基于高光譜技術(shù)的不同品種豬肉品質(zhì)檢測(cè)模型傳遞方法研究.pdf

1、豬肉是我國居民的最主要肉類食源之一，具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值。豬肉pH值、含水率等品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到豬肉產(chǎn)品的存儲(chǔ)時(shí)間、生產(chǎn)加工以及食用安全?；诠庾V技術(shù)的多元校正模型能實(shí)現(xiàn)對(duì)豬肉品質(zhì)的快速、無損檢測(cè)，然而這種校正模型只能對(duì)一定測(cè)量條件（儀器條件或環(huán)境溫度）、某一品種范圍的樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)，而對(duì)不同測(cè)量條件或不同品種樣本的光譜數(shù)據(jù)，則會(huì)出現(xiàn)預(yù)測(cè)誤差較大，或完全不可用的問題。因此開展模型傳遞方法研究，建立一個(gè)穩(wěn)健性好、適用性強(qiáng)、預(yù)測(cè)精度高的豬肉品

2、質(zhì)光譜檢測(cè)模型具有重要的科學(xué)意義和良好的應(yīng)用前景。本文以杜長大豬肉、茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉3個(gè)品種豬肉為研究對(duì)象，建立了基于高光譜成像技術(shù)的豬肉品質(zhì)定量檢測(cè)模型，繼而對(duì)豬肉品質(zhì)檢測(cè)模型的適用性進(jìn)行檢驗(yàn)，針對(duì)模型適用性差的問題，開展了對(duì)不同品種之間的豬肉品質(zhì)檢測(cè)模型傳遞方法的研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　⑴研究了不同樣本集劃分方法以及不同光譜預(yù)處理方法對(duì)3個(gè)品種豬肉pH值及含水率模型性能的影響，確定了豬肉pH值及含水率的較優(yōu)定量檢

3、測(cè)模型。分別采用了RS、K/S和SPXY3種劃分方法對(duì)3個(gè)品種豬肉樣本進(jìn)行校正集和測(cè)試集的劃分，采用了平滑(Smooth)、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換(SNV)、多元散射校正(MSC)、平均中心化(MC)以及它們的組合方法對(duì)原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，比較不同預(yù)處理光譜的偏最小二乘回歸(Partial Least Squares Regression, PLSR)模型結(jié)果，確定較優(yōu)的樣本集劃分方法以及光譜預(yù)處理方法，建立了較優(yōu)的豬肉pH值及含水率PLSR

4、模型。杜長大豬肉pH值較優(yōu)定量檢測(cè)模型交互驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)Rc為0.924，預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)Rp達(dá)到0.904，交互驗(yàn)證均方根誤差RMSECV為0.045，預(yù)測(cè)均方根誤差RMSEP為0.046;茂佳山黑豬肉pH值定量檢測(cè)模型的較優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果:Rc為0.903，Rp達(dá)到0.853，RMSECV為0.090，RMSEP為0.084;零號(hào)土豬肉pH值定量檢測(cè)模型的較優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果:Rc為0.906，Rp達(dá)到0.883，RMSECV為0.133，RMSEP為

5、0.113。杜長大豬肉含水率定量檢測(cè)模型的較優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果:Rc為0.940，Rp為0.940，RMSECV為0.279％，RMSEP為0.237％;茂佳山黑豬肉含水率定量檢測(cè)模型的較優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果:RC為0.932，Rp達(dá)到0.944，RMSECV為0.512％，RMSEP為0.395％;零號(hào)土豬肉含水率定量檢測(cè)模型的較優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果:Rc達(dá)到0.927，Rp達(dá)到0.923，RMSECV為0.512％，RMSEP為0.382％。
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6、了杜長大豬肉高光譜檢測(cè)模型的適用性，確定了杜長大豬肉pH值及含水率高光譜模型不能實(shí)現(xiàn)對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本PH值及含水率的預(yù)測(cè)。分別采用了平均光譜法、主成分得分空間分布法、馬氏距離法及模型驗(yàn)證法對(duì)杜長大豬肉主模型的適用性進(jìn)行了檢驗(yàn)，比較了杜長大豬肉樣本與茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本的平均光譜圖、主成分得分空間分布圖以及馬氏距離圖之間的差異，并用杜長大豬肉模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:杜長大豬肉樣本平均光譜

7、、主成分得分空間分布以及馬氏距離與茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本之間均存在較大的差異，且杜長大豬肉pH值及含水率模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本預(yù)測(cè)結(jié)果較差:杜長大豬肉pH值模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)Rp分別為0.770和0.731，預(yù)測(cè)均方根誤差RMSEP分別為0.111和0.209，剩余預(yù)測(cè)偏差RPD僅達(dá)到1.533和1.234;杜長大豬肉含水率模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)Rp分別為0.51

8、3和0.712，RMSEP分別為1.151％和0.857％，剩余預(yù)測(cè)偏差RPD僅達(dá)到1.000和1.214。
　?、茄芯苛四Ｐ透路椒▽?duì)豬肉pH值高光譜檢測(cè)模型的傳遞效果，并分別提出了一種光譜和預(yù)測(cè)值同步校正(CSPV)的傳遞算法與一種分段直接校正結(jié)合線性插值(PDS-LI)傳遞算法，分析比較了3種方法對(duì)豬肉pH值高光譜檢測(cè)模型的傳遞結(jié)果，確定了較優(yōu)的豬肉pH值模型傳遞方法。采用模型更新方法對(duì)杜長大豬肉模型進(jìn)行傳遞，對(duì)于茂佳山黑豬

