Purpose: A multispectral algorithm for detection and differentiation of defective (defects on apple skin) and normal Red Delicious apples was developed from analysis of a series of hyperspectral line-scan images. Methods: A fast line-scan hyperspectral imaging system mounted on a conventional apple sorting machine was used to capture hyperspectral images of apples moving approximately 4 apples per second on a conveyor belt. The detection algorithm included an apple segmentation method and a threshold function, and was developed using three wavebands at 676 nm, 714 nm and 779 nm. The algorithm was executed on line-by-line image analysis, simulating online real-time line-scan imaging inspection during fruit processing. Results: The rapid multispectral algorithm detected over 95% of defective apples and 91% of normal apples investigated. Conclusions: The multispectral defect detection algorithm can potentially be used in commercial apple processing lines.
Pathogen infection in plants induces complex responses ranging from gene expression to metabolic processes in infected plants. In spite of many studies on biotic stress-related changes in host plants, little is known about the metabolic and phenotypic responses of the host plants to Pseudomonas cichorii infection based on image-based analysis. To investigate alterations in tomato plants according to disease severity, we inoculated plants with different cell densities of P. cichorii using dipping and syringe infiltration methods. High-dose inocula (${\geq}10^6cfu/ml$) induced evident necrotic lesions within one day that corresponded to bacterial growth in the infected tissues. Among the chlorophyll fluorescence parameters analyzed, changes in quantum yield of PSII (${\Phi}PSII$) and non-photochemical quenching (NPQ) preceded the appearance of visible symptoms, but maximum quantum efficiency of PSII ($F_v/F_m$) was altered well after symptom development. Visible/near infrared and chlorophyll fluorescence hyperspectral images detected changes before symptom appearance at low-density inoculation. The results of this study indicate that the P. cichorii infection severity can be detected by chlorophyll fluorescence assay and hyperspectral images prior to the onset of visible symptoms, indicating the feasibility of early detection of diseases. However, to detect disease development by hyperspectral imaging, more detailed protocols and analyses are necessary. Taken together, change in chlorophyll fluorescence is a good parameter for early detection of P. cichorii infection in tomato plants. In addition, image-based visualization of infection severity before visual damage appearance will contribute to effective management of plant diseases.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.19
no.2
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pp.107-116
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2016
Airborne or spaceborne remote sensing can increase the efficiency of seabed material surveys compared with field surveying using a vessel. For the same seabed material, the optical remote sensing image shows variation in the reflectance depending on the water depth, which is due to the absorption and scattering by the water column. This study suggests a correction procedure to use the hyperspectral image for seabed material analysis. The study is conducted in the coastal area from Sacheonjin Port to Gyungpo Beach in Gangwon-do. The hyperspectral image is acquired using the CASI-1500 sensor. The diffuse attenuation coefficient is estimated for each band through regression models between the water reflectance and depth. Then, the coefficient is applied to each band of the image. As a result, the completely corrected image can be interpreted for a deeper area, although the interpretable area is very shallow without water column correction. Additionally, the water column corrected image shows decreased variation of reflectance with various water depths.
