue   

  1. College of Information Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, Hebei, China
  • Received:2020-03-18 Revised:2020-05-08 Online:2021-02-15 Published:2021-02-23
  • Contact: Wang Kejian

摘要:

小麦籽粒优劣不仅是产量及品质的重要决定因素,也是育种适应性的综合指标。为了提高小麦籽粒优劣分级的准确率,同时克服神经网络中存在的收敛速度慢、容易陷入局部极值等缺陷,提出一种灰狼算法(GWO)优化支持向量机(SVM)的小麦籽粒优劣分级方法,以航麦8805为研究对象,利用图像处理技术对小麦籽粒图像进行预处理并提取小麦籽粒的形态、颜色和纹理等21个特征。然后采用灰狼算法对支持向量机的两个参数(cσ)进行优化,建立GWO-SVM模型,从而对小麦籽粒进行优劣分级。与其他算法相比,GWO优化SVM的算法对小麦籽粒的分级准确率有明显的提高,对小麦籽粒优劣分级的准确率可达到95.08%。

关键词: 小麦籽粒, 优劣分级, 灰狼优化算法, 支持向量机

Abstract:

Wheat grain quality is not only an important determinant of yield and quality but also a comprehensive indicator of breeding adaptability. In order to improve the accuracy of wheat grain grading, at the same time to solve the problem of local optimal solution and slow convergence rate existed in artificial neural networks, we presented a method based on support vector machine (SVM) with gray wolf algorithm optimization (GWO) for grading of wheat grain. First of all to wheat 8805 as the research object, using the image processing technology of wheat grain image preprocessing and extract the grain morphology, color, texture, a total of 21 characteristics. Then, GWO was used to optimize the two parameters (c, σ) of the SVM, and the GWO-SVM model was established to grading of wheat grains. Comparing the GWO optimized SVM algorithm with other algorithms, the results showed that the accuracy of the GWO optimized SVM algorithm for wheat grain classification can reach 95.08%, which is significantly higher than other algorithms.

Key words: Wheat grain, Classification of advantages and disadvantages, Grey wolf optimizer, Support vector machine

图1

小麦籽粒RGB原图像

图2

小麦籽粒预处理效果图

表1

GWO-SVM和人工分级结果对比

等级
Grade
人工分级结果(粒)
Manual grading results (grain)
GWO-SVM
正确分级数(粒)
Number of correct grades (grain)
错误分级数(粒)
Number of error ratings (grain)
正检率
Correct detection rate (%)
错检率
False detection rate (%)
优Superior 29 28 1 96.55 3.45
中Medium 20 19 1 95.00 5.00
劣Inferior 12 11 1 91.67 8.33
总计Total 61 58 3 95.08 4.92
均值Mean - - - 94.41 5.59

表2

不同算法分级结果

算法
Algorithm
等级
Grade
正确分级数(粒)
Number of correct grades (grain)
错误分级数(粒)
Number of error ratings (grain)
正检率
Correct detection rate (%)
错检率
False detection rate (%)
PSO-SVM 优Superior 28 1 96.55 3.45
中Medium 17 3 85.00 15.00
劣Inferior 10 2 83.33 16.67
总计Total 55 6 90.16 9.84
均值Mean - - 88.29 11.71
SVM 优Superior 26 3 89.66 10.34
中Medium 15 5 75.00 25.00
劣Inferior 10 2 83.33 16.67
总计Total 51 10 83.61 16.39
均值Mean - - 82.66 17.34

表3

不同算法时间结果

KK-value SVM GWO-SVM PSO-SVM
3 1.68 4.27 12.27
5 2.72 4.86 14.86
7 3.20 5.01 15.01
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