9、肉樣本，當(dāng)添加的代表性樣本數(shù)為11個(gè)時(shí)，模型傳遞結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)Rp由傳遞前的0.770提高到0.869，提高了13％，RPD由傳遞前的1.533提高到1.934，提高了26％，滿足Rp≥0.837，且RPD≥1.9的條件，表明模型更新方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)茂佳山黑豬肉樣本的預(yù)測(cè)。對(duì)于零號(hào)土豬肉樣本，當(dāng)添加的代表性樣本數(shù)為9個(gè)時(shí)，模型傳遞結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)Rp由傳遞前的0.731提高到0.845，提高了16％，RPD由傳遞前的1.234提高到1

10、.804，提高了46％，但不滿足Rp≥0.837，且RPD≥1.9的條件，表明模型更新方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)。上述結(jié)果說明模型更新法對(duì)杜長大豬肉pH值高光譜模型的傳遞效果有限。針對(duì)不同品種間的模型傳遞問題，提出了一種光譜和預(yù)測(cè)值同步校正(CSPV)的傳遞算法，該算法對(duì)杜長大豬肉pH值高光譜模型傳遞有較好的結(jié)果。對(duì)于茂佳山黑豬肉樣本，當(dāng)標(biāo)樣數(shù)為9個(gè)時(shí)，杜長大豬肉模型對(duì)茂佳山黑豬肉樣本預(yù)測(cè)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，Rp提高到0.889，相對(duì)

11、傳遞前提高了15％，RPD為2.071，相對(duì)傳遞前提高了35％;對(duì)于零號(hào)土豬肉樣本，當(dāng)標(biāo)樣數(shù)為10個(gè)時(shí)，杜長大豬肉模型對(duì)零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，Rp達(dá)到0.900，相對(duì)傳遞前提高了23％，RPD達(dá)到2.213，相對(duì)傳遞前提高了79％。針對(duì)不同品種間的模型傳遞問題，提出了一種分段直接校正結(jié)合線性插值(PDS-LI)的傳遞算法，該算法對(duì)杜長大豬肉pH值高光譜模型有較好的傳遞結(jié)果。對(duì)于茂佳山黑豬肉樣本，當(dāng)標(biāo)樣數(shù)為29個(gè)時(shí)，杜長大豬肉

12、模型對(duì)茂佳山黑豬肉樣本的預(yù)測(cè)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)Rp為0.895，相對(duì)傳遞前提高了16％，RPD為2.179，相對(duì)傳遞前提高了42％;對(duì)于零號(hào)土豬肉樣本，當(dāng)標(biāo)樣數(shù)為22個(gè)時(shí)，杜長大豬肉模型對(duì)零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，Rp達(dá)到0.892，相對(duì)傳遞前提高了22％，RPD達(dá)到2.005，相對(duì)傳遞前提高了62％。模型更新、CSPV以及PDS-LI傳遞算法對(duì)杜長大豬肉pH值高光譜模型的傳遞結(jié)果表明:CSPV和PDS-LI2種算法的傳遞結(jié)果相

13、似，且均優(yōu)于模型更新方法結(jié)果，因此確定CSPV和PDS-LI算法為較優(yōu)的豬肉pH值高光譜模型傳遞算法。
　?、妊芯苛素i肉含水率高光譜檢測(cè)模型傳遞方法。分別采用模型更新、CSPV以及PDS-LI傳遞算法對(duì)杜長大豬肉豬肉含水率模型進(jìn)行傳遞，并比較了3種方法的模型傳遞結(jié)果，確定了較優(yōu)的豬肉含水率高光譜模型傳遞算法。模型更新方法可實(shí)現(xiàn)杜長大豬肉模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)。當(dāng)添加的茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉代表性樣本數(shù)分別為21

14、和19個(gè)時(shí)，傳遞模型對(duì)2個(gè)品種樣本預(yù)測(cè)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，Rp分別達(dá)到0.891和0.853，相對(duì)傳遞前分別提高了74％和20％，RPD分別為2.166和2.076，相對(duì)傳遞前分別提高了116％和71％。CSPV算法可實(shí)現(xiàn)杜長大豬肉模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)。當(dāng)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉標(biāo)樣數(shù)分別為20和18個(gè)時(shí)，最優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果Rp分別達(dá)到0.918和0.925，相對(duì)傳遞前分別提高了79％和30％，RPD分別達(dá)到2.460和2.37

15、9，相對(duì)傳遞前分別提高了146％和96％。PDS-LI算法能實(shí)現(xiàn)杜長大豬肉模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉樣本的預(yù)測(cè)。當(dāng)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉標(biāo)樣數(shù)分別為32和22個(gè)時(shí)，最優(yōu)預(yù)測(cè)結(jié)果Rp分別達(dá)到0.912和0.921，相對(duì)傳遞前分別提高了78％和29％，，RPD分別達(dá)到2.447和2.364，相對(duì)傳遞前分別提高了145％和95％。結(jié)果表明:3種算法均在不同程度上提高了杜長大豬肉模型對(duì)茂佳山黑豬肉和零號(hào)土豬肉的預(yù)測(cè)結(jié)果，并實(shí)現(xiàn)了杜長大豬肉