Faqeerzada, Mohammad Akbar;Rahman, Anisur;Kim, Geonwoo;Park, Eunsoo;Joshi, Rahul;Lohumi, Santosh;Cho, Byoung-Kwan
Korean Journal of Agricultural Science
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v.47
no.4
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pp.995-1010
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2020
In this study, a multivariate analysis model of partial least square regression (PLSR) was developed to predict the moisture content of green peppers using hyperspectral imaging (HSI). In HSI, illumination is essential for high-quality image acquisition and directly affects the analytical performance of the visible near-infrared hyperspectral imaging (VIS/NIR-HSI) system. When green pepper images were acquired using a direct lighting system, the specular reflection from the surface of the objects and their intensities fluctuated with time. The images include artifacts on the surface of the materials, thereby increasing the variability of data and affecting the obtained accuracy by generating false-positive results. Therefore, images without glare on the surface of the green peppers were created using a polarization filter at the front of the camera lens and by exposing the polarizer sheet at the front of the lighting systems simultaneously. The results obtained from the PLSR analysis yielded a high determination coefficient of 0.89 value. The regression coefficients yielded by the best PLSR model were further developed for moisture content mapping in green peppers based on the selected wavelengths. Accordingly, the polarization filter helped achieve an uniform illumination and the removal of gloss and artifact glare from the green pepper images. These results demonstrate that the HSI technique with a polarized lighting system combined with chemometrics can be effectively used for high-throughput prediction of moisture content and image-based visualization.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.1
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pp.35-44
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2016
Seed viability is one of the most important parameters that is directly related with seed germination performance and seedling emergence. In this study, a hyperspectral imaging (HSI) system having a range of 1000-2500 nm was used to classify viable watermelon seeds from nonviable seeds. In order to obtain nonviable watermelon seeds, a total of 96 seeds were artificially aged by immersing the seeds in hot water ($25^{\circ}C$) for 15 days. Further, hyperspectral images for 192 seeds (96 normal and 96 aged) were acquired using the developed HSI system. A germination test was performed for all the 192 seeds in order to confirm their viability. Spectral data from the hyperspectral images of the seeds were extracted by selecting pixels from the region of interest. Each seed spectrum was averaged and preprocessed to develop a classification model of partial least square discriminant analysis (PLS-DA). The developed PLS-DA model showed a classification accuracy of 94.7% for the calibration set, and 84.2% for the validation set. The results demonstrate that the proposed technique can classify viable and nonviable watermelon seeds with a reasonable accuracy, and can be further converted into an online sorting system for rapid and nondestructive classification of watermelon seeds with regard to viability.
South Korea is pushing for the advancement of crop production technology to achieve food self-sufficiency and meet the demand for safe food. A medium-sized satellite for agriculture is being launched in 2023 with the aim of collecting and providing information on agriculture, not only in Korea but also in neighboring countries. The satellite is to be equipped with various sensors, though reference data for ground information are lacking. Hyperspectral remote sensing combined with 1st derivative is an efficient tool for the identification of agricultural crops. In our study, we develop a system for hyperspectral analysis of the ground-based reflectance spectrum, which is monitored seven times during the cultivation period of three soybean crops using a PSR-2500 hyperspectral sensor. In the reflection spectrum of soybean canopy, wavelength variations correspond with stages of soybean growths. The spectral reflection characteristics of soybeans can be divided according to growth into the vegetative (V)stage and the reproductive (R)stage. As a result of the first derivative analysis of the spectral reflection characteristics, it is possible to identify the characteristics of each wavelength band. Using our developed monitoring system, we observed that the near-infrared (NIR) variation was largest during the vegetative (V1-V3) stage, followed by a similar variation pattern in the order of red-edge and visible. In the reproductive stage (R1-R8), the effect of the shape and color of the soybean leaf was reflected, and the pattern is different from that in the vegetative (V) stage. At the R1 to R6 stages, the variation in NIR was the largest, and red-edge and green showed similar variation patterns, but red showed little change. In particular, the reflectance characteristics of the R1 stage provides information that could help us distinguish between the three varieties of soybean that were studied. In the R7-R8 stage, close to the harvest period, the red-edge and NIR variation patterns and the visible variation patterns changed. These results are interpreted as a result of the large effects of pigments such as chlorophyll for each of the three soybean varieties, as well as from the formation and color of the leaf and stem. The results obtained in this study provide useful information that helps us to determine the wavelength width and range of the optimal band for monitoring and acquiring vegetation information on crops using satellites and unmanned aerial vehicles (UAVs)
