食品行業(yè)
本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。
藥用明膠空心硬膠囊是一種特殊的藥用輔料，其中鉻含量是國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要檢測(cè)指標(biāo)。鉻含量超標(biāo)的膠囊俗稱“毒膠囊”，對(duì)人體有很大毒性。目前鉻含量測(cè)定采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析法。傳統(tǒng)鉻檢測(cè)方法耗時(shí)，儀器設(shè)備昂貴，使用大量的硝酸消解易造成二次污染，且儀器操作需要專業(yè)人員完成等。因此，研發(fā)便捷、快速的藥用膠囊鉻含量快速檢測(cè)方法有重要的應(yīng)用意義和市場(chǎng)前景。
基于高光譜在重金屬檢測(cè)上的可行性本文用常規(guī)的原子吸收光譜法對(duì)收集到的正常與鉻含量超標(biāo)的MEHGC檢測(cè)的結(jié)果作為對(duì)照，再用高光譜采集兩種MEHGC的數(shù)據(jù)，用主成分分析法（PCA）與偏最小二乘法對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終建立相關(guān)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)“毒膠囊”的定性檢測(cè)。
由于高光譜數(shù)據(jù)由多個(gè)波段圖像組成，可把每一幅圖像看作一個(gè)特征，若對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，將會(huì)使得原始數(shù)據(jù)變化到一個(gè)新的坐標(biāo)系統(tǒng)，以使圖像數(shù)據(jù)的差異達(dá)到最大，所得到的結(jié)果將會(huì)與原來(lái)圖像相差很大。這一技術(shù)對(duì)于增強(qiáng)信息含量，隔離噪聲及減少數(shù)據(jù)維數(shù)非常有效。對(duì)高光譜圖像進(jìn)行PCA 降維后所得到的前4個(gè)主成分見(jiàn)圖1。
高光譜圖像的優(yōu)勢(shì)之處在于不但有圖像信息，而且有光譜信息。要得到光譜信息，先對(duì)每個(gè)樣本選擇感興趣區(qū)域，每個(gè)感興趣區(qū)域有其光譜響應(yīng)曲線。由于膠囊帽和膠囊體二者之間的顏色不同，為了消除顏色對(duì)結(jié)果的影響，每個(gè)膠囊選擇2個(gè)感興趣區(qū)域（膠囊帽和膠囊體上各選擇一個(gè)感興趣區(qū)域），感興趣區(qū)域可在膠囊的高光譜圖像上隨機(jī)選取，每個(gè)區(qū)域的像素?cái)?shù)范圍為2～6，最終感興趣區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)計(jì)算區(qū)域內(nèi)所有像素的平均值。4種不同區(qū)域（分別為正常膠囊和“毒膠囊”的膠囊體和膠囊帽）的光譜曲線見(jiàn)圖2。
在450~900 nm的高光譜數(shù)據(jù)中，通過(guò)選擇感興趣區(qū)域得到正常膠囊和“毒膠囊”的光譜數(shù)據(jù)，先對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，再通過(guò)PLS-DA對(duì)數(shù)據(jù)降維及判別分析，當(dāng)選擇4個(gè)PLS算子作為輸入特征時(shí)，正常膠囊和“毒膠囊”的識(shí)別率達(dá)到100%，特異度和敏感度也為100%；由此可知，可用PLS-DA判別方法對(duì)正常膠囊和“毒膠囊”進(jìn)行區(qū)分。利用高光譜圖像技術(shù)對(duì)“毒膠囊”檢測(cè)，可以大大降低傳統(tǒng)方法的復(fù)雜度。
除此之外，若要提高可信度，還須用更寬波段的光譜對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)，例如在熒光或者紫外波段。在對(duì)“毒膠囊”進(jìn)行定性的同時(shí)，還需要對(duì)其進(jìn)行定量研究，定量時(shí)可考慮制作不同含鉻量的明膠模板，找出模板含鉻量與光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)模型，并以此模型來(lái)預(yù)測(cè)未知"毒膠囊"的重金屬鉻含量。鑒于"毒膠囊”事件的后續(xù)影響，樣本比較難找，但為了提高檢測(cè)的有效性，還需要用多種鉻含量的膠囊樣本做試驗(yàn)。
