Visible/near-infrared hyperspectral imaging combined with machine learning for identification of ten Dalbergia species

高光谱成像 红外线的 鉴定(生物学) 遥感 计算机科学 植物 人工智能 环境科学 生物 光学 物理 地理
作者
Zhenan Chen,Xiaoming Xue,Haoqi Wu,Handong Gao,Guangyu Wang,Geyi Ni,Tianyi Cao
出处
期刊:Frontiers in Plant Science [Frontiers Media]
卷期号:15: 1413215-1413215 被引量:8
标识
DOI:10.3389/fpls.2024.1413215
摘要

Introduction: species, which are threatened by illegal logging. Effective identification methods are crucial for ecological conservation, biodiversity preservation, and the regulation of the timber trade. Methods: We integrate Visible/Near-Infrared (Vis/NIR) Hyperspectral Imaging (HSI) with advanced machine learning techniques to enhance the precision and efficiency of wood species identification. Our methodology employs various modeling approaches, including Principal Component Analysis (PCA), Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA), Support Vector Machine (SVM), and Convolutional Neural Networks (CNN). These models analyze spectral data across Vis (383-982 nm), NIR (982-2386 nm), and full spectral ranges (383 nm to 2386 nm). We also assess the impact of preprocessing techniques such as Standard Normal Variate (SNV), Savitzky-Golay (SG) smoothing, normalization, and Multiplicative Scatter Correction (MSC) on model performance. Results: With optimal preprocessing, both SVM and CNN models achieve 100% accuracy across NIR and full spectral ranges. The selection of an appropriate wavelength range is critical; utilizing the full spectrum captures a broader array of the wood's chemical and physical properties, significantly enhancing model accuracy and predictive power. Discussion: These findings underscore the effectiveness of Vis/NIR HSI in wood species identification. They also highlight the importance of precise wavelength selection and preprocessing techniques to maximize both accuracy and cost-efficiency. This research contributes substantially to ecological conservation and the regulation of the timber trade by providing a reliable, non-destructive method for identifying threatened wood species.
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