基于高光譜成像技術(shù)的生鮮豬肉含水率無損檢測

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

水分是豬肉的一個(gè)重要組成成分，與豬肉的食用口感、營養(yǎng)品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益，以及加工、運(yùn)輸和貯藏都密切相關(guān)"。近年來，一些不良商販為了牟取暴利將“注水肉”摻入到市場中，嚴(yán)重影響著人民群眾的身體健康。因此，做好豬肉含水率的檢測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的水分檢測方法主要有感官法、試紙法、烘干失重法和電導(dǎo)法。其中，感官法由于個(gè)體感官的差異難以得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果；試紙法簡單易行，但只限于定性判斷，靈敏度不高；烘干失重法測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、但耗時(shí)耗電，且會(huì)損傷樣本；電導(dǎo)法測量速度快，但該方法在穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度等方面需要進(jìn)一步提高 。近年來，近紅外光譜分析技術(shù)作為一種高效、快速、多組分同時(shí)檢測的無損檢測技術(shù)在肉品品質(zhì)分析領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。基于近紅外光譜技術(shù)的豬肉水分檢測也有相關(guān)文獻(xiàn)。然而，近紅外光譜技術(shù)僅能得到被測樣本的光譜信息，且現(xiàn)有的近紅外光譜儀通常只能提供被測樣本的表面部分點(diǎn)信息，對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大。目前，高光譜成像技術(shù)因其可以同時(shí)獲取被測樣本的圖像信息和光譜信息、具有較高的光譜分辨率而成為農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測領(lǐng)域的有力工具。國內(nèi)外已有研究表明，利用高光譜成像技術(shù)對肉品品質(zhì)檢測是切實(shí)可行的。

基于高光譜成像技術(shù)對生鮮豬肉含水率進(jìn)行無損檢測研究。比較分析了樣本劃分方法和光譜預(yù)處理方法對PLSR模型預(yù)測能力的影響。為了提高模型的預(yù)測精度，采用競爭性自適應(yīng)重加權(quán)算法優(yōu)選特征波段，并建立了生鮮豬肉含水量的CARS-PLSR 預(yù)測模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明∶采用CG樣本集劃分方法結(jié)合MSC、一階導(dǎo)與標(biāo)準(zhǔn)化組合的光譜預(yù)處理方法建立的生鮮豬肉含水量全波段PLSR模型**，其交叉驗(yàn)證和預(yù)測相關(guān)系數(shù)分別為0.814和0.804，均方根誤差分別為0.726%和0.686%。采用CARS法優(yōu)選特征波段，結(jié)合OSC光譜預(yù)處理方法建立的CARS-PLSR模型預(yù)測精度較PLSR模型有顯著的提高，其交叉驗(yàn)證和預(yù)測相關(guān)系數(shù)分別提100%高到0.926和0.924，均方根誤差分別減小到0.467%和0.438%。由此可以得出，采用CG算法劃分樣本集、CARS算法優(yōu)選特征波段，結(jié)合OSC光譜預(yù)處理方法可以基于高光譜技術(shù)對生鮮豬肉含水率進(jìn)行無損快速檢測。