一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，首先按傳統(tǒng)國(guó)標(biāo)方法測(cè)定儲(chǔ)藏不同天數(shù)的魚片樣本，然后利用高光譜成像系統(tǒng)掃描相應(yīng)的魚片樣本的高光譜信息，并對(duì)高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，建立新鮮度指標(biāo)TVB-N值與高光譜的特征波長(zhǎng)的魚片新鮮度的回歸方程，再對(duì)待測(cè)魚片樣品進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算出待測(cè)魚片樣品的新鮮度。本發(fā)明通過(guò)采用高光譜成像技術(shù)選擇最優(yōu)波長(zhǎng)無(wú)損快速檢測(cè)魚片新鮮度，明顯降低了傳統(tǒng)方法所需時(shí)間，提高了檢測(cè)效率，可以有效實(shí)現(xiàn)快速、無(wú)損、在線檢測(cè)的目的。
【專利說(shuō)明】一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水產(chǎn)品新鮮度品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]魚類是水產(chǎn)品重要組成部分。魚肉味道鮮美，且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高，魚肉產(chǎn)品是人類所需的蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要來(lái)源，是人們膳食的重要組成部分。其中蛋白質(zhì)含量約為15%?24%，其不飽和脂肪酸具有防治心腦血管疾病等功效，深受廣大消費(fèi)者青睞。新鮮度是魚類或魚類制品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量是十分重要的。魚類死亡后，魚肉發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，隨著魚貯存期的延長(zhǎng)，會(huì)很快導(dǎo)致微生物繁殖，在內(nèi)源酶作用下使蛋白質(zhì)自溶分解，從而造成魚肉腐敗變質(zhì)而不能食用。因此，快速、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)魚肉新鮮度，關(guān)系著人們的切身利益，也對(duì)魚肉及其制品的運(yùn)輸、儲(chǔ)藏及加工過(guò)程有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]現(xiàn)已發(fā)展了一系列的指標(biāo)和方法來(lái)評(píng)價(jià)魚肉新鮮度。傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)法應(yīng)用范圍最廣，能及時(shí)提供魚肉品質(zhì)信息，但它需要專業(yè)培訓(xùn)的測(cè)評(píng)小組，易受測(cè)評(píng)人員身體和心理狀況影響，具有較強(qiáng)的主觀性。實(shí)驗(yàn)室常用的化學(xué)方法以測(cè)量三甲胺(TMA)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和K值來(lái)評(píng)價(jià)魚肉新鮮度?；瘜W(xué)方法測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，但操作費(fèi)時(shí)耗力，屬于破壞性檢測(cè)。微生物方法采用測(cè)量細(xì)菌總數(shù)或采用酶?jìng)鞲衅鬟M(jìn)行魚肉新鮮度檢測(cè)，現(xiàn)有的活細(xì)胞計(jì)數(shù)方法復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，在魚肉新鮮度判定中不實(shí)用。而正在發(fā)展的酶?jìng)鞲衅?，原料制備繁瑣，測(cè)試條件苛刻，電極使用時(shí)間短。運(yùn)用氣相色譜和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)能得到精確的數(shù)據(jù)，但設(shè)備昂貴，檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜，難以滿足當(dāng)代水產(chǎn)品行業(yè)在線快速檢測(cè)的需求。
[0004]高光譜成像技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在農(nóng)產(chǎn)品和食品領(lǐng)域品質(zhì)快速檢測(cè)中已經(jīng)表現(xiàn)出極強(qiáng)的優(yōu)越性，但用于魚類等水產(chǎn)品新鮮度評(píng)價(jià)檢測(cè)方面沒(méi)有報(bào)道。經(jīng)檢索，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有授權(quán)的相關(guān)專利，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010262347.5、名稱為“一種基于嗅覺(jué)可視化檢測(cè)魚肉新鮮度的方法和裝置”的申請(qǐng)是利用化學(xué)顯色劑與待檢測(cè)氣體反應(yīng)前后，利用顏色變化實(shí)現(xiàn)對(duì)定性和定量分析，但是顏色反應(yīng)易受外界條件的影響，長(zhǎng)時(shí)間工作靈敏度下降，容易引起檢測(cè)結(jié)果的誤差。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710132639.5、名稱為“一種快速無(wú)損魚體鮮度檢測(cè)試紙盒及其檢測(cè)方法”和申請(qǐng)?zhí)枮?01010180216.2、名稱為“一種快速無(wú)損傷檢測(cè)淡水魚鮮度的方法”的專利申請(qǐng)雖然可以實(shí)現(xiàn)快速，但是穩(wěn)定性較差，而且不能服務(wù)于在線檢測(cè)。
