基于可见/近红外光谱的虾类新鲜度等级检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及检测方法技术领域，尤其设及一种基于可见/近红外光谱的邮类新鲜 度等级检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 新鲜度是邮类水产品质量最重要的指标之一。邮类肌肉中含水率高、组织脆弱、天 然免疫物质少，比一般的动物肉组织容易腐败，不易贬藏，新鲜度难W保证。而变质腐败的 邮类产品营养价值、适口性发生改变，甚至会产生有毒物质，对食用者造成危害。如何快速 准确地对新鲜度变化进行检测，已成为提升邮类水产品品质、加强食品安全性的重要基础。
[0003] 邮类产品中的挥发性盐基氮的含量是确定邮肉新鲜度的重要指标。挥发性盐基氮 (TVB-N)是指动物性食品由于酶和细菌的作用，在腐败过程中，使蛋白质分解而产生氨W及 胺类等碱性含氮物质，其含量越高，表明氨基酸被破坏的越多，因此营养价值大受影响。现 有技术检测邮类产品的挥发性盐基氮含量主要通过实验室理化分析检测方法来测定，该样 不但测定速度慢，而且需破坏样本，无法实现邮类新鲜度的快速无损准确检测。因此，随着 国内外市场对水产类食品鲜度要求的不断提高，W及生鲜水产品流通量变大和流通距离变 长，迫切需要解决邮类新鲜度的快速无损准确检测问题，该是实现贬藏、流通过程中邮类新 鲜度动态评估、等级标注、实时监控及保障邮类水产品消费安全的基础。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是；提供一种能快速无损的检测邮类产品新鲜度等级 的基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测方法及装置。
[0005] 本发明所采用的技术方案是；一种基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测 方法，它包括W下步骤：
[0006] (1)、采集大量的不同存储时间、不同存储温度的邮类样本，对采集到的样本进行 可见/近红外光谱数据信息采集；按照国家标准SC/T 3032-2007规定的标准理化实验方法 检测每个样本的挥发性盐基氮标准值；再按照国家标准GB2741-1994规定，根据检测到的 挥发性盐基氮含量对样本的新鲜度等级进行划分标注；
[0007] (2)、对步骤（1)所采集到的样本的光谱数据信息进行预处理和降维，得到样本光 谱数据信息特征值，把所有样本相对应的光谱数据信息特征值分为训练集和测试集；
[000引 （3)、把步骤（2)中所述的训练集中的光谱数据信息特征值作为稀疏表示分类方 法的训练样本矩阵，构建新鲜度等级的稀疏表示分类模型；
[0009] (4)、分别将步骤（2)中所述的测试集中各样本相对应的光谱数据信息特征值作 为稀疏表示分类模型的输入值，计算得到测试集中各样本的新鲜度等级；比较稀疏表示分 类模型计算得到的新鲜度等级和步骤（1)标注的样本新鲜度等级，计算稀疏表示分类模型 对新鲜度等级预测的准确率；再重复进行步骤（2)-(4)的操作，调整并确定步骤（2)中对样 本光谱数据信息的最佳预处理方法和降维方法，直到稀疏表示分类模型的分类准确率达到 设定要求；
[0010] 巧）、利用步骤（4)所确定的光谱数据信息的最佳预处理和降维方法及步骤（3)建 立的稀疏表示分类模型，来测试未知待测样本的新鲜度等级。
[0011] 步骤（3)所述的构建新鲜度等级的稀疏表示分类模型的具体过程为：
[0012] 设训练集中的样本的新鲜度等级种类为K类；每一类的训练样本数分别为 Ni，也...N。... Nk;每个训练样本的光谱数据信息降维后的特征值维数为m维，用列向量f 来表示，f G r;同一类训练样本的光谱数据信息特征值位于一个线性子空间中，所从新测 试样本的光谱数据信息特征值可看成是同一类训练样本的光谱数据信息特征值的线性组 合；给定充足的训练样本给第i个类，现将第i类中的Ni个训练样本的光谱数据信息特征 值组成矩阵Ai的列，具体表示为：
[001 引 …
[0014] 任意来自于测试集中相同类样本的光谱数据信息特征值y，y G r，则近似满足于 W下由训练样本组成的线性组合：
[00巧]J 二口,.'1乂.1 + 口u/u + …+ 口口）
[0016] 式中口,..1、均为系数；
[0017] 为所有类的训练样本集定义一个新的全体训练样本矩阵A，作为所有K类训练样 本的集合：
[00化]A = [A.I, A"...A./':] 2,] (巧
[0019] y的线性表示可W根据所有K类训练样本写成另一种形式：
[0020] y = Ax (4)
[0021] 式中，列向量X = I，。。，...，、，〇,〇，...时是一个系数向量，元素心表 示y在A中第i类的第j个训练样本上的投影系数。
[002引若y来自第i类样本，则X在其所属类别的Ai上的投影系数不为0,而在其他训练 样本类别的Ai (1声i)上的投影系数为0,即y的解是稀疏的；
[0023] 可通过解决如下的L-1最小化范数问题来求解上式（4)
[0024] X = arg min JC1 swZy'e幻化 Ajc = y (一、）
[0025] 式中，i为X的近似解，I I ? I li表示向量中各元素的绝对值之和。
