一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法技术

本申请公开了一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，包括以下步骤：采集霉变玉米样本的光谱；对采集的光谱数据进行平滑去噪处理；借助离散小波算法将获取的系列透视曲线进行重采样获得光谱分辨率2nm、4nm、8nm、16nm、32nm、64nm较低透视曲线，并结合相关性分析算法提取相对透视率、绝对透视率及其他透视指标曲线内的敏感特征；基于敏感特征利用偏最小二乘算法构建玉米霉变比率估测模型，并利用评估指标对检测精度进行评价；采用基于TC、TR构建的估测模型，并取二者的估测结果的平均值作为最终诊断结果。平均值作为最终诊断结果。平均值作为最终诊断结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法


[0001]本专利技术涉及粮食安全领域，具体涉及一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法。

技术介绍

[0002]玉米作为我们生活中重要的食物来源之一，也是畜牧业人工饲料和工业加工的重要成分。玉米在运输和储存过程中易受环境影响产生霉变。基于霉变玉米生产的相关食品误食后严重危害人畜健康，对工业加工也会有影响，所以快速、精准地识别玉米霉变比率对相关食品的加工处理具有较强的现实需求。
[0003]为保证食品生产质量，国家制定了一系列相关标准与法律、法规，食品质量监督部门严格执行，食品企业急需对原材料、及食品加工过程检测技术，以满足食品生产需求。目前，针对玉米霉变比率的监测方法主要有传统的化学分析法与光谱检测法两种，传统化学分析法虽然具有高精度检测，但拥有耗时长、成本高等不足无法满足食品企业单位的应用需求；而光谱检测法主要依靠玉米籽粒的表面反射光谱，但该反射光谱对霉变比率较低的玉米霉变比率检测精度较低，且仪器生产成本较高，无法满足相关企业的实际需求。截止目前，尽管相关研究较多，但相关技术方法因普适性低、成本高、精度较低无法满足批量生产需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，以霉变玉米透视性为切入点，借助高光谱技术获取玉米透视能量，并利用研发的透视率计算方法获取相对透视率、绝对透视率及透视指标；然后利用相关性分析算法定量分析各指标的指示作用，并利用评价指标评估各透视指标的检测精度，能够实现快速、精准、无损检测玉米霉变比率，可以实现高精度玉米霉变比率的检测。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，采集霉变玉米样本的光谱；
[0008]步骤二，对步骤一采集的光谱数据进行平滑去噪处理，并利用透视率计算方法获得玉米样本的相对透视率曲线记为TC(x)i、绝对透视率曲线记为TA(x)i 及透视率占比曲线记为TR(x)i，用于玉米霉变比率检测的特征参量；
[0009]步骤三，借助离散小波算法将步骤二获取的系列透视曲线进行重采样获得光谱分辨率2nm、4nm、8nm、16nm、32nm、64nm较低透视曲线，并结合相关性分析算法提取相对透视率、绝对透视率及其他透视指标曲线内的敏感特征；
[0010]步骤四，基于步骤三获取的敏感特征利用偏最小二乘算法构建玉米霉变比率估测模型，即将特征参量与玉米霉变比率实测结果同时输入偏最小二乘回归算法，得到模型构建所需的参量，并利用评估指标对检测精度进行评价；
[0011]步骤五，采用步骤四中基于TC、TR构建的估测模型，并取二者的估测结果的平均值作为最终诊断结果。
[0012]进一步的，所述步骤一中采集霉变玉米样本的光谱具体过程如下：
[0013]将含有霉变玉米的i类玉米平铺为一层到透明无色的玻璃上，然后将白板置于玻璃下，利用地物光谱仪采集玉米光谱，并将采集的光谱取其平均值作为最终结果，记为f(x)
i白
；然后取下白板将黑板置于玻璃下，再次利用地物光谱仪采集玉米光谱，并将采集的光谱取其平均值作为最终结果，记为f(x)
i黑
，如此重复共采集6类玉米样本的光谱；
[0014]选取一类玉米样本平铺为一层，然后利用地物光谱仪从平铺玉米的右侧向左侧逐次采集平铺玉米的光谱直至完成全部玉米样本光谱的采集，然后再从平铺玉米的左侧向右侧依次采集玉米样品光谱，可重复上述步骤采集玉米样本光谱，至少重复上述步骤1次，然后将白板或黑板置于玻璃下时采集的光谱数据分别取平均值作为白板或黑板为背景时的玉米样本最终光谱，6类玉米样本依次进行平铺、光谱采集，完成全部玉米光谱的采集，其中，玉米霉变比率的计算公式为：
[0015][0016]式中，G
M
为霉变玉米的重量，G
H
为无霉变玉米的重量。
[0017]进一步的，所述步骤二具体包括以下步骤：
[0018]步骤2.1、光谱的平滑去噪处理
[0019]光谱数据的采集采用低通滤波器对光谱进行平滑处理，具体计算公式如下：
[0020]设玉米样品的光谱是波长的函数f(x)，f
s
(x)为平滑后的光谱，i为波长，则：
[0021][0022]进一步的，所述步骤二具体还包括以下步骤：
