Contributions to Ensemble Classifiers with Image Analysis Applications

134 p.Ésta tesis tiene dos aspectos fundamentales, por un lado, la propuesta denuevas arquitecturas de clasificadores y, por otro, su aplicación a el análisis deimagen.Desde el punto de vista de proponer nuevas arquitecturas de clasificaciónla tesis tiene dos contribucciones principales. En primer lugar la propuestade un innovador ensemble de clasificadores basado en arquitecturas aleatorias,como pueden ser las Extreme Learning Machines (ELM), Random Forest (RF) yRotation Forest, llamado Hybrid Extreme Rotation Forest (HERF) y su mejoraAnticipative HERF (AHERF) que conlleva una selección del modelo basada enel rendimiento de predicción para cada conjunto de datos específico. Ademásde lo anterior, proveemos una prueba formal tanto del AHERF, como de laconvergencia de los ensembles de regresores ELMs que mejoran la usabilidad yreproducibilidad de los resultados.En la vertiente de aplicación hemos estado trabajando con dos tipos de imágenes:imágenes hiperespectrales de remote sensing, e imágenes médicas tanto depatologías específicas de venas de sangre como de imágenes para el diagnósticode Alzheimer. En todos los casos los ensembles de clasificadores han sido la herramientacomún además de estrategias especificas de aprendizaje activo basadasen dichos ensembles de clasificadores. En el caso concreto de la segmentaciónde vasos sanguíneos nos hemos enfrentado con problemas, uno relacionado conlos trombos del Aneurismas de Aorta Abdominal en imágenes 3D de tomografíacomputerizada y el otro la segmentación de venas sangineas en la retina. Losresultados en ambos casos en términos de rendimiento en clasificación y ahorrode tiempo en la segmentación humana nos permiten recomendar esos enfoquespara la práctica clínica.Chapter 1Background y contribuccionesDado el espacio limitado para realizar el resumen de la tesis hemos decididoincluir un resumen general con los puntos más importantes, una pequeña introducciónque pudiera servir como background para entender los conceptos básicosde cada uno de los temas que hemos tocado y un listado con las contribuccionesmás importantes.1.1 Ensembles de clasificadoresLa idea de los ensembles de clasificadores fue propuesta por Hansen y Salamon[4] en el contexto del aprendizaje de las redes neuronales artificiales. Sutrabajo mostró que un ensemble de redes neuronales con un esquema de consensogrupal podía mejorar el resultado obtenido con una única red neuronal.Los ensembles de clasificadores buscan obtener unos resultados de clasificaciónmejores combinando clasificadores débiles y diversos [8, 9]. La propuesta inicialde ensemble contenía una colección homogena de clasificadores individuales. ElRandom Forest es un claro ejemplo de ello, puesto que combina la salida de unacolección de árboles de decisión realizando una votación por mayoría [2, 3], yse construye utilizando una técnica de remuestreo sobre el conjunto de datos ycon selección aleatoria de variables.2CHAPTER 1. BACKGROUND Y CONTRIBUCCIONES 31.2 Aprendizaje activoLa construcción de un clasificador supervisado consiste en el aprendizaje de unaasignación de funciones de datos en un conjunto de clases dado un conjunto deentrenamiento etiquetado. En muchas situaciones de la vida real la obtenciónde las etiquetas del conjunto de entrenamiento es costosa, lenta y propensa aerrores. Esto hace que la construcción del conjunto de entrenamiento sea unatarea engorrosa y requiera un análisis manual exaustivo de la imagen. Esto se realizanormalmente mediante una inspección visual de las imágenes y realizandoun etiquetado píxel a píxel. En consecuencia el conjunto de entrenamiento esaltamente redundante y hace que la fase de entrenamiento del modelo sea muylenta. Además los píxeles ruidosos pueden interferir en las estadísticas de cadaclase lo que puede dar lugar a errores de clasificación y/o overfitting. Por tantoes deseable que un conjunto de entrenamiento sea construido de una manera inteligente,lo que significa que debe representar correctamente los límites de clasemediante el muestreo de píxeles discriminantes. La generalización es la habilidadde etiquetar correctamente datos que no se han visto previamente y quepor tanto son nuevos para el modelo. El aprendizaje activo intenta aprovecharla interacción con un usuario para proporcionar las etiquetas de las muestrasdel conjunto de entrenamiento con el objetivo de obtener la clasificación másprecisa utilizando el conjunto de entrenamiento más pequeño posible.1.3 AlzheimerLa enfermedad de Alzheimer es una de las causas más