一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺制造技术

本发明专利技术公开了一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺，包括如下步骤：S1：取纯偶氮甲酰胺样品用高光谱成像仪获得纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱,并从纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱中提取出明显的吸收峰；本发明专利技术探讨应用近红外高光谱技术检测面粉中偶氮甲酰胺。首先，采集纯偶氮甲酰胺、纯面粉和含不同浓度偶氮甲酰胺面粉样品的高光谱图像，找到偶氮甲酰胺区别于面粉的特征吸收波段；其次，通过二阶导数预处理增强光谱中吸收峰的分辨，依据纯偶氮甲酰胺和纯面粉样品确定SAM、SCA、SCM的阈值；最后，分析三种光谱相似性分析方法对10种不同浓度混合样品的分类结果，并对其分类正确性进行验证。

【技术实现步骤摘要】
一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺
本专利技术涉及监测
，更具体地涉及应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺。
技术介绍
高光谱成像技术不仅可以获得样品的图像信息，每个像素点还包含了光谱信息，因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。本专利技术应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺。分别采集纯偶氮甲酰胺、纯面粉和面粉中10种不同浓度偶氮甲酰胺混合样品的高光谱图像。通过比较纯偶氮甲酰胺和纯面粉的平均漫发射光谱，找到两者区分度较大的4处吸收波段：1574.38nm、2038.55nm、2166.88nm和2269.91nm。采用二阶导数对样品图像中的像素点光谱进行预处理，通过光谱角制图、光谱相关角和光谱相关性度量三种光谱相似性分析方法对混合样品中的偶氮甲酰胺像素和面粉像素进行检测。结果表明，预处理后的平均光谱不能有效检测面粉中偶氮甲酰胺；单像素点光谱结合光谱相似性分析实现了混合样品中偶氮甲酰胺像素和面粉像素的分类；分类结果的验证显示了偶氮甲酰胺像素和面粉像素的正确分类。专利技术结果为利用高光谱技术检测面粉中添加剂提供了方法支持，为食品中掺杂物的检测提供参考。面粉作为世界上主要食品原料之一，其制品以色、香、味俱全著称。面粉的质量直接关乎人们的健康，食品添加剂的使用备受关注。偶氮甲酰胺作为一种漂白剂和面粉改良剂用于面粉的熟化处理，它能够氧化小麦粉中的半胱氨酸，从而使面粉筋度增加，提高面团气体保留量，增加烘焙制品的弹性和韧性，改善面团的可操作性和调理性。但偶氮甲酰胺极其不稳定，在加热过程中它会分解从而形成微量的氨基脲，氨基脲是呋喃西林兽药的代谢物，具有很强的致癌、致畸、致突变等副作用。目前，对面粉中偶氮甲酰胺的传统检测方法主要有高效液相色谱法和高效液相色谱-质谱联用法，这两种方法具有较高的检测精度，但前处理复杂、检测时间长、需要熟练的操作人员，一般只限于实验室应用。随着光谱技术的发展，一些光谱方法在面粉添加剂检测中展示了良好的应用，如近红外光谱、太赫兹光谱和拉曼光谱等。这些方法均是对试样的单点检测，覆盖的空间范围不能满足对整个样品的检测要求。高光谱成像技术是是光谱分析和机器视觉技术的高精度融合技术，兼有两种技术的优势，采集到的高光谱图像中既包含了待测物内部品质的光谱信息，又包含了待测物外部品质的图像信息。根据光源和光谱相机位置的不同，高光谱图像的获取方式可分为反射、透射和漫反射三种，其中漫反射成像在检测食品污染物方面展示了良好的应用。Mishra等应用独立成分分析中的特征矩阵联合近似对角化算法处理近红外高光谱图像以检测面粉中痕量花生粉，实现了花生粉痕量分布的可视化识别。