[发明专利]一种基于高光谱图像对腐败真菌生长预测的方法

摘要

一种基于高光谱图像对腐败真菌生长预测的方法技术领域本发明是一种基于高光谱建立水果中腐败真菌生长曲线的方法，属于食品质量安全快速检测和监测的无损技术。通过高光谱成像仪，分别获取真菌不同生长阶段的高光谱图像，分析不同类型不同阶段真菌图像及光谱之间的差别，提取相应的图像和光谱特征参数，分别构建了三种真菌的生长模型，与传统的微生物生长检测手段得到的生真菌长情况相比较，相关系数在0.88‑0.96。本发明为微生物及在食品中的生长检测提供了新思路和新技术，能够更方便快捷的建立真菌生长曲线，并能用于水果腐败真菌病害的检测、监测和控制。

主权项

一种基于高光谱图像对腐败真菌生长预测的方法，其特征在于，(1)所使用的系统组成包括高光谱成像单元、移动平台、光源、计算机和图像采集软件，整个装置放置在密闭黑箱中，其中，高光谱成像单元由相机、光谱仪和焦距可变镜头组成；光源为150W的卤素钨灯，由1个线性光纤导管完成传输；计算机型号为CPU E5800、3.2GHz，内存2G、显卡256M GeForce GT240；图像采集软件为自主开发的Spectral Image软件；信号采集为反射模式，镜头离样本距离为30cm，光源离样本的距离为20.5cm，光源照射的强度为67.5W，照射角度为45°，采集曝光时间4ms，采集速度2.5mm/s，图像分辨率804×440像素；(2)检测步骤在于，首先对水果中常见的三种腐败真菌，分别为灰葡萄孢霉、匍枝根霉和炭疽菌，接种浓度为104CFU/mL，处于温度为28℃、相对湿度为85％条件下培养，在0、12、24、36、48小时取出培养基平板，放置于上述的高光谱图像检测系统中，获取高光谱图像；然后利用下述公式对获得的图像进行校正，获得校正后的高光谱图像：Rc=R0-DW-D---(1)]]>其中，式(1)中，Rc为校正后的高光谱反射图像，R0为培养基平板的原始高光谱反射图像；W为将反射率为99.99％的标准白色校正板，放置在光源正上方，扫描白板反射得到全白的标定图像；D为将镜头盖上镜头盖，采集全黑的标定图像；最后提取校正后的高光谱图像特征，构建三种真菌的生长模型；(3)构建的生长模型特征在于，1)提取菌落生长部分高光谱图像500个像素点的感兴趣区域，得到感兴趣区域在全波段400‑1000nm内的光谱值，并求平均值，根据培养时间与光谱平均值的关系，构建的灰葡萄孢霉生长模型为：f(x)=0.124+149603.352×e-0.18x+6.81---(2)]]>炭疽菌的生长模型为：f(x)=0.124+0.0649070×e-0.325x+0.578---(3)]]>匍枝根霉生长模型为：f(x)=0.111+1117.55×e-0.237x+1.589---(4)]]>其中，式(2)、(3)、(4)中，f(x)为400‑1000nm波段光谱均值，x为培养时间；2)提取菌落生长部分高光谱图像500个像素点的感兴趣区域，得到感兴趣区域在波峰716nm处的光谱值，根据培养时间与光谱值的关系，构建的灰葡萄孢霉生长模型为：f(x)=0.178+177800×e-0.195x+3.92---(5)]]>炭疽菌的生长模型为：f(x)=0.178+0.0929096×e-0.326x+0.589---(6)]]>匍枝根霉的生长模型为：f(x)=0.158+180.15×e-0.236x+1.202---(7)]]>其中，式(5)、(6)、(7)中，f(x)为716nm处光谱均值，x为培养时间；3)提取菌落生长部分高光谱图像500个像素点的感兴趣区域，得到感兴趣区域在400‑1000nm波段内的光谱值，求该波段范围内第一主成分得分值，根据培养时间与主成分得分值的关系构建的灰葡萄孢霉的生长模型为：f(x)=-0.685+1141.1×e-0.141x+0.265---(8)]]>炭疽菌的生长模型为：f(x)=-0.879+1604.3×e-0.219x+0.463---(9)]]>匍枝根霉的生长模型为：f(x)=-1.443+127.74×e-0.232x+0.415---(10)]]>其中，式(8)、(9)、(10)中，f(x)为400‑1000nm波段内的光谱值第一主成分得分值，x为培养时间。