[发明专利]一种基于高光谱图像对铜绿假单胞杆菌生长预测的方法

摘要

本发明涉及一种基于高光谱图像对肉类典型腐败菌铜绿假单胞杆菌生长阶段的预测方法，属于食品质量安全快速检测和监测的无损技术。通过高光谱成像仪，获取两种浓度的铜绿假单胞杆菌在玻璃平板培养基上48小时的光谱和图像信息，提取光谱和图像特征，构建了铜绿假单胞杆菌的生长模型，与传统的微生物生长检测手段得到的生长情况相比较，相关系数在0.92‑0.99。本发明为微生物的生长检测提供了新思路和新技术，能够用于肉品质量和安全的检测、监测和控制。

主权项

一种基于高光谱图像对铜绿假单胞杆菌生长预测的方法，其装置构成特征在于，1)高光谱图像检测系统组成包括由相机、光谱仪和焦距可变镜头组成的高光谱成像单元、移动平台、光源、计算机和图像采集软件，整个装置放置在密闭黑箱中，其中，相机为ImperxICL‑B1620，波段范围为400～1000nm，光谱分辨率为2.8nm；光谱仪为ImSpectorV10E；可调光源为150W的卤素钨灯，由1个线性光纤导管完成传输；电脑型号为CPU E5800，3.2GHz，内存2G，显卡256M GeForce GT240；图像采集软件为自主开发的Spectral Image软件；信号采集为反射模式，透镜离样本距离为30cm，光源离样本的距离为20.5cm，光源照射的强度为67.5W，照射角度为45°，采集曝光时间4ms，采集速度2.5mm/s，图像分辨率804×440像素；2)其检测步骤为：将处于温度为37℃、相对湿度为85％条件下培养一段时间的培养基平板取出，放置于所述高光谱图像检测系统中，获取高光谱图像；利用下述公式对获得的图像进行校正，获得校正后的高光谱图像：其中，式(1)中，Rc为校正后的高光谱透射图像，Ro为原始高光谱透射图像，W为将反射率为99.99％的标准白色校正板，放置在光源正上方，扫描透射白板得到全白的标定图像，D为将镜头盖上镜头盖，采集全黑的标定图像；提取校正后的高光谱图像特征，构建铜绿假单胞杆菌的生长模型；所述铜绿假单胞杆菌的生长模型为根据培养时间与对数值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型；所述根据培养时间与对数值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：①在第0小时，铜绿假单胞杆菌浓度若为102CFU/mL，提取菌落生长部分500个像素点在920‑960nm波段内的光谱值并求平均，获取该平均值取以10为底的对数值，根据培养时间与对数值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：其中，式(2)中，y为光谱均值，t为培养时间，单位为小时；②在第0小时，铜绿假单胞杆菌浓度若为104CFU/mL，提取菌落生长部分500个像素点在910‑960nm波段内的光谱值并求平均，获取该平均值取以10为底的对数值，根据培养时间与对数值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：其中，式(3)中，y为光谱均值，t为培养时间，单位为小时；或所述铜绿假单胞杆菌的生长模型为根据培养时间与主成分得分值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型；所述根据培养时间与主成分得分值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：①在第0小时，铜绿假单胞杆菌浓度若为102CFU/mL，提取菌落生长部分500个像素点在910‑960nm波段内的光谱值，求该波段范围内第一主成分得分值，根据培养时间与主成分得分值的关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：其中，式(4)中，y为第一主成分得分值，t为培养时间，单位为小时；②在第0小时，铜绿假单胞杆菌浓度若为104CFU/mL，提取菌落生长部分500个像素点在910‑960nm波段内的光谱值，求该波段范围内第一主成分得分值，根据培养时间与主成分得分值关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：其中，式(5)中，y为第一主成分得分值，t为培养时间，单位为小时；或所述铜绿假单胞杆菌的生长模型为根据培养时间与比例值关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型；所述根据培养时间与比例值关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：①选择培养皿区域创建感兴趣区域，进行正向主成分分析，选择第一主成分图像进行掩膜，将掩膜得到图像与样本高光谱图像比较，根据光谱值改变，调整掩膜得到图像，以整个培养基图像像素作为基数，掩膜后的图像像素数除以基数，转换为菌落占培养皿的比例值；②在第0小时，铜绿假单胞杆菌浓度若为102CFU/mL，根据培养时间与比例值关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：其中，式(6)中，y为比例值，t为培养时间，单位为小时；③在第0小时，铜绿假单胞杆菌浓度若为104CFU/mL，根据培养时间与比例值关系构建的铜绿假单胞杆菌的生长模型为：其中，式(7)中，y为比例值，t为培养时间，单位为小时；所述培养基平板中的培养基构成为牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl5g、琼脂15‑20g、水1000mL、pH7.4‑7.6；每个培养皿含有的培养基体积为18±2mL，培养基厚度为2.5±0.5mm。