一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬石細(xì)胞含量的檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中 石細(xì)胞含量的快速無(wú)損檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 梨果實(shí)中石細(xì)胞由木質(zhì)素和纖維素組成，在果肉中石細(xì)胞以單個(gè)或者成簇的形式 存在。石細(xì)胞是梨的重要品質(zhì)指標(biāo)，其含量高低直接影響到梨的口感和品質(zhì)。因此，在梨新 品種的品質(zhì)評(píng)價(jià)、種質(zhì)資源研究和果實(shí)品質(zhì)預(yù)測(cè)中都有必要對(duì)石細(xì)胞含量進(jìn)行測(cè)定。目前 測(cè)定梨果實(shí)中石細(xì)胞的方法為現(xiàn)行國(guó)家農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1388-2007,以及鹽酸處理法、自然酶 解法、堿（NaOH)處理法和冷凍處理法。上述方法預(yù)處理復(fù)雜，分析過(guò)程繁瑣復(fù)雜，成本較 高。因而，無(wú)法快速、簡(jiǎn)便、低廉、可靠的預(yù)測(cè)。
[0003]多光譜成像分析是一種無(wú)損、快速、簡(jiǎn)單、不需要樣品預(yù)處理并將光譜信息和圖像 信息融為一體的分析方法，因此非常適合質(zhì)量控制與預(yù)測(cè)。近年來(lái)，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng) 產(chǎn)品質(zhì)量與安全預(yù)測(cè)。目前國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)有關(guān)基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量 快速無(wú)損預(yù)測(cè)方法的相關(guān)文章報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果 肉中石細(xì)胞含量的檢測(cè)方法，為梨產(chǎn)品品質(zhì)分析提供了新方法和新思路。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法，包括以下步 驟：
[0007] a.采收梨果實(shí)后當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，用潔凈濕紗布將果實(shí)表面灰塵擦凈，25°C左右 下晾干保存；并將果實(shí)的一部分作為校正集，另一部分作為預(yù)測(cè)集；
[0008] b.全部果實(shí)果皮下收集果肉，包括外圍和內(nèi)膛果肉，放入冰箱中冷凍，得到樣品；
[0009] c.用常規(guī)檢測(cè)方法獲得全部樣品的石細(xì)胞含量；
[0010] d.利用光譜成像技術(shù)獲取所有梨樣本的石細(xì)胞的光譜圖信息；
[0011] e.將步驟d所獲得的校正集中梨果肉中石細(xì)胞信息與步驟c所獲得的校正集樣本 的石細(xì)胞含量經(jīng)由數(shù)據(jù)分析后，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立模型；
[0012] f.利用建立的模型，對(duì)預(yù)測(cè)集樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)，光譜預(yù)測(cè)得到的石細(xì)胞含量值，并分 析其與梨果肉中石細(xì)胞含量實(shí)際值的差異，選取預(yù)測(cè)精度達(dá)到要求的梨果肉中石細(xì)胞含量 的模型，利用此模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)。
[0013] 所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法，其特 征在于，所述步驟c具體包括以下：樣品解凍，組織搗碎機(jī)搗碎或者離心機(jī)離心，再將經(jīng)過(guò) 處理獲得的果漿進(jìn)行漂洗，重復(fù)3-4次，直至洗凈，最后將收集的石細(xì)胞樣品烘干至恒重， 稱量，每個(gè)樣品重復(fù)稱量3次，石細(xì)胞含量計(jì)算公式如下：X=m/5*100%式中，X為果肉中 的石細(xì)胞含量，單位為g/l〇〇g;m為石細(xì)胞樣品質(zhì)量，單位為g;通過(guò)計(jì)算公式算得石細(xì)胞含 量。
[0014] 所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法，其特 征在于，所述步驟d中，采用多光譜成像儀，波長(zhǎng)為從可見(jiàn)光到近紅外。
[0015] 所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法，其特 征在于，所述步驟e中，采用最小二乘支持向量機(jī)回歸法LS-SVM通過(guò)計(jì)算機(jī)建立模型；本 方法采用徑向基核函數(shù)作為L(zhǎng)S-SVM的核函數(shù)，核參數(shù)S2和懲罰系數(shù)Y取值分別為16和 0.0625,建立模型。
[0016] 所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法，其特 征在于：所述的檢測(cè)方法可以用于設(shè)計(jì)、建立一套光譜無(wú)損檢測(cè)梨果肉中石細(xì)胞含量的自 動(dòng)檢測(cè)和分析裝置，并能在此基礎(chǔ)上將該裝置應(yīng)用擴(kuò)展到梨等級(jí)的分選。
