[发明专利]基于高光谱图像技术的窖泥水分预测模型建立的方法

说明书

本发明涉及一种基于高光谱图像技术的窖泥水分最优预测模型建立的方法，首先采集近红外以及可见光波段的高光谱图像信息，经过黑白校正以消除光照不均引起的误差，提取感兴趣区域的平均光谱信息，估算出图像中每个像素点的平均光谱反射率，经过未处理以及SNV、不同建模方法，分别建立基于全波段和特征光谱的定量预测模型，通过比较训练集和测试集决定系数和均方根误差的大小，从而筛选出窖泥水分定量预测的最佳模型。为各大白酒酿造企业快速评价窖泥质量，实现人工养窖护窖提供理论依据及技术支持，为白酒酿造产业化的转型升级以及数字化、智能化在线实时监测窖泥发酵状态提供技术保障。

技术领域

本发明涉及一种基于高光谱图像技术的窖泥水分预测模型建立的方法，属于固态发酵指标检测技术领域。

背景技术

固态发酵技术在我国有着悠久的历史，也是我国特有的酿造工艺。在白酒酿造行业中，窖泥是发酵的基础，其中以己酸菌为主的有益微生物菌群，利用糟醅中的营养物质进行产酸产酯，己酸乙酯是浓香型白酒的主体香味成分，因此窖泥在生产过程中对浓香型白酒质量起着决定性作用，评价窖泥好坏就显得比较重要。没有好的窖泥，就不能生产上乘的优质酒。

水是窖泥中有益微生物菌群赖以生存的基础。目前常用的水分检测方法是烘干法，此方法耗时耗力，影响因素众多，并且温度过高还会造成窖泥表面板结，内部水分不容易蒸发，导致误差偏大。针对此问题，有学者研究用其他方法进行检测，如专利：高光谱图像技术定量检测固态发酵水分分布均匀性的方法(CN201510642049)，采集可见光波段下的高光谱图像；提取感兴趣区域的光谱反射值；筛选n个特征波长；结合特征波长下的光谱反射值和水分含量实测值建立水分含量的预测模型关系式；利用关系式检测醋醅光谱图像中每个像素点对应的水分含量，描绘水分含量的二维分布图；计算水分分布方差值来检测发酵基质水分分布均匀性。该方法实现了快速定量检测发酵基质水分分布均匀性。专利：高光谱图像技术定量检测固态发酵指标分布差异的方法(CN201510641747)，采集镇江香醋醋醅的全波段高光谱图像，筛选最优特征波数，建立含量预测模型；计算每个像素点对应的pH值；绘制含量分布图；计算目标区域所有像素点pH均值、标准差、NU值，以此定量分析指标含量分布图像的分布差异。

以上专利的不足之处为：仅采集了可见光区域的图像和光谱信息，而经前期预实验以及资料查询发现，水分在可见光和近红外波段都有明显吸收，且对后者的吸收更强；未做全光谱与特征光谱的比较，直接筛选特征波长对应的光谱信息作为模型的输入变量，容易漏掉重要信息；未进行预处理去噪，易将非样本信号纳入计算；建模方式单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高光谱图像技术的窖泥水分预测模型建立的方法。通过搭建高光谱数据采集系统，采集不同窖龄不同层次窖泥的光谱数据，对其进行校正处理，提取具有代表性的感兴趣区域每个像素点的平均光谱反射率，利用近红外以及可见光、未处理以及SNV、全光谱以及特征光谱，结合不同的建模方式，建立窖泥水分的预测模型，根据模型在训练集和测试集数据上的表现性能，筛选最优模型。本发明为各大白酒酿造企业快速评价窖泥质量，实现人工养窖护窖提供理论依据及技术支持，为白酒酿造产业化的转型升级以及数字化、智能化在线实时监测窖泥发酵状态提供技术保障。

本发明采取的技术方案是：

基于高光谱图像技术的窖泥水分预测模型的建立方法，包括以下步骤：

步骤一、光谱采样标定：为了消除光照不均匀等因素引起的误差，需要在采样之前，通过标定板对样品光谱数据进行黑白校正；

标定板颜色要与样品接近，否则容易干扰对样品光谱数据的采集，且反射性能要略优于样品的标定板才能实现对样品原始光谱的校正，此外，样品在可见光和近红外区域下的光谱反射性能不同，因此需要选择不同颜色的标定板，才能获取接下来可分析的数据信息。