CN101614663A - 可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法。通过设置可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别装置，利用可见和近红外光谱仪采集蜂花粉样品的光谱信息，应用蜂花粉品种的光谱校正模型，通过光谱分析处理软件，完成光谱分析，进行品种鉴别。本发明应用化学计量学方法建立蜂花粉品种光谱模型，完成实时鉴别蜂花粉的品种。本发明可实现多种蜂花粉品种的快速、稳定、实时的鉴别；不使用化学试剂。降低了检测成本，减轻劳动强度，能够很好地应用于在线生产检测；能够对蜂花粉品种进行无损鉴别，不影响蜂花粉的物理和化学性质；通过对鉴别出品种的蜂花粉进行分类，提高蜂花粉产品的纯度，保障消费者的利益。
Description
技术领域
本发明涉及蜂花粉品种的鉴别方法，尤其是涉及一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法。
背景技术
蜂花粉是一种天然的营养食品，富含蛋白质、碳水化合物、矿物质、维生素和其它活性物质。蜂花粉具有一定的医疗作用，如调节内分泌、治疗糖尿病、补肾安神和抗肿瘤等，被誉为“浓缩的天然药库”和“全能的营养库”。随着蜂花粉产品越来越受到消费者的青睐，人们对蜂花粉质量要求的不断提高，市场上出现假冒伪劣蜂花粉产品的现象也日趋严重，这对蜂花粉质量检测方法提出了更高的要求。现行的蜂花粉品种鉴别方法主要为显微镜镜析法，该方法操作过程繁琐，鉴别效率较低，需要耗费大量的人力、物力，且实时性差，无法满足简单、快速鉴别蜂花粉品种的需要。
发明内容
本发明提供一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法，该方法具有快速、简便和无破坏性和鉴别效率率高等特点。本发明鉴别方法通过以下步骤实现：
(1)设置应用可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别装置，所述装置由可见和近红外光谱仪、光源、标定白板和计算机构成，光源为卤素灯；
(2)将被测物放置在标定白板上，调整可见和近红外光谱仪的光束与被测物的夹角为45°，光源照射方向和被测物夹角同样为45°，可见和近红外光谱仪的光束和光源光束成90°，使得被测物和标定白板的反射光进入可见和近红外光谱仪；
(3)开启可见和近红外光谱仪实时采集被测蜂花粉样品的光谱信息，通过计算机上已建有的蜂花粉品种的光谱校正模型，通过光谱分析处理软件，完成光谱分析，进行品种鉴别。所述光谱采集范围为325nm到2500nm。
步骤(3)所述蜂花粉品种光谱校正模型建立通过以下步骤：
(1)校正样本集光谱信息的采集：用近红外光谱仪分别采集不同品种的蜂花粉样品建立校正样本集，然后通过光谱仪采集校正样本集中蜂花粉样品的全波段的光谱反射率信息；
(2)反映蜂花粉品种的光谱预处理：采用卷积平滑、标准化、归一化、中心化、多元散射校正、一阶求导、二阶求导、小波处理方法进行光谱预处理；
(3)建立蜂花粉品种的光谱校正模型：校正样本集中的蜂花粉样品经过可见和近红外光谱仪采集透射率信息以后，通过线性的化学计量学方法建立预处理后的光谱蜂花粉样品透射率信息和蜂花粉品种信息的校正模型。
本发明的另一个目的是提供该方法在蜂花粉品种鉴别中的应用。
可见和近红外光谱技术是指利用可见和近红外谱区(波长约为325nm-2500nm)包含的物质信息，主要用于有机质定性和定量分析的一种分析技术。可见和近红外光谱易于获取，信息量丰富。可见光波段的光谱信息能够反映样品表面的颜色信息，而近红外光谱则反映样品内部的特征信息。
与显微镜镜析法相比，本发明提供的可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法具有快速、简便和无破坏性和鉴别效率率高等优点，比较适用于蜂花粉产品的品种信息的快速无损检测。