[0017] 本發(fā)明的原理為：本發(fā)明介紹了一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量 快速無(wú)損檢測(cè)方法，即利用光譜成像技術(shù)獲取石細(xì)胞的光譜信息，將獲取的光譜信息與石 細(xì)胞含量經(jīng)由光譜圖像處理、數(shù)據(jù)分析結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)梨果肉中石細(xì)胞 含量快速無(wú)損檢測(cè)。此法具有操作簡(jiǎn)便、快速、無(wú)破損、檢測(cè)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，有利于對(duì)梨品 質(zhì)進(jìn)行快速品質(zhì)分析，非常適合質(zhì)量控制與預(yù)測(cè)。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明相比現(xiàn)有方法相比，該方法能夠?qū)婀庵惺?xì)胞進(jìn) 行科學(xué)準(zhǔn)確快速的鑒別，而且不破壞樣品、不污染環(huán)境。本發(fā)明是基于多光譜成像技術(shù)的梨 果肉中石細(xì)胞含量快速、無(wú)損、無(wú)污染的預(yù)測(cè)方法，由梨果肉中石細(xì)胞含量與其光譜圖像信 息經(jīng)由數(shù)據(jù)分析結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)梨果肉中石細(xì)胞含量的快速無(wú) 損檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是不同成熟度樣品在波長(zhǎng)范圍為400-1000nm的平均反射光譜圖；
[0020] 圖2是背景剔除和圖像分割后的光譜圖像；
[0021] 圖3是所測(cè)石細(xì)胞含量建立模型校正集的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的關(guān)系散點(diǎn)圖；
[0022] 圖4是所測(cè)石細(xì)胞含量建立模型預(yù)測(cè)集的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的關(guān)系散點(diǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
[0024] 本實(shí)施例包括以下步驟：
[0025] (1)原料的選取與預(yù)處理
[0026] 選取未熟、成熟和過(guò)熟碭山梨各60個(gè)（其中外圍和內(nèi)膛果實(shí)各30個(gè)），采收當(dāng)天 運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，用潔凈濕紗布將果實(shí)表面灰塵擦凈，晾干（25°C左右）保存?zhèn)溆?；樣品按?:1 劃分為校正集和預(yù)測(cè)集。
[0027] (2)供試樣的制備以及獲得化學(xué)信息：
[0028] 從果皮2. 0mm以內(nèi)到距核0.5mm處，收集5g的果醬，在-20°C儲(chǔ)存24h，然后在 20000r/min的離心機(jī)中離心3min.在離心后的果醬中添加水，足夠?qū)⑵浣?，將上面的?浮物輕輕倒出。將這一步重復(fù)幾次。將收集的石細(xì)胞烘干然后稱重3次。
[0029] 從果皮2. 0mm以內(nèi)到距果核0. 5mm處收集5g果肉，放入-20°C冰箱中冷凍24h，樣 品解凍后在20000r/min的離心機(jī)中離心3min，在離心處理之后的果漿中加入，如此反復(fù)漂 洗，直至洗凈，最后將收集的石細(xì)胞在60-65°C下烘干至恒重，稱量。每個(gè)樣品重復(fù)3次，石 細(xì)胞含量計(jì)算公式如下：X=m/5*100%，公式中，X為果肉中的石細(xì)胞含量，單位為克每百 克（g/100g) ;m為石細(xì)胞質(zhì)量，單位為克（g)。
[0030] 不同成熟度梨果肉中石細(xì)胞含量如表1所示。
[0031] 表1樣品中石細(xì)胞含量分析
[0032]
[0033] (3)梨果肉中石細(xì)胞含量檢測(cè)方法的建立
[0034] a、光譜圖像獲取
[0035] 光譜圖像測(cè)定米用VideometerLab多光譜測(cè)量?jī)x（VideometerA/S，Hersho丨m, 丹麥），其光譜范圍為400-1000nm。多光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)板（白板、黑板和幾何點(diǎn)板） 校準(zhǔn)，樣品進(jìn)行多光譜圖像獲取時(shí)，正反各拍照一次，取平均值作為樣品的光譜圖像。
[0036] b、光譜圖像預(yù)處理
[0037] 獲取的光譜圖像首先用儀器自帶圖像處理軟件進(jìn)行去噪處理，然后采用典型判別 分析（CDA)和閾值設(shè)定完成背景剔除和圖像分割；最后經(jīng)過(guò)反射率動(dòng)態(tài)定標(biāo)板將梨果實(shí)圖 像信息的灰度值轉(zhuǎn)換成反射率值。
[0038] c、采用最小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM)模型的建立
[0039] 采用最小二乘支持向量機(jī)回歸法對(duì)上述樣本建立定量分析模型，本方法采用徑向 基核函數(shù)作為L(zhǎng)S-SVM的核函數(shù)，核參數(shù)S2和懲罰系數(shù)y取值分別為16和0. 0625。
[0040] 采用此算法建立檢測(cè)石細(xì)胞含量的模型。如圖3所示，在校正集中，R和SEC分別 為 0? 922 和 0? 090 ;
[0041] d、模型驗(yàn)證
