一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s300，利用高光谱成像采集模块测定待测品溶液，得到原始高光谱图像；s400，根据所述原始高光谱图像的空间维信息进行预处理校正，得到真实高光谱图像r；s500，根据所述真实高光谱图像r进行数据调整和目标检测，获得目标像元数据xm；s600，根据所述目标像元数据xm与标准光谱数据对比，判断是否存在异常目标，如果是则判断为伪劣产品；否则跳转至步骤s700；s700，根据所述目标像元数据xm进一步检测单宁添加量是否超出合格阈值，是则判断为伪劣产品；否则跳转至步骤s800；s800，根据所述目标像元数据xm进一步检测是否超出卫生指标，是则判断为伪劣产品；否则判断为合格产品。2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，所述方法在步骤s300之前还包括：s100，对待测单宁添加剂采样得到一定质量的待验样品，判断所述待验样品的水分和粒度是否通过标准筛查；若是则跳转至步骤s200；若未通过标准筛查，则判断为伪劣产品；s200，在所述待验样品中称取单位质量的待测样本，利用提取溶剂离心溶解所述待测样本得到待测品溶液。3.根据权利要求2所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，在s100中，对所述待测单宁添加剂采样得到一定质量的待验样品，判断所述待验样品的水分和粒度是否通过标准筛查的方法为：s101，根据gb/t 14699.1的规定方法执行对所述待测单宁添加剂进行抽样，得到待验样品，设定采样次数初始值为time = 1；s102，根据gb/t 6435的规定方法对所述待验样品执行判定水分含量，判断水分含量是否小于等于12%；是则跳转至s103，否则判断所述待验样品未通过标准筛查；s103，根据gb/t 15917.1的规定方法对所述待验样品执行判定粒度大小，判断所有颗粒的粒度大小是否小于等于2.00 mm，且粒度大小大于1.25 mm的颗粒质量小于等于所述待验样品总质量的10%；是则判断所述待验样品通过标准筛查；否则判断time值是否等于2，是则判断所述待验样品未通过标准筛查；否则令time值加1，跳转至步骤s102。4.根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，在s200中，利用提取溶剂离心溶解待测样本得到待测品溶液的方法为：s201，将称取10.0g的所述待测样本置于50 ml的离心管中，加入20%乙腈溶液25.00 ml；s202，将所述离心管涡旋15 min，再设定8000 r/min 离心5 min；s203，提取所述离心管中的上清液，再往所述离心管中加入20%乙腈溶液25.00 ml，重复步骤s202后重新提取上清液，混匀两次上清液得到单宁提取液；s204，将所述单宁提取液通过0.45 um滤膜复筛，得到待测品溶液。5.根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，在s400中，根据所述原始高光谱图像的空间维信息进行预处理校正，得到真实高光谱图像r的方法为：
s401，根据所述原始高光谱图像进行格式化，得到空间维高光谱图像o，设其大小为m
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n
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l pixels，m
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n为二维高光谱图像的分辨率像素大小，l为采集的波段数；设空间维高光谱图像的像素坐标为(x, y, z)，其中在波段的序号为z的二维高光谱图像的像素点坐标为(x, y)；x值取值范围为[1, m]，y值取值范围为[1, n]，z值取值范围为[1, l]；s402，对所述空间维高光谱图像o进行奇异点剔除，得到有效高光谱图像r0；s403，对所述有效高光谱图像r0进行亮度校正，得到真实高光谱图像；其中，在步骤s402中，对所述空间维高光谱图像进行奇异点剔除的方法为：s4021，根据所述空间维高光谱图像o，计算在所有波段内的平均光谱图像om，，z∈[1,l]；其中om(x, y)表示为平均光谱图像在坐标为（x, y）的像素点上的光谱值；o(x, y, z)表示空间维高光谱图像在坐标为(x, y, z)的像素点上的光谱值；s4022，在第z个波段时，开始遍历m
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n大小的二维高光谱图像，根据所述空间维高光谱图像o和平均光谱图像om，遍历x,y的取值范围，计算空间相关距离dm；其中， z∈[1,l]；其中，dm(x, y, z)表示为空间维高光谱图像在坐标为（x, y, z）的像素点上的空间相关距离，s-1
