一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測方法
【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方法，首先按傳統(tǒng)國標(biāo)方法測定儲藏不同天數(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的魚片新鮮度的回歸方程，再對待測魚片樣品進(jìn)行檢測，計算出待測魚片樣品的新鮮度。本發(fā)明通過采用高光譜成像技術(shù)選擇最優(yōu)波長無損快速檢測魚片新鮮度，明顯降低了傳統(tǒng)方法所需時間，提高了檢測效率，可以有效實現(xiàn)快速、無損、在線檢測的目的。
【專利說明】一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水產(chǎn)品新鮮度品質(zhì)檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測方法。
【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、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源，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，深受廣大消費者青睞。新鮮度是魚類或魚類制品質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，對最終產(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，會很快導(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)確評價魚肉新鮮度，關(guān)系著人們的切身利益，也對魚肉及其制品的運輸、儲藏及加工過程有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
[0003]現(xiàn)已發(fā)展了一系列的指標(biāo)和方法來評價魚肉新鮮度。傳統(tǒng)的感官評價法應(yīng)用范圍最廣，能及時提供魚肉品質(zhì)信息，但它需要專業(yè)培訓(xùn)的測評小組，易受測評人員身體和心理狀況影響，具有較強的主觀性。實驗室常用的化學(xué)方法以測量三甲胺(TMA)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和K值來評價魚肉新鮮度?；瘜W(xué)方法測試結(jié)果準(zhǔn)確，但操作費時耗力，屬于破壞性檢測。微生物方法采用測量細(xì)菌總數(shù)或采用酶傳感器進(jìn)行魚肉新鮮度檢測，現(xiàn)有的活細(xì)胞計數(shù)方法復(fù)雜且費時，在魚肉新鮮度判定中不實用。而正在發(fā)展的酶傳感器，原料制備繁瑣，測試條件苛刻，電極使用時間短。運用氣相色譜和氣質(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)快速檢測中已經(jīng)表現(xiàn)出極強的優(yōu)越性，但用于魚類等水產(chǎn)品新鮮度評價檢測方面沒有報道。經(jīng)檢索，目前國內(nèi)外還沒有授權(quán)的相關(guān)專利，中國專利申請?zhí)枮?01010262347.5、名稱為“一種基于嗅覺可視化檢測魚肉新鮮度的方法和裝置”的申請是利用化學(xué)顯色劑與待檢測氣體反應(yīng)前后，利用顏色變化實現(xiàn)對定性和定量分析，但是顏色反應(yīng)易受外界條件的影響，長時間工作靈敏度下降，容易引起檢測結(jié)果的誤差。中國專利申請?zhí)枮?00710132639.5、名稱為“一種快速無損魚體鮮度檢測試紙盒及其檢測方法”和申請?zhí)枮?01010180216.2、名稱為“一種快速無損傷檢測淡水魚鮮度的方法”的專利申請雖然可以實現(xiàn)快速，但是穩(wěn)定性較差，而且不能服務(wù)于在線檢測。
[0005]TVB-N值通常作為蛋白性食品新鮮度的化學(xué)指標(biāo)，魚肉在腐敗過程中，由于細(xì)菌的生長繁殖和酶的作用，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應(yīng)關(guān)系。可以利用TVB-N值來判定魚肉的新鮮度。
【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方法，在不破壞魚片樣品的前提下，實現(xiàn)魚肉新鮮度的快速無損檢測。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]一種基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測方法，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不同儲藏天數(shù)的魚片樣本進(jìn)行掃描，獲取魚片樣本在不同波長條件下的圖像信息，得到魚片樣本的高光譜圖像；
[0011](3)對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為 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm，獲取魚片樣本在 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm 波長下的光譜反射值 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待測魚片樣品進(jìn)行掃描，獲取待測魚片樣品在600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm波長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，計算得到待測魚`片樣品的新鮮度。
[0016]步驟(3)所述對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為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm,具體包括以下步驟:
[0017](3-1)對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的對應(yīng)關(guān)系和最優(yōu)變量數(shù)目，通過協(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)性鹽基氮的測定》測定。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0024]本發(fā)明在不破壞魚片樣品的前提下，實現(xiàn)魚肉新鮮度的快速無損檢測，與中國水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法相比，操作簡便，快速，非破壞，不需要對樣品進(jìn)行前處理，可以實現(xiàn)魚片新鮮度的快速無損在線檢測，而且檢測結(jié)果準(zhǔn)確，為提高魚類水產(chǎn)業(yè)智能化檢測水平和技術(shù)提供理論支撐和保障，為保障魚肉品質(zhì)安全，維護消費者健康有著直接的現(xiàn)實意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的實施例的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測方法的流程圖。【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0027]實施例
[0028]如圖1所示，本實施例的基于高光譜成像的魚片新鮮度檢測方法，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,用流動水沖洗干凈,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6天，每天隨機挑選出18個魚片作為魚片樣本；
[0030](2)利用可見近紅外高光譜成像儀對冷藏0、1、2、3、4、5天的魚片樣本(共計108個)進(jìn)行掃描，獲取魚片樣本在采集得到250個波長下的圖像信息，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 波長下的光譜反射值 Xeoonm、Xeisnm、父76。?、X84(lnm、860nm 和 950nm ;
[0032]其中 ，對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為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm，具體包括以下步驟:
[0033](3-1)對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值的對應(yīng)關(guān)系和最優(yōu)變量數(shù)目，通過協(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)性鹽基氮的測定》測定，每個樣品測量三次，求其平均值，共計108個。
[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待測草魚片樣品進(jìn)行掃描，獲取待測草魚片樣品在600nm、615nm、760nm>840nm>860nm和950nm波長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，計算得到待測魚肉樣品的新鮮度。
[0041]本實施例測量得到的冷藏3天的草魚片樣本的YTVB_NS 16.03mg/100g，利用傳統(tǒng)方法測量出的儲藏3天的草魚片的TVB-N值為16.llmg/100g，相對誤差為0.5%，由此可見，兩種方法得到的實驗數(shù)據(jù)無差異。
[0042]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(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不同儲藏天數(shù)的魚片樣本進(jìn)行掃描，獲取魚片樣本在不同波長條件下的圖像信息，得到魚片樣品的高光譜圖像； (3)對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為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm,獲取魚片樣本在 600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm 波長下的光譜反射值 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待測魚片樣品進(jìn)行掃描，獲取待測魚片樣品在600nm、615nm、760nm、840nm、860nm和950nm波長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，計算得到待測魚片樣品的新鮮度。
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方法，其特征在于，步驟(3)所述對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為600nm、615nm、760nm、840nm、860nm 和 950nm,具體包括以下步驟: (3-1)對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的對應(yīng)關(guān)系和最優(yōu)變量數(shù)目，通過協(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)性鹽基氮的測定》測定。
【文檔編號】G01N21/35GK103439285SQ201310362936
【公開日】2013年12月11日 申請日期: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 申請人:華南理工大學(xué)