Purpose: This experiment was conducted to detect water stress in terms of the moisture content of cucumber seedlings under water stress condition using a hyperspectral image acquisition system, linear regression analysis, and partial least square regression (PLSR) to achieve a non-destructive measurement procedure. Methods: Changes in the reflectance spectrum of cucumber seedlings under water stress were measured using hyperspectral imaging techniques. A model for estimating moisture content of cucumber seedlings was constructed through a linear regression analysis that used the moisture content of cucumber seedlings and a normalized difference vegetation index (NDVI). A model using PLSR that used the moisture content of cucumber seedlings and reflectance spectrum was also created. Results: In the early stages of water stress, cucumber seedlings recovered completely when sub-irrigation was applied. However, the seedlings suffering from initial wilting did not recover when more than 42 h passed without irrigation. The reflectance spectrum of seedlings under water stress decreased gradually, but increased when irrigation was provided, except for the seedlings that had permanently wilted. From the results of the linear regression analysis using the NDVI, the model excluding wilted seedlings with less than 20% (n=97) moisture content showed a precision ($R^2$ and $R^2_{\alpha}$) of 0.573 and 0.568, respectively, and accuracy (RE) of 4.138% and 4.138%, which was higher than that for models including all seedlings (n=100). For PLS regression analysis using the reflectance spectrum, both models were found to have strong precision ($R^2$) with a rating of 0.822, but accuracy (RMSE and RE) was higher in the model excluding wilted seedlings as 5.544% and 13.65% respectively. Conclusions: The estimation model of the moisture content of cucumber seedlings showed better results in the PLSR analysis using reflectance spectrum than the linear regression analysis using NDVI.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.6
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pp.658-663
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2018
Current measuring methods for air quality are based on ground measurement networks and satellite data. New methods of collecting evidence with advanced sensors are needed because current methods have limitations in collecting evidence for the illegal emission of air pollutants at narrow areas or specific sites. This study analyzed the possibility of using an ultraviolet hyperspectral sensor to measure the concentration of nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Two types of spectra were used: simulated spectra for gases with various concentrations using a radiative transfer model and observed spectra for each gas for a concentration. To understand the possibility of using a hyperspectral sensor, the differences between the simulated spectra and the observed spectra were analyzed, and the variation of simulated spectra were then analyzed according to the concentration. The results showed good agreement between observed spectra and simulated spectra. In addition, the absorption depth at specific wavelengths in the simulated spectra had a very strong correlation with the gas concentration. The gas concentration could be estimated using the hyperspectral sensor. In the future, validation would be needed to estimate the gas concentration through observations of various concentrations of gases using a hyperspectral sensor.
Kim, Jongmin;Gwon, Yeonghwa;Park, Yelim;Kim, Dongsu;Kwon, Jae Hyun;Kim, Young Do
Journal of Korea Water Resources Association
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v.55
no.4
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pp.301-308
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2022
Algae is an indispensable primary producer in the ecosystem by supplying energy to consumers in the aquatic ecosystem, and is largely divided into green algae, blue-green algae, and diatoms. In the case of blue-green algae, the water temperature rises, which occurs in the summer and overgrows, which is the main cause of the algae bloom. Recently, the change in the occurrence time and frequency of the algae bloom is increasing due to climate change. Existing algae survey methods are performed by collecting water and measuring through sensors, and time, cost and manpower are limited. In order to overcome the limitations of these existing monitoring methods, research has been conducted to perform remote monitoring using spectroscopic devices such as multispectral and hyperspectral using satellite image, UAV, etc. In this study, we tried to confirm the possibility of species classification of remote monitoring through laboratory-scale experiments through algal culture and river water collection. In order to acquire hyperspectral images, a hyperspectral sensor capable of analyzing at 400-1000 nm was used. In order to extract the spectral characteristics of the collected river water for classification of algae species, filtration was performed using a GF/C filter to prepare a sample and images were collected. Radiation correction and base removal of the collected images were performed, and spectral information for each sample was extracted and analyzed through the process of extracting spectral information of algae to identify and compare and analyze the spectral characteristics of algae, and remote sensing based on hyperspectral images in rivers and lakes. We tried to review the applicability of monitoring.
Jae-Jin Park;Kyung-Ae Park;Tae-Sung Kim;Moonjin Lee
Journal of the Korean earth science society
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v.45
no.3
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pp.214-223
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2024
The recent increase in maritime traffic and coastal leisure activities has led to a rise in various marine accidents. These incidents not only result in damage to human life and property but also pose a significant risk of marine pollution involving oil and hazardous and noxious substances (HNS) spills. Therefore, effective ship monitoring is crucial for preparing and for responding to marine accidents. This study conducted an aerial experiment utilizing hyperspectral remote sensing to develop a maritime ship monitoring system. Hyperspectral aerial measurements were carried out around Gungpyeong Port in the western coastal region of the Korean Peninsula, and spectral libraries were constructed for various ship decks. The spectral correlation similarity (SCS) technique was employed for ship detection, analyzing the spatial similarity distribution between hyperspectral images and ship spectra. As a result, 15 ships were detected in the hyperspectral images. The color of each ship's deck was classified based on the highest spectral similarity. The detected ships were verified by matching them with high-resolution digital mapping camera (DMC) images. This foundational study on the application of aerial hyperspectral sensors for maritime ship detection demonstrates their potential role in future remote sensing-based ship monitoring systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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