專利名稱：可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂花粉品種的鑒別方法，尤其是涉及一種可見和近紅外光譜的 蜂花粉品種鑒別方法。
技術(shù)背景蜂花粉是一種天然的營養(yǎng)食品，富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)、維生 素和其它活性物質(zhì)。蜂花粉具有一定的醫(yī)療作用，如調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、治療糖尿病 、補腎安神和抗腫瘤等，被譽為"濃縮的天然藥庫"和"全能的營養(yǎng)庫"。隨著蜂 花粉產(chǎn)品越來越受到消費者的青睞，人們對蜂花粉質(zhì)量要求的不斷提高，市場 上出現(xiàn)假冒偽劣蜂花粉產(chǎn)品的現(xiàn)象也日趨嚴(yán)重，這對蜂花粉質(zhì)量檢測方法提出 了更高的要求?，F(xiàn)行的蜂花粉品種鑒別方法主要為顯微鏡鏡析法，該方法操作 過程繁瑣，鑒別效率較低，需要耗費大量的人力、物力，且實時性差，無法滿 足簡單、快速鑒別蜂花粉品種的需要。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法，該方法具有快 速、簡便和無破壞性和鑒別效率率高等特點。本發(fā)明鑒別方法通過以下步驟實 現(xiàn)(1) 設(shè)置應(yīng)用可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別裝置，所述裝置由可 見和近紅外光譜儀、光源、標(biāo)定白板和計算機構(gòu)成，光源為卣素?zé)簦?2) 將被測物放置在標(biāo)定白板上，調(diào)整可見和近紅外光譜儀的光束與被 測物的夾角為45°，光源照射方向和被測物夾角同樣為45。，可見和近紅外光譜 儀的光束和光源光束成90°，使得被測物和標(biāo)定白板的反射光進入可見和近紅 外光譜儀；(3) 開啟可見和近紅外光譜儀實時采集被測蜂花粉樣品的光譜信息，通 過計算機上已建有的蜂花粉品種的光譜校正模型，通過光譜分析處理軟件，完 成光譜分析，進行品種鑒別。所述光譜采集范圍為325 nm到2500nm。步驟(3)所述蜂花粉品種光譜校正模型建立通過以下步驟 (1)校正樣本集光譜信息的采集用近紅外光譜儀分別釆集不同品種的 蜂花粉樣品建立校正樣本集，然后通過光譜儀采集校正樣本集中蜂花粉樣品的全波段的光譜反射率信息；(2) 反映蜂花粉品種的光譜預(yù)處理采用巻積平滑、標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、 中心化、多元散射校正、 一階求導(dǎo)、二階求導(dǎo)、小波處理方法進行光譜預(yù)處理(3) 建立蜂花粉品種的光譜校正模型校正樣本集中的蜂花粉樣品經(jīng)過可見和近紅外光譜儀采集透射率信息以后，通過線性的化學(xué)計量學(xué)方法建立預(yù) 處理后的光譜蜂花粉樣品透射率信息和蜂花粉品種信息的校正模型。 本發(fā)明的另一個目的是提供該方法在蜂花粉品種鑒別中的應(yīng)用。可見和近紅外光譜技術(shù)是指利用可見和近紅外譜區(qū)(波長約為325nm -2500nm)包含的物質(zhì)信息，主要用于有機質(zhì)定性和定量分析的一種分析技術(shù)。 可見和近紅外光譜易于獲取，信息量豐富?？梢姽獠ǘ蔚墓庾V信息能夠反映樣 品表面的顏色信息，而近紅外光譜則反映樣品內(nèi)部的特征信息。與顯微鏡鏡析法相比，本發(fā)明提供的可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別 方法具有快速、簡便和無破壞性和鑒別效率率高等優(yōu)點，比較適用于蜂花粉產(chǎn) 品的品種信息的快速無損檢測。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有的有益效果是(1) 利用可見和近紅外光譜技術(shù)進行蜂花粉品種鑒別，可實現(xiàn)多種蜂花 粉品種的快速、穩(wěn)定、實時的診斷。光譜的測定過程一般可在30秒內(nèi)完成；(2) 不使用化學(xué)試劑，降低了檢測成本，減輕勞動強度，能夠很好地應(yīng) 用于在線生產(chǎn)檢測。能夠?qū)Ψ浠ǚ蹣悠愤M行無損檢測，不影響蜂花粉的物理和 化學(xué)性質(zhì)；(3) 整個檢測裝置只由一個便攜式的可見和近紅外光譜儀、光源、 一臺 計算機和一塊標(biāo)定白板組成；(4) 當(dāng)檢測裝置的各組件都連接完畢后，最后的光譜分析工作通過帶有 建立好的化學(xué)計量學(xué)模型的光譜分析處理軟件完成；(5) 通過對鑒別出品種的蜂花粉進行分類，提高蜂花粉產(chǎn)品的純度，保 障消費者的利益。


圖l是本發(fā)明的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的工作原理圖。 圖3是本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明結(jié)合附圖和實施例作進一步的說明。以下具體實施方式
