基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法

文档序号:6240584阅读:422来源:国知局
基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种针对食源性致病菌的快速检测方法,特指基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法,属于微生物检测领域。本发明利用近红外成像系统采集不同细菌菌落发生光学透射和散射现象所形成的纹理图像,该图像能够反映细菌菌落的内部结构特征信息;首先运用标准矩对纹理图像进行归一化预处理,使得预处理后的图像具有平移和尺度不变性,然后从中提取具有旋转不变性的Z-矩特征,建立不同细菌菌落的分类模型,并运用该模型实现同类未知菌落样本菌种种类的鉴别;本发明提供的检测方法,所获得的图像能够反映细菌菌落的内部结构特征,与现有技术相比,样本无需复杂的前处理,检测速度快,操作简单方便,鉴别准确率高。
【专利说明】基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对食源性致病菌的快速检测方法,特指基于近红外成像技术的 食源性致病菌的快速检测方法,属于微生物检测领域。

【背景技术】
[0002] 食源性致病菌是引起食源性疾病的首要原因,全球每年发生高达15亿的腹泻病 例中,导致约300万5岁以下儿童死亡,其中70%的病例是由于受到生物源性污染的食品所 致。在发展中国家,每年腹泻及其它相关的食源性疾病的病例大约有2. 7亿,其中导致5岁 以下儿童死亡的有240万例。目前,国内常见的食源性致病菌主要有大肠杆菌、金黄色葡萄 球菌和沙门氏菌等。因此,严格进行食品安全检验是减少食源性疾病的重要途径,而快速、 简便、特异的检测方法已成为研究热点。
[0003] 在食品微生物检验方面,有传统的免疫学方法、改良的免疫学方法,以及随着分子 生物学发展起来的基因芯片技术和PCR技术等,这些方法的灵敏性高且检测速度也有很 大提高,但是操作复杂,试剂昂贵,需要专业的操作人员。近年来由于计算机技术的快速发 展,微生物检测方法开始向系列化、微量化和自动化的方向发展,一系列的检测仪器开始广 泛地应用于食品微生物检测领域。目前,快速检测微生物的主要方法有色谱技术、荧光酶标 免疫分析法、傅里叶变换红外光谱法和聚合酶联反应技术等。然而这些新方法中仍然存在 不同程度的假阳性反应,仍需结合常规的检验方法。
[0004] 因此,研究快速准确的食源性致病菌检测方法非常重要。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种能够对食源性致病菌进行快速检 测的方法。
[0006] 本发明通过近红外成像系统采集细菌菌落样本的纹理图像,该图像能够反映菌落 的内部结构特征。首先运用标准矩对原始图像进行归一化预处理,使得预处理后的图像具 有平移和尺度不变性,然后从中提取具有旋转不变性的Z-矩特征,最后采用化学计量学方 法建立细菌菌落的分类鉴别模型。对同类待测样本通过相应的图像采集和特征提取,再用 建立的相应模型来鉴别该样本种类。
[0007] 本发明通过以下方法实现: 首先,选取几种常见的食源性致病菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等)涂布 平板培养一段时间,对每种细菌,选取多个平板上大小基本一致的菌落作为样本。然后,通 过近红外成像系统采集样本的纹理图像,利用标准矩对原始图像进行归一化预处理,使得 预处理后的图像具有平移和尺度不变性,接着从中提取具有旋转不变性的Z-矩特征,以 Z-矩的模作为样本的特征变量。最后利用反向传播人工神经网络的方法建立细菌菌落的分 类鉴别模型,并运用所建模型实现同类未知样本的鉴别。
[0008] 对所建立的模型观测效果进行评估时,随机选取待测细菌菌落样本的2/3作为训 练组,用于模型的建立,剩余的1/3作为验证组,用于模型预测结果的检验,比较识别率,确 定出最佳的预测模型。
[0009] 本发明所述的基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法,具体操作如 以下步骤: (1) 细菌菌落样本的制备:选取几种常见的食源性致病菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌 和沙门氏菌等)涂布平板培养; (2) 近红外纹理图像的采集:选用近红外波段的激光发射器,垂直照射细菌菌落,利用 近红外相机采集菌落样本的纹理图像,作为该菌落样本的原始图像; (3) 原始图像的预处理和特征提取:首先运用标准矩对原始图像进行归一化预处理,然 后提取Z-矩特征,以Z-矩的模作为特征变量; (4) 分类预测模型的建立和评价:采用化学计量学方法建立细菌菌落的分类模型,并运 用该模型实现同类未知菌落样本的分类。
[0010] 步骤(2)中,所述近红外成像系统包括光箱、近红外相机、激光发射器、漫反射屏幕 和计算机,其中近红外相机、激光发射器和漫反射屏幕位于光箱内,且近红外相机通过USB 数据传输线与计算机相连。激光发射器的中心发射波长为980 nm,并选用近红外波段范围 内的工业C⑶相机进行细菌纹理图像的采集。此法特征在于所采集的近红外区的纹理图 像,为人眼无法观察到的激光发射器透过细菌菌落发生光学透射和散射现象形成的纹理图 像。
[0011] 步骤(2)中,所述的近红外纹理图像的采集如下:当激光垂直照射到平板上的菌 落,一部分光直接穿透菌落透射到漫反射屏幕,另一部分光照射在菌落上发生光学散射现 象并投射到漫反射屏幕,透射光和散射光在此屏幕上形成的纹理图像,由近红外相机采集 传输到计算机。
[0012] 步骤(3 )中,运用标准矩对原始图像进行归一化预处理,使得预处理后的图像具有 平移和尺度不变性,从而消除菌落大小不一致的影响。所述标准矩定义为: 所述标准矩定义为