[0042] 利用建立的模型，對(duì)預(yù)測(cè)集樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)，光譜預(yù)測(cè)得到的石細(xì)胞含量值，并分析 其與梨果肉中石細(xì)胞含量實(shí)際值基本一致，表明這個(gè)模型具有較好的擬合程度和預(yù)測(cè)能 力，所建模型具有可行性。圖4所示，利用建立的石細(xì)胞校正集模型，驗(yàn)證預(yù)測(cè)集樣品，預(yù)測(cè) 集中，R值為〇. 908,SEP為0. 113,預(yù)測(cè)效果良好。表明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)梨果肉中石細(xì)胞含量快 速無(wú)損檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法，包括以下步 驟： a. 采收梨果實(shí)后當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，用潔凈濕紗布將果實(shí)表面灰塵擦凈，25°C左右下晾 干保存；并將果實(shí)的一部分作為校正集，另一部分作為預(yù)測(cè)集； b. 全部果實(shí)果皮下收集果肉，包括外圍和內(nèi)膛果肉，放入冰箱中冷凍，得到樣品； c. 用常規(guī)檢測(cè)方法獲得全部樣品的石細(xì)胞含量； d. 利用光譜成像技術(shù)獲取所有梨樣本的石細(xì)胞的光譜圖信息； e. 將步驟d所獲得的校正集中梨果肉中石細(xì)胞信息與步驟c所獲得的校正集樣本的石 細(xì)胞含量經(jīng)由數(shù)據(jù)分析后，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立模型； f. 利用建立的模型，對(duì)預(yù)測(cè)集樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)，光譜預(yù)測(cè)得到的石細(xì)胞含量值，并分析其 與梨果肉中石細(xì)胞含量實(shí)際值的差異，選取預(yù)測(cè)精度達(dá)到要求的梨果肉中石細(xì)胞含量的模 型，利用此模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損 檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟c具體包括以下：樣品解凍，組織搗碎機(jī)搗碎或者離心機(jī) 離心，再將經(jīng)過(guò)處理獲得的果漿進(jìn)行漂洗，重復(fù)3-4次，直至洗凈，最后將收集的石細(xì)胞樣 品烘干至恒重，稱量，每個(gè)樣品重復(fù)稱量3次，石細(xì)胞含量計(jì)算公式如下：X=m/5*100%式中， X為果肉中的石細(xì)胞含量，單位為g/100g;m為石細(xì)胞樣品質(zhì)量，單位為g;通過(guò)計(jì)算公式算 得石細(xì)胞含量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損 檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟d中，采用多光譜成像儀，波長(zhǎng)為從可見(jiàn)光到近紅外。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損 檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟e中，采用最小二乘支持向量機(jī)回歸法LS-SVM通過(guò)計(jì)算機(jī) 建立模型；本方法采用徑向基核函數(shù)作為L(zhǎng)S-SVM的核函數(shù)，核參數(shù)S 2和懲罰系數(shù)Y取值 分別為16和0. 0625,建立模型。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損 檢測(cè)方法，其特征在于：所述的檢測(cè)方法可以用于設(shè)計(jì)、建立一套光譜無(wú)損檢測(cè)梨果肉中石 細(xì)胞含量的自動(dòng)檢測(cè)和分析裝置，并能在此基礎(chǔ)上將該裝置應(yīng)用擴(kuò)展到梨等級(jí)的分選。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多光譜成像技術(shù)的梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)方法。即利用光譜成像技術(shù)獲取石細(xì)胞的光譜信息，將獲取的光譜信息與石細(xì)胞含量經(jīng)由光譜圖像處理、數(shù)據(jù)分析和計(jì)算機(jī)建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)梨果肉中石細(xì)胞含量快速無(wú)損檢測(cè)。本方法具有分析速度快、成本低、測(cè)試重現(xiàn)性好、樣品無(wú)需預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)，適用于梨果肉中石細(xì)胞含量的快速無(wú)損檢測(cè)，其有利于對(duì)梨品質(zhì)進(jìn)行快速品質(zhì)分析，非常適合梨品質(zhì)質(zhì)量控制。
【IPC分類】G01N21/31
【公開(kāi)號(hào)】CN105004690
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510468925
【發(fā)明人】鄭磊, 劉長(zhǎng)虹, 顏玲, 劉偉, 林茂先, 楊劍波, 秦改花
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月30日