[0005]TVB-N值通常作為蛋白性食品新鮮度的化學(xué)指標(biāo)，魚肉在腐敗過(guò)程中，由于細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖和酶的作用，使蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生胺類及氨等具揮發(fā)性的堿性含氮物質(zhì)，這些揮發(fā)性鹽基氮與魚肉腐敗程度之間有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢岳肨VB-N值來(lái)判定魚肉的新鮮度。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，在不破壞魚片樣品的前提下，實(shí)現(xiàn)魚肉新鮮度的快速無(wú)損檢測(cè)。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0009](I)制備魚片樣本并冷藏，獲得不同冷藏天數(shù)的魚片樣本；
[0010](2)利用可見近紅外高光譜成像儀對(duì)不同儲(chǔ)藏天數(shù)的魚片樣本進(jìn)行掃描，獲取魚片樣本在不同波長(zhǎng)條件下的圖像信息，得到魚片樣本的高光譜圖像；
[0011](3)對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行分析，得到最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm，獲取魚片樣本在 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm 波長(zhǎng)下的光譜反射值 Χ600ηηι、615ηηιΛ -760ηιηΛ 840ηιηΛ -860nm 和乂95。11111 ;
[0012](4)利用偏最小二乘回歸建立魚片新鮮度的回歸方程:
[0013]YTVB—n=-59.9-244.6X600nm+656.9X615nm-519.1Χ760ηηι+951.3X840nm_1547.9 X860nm-884.5X950
nm ;
[0014]其中，YTVB_N為新鮮度指標(biāo)TVB-N值，表示表示新鮮度；
[0015](5)利用可見近紅外高光譜成像儀對(duì)待測(cè)魚片樣品進(jìn)行掃描，獲取待測(cè)魚片樣品在600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm波長(zhǎng)下的光譜反射值并帶入步驟(4)得到的魚片新鮮度的回歸方程，計(jì)算得到待測(cè)魚`片樣品的新鮮度。
[0016]步驟(3)所述對(duì)魚片樣品的高光譜圖像進(jìn)行分析，得到最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm,具體包括以下步驟:
[0017](3-1)對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行大小校正、掩膜、平滑濾波處理和二值化處理，得到魚片樣本的灰度圖像；
[0018](3-2)利用邊緣圖像閾值化和局部區(qū)域分水嶺分割技術(shù)對(duì)魚片樣本的灰度圖像進(jìn)行處理，將背景與魚片圖像分離，確定魚片感興趣區(qū)域，提取相應(yīng)的平均光譜反射值；
[0019](3-3)利用偏最小二乘回歸建立魚片樣本平均光譜反射值與魚片樣本新鮮度指標(biāo)TVB-N值YTVB_N的對(duì)應(yīng)關(guān)系和最優(yōu)變量數(shù)目，通過(guò)協(xié)方差回歸系數(shù)和最優(yōu)變量數(shù)目確定最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm。
[0020]步驟(I)所述制備魚片樣本并冷藏，獲得不同冷藏天數(shù)的魚片樣本，具體為:
[0021]制備魚片樣本并于4°C條件下冷藏，獲得冷藏天數(shù)分別為0、1、2、3、4、5天的魚片樣本。
[0022]步驟(3-3)所述魚片樣本新鮮度指標(biāo)TVB-N值YTVB_N根據(jù)中國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T3032-2007《水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》測(cè)定。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0024]本發(fā)明在不破壞魚片樣品的前提下，實(shí)現(xiàn)魚肉新鮮度的快速無(wú)損檢測(cè)，與中國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法相比，操作簡(jiǎn)便，快速，非破壞，不需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理，可以實(shí)現(xiàn)魚片新鮮度的快速無(wú)損在線檢測(cè)，而且檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，為提高魚類水產(chǎn)業(yè)智能化檢測(cè)水平和技術(shù)提供理論支撐和保障，為保障魚肉品質(zhì)安全，維護(hù)消費(fèi)者健康有著直接的現(xiàn)實(shí)意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0027]實(shí)施例
[0028]如圖1所示，本實(shí)施例的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0029](I)制備魚片樣本并冷藏，獲得不同冷藏天數(shù)的魚片樣本:將草魚54條致死，去鱗、去內(nèi)臟、去頭、去尾和皮，然后分割成魚片108個(gè),用流動(dòng)水沖洗干凈,用吸水紙吸干魚片表面的殘水，裝入聚乙烯保鮮袋密封并于4°C條件下冷藏0、1、2、3、4、5天，共計(jì)6天，每天隨機(jī)挑選出18個(gè)魚片作為魚片樣本；
[0030](2)利用可見近紅外高光譜成像儀對(duì)冷藏0、1、2、3、4、5天的魚片樣本(共計(jì)108個(gè))進(jìn)行掃描，獲取魚片樣本在采集得到250個(gè)波長(zhǎng)下的圖像信息，得到魚片樣本的高光譜圖像；其中，可見近紅外高光譜成像儀的高光譜相機(jī)分辨率為512 X 1024像素，光譜范圍為400-1 IOOnm,光譜分辨率為2.8nm,最終得到的是250 X 1024 X 512像素的三維高光譜圖像數(shù)據(jù)塊；
[0031](3)對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行分析，得到最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為 600n m、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm,獲取魚片樣本在 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm 波長(zhǎng)下的光譜反射值 Xeoonm、Xeisnm、父76。?、X84(lnm、860nm 和 950nm ;