[0026] 理想情况下，i的非零系数中最大的系数值如果对应第i个类，且较大的系数基本 都同第i个类有关，就可将y归为那个类中；但是，实际应用中噪声等问题可能会导致X中 有一部分与其他类有关的小的非零系数项；因此，对于每个类i，可定义一个函数5 1，用来 在稀疏解X中选取与第i类有关的系数；S,.(对是一个新的向量，其中除了与第i类有关的 系数外，令其它的系数值都为零；重新生成给定的测试样本的光谱数据信息特征值y的一 个近似表示，将其记为：
[0027] j). =A6.(.v) (句
[002引显然，夾与y距离越小，则夫属于第i类的可能性越高捆此可通过计算夫与y的 最小残差值，即求解w下方程：
[0029] 。1^/;(.1') =。1|41.:-八8,.(刊|， 口) i i 一 、'
[0030] 得到残差最小的i对应的类别，即分类模型计算得到y的类别。
[0031] 所述步骤（4)得到的最佳的光谱数据信息预处理方法优选为基线校准、多元散射 校正、一阶导数、S-G滤波中的一种或几种。
[0032] 所述步骤（4)得到的最佳的降维方法优选为主成分分析、独立成分分析中的一 种。
[003引所述步骤（1)中采集大量的不同存储时间、不同存储温度的邮类样本为同属于一 个品种W及同一状态的邮类产品。
[0034] 一种基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测装置，它包括计算机W及与计 算机信号连接的光谱采集装置，所述光谱采集装置包括光源模块、光纤探头、光谱采集板W 及光谱仪，所述光谱采集板上设有一个采集口，所述光纤探头密封嵌入采集口下端，所述光 谱采集板上还设有用于罩住待测试样本的密封罩，所述光谱仪W及光源模块均与光纤探头 连接，所述光谱仪与计算机信号连接。
[0035] 所述光纤探头包括探头基座、设置在探头基座中屯、的单孔光谱采集光纤W及均匀 设置在探头基座圆周上的六孔光源发射光纤，所述单孔光谱采集光纤与光谱仪连接，所述 六孔光源发射光纤与光源模块连接。
[0036] 所述光源模块包括稳压电源W及面鹤灯，所述稳压电源与面鹤灯电连接。
[0037] 所述光纤探头上端面与采集口上端面之间的距离为4-6mm。
[003引所述计算机包括依次连接光谱数据信息采集模块、光谱数据信息预处理模块、光 谱数据信息降维模块W及新鲜度等级计算输出模块。其中光谱数据信息采集模块嵌入有编 写的触发光谱仪进行光谱数据采集和保存的程序，光谱数据信息预处理模块嵌入有编写的 实现基线校准、多元散射校正、一阶导数、S-G滤波功能的数据处理算法程序，光谱数据信息 降维模块嵌入有编写的实现主成分分析、独立成分分析的数据降维程序，新鲜度等级计算 输出模块编写有实现步骤（3)所述新鲜度等级稀疏表示分类模型算法程序。
[0039] 采用W上方法装置与现有技术相比，本发明具有W下优点；本发明根据邮类产品 的光谱特征，有机结合稀疏表示分类方法，实现邮类产品新鲜度等级的快速无损检测，本发 明用于邮类产品新鲜度检测，具有速度快，成本低，操作简单、便捷，不需要检测人员具备专 业知识背景，不需要对检测样本进行物理或化学方法预处理或破坏的优势，可替代专业感 官检测人员与传统实验室理化分析检测方法，提高检测效率，降低邮类产品品质检测与质 量控制的工作量。
[0040] 设置了一个密封罩，该样光谱采集板和密封罩之间会构成一个相对密封的光屏蔽 空间，防止外界光源干扰，能提高光谱信号精度，提高分类准确率。
[0041] 将探头上端面与采集口上端之间的距离设置成4-6mm，保证光照距离固定，采用稳 压电源W及面鹤灯，并且通过六孔光源发射光纤进光，能确保照射在待测试样本肉质表面 的光质均匀、强度足够，光谱数据采集效果好，进一步提高光谱信号精度，提高分类准确率。
【附图说明】：
[0042] 图1为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测方法流程图。
[0043] 图2为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测装置的结构示意图。
[0044] 图3为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测装置中光纤探头的俯 视图。
[0045] 图4为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测装置的连接图。
[0046] 图5为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测装置中计算机的模块 连接框图。
[0047] 图6为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测方法中原始光谱反射 率数据特征图。
[0048] 图7为本发明基于可见/近红外光谱的邮类新鲜度等级检测方法中部分样品的 TVB-N含量及新鲜度等级示意图。
[0049] 图8为稀疏表示分类模型计算某个测试样本投影系数的图示。
[0化0] 图9为稀疏表示分类模型计算某个测试样本残差值的图示。
[0051] 如图所示；1、光纤探头；2、光谱采集板；3、采集口；4、密封罩；5、探头基座；6、单 孔光谱采集光纤；7、六孔光源发射光纤巧、待测试样本。
【具体实施方式】：
[0052] W下结合附图与【具体实施方式】对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于W下
【具体实施方式】。
[0053] W冷藏南美白对邮新鲜度等级检测为例，采用本发明提出的可见/近红外光谱检 测装置结构如图2、3、4所示，包括计算机W及通过数据电缆与计