importantes de discapacidaden personas mayores. Dado el envejecimiento poblacional que es una realidaden muchos países, con el aumento de la esperanza de vida y con el aumentodel número de personas mayores, el número de pacientes con demencia aumentarátambién. Debido a la importancia socioeconómica de la enfermedad enlos países occidentales existe un fuerte esfuerzo internacional focalizado en laenfermedad del Alzheimer. En las etapas tempranas de la enfermedad la atrofiacerebral suele ser sutil y está espacialmente distribuida por diferentes regionescerebrales que incluyen la corteza entorrinal, el hipocampo, las estructuras temporaleslateral e inferior, así como el cíngulo anterior y posterior. Son muchoslos esfuerzos de diseño de algoritmos computacionales tratando de encontrarbiomarcadores de imagen que puedan ser utilizados para el diagnóstico no invasivodel Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.CHAPTER 1. BACKGROUND Y CONTRIBUCCIONES 41.4 Segmentación de vasos sanguíneosLa segmentación de los vasos sanguíneos [1, 7, 6] es una de las herramientas computacionalesesenciales para la evaluación clínica de las enfermedades vasculares.Consiste en particionar un angiograma en dos regiones que no se superponen:la región vasculares y el fondo. Basándonos en los resultados de dicha particiónse pueden extraer, modelar, manipular, medir y visualizar las superficies vasculares.Éstas estructuras son muy útiles y juegan un rol muy imporntate en lostratamientos endovasculares de las enfermedades vasculares. Las enfermedadesvasculares son una de las principales fuentes de morbilidad y mortalidad en todoel mundo.Aneurisma de Aorta Abdominal El Aneurisma de Aorta Abdominal (AAA)es una dilatación local de la Aorta que ocurre entre las arterias renal e ilíaca. Eldebilitamiento de la pared de la aorta conduce a su deformación y la generaciónde un trombo. Generalmente, un AAA se diagnostica cuando el diámetro anterioposteriormínimo de la aorta alcanza los 3 centímetros [5]. La mayoría delos aneurismas aórticos son asintomáticos y sin complicaciones. Los aneurismasque causan los síntomas tienen un mayor riesgo de ruptura. El dolor abdominalo el dolor de espalda son las dos principales características clínicas que sugiereno bien la reciente expansión o fugas. Las complicaciones son a menudo cuestiónde vida o muerte y pueden ocurrir en un corto espacio de tiempo. Por lo tanto,el reto consiste en diagnosticar lo antes posible la aparición de los síntomas.Imágenes de Retina La evaluación de imágenes del fondo del ojo es una herramientade diagnóstico de la patología vascular y no vascular. Dicha inspecciónpuede revelar hipertensión, diabetes, arteriosclerosis, enfermedades cardiovascularese ictus. Los principales retos para la segmentación de vasos retinianos son:(1) la presencia de lesiones que se pueden interpretar de forma errónea comovasos sanguíneos; (2) bajo contraste alrededor de los vasos más delgados, (3)múltiples escalas de tamaño de los vasos.1.5 ContribucionesÉsta tesis tiene dos tipos de contribuciones. Contribuciones computacionales ycontribuciones orientadas a una aplicación o prácticas.CHAPTER 1. BACKGROUND Y CONTRIBUCCIONES 5Desde un punto de vista computacional las contribuciones han sido las siguientes:¿ Un nuevo esquema de aprendizaje activo usando Random Forest y el cálculode la incertidumbre que permite una segmentación de imágenes rápida,precisa e interactiva.¿ Hybrid Extreme Rotation Forest.¿ Adaptative Hybrid Extreme Rotation Forest.¿ Métodos de aprendizaje semisupervisados espectrales-espaciales.¿ Unmixing no lineal y reconstrucción utilizando ensembles de regresoresELM.Desde un punto de vista práctico:¿ Imágenes médicas¿ Aprendizaje activo combinado con HERF para la segmentación deimágenes de tomografía computerizada.¿ Mejorar el aprendizaje activo para segmentación de imágenes de tomografíacomputerizada con información de dominio.¿ Aprendizaje activo con el clasificador bootstrapped dendritic aplicadoa segmentación de imágenes médicas.¿ Meta-ensembles de clasificadores para detección de Alzheimer conimágenes de resonancia magnética.¿ Random Forest combinado con aprendizaje activo para segmentaciónde imágenes de retina.¿ Segmentación automática de grasa subcutanea y visceral utilizandoresonancia magnética.¿ Imágenes hiperespectrales¿ Unmixing no lineal y reconstrucción utilizando ensembles de regresoresELM.¿ Métodos de aprendizaje semisupervisados espectrales-espaciales concorrección espacial usando AHERF.¿ Método semisupervisado de clasificación utilizando ensembles de ELMsy con regularización espacial

