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专利号: 2023105223096
申请人: 浙江农林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种稻谷脂肪酸含量的快速无损检测方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:脂肪酸预测模型的建立及稻壳影响的消除;

步骤1.1,收集不同产地、不同年份的稻谷样本n个,每个稻谷样本质量不少于100g;

步骤1.2,将稻谷样本铺平成正方形放置于黑色底板上,然后利用高光谱仪器采集稻谷样本的高光谱图像,并对稻谷样本的高光谱图像进行黑白校正;

步骤1.3,对于黑白校正后的高光谱图像,选取稻谷样本对应的区域,提取该区域内每个像素的光谱,然后将该区域内所有像素的光谱进行平均,取平均光谱作为该稻谷样本的光谱;对于n个稻谷样本,其光谱分别记为Rg1,Rg2,Rg3,…,Rgn;

步骤1.4,稻谷样本完成高光谱图像采集后,采用砻谷机脱壳,分别获得稻谷样本的稻壳和糙米;然后,按照步骤1.2和1.3,获得稻壳和糙米样本的平均光谱;对于n个稻壳样本,其光谱分别记为Rk1,Rk2,Rk3,…,Rkn;对于n个糙米样本,其光谱分别记为Rm1,Rm2,Rm3,…,Rmn;

步骤1.5,按照国家标准方法GB5009.3‑2016测定n个稻壳样本的真实水分含量,记为W1,W2,W3,…,Wn;按照国家标准方法GB/T 20569‑2006测定n个稻谷样本的真实脂肪酸含量,记为Y1,Y2,Y3,…,Yn;

步骤1.6,计算糙米样本每个波长下的光谱值与其脂肪酸含量的相关系数,计算每个波长的相关系数的绝对值,相关系数绝对值最大的前20个波长分别记为λ1,λ2,λ3,…,λ20,其值分别记为Cm1,Cm2,Cm3,…,Cm20;选择相关系数绝对值最小的5个波长,记为λm1,λm2,λm3,λm4,λm5,对于每个糙米样本光谱,分别提取这5个波长的光谱值,并计算5个波长的光谱平均值,然后将糙米样本光谱除以对应的5个波长的光谱平均值,以凸显糙米样本的脂肪酸光谱信息,降低糙米样本中淀粉等其它成分光谱信息的影响;经过上述方法校正后,n个糙米样本的光谱分别记为R'm1,R'm2,R'm3,…,R'mn;

步骤1.7,对于稻谷和稻壳样本的光谱,按照步骤1.6进行处理,分别计算相应的相关系数,并进行光谱校正;对于稻谷样本,其λ1,λ2,λ3,…,λ20波长的相关系数绝对值分别记为Cg1,Cg2,Cg3,…,Cg20,校正后的光谱分别记为R'g1,Rg'2,R'g3,…,R'gn;对于稻壳样本,λ1,λ2,λ3,…,λ20波长的相关系数绝对值分别记为Ck1,Ck2,Ck3,…,Ck20,校正后的光谱分别记为R'k1,R'k2,R'k3,…,R'kn;

步骤1.8,对于λ1,λ2,λ3,…,λ20波长,分别计算|Cmi‑Cgi|+Cki的值,其中i取值为1~20的整数,计算值分别记为C1,C2,C3,…,C20;对C1,C2,C3,…,C20进行比较,数值最小的计算值所对应的波长记为λmin;在λmin波长下,认为稻壳光谱对稻谷脂肪酸光谱信息干扰最少,稻谷光谱与糙米光谱最为接近;

步骤1.9,对于稻谷光谱R'g1和糙米光谱R'm1,以稻谷光谱R'g1在λmin波长下的光谱值为基准点,对糙米光谱R'm1进行上下移动,使得R'm1在λmin波长下的光谱值与稻谷光谱R'g1一致,上下移动后的糙米光谱R'm1记为R″m1;将R'g1减去R″m1,相减后的光谱记为Rg'm1,该光谱即为从校正后的稻谷光谱里分离出来的稻壳光谱;