函数表示计算光谱图像的协方差矩阵的倒数；s4023，判断所述空间相关距离dm(x, y, z)是否超出异常阈值，是则令r0(x, y, z) = om(x, y)，即有效高光谱图像r0在坐标为(x, y，z) 像素点的光谱值等于平均光谱图像在坐标为（x, y）的像素点上的光谱值；否则令r0(x, y, z) = o(x, y, z)，即有效高光谱图像r0在坐标为(x, y，z) 像素点的光谱值等于空间维高光谱图像o在坐标为（x, y）的像素点上的光谱值；s4024，判断z值是否小于l值，是则z值加1，跳转至步骤s4022；否则重置z = 1，得到有效高光谱图像r0，跳转至步骤s403。6.根据权利要求5所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，在步骤s403中，对所述有效高光谱图像r0进行亮度校正的方法为：s4031，利用高光谱成像采集模块测定聚四氟乙烯白板的光谱图像，得到全白标准图像w；s4032，利用高光谱成像采集模块在与步骤s4031相同的采集环境下，测定完全覆盖采集镜头下的全黑标准图像b；s4033，设定当前校正像素点坐标为(x, y, z)，从第z = 1个波段，大小为m
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n的二维高光谱图像，开始遍历计算校正；x值取值范围为[1, m]，y值取值范围为[1, n]，z值取值范围为[1, l]；s4034，初始化x = 1, y = 1，在m
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n内遍历计算得到真实高光谱图像r(x, y, z) = r0(x, y, z)/[w(x, y, z)-b(x, y, z)]，其中r(x, y, z)为所述真实高光谱图像在坐标为(x, y，z)上像素点的光谱值；r0(x, y, z)为所述有效高光谱图像在坐标为(x, y，z)上像
素点的光谱值；w(x, y, z)为所述全白标准图像在坐标为(x, y，z)上像素点的光谱值；b(x, y, z)为所述全黑标准图像b在坐标为(x, y，z)上像素点的光谱值；s4035，判断z值是否小于l值，是则z值加1，跳转至步骤s4034；否则得到所述真实高光谱图像r，跳转至步骤s500。7.根据权利要求5所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，在s600中，根据所述目标像元数据xm与标准光谱数据对比，判断是否存在异常目标的方法为：s601，将所述目标像元数据xm转化为二维目标数据矩阵xh，即xh(z3, n3) = xm(x2, y2, z2)；其中，xh(z3, n3)表示为在第z3个波段上包含的第n3个像素点的二维目标数据， xm(x2, y2, z2)表示在坐标为(x2, y2, z2)上的目标像元数据xm，所述二维目标数据矩阵大小为l
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(m
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n)，即z3值的取值范围为[1, l]，n3值的取值范围为[1, m
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n]；其中z3 = z2，n3 = x2
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y2；s602，设背景噪声系数为，已知在第z3个波段上的标准光谱数据为λ(z3)，若满足其中b为有限偏移量，则判断存在异常目标；否则判断未存在异常目标。8.根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法，其特征在于，在s700中，根据所述目标像元数据xm进一步检测单宁添加量是否超出合格阈值的方法为：s701，获得在所述目标光谱数据的最大值中对应的波段序号为c；s702，在所述目标像元数据xm取出在第c个波段的二维图像光谱，根据光谱色相比对法得到单宁添加量的浓度；s703，判断所述单宁添加量的浓度是否超过合格阈值，若是则判断为伪劣产品；否则根据所述目标像元数据xm进一步检测是否超出卫生指标。9.一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测系统，其特征在于，所述系统包括：高光谱成像采集模块、中央处理器模块，电源模块、存储模块及存储在所述存储模块中并在所述中央处理器模块上运行的计算机程序，所述中央处理器模块执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项的一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法中的步骤，所述一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测系统运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端数据中心的计算设备中。

技术总结
本发明公开了一种基于高光谱图像的单宁添加剂防伪检测方法及系统，根据现有测定标准对饲料中单宁的规定标准，利用离心溶解方法对待测单宁添加剂继续样品预处理得到待测品溶液，利用高光谱成像采集模块在多个波长处测定所述待测品溶液得到原始高光谱图像。并进行图像预处理校正、图像数据调整和目标检测、异常目标判断等方法过程，最终检测出异常添加剂，达到检测单宁添加剂真伪的目的。本发明提供的检测方法及系统简便快捷准确，填补了饲料中单宁添加剂的真伪质量监测空白，适合作为饲料质量控制方法，有利于建立单宁添加剂的质量控制标准。标准。标准。


技术研发人员：彭凯 陈冰 黄文 张厂 莫文艳
受保护的技术使用者：广东省农业科学院动物科学研究所
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/1/21