On the Use of Imaging Spectroscopy from Unmanned Aerial Systems (UAS) to Model Yield and Assess Growth Stages of a Broadacre Crop

Snap bean production was valued at $363 million in 2018. Moreover, the increasing need in food production, caused by the exponential increase in population, makes this crop vitally important to study. Traditionally, harvest time determination and yield prediction are performed by collecting limited number of samples. While this approach could work, it is inaccurate, labor-intensive, and based on a small sample size. The ambiguous nature of this approach furthermore leaves the grower with under-ripe and over-mature plants, decreasing the final net profit and the overall quality of the product. A more cost-effective method would be a site-specific approach that would save time and labor for farmers and growers, while providing them with exact detail to when and where to harvest and how much is to be harvested (while forecasting yield). In this study we used hyperspectral (i.e., point-based and image-based), as well as biophysical data, to identify spectral signatures and biophysical attributes that could schedule harvest and forecast yield prior to harvest. Over the past two decades, there have been immense advances in the field of yield and harvest modeling using remote sensing data. Nevertheless, there still exists a wide gap in the literature covering yield and harvest assessment as a function of time using both ground-based and unmanned aerial systems. There is a need for a study focusing on crop-specific yield and harvest assessment using a rapid, affordable system. We hypothesize that a down-sampled multispectral system, tuned with spectral features identified from hyperspectral data, could address the mentioned gaps. Moreover, we hypothesize that the airborne data will contain noise that could negatively impact the performance and the reliability of the utilized models. Thus, We address these knowledge gaps with three objectives as below: 1. Assess yield prediction of snap bean crop using spectral and biophysical data and identify discriminating spectral features via statistical and machine learning approaches. 2. Evaluate snap bean harvest maturity at both the plant growth stage and pod maturity level, by means of spectral and biophysical indicators, and identify the corresponding discriminating spectral features. 3. Assess the feasibility of using a deep learning architecture for reducing noise in the hyperspectral data. In the light of the mentioned objectives, we carried out a greenhouse study in the winter and spring of 2019, where we studied temporal change in spectra and physical attributes of snap-bean crop, from Huntington cultivar, using a handheld spectrometer in the visible- to shortwave-infrared domain (400-2500 nm). Chapter 3 of this dissertation focuses on yield assessment of the greenhouse study. Findings from this best-case scenario yield study showed that the best time to study yield is approximately 20-25 days prior to harvest that would give out the most accurate yield predictions. The proposed approach was able to explain variability as high as R2 = 0.72, with spectral features residing in absorption regions for chlorophyll, protein, lignin, and nitrogen, among others. The captured data from this study contained minimal noise, even in the detector fall-off regions. Moving the focus to harvest maturity assessment, Chapter 4 presents findings from this objective in the greenhouse environment. Our findings showed that four stages of maturity, namely vegetative growth, budding, flowering, and pod formation, are distinguishable with 79% and 78% accuracy, respectively, via the two introduced vegetation indices, as snap-bean growth index (SGI) and normalized difference snap-bean growth index (NDSI), respectively. Moreover, pod-level maturity classification showed that ready-to-harvest and not-ready-to-harvest pods can be separated with 78% accuracy with identified wavelengths residing in green, red edge, and shortwave-infrared regions. Moreover, Chapters 5 and 6 focus on transitioning the learned concepts from the mentioned greenhouse scenario to UAS domain. We transitioned from a handheld spectrometer in the visible to short-wave infrared domain (400-2500 nm) to a UAS-mounted hyperspectral imager in the visible-to-near-infrared region (400-1000 nm). Two years worth of data, at two different geographical locations, were collected in upstate New York and examined for yield modeling and harvest scheduling objectives. For analysis of the collected data, we introduced a feature selection library in Python, named “Jostar”, to identify the most discriminating wavelengths. The findings from the yield modeling UAS study show that pod weight and seed length, as two different yield indicators, can be explained with R2 as high as 0.93 and 0.98, respectively. Identified wavelengths resided in blue, green, red, and red edge regions, and 44-55 days after planting (DAP) showed to be the optimal time for yield assessment. Chapter 6, on the other hand, evaluates maturity assessment, in terms of pod classification, from the UAS perspective. Results from this study showed that the identified features resided in blue, green, red, and red-edge regions, contributing to F1 score as high as 0.91 for differentiating between ready-to-harvest vs. not ready-to-harvest. The identified features from this study is in line with those detected from the UAS yield assessment study. In order to have a parallel comparison of the greenhouse study against the UAS study, we adopted the methodology employed for UAS studies and applied it to the greenhouse studies, in Chapter 7. Since the greenhouse data were captured in the visible-to-shortwave-infrared (400-2500 nm) domain, and the UAS study data were captured in the VNIR (400-1000 nm) domain, we truncated the spectral range of the collected data from the greenhouse study to the VNIR domain. The comparison experiment between the greenhouse study and the UAS studies for yield assessment, at two harvest stages early and late, showed that spectral features in 450-470, 500-520, 650, 700-730 nm regions were repeated on days with highest coefficient of determination. Moreover, 46-48 DAP with high coefficient of determination for yield prediction were repeated in five out of six data sets (two early stages, each three data sets). On the other hand, the harvest maturity comparison between the greenhouse study and the UAS data sets showed that similar identified wavelengths reside in ∼450, ∼530, ∼715, and ∼760 nm regions, with performance metric (F1 score) of 0.78, 0.84, and 0.9 for greenhouse, 2019 UAS, and 2020 UAS data, respectively. However, the incorporated noise in the captured data from the UAS study, along with the high computational cost of the classical mathematical approach employed for denoising hyperspectral data, have inspired us to leverage the computational performance of hyperspectral denoising by assessing the feasibility of transferring the learned concepts to deep learning models. In Chapter 8, we approached hyperspectral denoising in spectral domain (1D fashion) for two types of noise, integrated noise and non-independent and non-identically distributed (non-i.i.d.) noise. We utilized Memory Networks due to their power in image denoising for hyperspectral denoising, introduced a new loss and benchmarked it against several data sets and models. The proposed model, HypeMemNet, ranked first - up to 40% in terms of signal-to-noise ratio (SNR) for resolving integrated noise, and first or second, by a small margin for resolving non-i.i.d. noise. Our findings showed that a proper receptive field and a suitable number of filters are crucial for denoising integrated noise, while parameter size was shown to be of the highest importance for non-i.i.d. noise. Results from the conducted studies provide a comprehensive understanding encompassing yield modeling, harvest scheduling, and hyperspectral denoising. Our findings bode well for transitioning from an expensive hyperspectral imager to a multispectral imager, tuned with the identified bands, as well as employing a rapid deep learning model for hyperspectral denoising

