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高光谱成像结合ELM的鸡蛋品种鉴别

更新时间:2025-06-18      点击次数:132

高光谱成像结合 ELM 的鸡蛋品种鉴别技术研究

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一、引言

鸡蛋作为营养丰富的农产品,不同品种在营养成分、市场价值上存在差异。然而,市场上以次充好、掺假等问题频发,威胁食品安全,因此准确鉴别鸡蛋品种具有重要现实意义。高光谱成像技术可获取物体丰富光谱信息,极限学习机(ELM)在处理高维非线性数据时具备高效优势,二者结合为鸡蛋品种鉴别提供了新途径 。


二、材料与方法

(一)实验样本

选取 4 种鸡蛋作为试验对象,每种鸡蛋按 2∶1 比例划分训练集与测试集,共 240 枚样本(训练集 160 枚、测试集 80 枚 ),保证样本多样性与代表性,涵盖不同品种鸡蛋特征。

(二)高光谱成像采集

采用高光谱成像采集系统(包含高光谱成像仪、卤素灯光源、电控位移台、暗箱和计算机等),在暗箱环境下获取 935.61~1720.23 nm 范围内鸡蛋光谱图像。此环境可减少外界光干扰,确保光谱图像质量 。

(三)图像预处理

  1. 黑白校正:对采集的光谱图像进行黑白校正,消除成像系统自身误差与光照不均匀影响,获取更真实的鸡蛋光谱信息 。

  2. 感兴趣区域(ROI)选取:框选鸡蛋样本中心 30×30 pixel 大小的 ROI,计算该区域内各像素点反射率均值,作为样本原始光谱数据。同时,截取 949.43~1709.49 nm 范围内光谱,减少原始光谱首尾端随机噪声干扰 。

  3. 光谱预处理:运用 SG 平滑(SG)和多元散射校正(MSC)对截取后的光谱预处理。SG 平滑可有效去除光谱噪声, MSC 能校正因样品散射引起的光谱偏差,提升光谱数据质量 。


    微信截图_20250618163132.png

(四)特征波长提取

采用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权算法(CARS) ,以及 CARS - SPA、CARS + SPA 组合方式,对预处理后的光谱数据提取特征波长。这些算法可在众多光谱波段中,筛选出鉴别力的特征波长,降低数据维度,减少计算量 。

(五)模型建立与评估

基于全波段(FB)和特征波段,分别建立支持向量机(SVM)、粒子群算法(PSO)优化的 SVM(PSO - SVM)、极限学习机(ELM)模型 。通过对比不同模型在训练集与测试集上的鉴别准确率,评估模型性能,筛选最佳鸡蛋品种鉴别模型 。


三、结果与分析

(一)光谱特征分析

预处理后的光谱平均反射率曲线显示,不同品种鸡蛋在特定波长范围内反射率存在差异,为品种鉴别提供了光谱基础。例如,某些波长下,品种 A 鸡蛋反射率明显高于品种 B,反映出内部成分或结构的不同 。

(二)特征波长提取结果

CARS 提取特征波长时,随着采样轮次增加,特征波长数目、RMSECV(交叉验证均方根误差) 、回归系数呈现特定变化规律;SPA 提取特征波长也有对应的数据表现(结合图 4、图 5、图 6 等分析) 。不同提取方法获得的特征波长,对后续模型构建影响不同 。

(三)模型鉴别结果

SG - SPA - ELM 模型鉴别,测试集鉴别准确率达 85.00% 。对比其他模型(如 SVM、PSO - SVM 等 ),ELM 在处理经 SG 平滑、SPA 提取特征后的光谱数据时,能更高效挖掘数据特征,实现准确分类。表明高光谱成像技术结合 ELM,可有效达成鸡蛋品种无损、高效、准确检测 。

四、结论

本研究利用高光谱成像技术获取鸡蛋光谱信息,经预处理、特征波长提取后,结合 ELM 建立鉴别模型。结果验证了该技术在鸡蛋品种鉴别中的有效性,SG - SPA - ELM 模型展现出良好性能,为鸡蛋及其他农产品品种鉴别提供了技术参考,有望推动食品安全检测领域的发展 。 同时,后续可进一步优化实验条件,扩大样本种类与数量,提升模型泛化能力,探索该技术在更多农产品检测中的应用 。

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以象科技作为一家由西安光机所光学博士团队、行业资深专家、光谱软件算法团队以及光学应用博士等多元专业力量共同发起创立的科技型企业,在光学技术领域展现出了非凡的潜力与强劲的实力,正逐步成为行业内的一颗璀璨新星。

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此外,公司经营的激光共聚焦、激光散斑血流成像仪、光谱仪等光学产品,也均在各自的领域内展现出了的优势与性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果,在生物医学微观成像领域成为科研人员探索生命奥秘的得力助手;激光散斑血流成像仪能够精准地监测微循环血流变化,为医学临床诊断和疾病研究提供了重要的参考依据;光谱仪则凭借其对物质光谱特性的精确分析能力,在材料成分分析、环境污染物监测以及食品安全检测等领域发挥着作用。

以象科技秉持着集研发、生产、销售于一体的全产业链运营模式,展现出了强大的综合实力与协同效应。其研发中心坐落于西安这充满科技活力与创新氛围的城市,依托当地丰富的科研资源与人才优势,持续不断地投入大量资源进行技术研发与创新,为公司的产品迭代升级和技术突破提供了源源不断的动力源泉。

与此同时,公司精心构建的销售网络如同一张紧密交织的大网,全面覆盖全国各个地区,确保了产品能够快速、高效地触达每一位客户手中。而完善的售后服务机构则像是一位贴心的守护者,随时为客户提供多层次的技术支持与售后服务保障,让客户在使用产品的过程中无后顾之忧,进一步增强了客户对公司品牌的信任度与忠诚度。

以象科技凭借其团队、创新的产品以及完善的运营模式,在光学技术领域正稳步前行,未来有望在国内乃至全球市场上取得更为辉煌的成就,为推动光学科技的进步与应用普及做出更多的贡献。

以象科技由西安光机所光学博士团队,行业资深专家,光谱软件算法团队,光学应用博士等相关人员共同发起成立的科技型公司,目前投产市场可见光、近红外、短波中红外高光谱相机,实现国产化,突破进口技术壁垒,打破进口短波红外高光谱相机的技术限制。

以象科技是一家集研发、生产、销售于一体的科技型公司。目前经营产品有激光共聚焦,激光散斑血流成像仪,光谱仪,高光谱相机等光学产品。研发中心设立于西安,销售网络、完善售后服务机构设立覆盖全国。

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