[0023]步骤2.2、透视计算
[0024]黑板对光具有较强的吸收作用，几乎为全吸收，设其反射率为0，透视性为0；白板对光具有较强的反射作用，几乎全反射，设其反射率为1，透视性为0；因此，基于黑板背景采集的玉米样品光谱为反射R与体散射S之和；基于白板背景采集的玉米样品光谱为反射R、体散射S、二次透视T及由透视引起的二次体散射S之和，记为RT，设输入的能量为E，光信号传感器接收的能量为E
传
：
[0025]E＝R+T+A+S公式3；
[0026]当背景为黑板时：
[0027]E
传_黑
＝R+S公式4；
[0028]当背景为白板时：
[0029]E
传_白
＝R+S+T^2+S*T公式5；
[0030]透视率推理：
[0031]E
传_白
‑
E
传_黑
＝T*(T+S)公式6；
[0032]设α＝S/T，则S＝T*α；
[0033]那么E
传_白
‑
E
传_黑
＝T^2*α；
[0034][0035]进一步的，所述步骤二具体还包括以下步骤：
[0036]步骤2.3、透视曲线的计算：
[0037][0038][0039][0040]式内，f(x)
i白
为基于白板背景采集的第i类玉米样本光谱，f(x)
i黑
为基于黑板背景采集的第i类玉米样本光谱。
[0041]进一步的，所述步骤三具体包括以下步骤：
[0042]步骤3.1、离散小波算法
[0043]采用离散小波的低频信息，离散小波算法的公式具体如下：
[0044][0045]式中，参数a表示尺度系数，是频率的倒数；参数b表示时移(或平移)，λ为波长，为母小波。
[0046]进一步的，所述步骤三具体还包括以下步骤：
[0047]步骤3.2、相关性分析算法计算公式如下：
[0048][0049]式中，r
j
为相关系数，X
i
为位于j波段第i个样本的透视率，Y
i
为样本的霉变比率，n为样本的总数；X
A
为位于j波段的所有样本透视率的平均值，Y
A
为位于j波段的所有样本霉变
率的平均值。
[0050]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，采集霉变玉米样本的光谱；步骤二，对步骤一采集的光谱数据进行平滑去噪处理，并利用透视率计算方法获得玉米样本的相对透视率曲线记为TC(x)i、绝对透视率曲线记为TA(x)i及透视率占比曲线记为TR(x)i，用于玉米霉变比率检测的特征参量；步骤三，借助离散小波算法将步骤二获取的系列透视曲线进行重采样获得光谱分辨率2nm、4nm、8nm、16nm、32nm、64nm较低透视曲线，并结合相关性分析算法提取相对透视率、绝对透视率及其他透视指标曲线内的敏感特征；步骤四，基于步骤三获取的敏感特征利用偏最小二乘算法构建玉米霉变比率估测模型，并利用评估指标对检测精度进行评价；步骤五，采用步骤四中基于TC、TR构建的估测模型，并取二者的估测结果的平均值作为最终诊断结果。2.如权利要求1所述的一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，其特征在于：所述步骤一中采集霉变玉米样本的光谱具体过程如下：将含有霉变玉米的i类玉米平铺为一层到透明无色的玻璃上，然后将白板置于玻璃下，利用地物光谱仪采集玉米光谱，并将采集的光谱取其平均值作为最终结果，记为f(x)
i白
；然后取下白板将黑板置于玻璃下，再次利用地物光谱仪采集玉米光谱，并将采集的光谱取其平均值作为最终结果，记为f(x)
i黑
，如此重复共采集6类玉米样本的光谱；选取一类玉米样本平铺为一层，然后利用地物光谱仪从平铺玉米的右侧向左侧逐次采集平铺玉米的光谱直至完成全部玉米样本光谱的采集，然后再从平铺玉米的左侧向右侧依次采集玉米样品光谱，可重复上述步骤采集玉米样本光谱，至少重复上述步骤1次，然后将白板或黑板置于玻璃下时采集的光谱数据分别取平均值作为白板或黑板为背景时的玉米样本最终光谱，6类玉米样本依次进行平铺、光谱采集，完成全部玉米光谱的采集，其中，玉米霉变比率的计算公式为：式中，G
M
为霉变玉米的重量，G
H
为无霉变玉米的重量。3.如权利要求1所述的一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，其特征在于：所述步骤二具体包括以下步骤：步骤2.1、光谱的平滑去噪处理光谱数据的采集采用低通滤波器对光谱进行平滑处理，具体计算公式如下：设玉米样品的光谱是波长的函数f(x)，f
s
(x)为平滑后的光谱，i为波长，则：4.如权利要求1所述的一种基于光谱透视技术的玉米霉变比率快速检测方法，其特征在于：所述步骤二具体还包括以下步骤：步骤2.2、透视计算
黑板对光具有较强的吸收作用，几乎为全吸收，设其反射率为0，透视性为0；白板对光具有较强的反射作用，几乎全反射，设其反射率为1，透视性为0；因此，基于黑板背景采集的玉米样品光谱为反射R与体散射S之和；基于白板背景采集的玉米样品光谱为反射R、体散射S、二次透视T及由透视引起...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延仓，宋天真，张西界，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：