Lim等使用近红外高光谱成像技术结合偏最小二乘模型的回归系数检测奶粉中的三聚氰胺颗粒，实现了奶粉中三聚氰胺的有效检测，最低检测浓度为0.02％。周瑶等利用高光谱检测辣椒粉中的苏丹红一号，通过比较偏最小二乘回归法、多元线性回归法和主成分回归法建立预测模型的结果，选择多元线性回归法实现辣椒粉中的苏丹红一号的无损检测。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的不足，提供一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺，包括如下步骤：S1：取纯偶氮甲酰胺样品用高光谱成像仪获得纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱,并从纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱中提取出明显的吸收峰；S2：配置偶氮甲酰胺和面粉不同比例的混合物，并获取纯面粉和上述混合物的平均漫反射光谱，和各个像素点的漫反射光谱；S3：对混合物各个像素点光谱进行二阶导数预处理，以获得混合物的各个像素点的二阶导数光谱，二阶导数预处理纯面粉混合物的平均漫反射光谱，以获得纯面粉的二阶导数光谱，将混合物各个像素点的二阶导数光谱分别减去纯面粉的二阶导数光谱后得到的光谱作用于SAM、SCA以及SCM三种光谱相似性分析算法中，以分析出混合物的各个像素点中的面粉像素和偶氮甲酰胺像素；S4：将所述S3中的面粉像素和偶氮甲胺像素的平均二阶导数光谱和所述S1中纯偶氮甲酰胺的吸收峰进行对比，以验证偶氮甲酰胺像素和面粉像素的分类结果。本专利技术探讨应用近红外高光谱技术检测面粉中偶氮甲酰胺。首先，采集纯偶氮甲酰胺、纯面粉和含不同浓度偶氮甲酰胺面粉样品的高光谱图像，找到偶氮甲酰胺区别于面粉的特征吸收波段；其次，通过二阶导数预处理增强光谱中吸收峰的分辨，依据纯偶氮甲酰胺和纯面粉样品确定SAM、SCA、SCM的阈值；最后，分析三种光谱相似性分析方法对10种不同浓度混合样品的分类结果，并对其分类正确性进行验证。可选的，所述S3中，对混合样品进行相似性分析的具体方式如下，首先计算纯偶氮甲酰胺样品中各像素点和偶氮甲酰胺平均光谱的光谱相似性分析的最大值和最小值，然后计算纯面粉中各像素点和偶氮甲酰胺平均光谱的光谱相似性分析的最大值和最小值，阈值即为纯偶氮甲酰胺结果的最大值和纯面粉结果最小值的中值。可选的，SAM、SCA和SCM三种光谱相似性分析算法的阈值分别为1.4109、0.9525和0.1590，因此，具有<1.4109的角度值，<0.9525的角度值和>0.1590的相关值被分类为偶氮甲酰胺像素。可选的，所述S4中，由SCM光谱相似性分析算法获得的偶氮甲酰胺像素的光谱于226.91nm处显示出强吸收峰，且SCM光谱相似性分析算法获得的面粉像素的光谱未在226.91nm处显示出吸收峰。可选的，所述S1中，需要采集白色和黑色标定参考图像，以校正原始图像中CCD检测器暗电流和光强度分布不均匀的影响，校正公式如下：其中，Rraw为高光谱采集的原始的图像；Rdark为关闭光源，盖子覆盖镜头时采集的黑色参考图像；Rwhite为采集的99％反射率标准白板的白色参考图像；Rcal为校正后获得的相对光谱图像。可选的，所述S1中，偶氮甲酰胺的吸收峰为1574.38nm、2038.55nm、2166.88nm和2269.91nm。可选的，所述S1和所述S2中，纯偶氮甲酰胺、纯面粉以及上述混合物的平均漫反射的光谱获取方式如下：将需要采集平均漫反射光谱的样品放置到所述高光谱成像仪相机镜头的正下方，调整焦距使镜头到样品表面的距离为40cm；光谱采集范围为：1398.11～2502.89nm，光谱分辨率为8nm，曝光时间为2ms，所述高光谱成像仪的定位平台的移动速度为43mm·s-1。综上所述，本专利技术探讨应用近红外高光谱技术检测面粉中偶氮甲酰胺。