Mineral identification using data-mining in hyperspectral infrared imagery

Les applications de l’imagerie infrarouge dans le domaine de la géologie sont principalement des applications hyperspectrales. Elles permettent entre autre l’identification minérale, la cartographie, ainsi que l’estimation de la portée. Le plus souvent, ces acquisitions sont réalisées in-situ soit à l’aide de capteurs aéroportés, soit à l’aide de dispositifs portatifs. La découverte de minéraux indicateurs a permis d’améliorer grandement l’exploration minérale. Ceci est en partie dû à l’utilisation d’instruments portatifs. Dans ce contexte le développement de systèmes automatisés permettrait d’augmenter à la fois la qualité de l’exploration et la précision de la détection des indicateurs. C’est dans ce cadre que s’inscrit le travail mené dans ce doctorat. Le sujet consistait en l’utilisation de méthodes d’apprentissage automatique appliquées à l’analyse (au traitement) d’images hyperspectrales prises dans les longueurs d’onde infrarouge. L’objectif recherché étant l’identification de grains minéraux de petites tailles utilisés comme indicateurs minéral -ogiques. Une application potentielle de cette recherche serait le développement d’un outil logiciel d’assistance pour l’analyse des échantillons lors de l’exploration minérale. Les expériences ont été menées en laboratoire dans la gamme relative à l’infrarouge thermique (Long Wave InfraRed, LWIR) de 7.7m à 11.8 m. Ces essais ont permis de proposer une méthode pour calculer l’annulation du continuum. La méthode utilisée lors de ces essais utilise la factorisation matricielle non négative (NMF). En utlisant une factorisation du premier ordre on peut déduire le rayonnement de pénétration, lequel peut ensuite être comparé et analysé par rapport à d’autres méthodes plus communes. L’analyse des résultats spectraux en comparaison avec plusieurs bibliothèques existantes de données a permis de mettre en évidence la suppression du continuum. Les expérience ayant menés à ce résultat ont été conduites en utilisant une plaque Infragold ainsi qu’un objectif macro LWIR. L’identification automatique de grains de différents matériaux tels que la pyrope, l’olivine et le quartz a commencé. Lors d’une phase de comparaison entre des approches supervisées et non supervisées, cette dernière s’est montrée plus approprié en raison du comportement indépendant par rapport à l’étape d’entraînement. Afin de confirmer la qualité de ces résultats quatre expériences ont été menées. Lors d’une première expérience deux algorithmes ont été évalués pour application de regroupements en utilisant l’approche FCC (False Colour Composite). Cet essai a permis d’observer une vitesse de convergence, jusqu’a vingt fois plus rapide, ainsi qu’une efficacité significativement accrue concernant l’identification en comparaison des résultats de la littérature. Cependant des essais effectués sur des données LWIR ont montré un manque de prédiction de la surface du grain lorsque les grains étaient irréguliers avec présence d’agrégats minéraux. La seconde expérience a consisté, en une analyse quantitaive comparative entre deux bases de données de Ground Truth (GT), nommée rigid-GT et observed-GT (rigide-GT: étiquet manuel de la région, observée-GT:étiquetage manuel les pixels). La précision des résultats était 1.5 fois meilleur lorsque l’on a utlisé la base de données observed-GT que rigid-GT. Pour les deux dernières epxérience, des données venant d’un MEB (Microscope Électronique à Balayage) ainsi que d’un microscopie à fluorescence (XRF) ont été ajoutées. Ces données ont permis d’introduire des informations relatives tant aux agrégats minéraux qu’à la surface des grains. Les résultats ont été comparés par des techniques d’identification automatique des minéraux, utilisant ArcGIS. Cette dernière a montré une performance prometteuse quand à l’identification