[0032]其中 ，對(duì)魚片樣品的高光譜圖像進(jìn)行分析，得到最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm，具體包括以下步驟:
[0033](3-1)對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行大小校正、掩膜、平滑濾波處理和二值化處理，得到魚 片樣本的灰度圖像；
[0034](3-2)利用邊緣圖像閾值化和局部區(qū)域分水嶺分割技術(shù)對(duì)魚片樣本的灰度圖像進(jìn)行處理，將背景與魚片圖像分離，確定魚片感興趣區(qū)域，提取相應(yīng)的平均光譜反射值；
[0035](3-3)利用偏最小二乘回歸建立魚片樣本平均光譜反射值與魚片樣本新鮮度指標(biāo)TVB-N值的對(duì)應(yīng)關(guān)系和最優(yōu)變量數(shù)目，通過(guò)協(xié)方差回歸系數(shù)和最優(yōu)變量數(shù)目確定最能反映魚片樣品新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm ；
[0036]魚片樣本新鮮度指標(biāo)TVB-N值YTVB_N根據(jù)中國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T3032-2007《水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》測(cè)定，每個(gè)樣品測(cè)量三次，求其平均值，共計(jì)108個(gè)。
[0037](4)利用偏最小二乘回歸建立魚片新鮮度的回歸方程:
[0038]Ytvb_n=-59.9-244.6X600nm+656.9Χ615ηιΙ1_519.lX760nm+951.3X840nm-1547.9X860nm-884.5Χ950
nm ;
[0039]其中，ΥτνΒ_Ν表示新鮮度；
[0040](5)利用可見近紅外高光譜成像儀對(duì)待測(cè)草魚片樣品進(jìn)行掃描，獲取待測(cè)草魚片樣品在600nm、615nm、760nm>840nm>860nm和950nm波長(zhǎng)下的光譜反射值并帶入步驟(4)得到的魚片新鮮度的回 歸方程，計(jì)算得到待測(cè)魚肉樣品的新鮮度。
[0041]本實(shí)施例測(cè)量得到的冷藏3天的草魚片樣本的YTVB_NS 16.03mg/100g，利用傳統(tǒng)方法測(cè)量出的儲(chǔ)藏3天的草魚片的TVB-N值為16.llmg/100g，相對(duì)誤差為0.5%，由此可見，兩種方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)差異。
[0042]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備魚片樣本并冷藏，獲得不同冷藏天數(shù)的魚片樣本； (2)利用可見近紅外高光譜成像儀對(duì)不同儲(chǔ)藏天數(shù)的魚片樣本進(jìn)行掃描，獲取魚片樣本在不同波長(zhǎng)條件下的圖像信息，得到魚片樣品的高光譜圖像； (3)對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行分析，得到最能反映魚片樣品新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm,獲取魚片樣本在 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm 波長(zhǎng)下的光譜反射值 Xeoonm、XeiSnm、Xretlnm、X840nm、860nm 和 950nm ; (4)利用偏最小二乘回歸建立魚片新鮮度的回歸方程:
ytvb-n=_59.9-244.6X600nm+656.9Χ615ηιΙ1-519.1Χ76(|ΠΙ1+951.3X840nm-1547.9X860nm-884.5X950nm ； 其中，Ytvb-n為新鮮度指標(biāo)TVB_N值，表示表示新鮮度； (5)利用可見近紅外高光譜成像儀對(duì)待測(cè)魚片樣品進(jìn)行掃描，獲取待測(cè)魚片樣品在600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm波長(zhǎng)下的光譜反射值并帶入步驟(4)得到的魚片新鮮度的回歸方程，計(jì)算得到待測(cè)魚片樣品的新鮮度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(3)所述對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行分析，得到最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm,具體包括以下步驟: (3-1)對(duì)魚片樣本的高光譜圖像進(jìn)行大小校正、掩膜、平滑濾波處理和二值化處理，得到魚片樣本的灰度圖像； (3-2)利用邊緣圖像閾值化和局部區(qū)域分水嶺分割技術(shù)對(duì)魚片樣本的灰度圖像進(jìn)行處理，將背景與魚片圖像分離，確定魚片感興趣區(qū)域，提取相應(yīng)的平均光譜反射值； (3-3)利用偏最小二乘回歸建立魚片樣本平均光譜反射值與魚片樣本新鮮度指標(biāo)TVB-N值YTVB_N的對(duì)應(yīng)關(guān)系和最優(yōu)變量數(shù)目，通過(guò)協(xié)方差回歸系數(shù)和最優(yōu)變量數(shù)目確定最能反映魚片樣本新鮮度的特征波長(zhǎng)為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(I)所述制備魚片樣本并冷藏，獲得不同冷藏天數(shù)的魚片樣本，具體為: 制備魚片樣本并于4°C條件下冷藏，獲得冷藏天數(shù)分別為0、1、2、3、4、5天的魚片樣本。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(3-3)所述魚片樣本新鮮度指標(biāo)TVB-N值YTVB_N根據(jù)中國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T3032-2007《水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》測(cè)定。
【文檔編號(hào)】G01N21/35GK103439285SQ201310362936
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】孫大文, 成軍虎, 曾新安, 劉丹 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)