[发明专利]一种基于色泽和气味数据融合的猪肉新鲜度检测方法

权利要求书

1.一种基于色泽和气味数据融合的猪肉新鲜度检测方法，其特征在于，包括：

A.通过机器视觉采集装置获取猪肉图像信息，采用Otsu算法选取最佳阈值，利用阈值将灰度图像进行图像分割，完成图像的背景分割；

B.根据猪肉颜色与新鲜度的相关特点，利用图像中红色的深浅值对图像进行分层，根据颜色区域比，获取猪肉图像特征信息；

C.采用电子鼻采集系统对猪肉气味信息进行采集、归一化处理，通过主成分分析方法分析猪肉色泽及气味信息，提取判断新鲜度的主成分；

D.采用支持向量机建立猪肉主成分与挥发性盐基氮之间的非线性关系模型，根据挥发性盐基氮的估计值判定猪肉新鲜度级别，完成猪肉新鲜度检测任务；所述步骤B包括：

(1)由于猪肉红色变化与新鲜度相关，在RGB颜色空间中按照红色的深浅值对图像进行分层；

将RGB颜色模型建立在笛卡尔积坐标系中，生成RGB颜色空间模型：在RGB颜色空间中，取靠近坐标点(0，255，0)的一个立方体，将其中所包含的颜色作为目标颜色，其余的颜色作为背景颜色，根据相应的判定标准：

对彩色空间中的红色区域进行图像分割，其中μ表示图像分层阈值，R、G、B分别为图像在RGB颜色空间中的红、绿、蓝成分所占分量；

(2)根据分层图像中颜色分层区域的像素点与图像像素点总数的比值，计算图像的颜色区域比R：

其中，M表示步骤A中所得目标图像的像素点总数，m表示根据步骤B-(1)的颜色分割所得颜色分层区域的像素点个数；在实际的颜色检测过程中设置颜色区域比阈值T_R，根据该阈值将猪肉进行分类，将邻近分类阈值T_R的信息作为特征信息；

所述步骤C包括：

(1)在猪肉腐败过程中，主要产生一定量的硫化氢气体和氨气，采用由两种传感器组成的电子鼻传感器阵列对猪肉的挥发性气体成分进行采集，根据气体的浓度判断猪肉新鲜度变化，因此两种气体的浓度作为猪肉新鲜度检测的特征信息，利用电子鼻传感器阵列采集到的猪肉原始特征信息值较大，首先对其进行归一化处理：

其中，s表示原始特征信息，表示归一化后的特征信息值，s_max和s_min分别为特征信息的最大值和最小值；

(2)采用主成分分析对猪肉新鲜度检测数据进行定性分析；

①假设通过电子鼻采集系统和机器视觉采集系统获得的猪肉特征数为n，利用算式(a)对初始特征值进行归一化处理，构成n维随机矢量X＝{x₁，x₂，...，x_m}^T，令每个变量的均值为0，方差为1，得到特

征信息的协方差C_x：

C_x＝E[(X-E[X])(X-E[X]^T)]

计算协方差矩阵U：

U＝E[XX^T]

根据协方差矩阵U，计算其特征值γ及对应的特征向量Y：

UY_i＝γ_iY_i i＝1,2,...,n

假设特征值γ₁≥γ₂≥…≥γ_n，则

h_i＝Y_i^TX i＝1,2,...,n

表示输入的特征信息对特征向量的投影，即表示X的第i个主成分，利用特征向量矩阵Y将输入的n维随机矢量X变换为特征空间向量H，H中的分量h_i为输入X的第i个主成分；

②根据向量X的协方差矩阵的对角线元素u_ii以及主成分对应的前G个特征值γ_i(i＝1,2,...,G)计算各成分的贡献率：

根据各个特征值贡献率确定主成分个数，假设前m个主成分的贡献率之和超过90％，则可以认为前m个主成分可以代替猪肉新鲜度的特征信息，完成猪肉新鲜度的定性分析。

2.如权利要求1所述的基于色泽和气味数据融合的猪肉新鲜度检测方法，其特征在于，所述步骤D包括：

(1)对于猪肉检测标准，国家采用挥发性盐基氮含量大小来衡量猪肉新鲜度，猪肉新鲜度等级与挥发性盐基氮含量的对应关系如表1所示：

表1 挥发性盐基氮含量与新鲜度等级的对应关系

(2)采用支持向量机进行猪肉新鲜度智能检测时，本方法选择硫化氢、氨气、色泽和挥发性盐基氮含量作为评价指标，将提取的主成分作为支持向量机的输入，挥发性盐基氮含量作为期望输出，支持向量机通过一个非线性函数F(x)，利用径向基函数J(x,x′)将输入的样本数据映射到一个高维线性特征空间：

其中，x_i表示支持向量机的样本因子，x为预报因子，τ表示核参数；构造回归估计函数，建立非线性关系模型：

其中，λ,λ^*(0≤λ≤z,0≤λ^*≤z)为拉格朗日乘子，l为训练样本个数，z为惩罚因子，k表示偏置量，通过学习训练得到最优模型参数：惩罚因子参数，核参数，偏置量；利用该模型得到相应的挥发性盐基氮含量Z，根据Z值与表1的比较，确定猪肉新鲜度等级，完成猪肉新鲜度检测任务。