步骤1.10,对于稻谷光谱R'g2,R'g3,R'g4,…,R'gn和糙米光谱R'm2,R'm3,R'm4,…,R'mn;按照步骤1.9进行处理,移动后的糙米光谱记为R″m2,R″m3,R″m4,…,R″mn,分离出来的稻壳光谱分别记为R'gm2,R'gm3,R'gm4,…,R'gmn;

步骤1.11,为消除稻壳对稻谷脂肪酸预测的影响,将校正后的稻谷光谱R'g1,R'g2,R'g3,…,R'gn与,分离出来的稻壳光谱R'gm1,R'gm2,R'gm3,…,R'gmn相减,并应用偏最小二乘回归方法将其相减后的光谱和稻谷脂肪酸含量Y1,Y2,Y3,…,Yn进行关联,建立稻谷脂肪酸预测模型,其模型形式为Y=f(R'g_gm),其中R'g_gm为校正后的稻谷光谱与分离出来的稻壳光谱的差值,Y为稻谷脂肪酸的预测值,其模型记为Model_Y;

步骤1.12,对于稻壳光谱R'gm1,R'gm2,R'gm3,…,R'gmn,计算每一个波长与其水分含量W1,W2,W3,…,Wn的相关系数,选取相关系数绝对值最大的波长,记为λmax;将R'gm1,R'gm2,R'gm3,…,R'gmn分别除以对应的λmax波长的光谱值,校正后的光谱记为R″gm1,R″gm2,R″gm3,…,R″gmn;

步骤1.13,计算光谱R″gm1,R″gm2,R″gm3,…,R″gmn的平均值,记为R″gm_AVE;

步骤1.14,对于R'g1,Rg'2,R'g3,…,R'gn和R'gm1,R'gm2,R'gm3,…,R'gmn,分别提取在λmax波长下的光谱值,以稻谷光谱λmax波长的光谱值为输入,以稻壳光谱λmax波长的光谱值为输出,采用人工神经网络建立预测模型,其模型形式为R'gm_λmax=f(R'g_λmax),R'g_λmax为稻谷光谱在λmax波长的光谱值,R'gm_λmax为稻壳光谱在λmax波长的光谱预测值,其模型记为Model_ANN;

对于未知稻谷样本,通过采集的校正后的稻谷光谱在λmax波长的光谱值和模型Model_ANN可以预测其稻壳光谱在λmax波长下的光谱值,将R″gm_AVE与稻壳光谱在λmax波长下的光谱值相乘,可以还原考虑水分影响的稻壳光谱,以提高未知稻谷样本的脂肪酸预测精度;

步骤2:脂肪酸含量预测;

步骤2.1,对于未知稻谷样本p,按照步骤1.2采集其高光谱图像,按照步骤1.3提取选取稻谷样本p对应的区域,提取该区域内每个像素的光谱,记为Rgp_1,Rgp_2,Rgp_3,…,Rgp_j,其中j为区域内的像素点个数;计算Rgp_1,Rgp_2,Rgp_3,…,Rgp_j的平均光谱,记为Rgp;

步骤2.2,对于光谱Rgp,提取其在λm1,λm2,λm3,λm4,λm5波长下的光谱值,并计算5个波长的光谱值的平均值,将光谱Rgp除以5个波长的光谱值的平均值,校正后的光谱记为R'gp;

步骤2.3,对于R'gp,提取其在λmax波长下的光谱值,然后将该光谱值输入到模型Model_ANN中,预测得到稻壳光谱在λmax波长下的光谱值,记为Bλmax;然后,将R″gm_AVE乘以Bλmax,得到考虑水分影响的稻壳光谱,记为R″gm_p;

步骤2.4,将光谱R'gp减去R″gm_p,得到消除稻壳影响的样本光谱,记为R'gp_c;将R'gp_c输入脂肪酸预测模型中,即可得到稻谷样本p的脂肪酸含量,实现快速无损检测。

2.根据权利要求1所述的一种稻谷脂肪酸含量的快速无损检测方法,其特征在于,还包括步骤2.5,对于每个像素的光谱Rgp_1,Rgp_2,Rgp_3,…,Rgp_j,按照步骤2.2、2.3和2.4进行处理,即可得到每个像素的脂肪酸含量,实现稻谷样本p的脂肪酸分布的检测。