用來解釋說 明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制。 實施例l參見圖l，本發(fā)明提供的蜂花粉品種鑒別方法的裝置由計算機l、 RS232串 口數(shù)據(jù)線2、可見和近紅外光譜儀3、標(biāo)定白板4和光源5構(gòu)成，計算機l和可見 近紅外光譜儀通過RS232串口數(shù)據(jù)線2相連，光源5為鹵素?zé)簟⒈粶y物放置在標(biāo)定白板4上，調(diào)整可見和近紅外光譜儀3的光束與被測物 的夾角為45。，光源5光束照射方向和被測物夾角同樣為45。，并使得可見和近紅 外光譜儀的光束和光源照射光束成90。，使得被測物和標(biāo)定白板的反射光進入 可見和近紅外光譜儀，可見和近紅外光譜儀能夠?qū)崟r采集被測蜂花粉樣品的光 譜信息。光譜信息通過RS232串口數(shù)據(jù)線2傳輸?shù)接嬎銠C1，通過計算機上已建 有的蜂花粉品種的光譜校正模型，以及裝有的光譜分析處理軟件，完成光譜分 析工作，并得出蜂花粉品種鑒別結(jié)果。可見和近紅外光譜儀采用Analytical Spectral Devices公司的Fieldspec handheld光譜分析儀，光譜采集范圍從325 nm到2500 nm，包括了整個可見光 和近紅外區(qū)域，光源選用日本優(yōu)秀(USfflO)公司JC14.5V-50W型卣素?zé)簟?實施例2參見圖2，本發(fā)明的原理光源發(fā)出的光線在樣品上反射后進入可見和近 紅外光譜儀，射到一個全息衍射光柵上。然后光線按照不同的波長分開，并分 別被陣列接收器接受。接收器將光積分成電信號并保存；然后電信號通過一個 16位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過RS232串口數(shù)據(jù)線輸入計算機。計算 機上裝有光譜分析處理軟件，完成光譜分析工作。 實施例3參見圖3，是蜂花粉品種光譜分析處理軟件設(shè)計框圖。 在軟件制作階段需建立蜂花粉品種光譜校正模型，建立包括以下步驟(1) 校正樣本集光譜信息的采集。用近紅外光譜儀分別采集不同品種的 蜂花粉樣品建立校正樣本集。然后通過光譜儀采集校正樣本集中蜂花粉樣品的 全波段(325nm-1075nm)的光譜反射率信息。(2) 反映蜂花粉品種的光譜預(yù)處理。由于采集到的原始光譜信號存在外 界和光譜儀本身精度的干擾，因此將會影響特征波段的選擇。采用巻積平滑、 標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、中心化、多元散射校正、 一階求導(dǎo)、二階求導(dǎo)、小波處理等 方法進行光譜預(yù)處理。預(yù)處理后的光譜信息性噪比提高，反映蜂花粉品種的信息更加明顯。光譜的預(yù)處理可以為單一方法，也可以是多種方法的結(jié)合。(3)建立蜂花粉品種的光譜校正模型。校正樣本集中的蜂花粉樣品經(jīng)過 可見和近紅外光譜儀采集透射率信息以后，通過線性的化學(xué)計量學(xué)方法建立預(yù) 處理后的光譜蜂花粉樣品透射率信息和蜂花粉品種信息的校正模型。線性的化學(xué)計量學(xué)方法包括主成分回歸、多元新線性回歸、逐步回歸、 偏最小二乘回歸、線形支持向量機等；非線形的化學(xué)計量學(xué)方法包括人工神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線形支持向量機、遺傳算法、模糊算法等。建立好的蜂花粉品種光 譜模型具有很好的魯棒性和適應(yīng)性，能夠進行實際應(yīng)用。蜂花粉品種光譜分析處理軟件在實際應(yīng)用中包括以下步驟(1) 通過可見和近紅外光譜儀采集被測蜂花粉樣品全波段光譜信息。實 際應(yīng)用時的光譜采集所采用的測量方法和條件必須和校正樣本集光譜采集時 一致，比如測量裝置設(shè)置、光譜采樣間隔、采樣時間、采樣次數(shù)等。采集到的 光譜反射率信息通過數(shù)據(jù)線輸入計算機。(2) 蜂花粉品種光譜分析處理軟件將采集到的全波段光譜信息作為輸入 部分，輸入蜂花粉品種光譜模型。蜂花粉品種光譜模型先按照校正樣本集光譜 的預(yù)處理方法對光譜信息進行處理，然后通過光譜信息和蜂花粉品種信息之間 的關(guān)系模型，輸出蜂花粉品種信息。(3) 只要實際應(yīng)用中的蜂花粉樣品在建立好的蜂花粉品種光譜模型包含 的植物類型中，就可以對蜂花粉樣品進行品種的快速、無損的檢測。 實施例4應(yīng)用本發(fā)明方法對茶花花粉、油菜花粉、荷花花粉和五味子花粉四個花粉 品種進行鑒別。定義茶花花粉為(0， 0)，油菜花粉為(0， 1)，荷花花粉為( 1， 0)，五味子花粉為(1， 1)。每個花粉品種各制備25個樣本，通過檢測裝置 獲取樣品的光譜數(shù)據(jù)，先對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，然后利用化學(xué)計量學(xué)方法建立蜂 花粉品種的鑒別模型。