与现有技术相比本发明具有的有益效果是：
(1)利用可见和近红外光谱技术进行蜂花粉品种鉴别，可实现多种蜂花粉品种的快速、稳定、实时的诊断。光谱的测定过程一般可在30秒内完成；
(2)不使用化学试剂，降低了检测成本，减轻劳动强度，能够很好地应用于在线生产检测。能够对蜂花粉样品进行无损检测，不影响蜂花粉的物理和化学性质；
(3)整个检测装置只由一个便携式的可见和近红外光谱仪、光源、一台计算机和一块标定白板组成；
(4)当检测装置的各组件都连接完毕后，最后的光谱分析工作通过带有建立好的化学计量学模型的光谱分析处理软件完成；
(5)通过对鉴别出品种的蜂花粉进行分类，提高蜂花粉产品的纯度，保障消费者的利益。
附图说明
图1是本发明的检测装置的结构示意图。
图2是本发明的工作原理图。
图3是本发明的工作流程图。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。以下具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。
实施例1
参见图1，本发明提供的蜂花粉品种鉴别方法的装置由计算机1、RS232串口数据线2、可见和近红外光谱仪3、标定白板4和光源5构成，计算机1和可见近红外光谱仪通过RS232串口数据线2相连，光源5为卤素灯。
将被测物放置在标定白板4上，调整可见和近红外光谱仪3的光束与被测物的夹角为45°，光源5光束照射方向和被测物夹角同样为45°，并使得可见和近红外光谱仪的光束和光源照射光束成90°，使得被测物和标定白板的反射光进入可见和近红外光谱仪，可见和近红外光谱仪能够实时采集被测蜂花粉样品的光谱信息。光谱信息通过RS232串口数据线2传输到计算机1，通过计算机上已建有的蜂花粉品种的光谱校正模型，以及装有的光谱分析处理软件，完成光谱分析工作，并得出蜂花粉品种鉴别结果。
可见和近红外光谱仪采用Analytical Spectral Devices公司的Fieldspechandheld光谱分析仪，光谱采集范围从325nm到2500nm，包括了整个可见光和近红外区域，光源选用日本优秀(USHIO)公司JC14.5V-50W型卤素灯。
实施例2
参见图2，本发明的原理：光源发出的光线在样品上反射后进入可见和近红外光谱仪，射到一个全息衍射光栅上。然后光线按照不同的波长分开，并分别被阵列接收器接受。接收器将光积分成电信号并保存；然后电信号通过一个16位的A/D转换器转换成数字信号，通过RS232串口数据线输入计算机。计算机上装有光谱分析处理软件，完成光谱分析工作。
实施例3
参见图3，是蜂花粉品种光谱分析处理软件设计框图。
在软件制作阶段需建立蜂花粉品种光谱校正模型，建立包括以下步骤：
(1)校正样本集光谱信息的采集。用近红外光谱仪分别采集不同品种的蜂花粉样品建立校正样本集。然后通过光谱仪采集校正样本集中蜂花粉样品的全波段(325nm-1075nm)的光谱反射率信息。
(2)反映蜂花粉品种的光谱预处理。由于采集到的原始光谱信号存在外界和光谱仪本身精度的干扰，因此将会影响特征波段的选择。采用卷积平滑、标准化、归一化、中心化、多元散射校正、一阶求导、二阶求导、小波处理等方法进行光谱预处理。预处理后的光谱信息性噪比提高，反映蜂花粉品种的信息更加明显。光谱的预处理可以为单一方法，也可以是多种方法的结合。
(3)建立蜂花粉品种的光谱校正模型。校正样本集中的蜂花粉样品经过可见和近红外光谱仪采集透射率信息以后，通过线性的化学计量学方法建立预处理后的光谱蜂花粉样品透射率信息和蜂花粉品种信息的校正模型。
线性的化学计量学方法包括：主成分回归、多元新线性回归、逐步回归、偏最小二乘回归、线形支持向量机等；非线形的化学计量学方法包括：人工神经网络、非线形支持向量机、遗传算法、模糊算法等。建立好的蜂花粉品种光谱模型具有很好的鲁棒性和适应性，能够进行实际应用。