【权利要求】
1. 一种基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法,包括以下步骤: 细菌菌落样本的制备:选取几种常见的食源性致病菌,如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和 沙门氏菌等涂布平板培养; 近红外纹理图像的采集:选用近红外波段的激光发射器,垂直照射细菌菌落,利用近红 外相机采集菌落样本的纹理图像,作为该菌落样本的原始图像; 原始图像的预处理和特征提取:首先运用标准矩对原始图像进行归一化预处理,然后 提取Z-矩特征,以Z-矩的模作为特征变量; 分类预测模型的建立和评价:采用化学计量学方法建立细菌菌落的分类模型,并运用 该模型实现同类未知菌落样本的分类。
2. 根据权利要求1所述的一种基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法, 其特征在于步骤(2)中,所述近红外成像系统包括光箱、近红外相机、激光发射器、漫反射 屏幕和计算机,其中近红外相机、激光发射器和漫反射屏幕位于光箱内,且近红外相机通过 USB数据传输线与计算机相连;激光发射器的中心发射波长为980nm。
3. 根据权利要求1所述的一种基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法, 其特征在于步骤(2)中,所述的近红外纹理图像的采集如下:当激光垂直照射到平板上的 菌落,一部分光直接穿透菌落透射到漫反射屏幕,另一部分光照射在菌落上发生光学散射 现象并投射到漫反射屏幕,透射光和散射光在此屏幕上形成的纹理图像,由近红外相机采 集传输到计算机。
4. 根据权利要求1所述的一种基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法, 其特征在于步骤(3)中,所述标准矩定义为
其中,P、q为正整数或〇 ;/〇vy).为输入图像。
5. 根据权利要求1所述的一种基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法, 其特征在于步骤(3)中,所述Z-矩公式如下:
其中,Znm为Z-矩的旋转不变矩;/by).为输入图像;[r_(p,0)r为多项式Fnm(p,0)的共轭;|>表示原点到象素(ac.y)的向量的距离;0表示向量^^跟^^-轴之间的 夹角(逆时针方向);n,m均为正整数,且满足|m|S·η, -m丨为偶数。
6. 根据权利要求2所述的一种基于近红外成像技术的食源性致病菌的快速检测方法, 其特征在于,所述近红外相机的波长响应范围为900-1700nm,所述激光发射器为980nm左 右的点光源,相机镜头到漫反射屏幕的距离与激光发射器到平板的距离根据实验条件而 定。
【文档编号】G01N21/84GK104237235SQ201410464917
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】陈全胜, 潘文秀, 赵杰文, 欧阳琴, 李欢欢, 徐义 申请人:江苏大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1