另制備每個品種各5個樣本用于預(yù)測，預(yù)測結(jié)果參見表l ，鑒別準(zhǔn)確率達到100%。表1.20個花粉樣本的鑒別結(jié)果預(yù)測樣本序號真實值預(yù)測值鑒別結(jié)果1000.00700.0034茶花花粉2000篇20細(xì)9茶花花粉3000.03060細(xì)8茶花花粉4000扁70.0040茶花花粉5000.00730馬4茶花花粉6010.00500.9917油菜花粉010細(xì)60.9954油菜花粉8010雄40.9929油菜花粉9010.00510.9919油菜花粉10010.00990.9912油菜花粉11100.99610.0055荷花花粉12100.99430細(xì)1荷花花粉13100駕60.2797荷花花粉14100.99170.0051荷花花粉15100.99440遍4荷花花粉16110.99130.9881五味子花粉17110.99250.9916五味子花粉18110.99000.9,五味子花粉19110.99050.9919五味子花粉20 .110.99170.9915五味子花粉
權(quán)利要求
1.一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法，其特征在于，通過以下步驟實現(xiàn)(1)設(shè)置可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別裝置，所述裝置由計算機(1)、RS232串口數(shù)據(jù)線(2)、可見和近紅外光譜儀(3)、標(biāo)定白板(4)和光源(5)構(gòu)成，計算機(1)和可見近紅外光譜儀(3)通過RS232串口數(shù)據(jù)線(2)相連；(2)將被測物放置在標(biāo)定白板(4)上，調(diào)整可見和近紅外光譜儀的光束與被測物的夾角為45°，光源照射方向和被測物夾角同樣為45°，可見和近紅外光譜儀的光束和光源光束成90°，使得被測物和標(biāo)定白板的反射光進入可見和近紅外光譜儀；(3)開啟可見和近紅外光譜儀實時采集被測蜂花粉樣品的光譜信息，通過計算機上已建有的蜂花粉品種的光譜校正模型，通過光譜分析處理軟件，完成光譜分析，進行品種鑒別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法， 其特征在于，所述鑒別裝置的光源(5)選用鹵素?zé)簟?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法， 其特征在于，步驟(3)所述光譜采集范圍為325nm-2500nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法， 其特征在于，步驟(3)所述蜂花粉品種的光譜校正模型通過以下步驟建立-(1) 校正樣本集光譜信息的采集..用近紅外光譜儀分別采集不同品種的 蜂花粉樣品建立校正樣本集，然后通過光譜儀采集校正樣本集中蜂花粉樣品的 全波段的光譜反射率信息；(2) 反映蜂花粉品種的光譜預(yù)處理采用巻積平滑、標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、 中心化、多元散射校正、H^介求導(dǎo)、Z^介求導(dǎo)、小波處理方法進行光譜預(yù)處理；(3) 建立蜂花粉品種的光譜校正模型校正樣本集中的蜂花粉樣品經(jīng)過 可見和近紅外光譜儀采集透射率信息以后，通過線性的化學(xué)計量學(xué)方法建立預(yù) 處理后的光譜蜂花粉樣品透射率信息和蜂花粉品種信息的校正模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法 在蜂花粉品種鑒別中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別方法。通過設(shè)置可見和近紅外光譜的蜂花粉品種鑒別裝置，利用可見和近紅外光譜儀采集蜂花粉樣品的光譜信息，應(yīng)用蜂花粉品種的光譜校正模型，通過光譜分析處理軟件，完成光譜分析，進行品種鑒別。本發(fā)明應(yīng)用化學(xué)計量學(xué)方法建立蜂花粉品種光譜模型，完成實時鑒別蜂花粉的品種。本發(fā)明可實現(xiàn)多種蜂花粉品種的快速、穩(wěn)定、實時的鑒別；不使用化學(xué)試劑。降低了檢測成本，減輕勞動強度，能夠很好地應(yīng)用于在線生產(chǎn)檢測；能夠?qū)Ψ浠ǚ燮贩N進行無損鑒別，不影響蜂花粉的物理和化學(xué)性質(zhì)；通過對鑒別出品種的蜂花粉進行分類，提高蜂花粉產(chǎn)品的純度，保障消費者的利益。
文檔編號G01N21/49GK101614663SQ20091010104
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者迪 吳, 樓程富, 金佩華, 金航峰, 黃凌霞 申請人:浙江大學(xué)