automatique et à aussi été utilisée pour la GT de validation. Dans l’ensemble, les quatre méthodes de cette thèse représentent des méthodologies bénéfiques pour l’identification des minéraux. Ces méthodes présentent l’avantage d’être non-destructives, relativement précises et d’avoir un faible coût en temps calcul ce qui pourrait les qualifier pour être utilisée dans des conditions de laboratoire ou sur le terrain.The geological applications of hyperspectral infrared imagery mainly consist in mineral identification, mapping, airborne or portable instruments, and core logging. Finding the mineral indicators offer considerable benefits in terms of mineralogy and mineral exploration which usually involves application of portable instrument and core logging. Moreover, faster and more mechanized systems development increases the precision of identifying mineral indicators and avoid any possible mis-classification. Therefore, the objective of this thesis was to create a tool to using hyperspectral infrared imagery and process the data through image analysis and machine learning methods to identify small size mineral grains used as mineral indicators. This system would be applied for different circumstances to provide an assistant for geological analysis and mineralogy exploration. The experiments were conducted in laboratory conditions in the long-wave infrared (7.7μm to 11.8μm - LWIR), with a LWIR-macro lens (to improve spatial resolution), an Infragold plate, and a heating source. The process began with a method to calculate the continuum removal. The approach is the application of Non-negative Matrix Factorization (NMF) to extract Rank-1 NMF and estimate the down-welling radiance and then compare it with other conventional methods. The results indicate successful suppression of the continuum from the spectra and enable the spectra to be compared with spectral libraries. Afterwards, to have an automated system, supervised and unsupervised approaches have been tested for identification of pyrope, olivine and quartz grains. The results indicated that the unsupervised approach was more suitable due to independent behavior against training stage. Once these results obtained, two algorithms were tested to create False Color Composites (FCC) applying a clustering approach. The results of this comparison indicate significant computational efficiency (more than 20 times faster) and promising performance for mineral identification. Finally, the reliability of the automated LWIR hyperspectral infrared mineral identification has been tested and the difficulty for identification of the irregular grain’s surface along with the mineral aggregates has been verified. The results were compared to two different Ground Truth(GT) (i.e. rigid-GT and observed-GT) for quantitative calculation. Observed-GT increased the accuracy up to 1.5 times than rigid-GT. The samples were also examined by Micro X-ray Fluorescence (XRF) and Scanning Electron Microscope (SEM) in order to retrieve information for the mineral aggregates and the grain’s surface (biotite, epidote, goethite, diopside, smithsonite, tourmaline, kyanite, scheelite, pyrope, olivine, and quartz). The results of XRF imagery compared with automatic mineral identification techniques, using ArcGIS, and represented a promising performance for automatic identification and have been used for GT validation. In overall, the four methods (i.e. 1.Continuum removal methods; 2. Classification or clustering methods for mineral identification; 3. Two algorithms for clustering of mineral spectra; 4. Reliability verification) in this thesis represent beneficial methodologies to identify minerals. These methods have the advantages to be a non-destructive, relatively accurate and have low computational complexity that might be used to identify and assess mineral grains in the laboratory conditions or in the field

