棉花是重要的农作物,也是纺织工业基础,但是棉花杂质对棉花的质量的定价有着直接的影响。国内外学者对棉花检测广泛使用光谱成像技术和断层X光摄影等技术,可有效检测棉花中颜色较浅、面积较大以及含有荧光物质的杂质,但是面积较小、透明、白色以及棉花内层的杂质不能有效检测。本研究建立了高光谱反射、透射和反透射成像系统,用于棉花杂质的检测和分析,并设计和优化了高光谱反射、透射和反透射图像采集系统,分析了棉花和杂质的光谱吸收特性,并对比不同光谱预处理方式和不同成像采集模式下棉花和杂质区域的光谱类型识别率。主要研究内容包括三部分:依据现有系统组成,搭建新的高光谱反射、透射和反透射图像采集系统。以采集的高光谱图像的质量和光谱信息为参考指标,试验确定系统的光源能量大小、光源安装倾角、光源类型、光源数、光谱图像采集参数和步进电机移动速度等。皮棉杂质的吸收光谱特性分析。采集皮棉样本高光谱反射、透射和反透射图像,提取皮棉和杂质区域的光谱数据,对比不同成像模式下皮棉各类杂质的吸收光谱特性,分析皮棉与杂质的光学作用系数,得到皮棉和杂质的光谱吸收差异。结果表明:反射成像模式皮棉各类杂质平均光谱几乎重合,透射成像模式下透明或白色异性纤维的光谱平均强度值最大,反透射成像模式皮棉各类杂质平均光谱曲线和反射成像模式相似;反射成像模式皮棉各类杂质的相对系数最为接近,透射成像模式皮棉各类杂质相对系数较大,说明皮棉与杂质的光谱强度值差异较大,反透射皮棉各类杂质相对系数介于反射和透射之间。皮棉杂质检测、分析和识别。首先预处理皮棉和杂质光谱数据,然后对预处理后的光谱数据进行特征波长筛选,最后进行皮棉各类杂质光谱类型识别,并比较反射、透射和反透射成像模式下识别效果。结果表明:皮棉中普通杂质采用透射成像模式光谱类型识别率达到100%,识别效果好;有色异性纤维使用反射或透射成像模式光谱类型识别率均能达到100%;透明或白色异性纤维采用反射成像模式光谱类型识别率达到100%,优于透射和反透射成像模式;皮棉全类杂质(各类杂质混合)采用透射成像模式光谱类型识别率达到97.916%,识别效果最好。