高光譜成像技術(shù)對牛奶蛋白質(zhì)含量的檢測應(yīng)用

對于乳制品營養(yǎng)物質(zhì)的評價中,牛奶作為人們?nèi)粘Ｉ钪斜匦璧牡鞍踪|(zhì)吸收來源較為重要的指標(biāo)就是蛋白質(zhì)含量。近年來，消費者的身體健康和乳品行業(yè)的發(fā)展與牛奶的質(zhì)量息息相關(guān)，因此，對牛奶蛋白質(zhì)含量檢測是一個很重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的檢測方法消耗時間長且浪費大量的人力資源，同時還會導(dǎo)致環(huán)境惡化。所以找到更快速準(zhǔn)確的牛奶蛋白質(zhì)含量檢測方法，對乳業(yè)質(zhì)檢有著重要意義。因此，本文采用機器學(xué)習(xí)結(jié)合高光譜成像技術(shù)對牛奶蛋白含量進(jìn)行定量評估,為市場上牛奶蛋白質(zhì)含量檢測提供一種可行方案，具體的研究工作和結(jié)論如下:

一、實驗材料

分別選購了蒙牛、新希望、伊利、光明等7個不同品牌的純牛奶，將其存放在冰箱中。蛋白質(zhì)含量如表1所示。

二、實驗設(shè)備

本文應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機，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）。

三、實驗設(shè)置方法

利用高光譜儀采集牛奶樣本的高光譜圖像,對每一種類別的牛奶分別采集三次樣品，然后從 ENVI5.3選擇一張比較清晰的圖像，采集的光譜圖像為 777x1004像素的分辨率。高光譜成像儀曝光時間選10ms,像元混合次數(shù)為6次，分辨率4.8nm，平均間隔0.8nm，垂直距離30cm，采集條件:室溫(23~25°C)。拍攝時將成像光譜儀和掃描云臺安裝在一起,最后利用ENVI軟件從高光譜像中導(dǎo)出牛奶的平均光譜數(shù)據(jù)"

四、高光譜數(shù)據(jù)的提取與預(yù)處理

從高光譜圖像中提取高光譜反射率數(shù)據(jù)是傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)建模的基礎(chǔ),一般通過提取感興趣區(qū)域(ROD)中所有像素的光譜反射率平均值得到樣本的光譜反射率數(shù)據(jù)。本文用ENVI軟件打開校正后的牛奶樣品高光譜圖像,用矩形工具選擇每張高光譜圖像中心附近的像素作為感興趣區(qū)域(ROI)，每張高光譜圖像共選取30個ROI7張高光譜圖像共選擇210個ROI，計算ROI中所有像素的光譜反射率平均值作為該樣品的光譜數(shù)據(jù)，共 210條光譜數(shù)據(jù)。其中光譜數(shù)據(jù)以ASCI的格式保存，下圖為提取ROI的過程。

本文通過高光譜成像技術(shù)結(jié)合機器學(xué)習(xí)對牛奶蛋白質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測，以提高牛奶蛋白質(zhì)含量預(yù)測的精度。搭建高光譜成像系統(tǒng)，采集了市面上7種品牌牛奶的高光譜圖像，并用ENVI軟件提取光譜數(shù)據(jù)，建立牛奶高光譜數(shù)據(jù)集，最終提取210條高光譜數(shù)據(jù)。

高光譜成像技術(shù)在牛奶蛋白質(zhì)含量檢測領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大潛力，盡管現(xiàn)階段面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著跨學(xué)科技術(shù)融合創(chuàng)新，它將逐步革新傳統(tǒng)牛奶檢測模式。通過持續(xù)優(yōu)化技術(shù)體系，解決實際應(yīng)用問題，高光譜成像必將成為乳業(yè)質(zhì)量管控不可或缺的有力工具，助力提升牛奶產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，滿足消費者對優(yōu)質(zhì)乳制品日益增長的需求。

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彩譜科技（浙江）有限公司的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水質(zhì)、塑膠制品、涂料、食品安全及醫(yī)學(xué)檢驗等領(lǐng)域，應(yīng)用范疇持續(xù)拓展。公司堅持技術(shù)研發(fā)，提升服務(wù)水平，保障產(chǎn)品穩(wěn)定性。公司主營多光譜相機、色差儀、分光測色儀、光澤度儀等一系列光學(xué)檢測設(shè)備，能為用戶提供有效解決方案。