Literature Review on Big Data Analytics Methods

Companies and industries are faced with a huge amount of raw data, which have information and knowledge in their hidden layer. Also, the format, size, variety, and velocity of generated data bring complexity for industries to apply them in an efficient and effective way. So, complexity in data analysis and interpretation incline organizations to deploy advanced tools and techniques to overcome the difficulties of managing raw data. Big data analytics is the advanced method that has the capability for managing data. It deploys machine learning techniques and deep learning methods to benefit from gathered data. In this research, the methods of both ML and DL have been discussed, and an ML/DL deployment model for IOT data has been proposed

Sustainable Agriculture and Advances of Remote Sensing (Volume 2)

Agriculture, as the main source of alimentation and the most important economic activity globally, is being affected by the impacts of climate change. To maintain and increase our global food system production, to reduce biodiversity loss and preserve our natural ecosystem, new practices and technologies are required. This book focuses on the latest advances in remote sensing technology and agricultural engineering leading to the sustainable agriculture practices. Earth observation data, in situ and proxy-remote sensing data are the main source of information for monitoring and analyzing agriculture activities. Particular attention is given to earth observation satellites and the Internet of Things for data collection, to multispectral and hyperspectral data analysis using machine learning and deep learning, to WebGIS and the Internet of Things for sharing and publication of the results, among others

Non-destructive prediction and visualization of anthocyanin content in mulberry fruits using hyperspectral imaging

Being rich in anthocyanin is one of the most important physiological traits of mulberry fruits. Efficient and non-destructive detection of anthocyanin content and distribution in fruits is important for the breeding, cultivation, harvesting and selling of them. This study aims at building a fast, non-destructive, and high-precision method for detecting and visualizing anthocyanin content of mulberry fruit by using hyperspectral imaging. Visible near-infrared hyperspectral images of the fruits of two varieties at three maturity stages are collected. Successive projections algorithm (SPA), competitive adaptive reweighted sampling (CARS) and stacked auto-encoder (SAE) are used to reduce the dimension of high-dimensional hyperspectral data. The least squares-support vector machine and extreme learning machine (ELM) are used to build models for predicting the anthocyanin content of mulberry fruit. And genetic algorithm (GA) is used to optimize the major parameters of models. The results show that the higher the anthocyanin content is, the lower the spectral reflectance is. 15, 7 and 13 characteristic variables are extracted by applying CARS, SPA and SAE respectively. The model based on SAE-GA-ELM achieved the best performance with R2 of 0.97 and the RMSE of 0.22 mg/g in both the training set and testing set, and it is applied to retrieve the distribution of anthocyanin content in mulberry fruits. By applying SAE-GA-ELM model to each pixel of the mulberry fruit images, distribution maps are created to visualize the changes in anthocyanin content of mulberry fruits at three maturity stages. The overall results indicate that hyperspectral imaging, in combination with SAE-GA-ELM, can help achieve rapid, non-destructive and high-precision detection and visualization of anthocyanin content in mulberry fruits