基于近红外高光谱成像技术的花生冻伤检测方法研究

作     者：崔程 刘翠玲 孙晓荣 吴静珠 CUI Cheng;LIU Cuiling;SUN Xiaorong;WU Jingzhu

作者机构：北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048 

出 版 物：《食品工业科技》 (Science and Technology of Food Industry)

年 卷 期：2024年第45卷第6期

页      面：226-233页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFD0101004-03) 

主　　题：花生 冻伤 高光谱成像 特征波长选择 支持向量机 

摘      要：花生在收获、运输、储存和加工过程中易受到温、湿度变化导致冻伤现象,从而影响花生及其制品的品质,为探索花生冻伤机理并提高冻伤花生检测效率,本文采用近红外高光谱技术研究花生冻伤无损检测可行性、基于特征变量筛选的判别模型优化方法以及花生冻伤机理。实验研究了变量标准化(Standard Normalized Variate,SNV)、多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)、Savitzky-Golag(SG)平滑以及SG平滑-SNV和SG平滑-MSC五种预处理方法对原始数据的影响,随后分别采用竞争自适应重加权法(competitive adapative reweighted sampling,CARS)、随机蛙跳(random frog,RF)、变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)、连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)、蒙特卡洛无信息变量消除(Monte Carlo uninformative variable elimination,MC-UVE)、迭代保留信息变量(Iteration retention information variable,IRIV)、变量组合种群分析-迭代保留信息变量(Variable combination population analysis-Iteration retention information variable,VCPA-IRIV)和变量组合种群分析-遗传算法(Variable combination population analysis-Genetic Algorithm,VCPAGA)8种变量选择方法筛选得到与花生冻伤相关的特征波长,通过建立支持向量机(Support Vector Machine,SVM)选用达到判别准确率阈值为90%的特征波长作为花生冻伤特征波长。结果表明,基于近红外高光谱成像技术的花生冻伤检测总体可行,且精度较高,所有变量选择方法均能有效筛选与冻伤相关的特征波长,其中VCPAGA算法选择了最少的7个特征波长,仅占数据集所有波长的3.125%,训练集和测试集准确率分别为91.60%和90.12%。经过筛选得出的冻伤特征波长体现了油酸和蛋白质的信息,验证了过低的温度会导致花生中油酸含量下降和蛋白质含量上升。本研究为花生冻伤快速无损检测提供了可参考的理论依据和技术支撑。