首先，采集纯偶氮甲酰胺、纯面粉和含不同浓度偶氮甲酰胺面粉样品的高光谱图像，找到偶氮甲酰胺区别于面粉的特征吸收波段；其次，通过二阶导数预处理增强光谱中吸收峰的分辨，依据纯偶氮甲酰胺和纯面粉样品确定SAM、SCA、SCM的阈值；最后，分析三种光谱相似性分析方法对10种不同浓度混合样品的分类结果，并对其分类正确性进行验证。附图说明图1近红外高光谱成像系统示意图图2纯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：取纯偶氮甲酰胺样品用高光谱成像仪获得纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱,并从纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱中提取出明显的吸收峰；/nS2：配置偶氮甲酰胺和面粉不同比例的混合物，并获取纯面粉和上述混合物的平均漫反射光谱，和各个像素点的漫反射光谱；/nS3：对混合物各个像素点光谱进行二阶导数预处理，以获得混合物的各个像素点的二阶导数光谱，二阶导数预处理纯面粉混合物的平均漫反射光谱，以获得纯面粉的二阶导数光谱，将混合物各个像素点的二阶导数光谱分别减去纯面粉的二阶导数光谱后得到的光谱作用于SAM、SCA以及SCM三种光谱相似性分析算法中，以分析出混合物的各个像素点中的面粉像素和偶氮甲酰胺像素；/nS4：将所述S3中的面粉像素和偶氮甲胺像素的平均二阶导数光谱和所述S1中纯偶氮甲酰胺的吸收峰进行对比，以验证偶氮甲酰胺像素和面粉像素的分类结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：取纯偶氮甲酰胺样品用高光谱成像仪获得纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱,并从纯偶氮甲酰胺的平均漫反射光谱中提取出明显的吸收峰；
S2：配置偶氮甲酰胺和面粉不同比例的混合物，并获取纯面粉和上述混合物的平均漫反射光谱，和各个像素点的漫反射光谱；
S3：对混合物各个像素点光谱进行二阶导数预处理，以获得混合物的各个像素点的二阶导数光谱，二阶导数预处理纯面粉混合物的平均漫反射光谱，以获得纯面粉的二阶导数光谱，将混合物各个像素点的二阶导数光谱分别减去纯面粉的二阶导数光谱后得到的光谱作用于SAM、SCA以及SCM三种光谱相似性分析算法中，以分析出混合物的各个像素点中的面粉像素和偶氮甲酰胺像素；
S4：将所述S3中的面粉像素和偶氮甲胺像素的平均二阶导数光谱和所述S1中纯偶氮甲酰胺的吸收峰进行对比，以验证偶氮甲酰胺像素和面粉像素的分类结果。


2.根据权利要求1所述的一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺，其特征在于，所述S3中，所述SAM的计算公式如下，



其中，t为目标光谱的矢量，r为参考光谱的矢量，n为波段数。α为两条光谱之间的夹角，其取值范围位于[0，π/2]之间；
光谱相关角(SCA)的计算公式如下，
SCA是目标光谱和参考光谱间Pearson相关系数的余弦角，其计算公式为：



SCA值越小，表示目标光谱和参考光谱的相似度越高。SC表示两光谱的相关系数，其值介于-1和1之间，计算方法如下：



光谱相关性度量(SCM)的计算公式如下，
Meer等将n定义为重叠位置，引入了用于测量目标光谱t和参考光谱r的相似性方法，计算方法为：





3.根据权利要求2所述的一种应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺，其特征在于，所述S3中，对混合样品进行相似性分析的具体方式如下，首先计算纯偶氮甲酰胺样品中各像素点和偶氮甲酰胺平均光谱的光谱相似性分析的最大值和最小值，然后计算纯面粉中...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂鹏程，瞿芳芳，蔺磊，张亚惠，余志引，闵泉景，
申请(专利权)人：浙江大学山东临沂现代农业研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37