蜂花粉品种光谱分析处理软件在实际应用中包括以下步骤：
(1)通过可见和近红外光谱仪采集被测蜂花粉样品全波段光谱信息。实际应用时的光谱采集所采用的测量方法和条件必须和校正样本集光谱采集时一致，比如测量装置设置、光谱采样间隔、采样时间、采样次数等。采集到的光谱反射率信息通过数据线输入计算机。
(2)蜂花粉品种光谱分析处理软件将采集到的全波段光谱信息作为输入部分，输入蜂花粉品种光谱模型。蜂花粉品种光谱模型先按照校正样本集光谱的预处理方法对光谱信息进行处理，然后通过光谱信息和蜂花粉品种信息之间的关系模型，输出蜂花粉品种信息。
(3)只要实际应用中的蜂花粉样品在建立好的蜂花粉品种光谱模型包含的植物类型中，就可以对蜂花粉样品进行品种的快速、无损的检测。
实施例4
应用本发明方法对茶花花粉、油菜花粉、荷花花粉和五味子花粉四个花粉品种进行鉴别。定义茶花花粉为(0，0)，油菜花粉为(0，1)，荷花花粉为(1，0)，五味子花粉为(1，1)。每个花粉品种各制备25个样本，通过检测装置获取样品的光谱数据，先对数据进行预处理，然后利用化学计量学方法建立蜂花粉品种的鉴别模型。另制备每个品种各5个样本用于预测，预测结果参见表1，鉴别准确率达到100％。
表1.20个花粉样本的鉴别结果
Claims (5)
1.一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
(1)设置可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别装置，所述装置由计算机(1)、RS232串口数据线(2)、可见和近红外光谱仪(3)、标定白板(4)和光源(5)构成，计算机(1)和可见近红外光谱仪(3)通过RS232串口数据线(2)相连；
(2)将被测物放置在标定白板(4)上，调整可见和近红外光谱仪的光束与被测物的夹角为45°，光源照射方向和被测物夹角同样为45°，可见和近红外光谱仪的光束和光源光束成90°，使得被测物和标定白板的反射光进入可见和近红外光谱仪；
(3)开启可见和近红外光谱仪实时采集被测蜂花粉样品的光谱信息，通过计算机上已建有的蜂花粉品种的光谱校正模型，通过光谱分析处理软件，完成光谱分析，进行品种鉴别。
2.根据权利要求1所述的一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法，其特征在于，所述鉴别装置的光源(5)选用卤素灯。
3.根据权利要求1所述的一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法，其特征在于，步骤(3)所述光谱采集范围为325nm-2500nm。
4.根据权利要求1所述的一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法，其特征在于，步骤(3)所述蜂花粉品种的光谱校正模型通过以下步骤建立：
(1)校正样本集光谱信息的采集：用近红外光谱仪分别采集不同品种的蜂花粉样品建立校正样本集，然后通过光谱仪采集校正样本集中蜂花粉样品的全波段的光谱反射率信息；
(2)反映蜂花粉品种的光谱预处理：采用卷积平滑、标准化、归一化、中心化、多元散射校正、一阶求导、二阶求导、小波处理方法进行光谱预处理；
(3)建立蜂花粉品种的光谱校正模型：校正样本集中的蜂花粉样品经过可见和近红外光谱仪采集透射率信息以后，通过线性的化学计量学方法建立预处理后的光谱蜂花粉样品透射率信息和蜂花粉品种信息的校正模型。
5.根据权利要求1所述的一种可见和近红外光谱的蜂花粉品种鉴别方法在蜂花粉品种鉴别中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091230 |