[发明专利]基于高光谱成像技术检测花生中蔗糖含量分布的方法

说明书

本发明提供了基于高光谱成像技术检测花生中蔗糖含量分布的方法，包括：采集花生样品在特征波长处的光谱图像，将特征波长处经过预处理后的光谱反射值，输入花生蔗糖含量分布定量模型，得到花生样品蔗糖含量分布。本发明还提供建立花生中蔗糖含量分布定量模型的方法，包括采集花生高光谱图像，并利用常规方法测定其蔗糖含量；高光谱图像经过图像校正与背景删除，提取平均光谱；以预处理后平均光谱为自变量，以蔗糖含量为因变量，建立全波段蔗糖含量的回归模型，在此基础上利用回归系数，确定特征波长，建立并验证所述定量模型。本发明快速简便，效率高，不破坏样品，不使用任何化学试剂，测定结果准确，实现了花生蔗糖含量的可视化。

技术领域

本发明涉及一种检测花生中蔗糖含量的方法，具体地说，涉及基于高光谱成像技术检测花生中蔗糖含量分布的方法。

背景技术

花生中包含多种营养素成分，如蛋白质，脂肪和碳水化合物。在碳水化合物中，蔗糖是最要的糖之一，生花生的甜味主要来源于蔗糖；烘烤花生的特有风味是蔗糖水解后与游离氨基酸在花生烘烤过程中由美拉德反应产生的。因此，花生中蔗糖含量的高低直接影响花生制品的口味品质。传统测定花生中蔗糖的方法包括：高效液相色谱法和酸水解法，但这些方法存在分析速度慢，操作步骤繁琐，成本高破坏性强，使用试剂污染环境等缺点。因此，急需寻找一种快速，非破坏性的方法为花生蔗糖含量的测定提供依据。

高光谱成像技术结合了光谱学和成像技术，是一门新兴的快速，无损检测方法。高光谱图像是由一系列连续的波段图像组成的三维图像数据块，其具有某个特定波长下的图像信息，并且针对平面内某个特定像素又具有不同波长下的光谱信息。其原理是利用花生蔗糖中CH、OH等基团在近红外光谱区的光谱吸收特性，确定光谱与蔗糖含量之间的定量关系，从而预测花生中蔗糖含量和分布。

中国专利CN102621077A公布了高光谱反射图像采集系统及基于该系统的玉米种子纯度无损检测方法；中国专利CN1995987公布了基于高光谱图像技术的农畜产品无损检测方法及装置；中国专利CN 103636315A公布了一种基于高光谱的种子发芽率在线检测装置及方法。以上发明采用高光谱图像技术检测产品指标，避免了传统方法的局限性。但研究主要集中在种子纯度方面，经检索，到目前为止，国内外还没有用高光谱成像技术检测花生蔗糖含量分布的报道。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供基于高光谱成像技术检测花生中蔗糖含量分布的方法。

为了实现本发明目的，本发明第一方面是提供一种基于高光谱成像技术建立花生中蔗糖含量分布定量模型的方法，该方法包括以下步骤：

1.1收集具有代表性的花生样品，用高光谱仪扫描获得花生样品中每个像素点在各波长下的图像信息，得到花生样品的原始高光谱三维图像；

优选地，所述高光谱仪扫描的波长范围为900-1700nm，扫描方式为线扫描；

1.2对所述花生样品的原始高光谱三维图像进行校正和背景删除后，提取花生样品图像平均光谱；

优选地，所述校正是对指对所述花生样品的原始高光谱三维图像I_raw进行黑白校正，具体方法为对反射率为99％的标准校正板进行采集，得到全白的标定图像I_white，然后关闭镜头采集，得到全黑标定图像I_dark，根据下述公式计算校正后图像I_norm：

优选地，所述背景删除具体步骤为：采用主成分分析，确定背景与原料的边界，删除背景，得到花生样品图像；

1.3对所述花生样品图像平均光谱进行标准正态变量变换结合去趋势预处理；

1.4采用常规方法检测所述花生样品的蔗糖含量，得到花生样品的蔗糖含量；