技术领域
[0001] 本
发明涉及玉米霉变检测技术领域，特别是涉及一种基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法。
背景技术
[0002] 作为我国重要的粮食作物，玉米的安全性与人们的生活密切相关。新鲜玉米由于
含水量高、所带的菌量较多，极易在高温高湿条件下霉变，其中黄曲霉毒素B1和赤霉烯
酮是玉米霉变过程中产生的代表性毒素，如果被误食则会在
机体内过
氧化酶的代谢作用下导致肝脏细胞病变。因此，霉变玉米的快速检测与评判十分必要。
[0003] 根据物质的光谱来
鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析，其优点是灵敏、迅速。光谱技术最早产生于20世纪60年代，随后成为一
门新兴的交叉科学技术得到了迅猛发展。研究发现，光谱往往在很大程度上表征了地物的本征特性。光谱
分辨率的提高有助于对地物的精确识别和分类(Goetz，1995，2009；Goetz等，1985)。在探测器技术提高的
基础上，首先在美国出现了将影像和光谱探测融合于一体的成像光谱遥感的构思。20世纪80年代初期，童庆禧等人(2009)与美国JPL的专家安·卡尔的交流中了解了这一思路，并与中国科学院上海技术物理研究所薛永祺先生研究了这一新型遥感技术实现的可能，因此坚定了研究团队在成像光谱技术和应用领域协同攻关的决心，这也是中国开展高光谱遥感技术研究的起源，相关研究工作为中国后来开展的成像光谱技术研究奠定了重要基础。目前，高光谱遥感技术的理论和应用研究在中国迅速开展起来。由于高光谱遥感影像具有很高的光谱分辨率，能够提供更为丰富的信息，因此受到国内外学者的很大关注和广泛应用。
[0004] 近年来，随着粮食安全问题不断突出，霉变检测作为玉米储存的重要问题之一，是一个亟需解决的问题，也是加强对玉米存储与管理的重要措施。目前，对霉变玉米的检出大多采用人工感官鉴定方法进行品质检测，效率低下且工作量大，而且对于品质的检测不能标准化，同时杂质、霉变、虫蚀等
缺陷有时不易进行肉眼的判断；而传统的
生物培养方法需要破坏大量样本，不利于大群体筛选，而且测定程序过于复杂不能及时分析等。因此，开发一种基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法具有重要社会意义。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法，方法简单，操作方便，可实现快速、无损、实时玉米霉变的检测，为提高玉米存储
质量提供基础技术支持。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007] 一种基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法，包括以下步骤：
[0008] S1，准备霉变玉米和未霉变玉米；
[0009] S2，利用地物光谱仪分别采集霉变玉米和未霉变玉米的光谱数据，并进行特征分析；
[0010] S3，根据波段400nm、700nm对应的光谱反射率分别计算霉变玉米和未霉变玉米的玉米霉变指数；
[0011] S4，统计分析霉变玉米和完好玉米的霉变指数值的变化范围，并依据实际情况确定霉变与未霉变玉米分界值；
[0012] S5，基于所述霉变与未霉变玉米分界值，判断待测玉米是否霉变。
[0013] 可选的，所述步骤S2中，根据波段400nm、700nm对应的光谱反射率分别计算霉变玉米和未霉变玉米的玉米霉变指数，具体包括：
[0014] 玉米霉变指数计算公式：
[0015]
[0016] 式中：R400为玉米光谱400nm波段处的反射率值，R700为玉米光谱700nm波段
位置的反射率值，400、700分别为
波长，单位为nm。
[0017] 可选的，所述步骤S3中，所述霉变与未霉变玉米分界值为：玉米霉变指数0.0015，大于0.0015为未霉变玉米，小于0.0015的为已发生霉变玉米。
[0018] 根据本发明提供的具体
实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法，检测方便，无需对玉米中的霉菌进行传统计数，仅需应用地物光谱仪采集光谱信息，不损伤样品，节能环保，不需配制化学
试剂，不产生有毒废液，降低了对人体和环境的危害；检测成本低，无需购买昂贵的化学试剂及各种分析仪器；可实现快速、无损、实时玉米霉变的检测，可为提高玉米存储质量提供基础技术支持；且本发明的检测
精度更高，鲁棒性和普适性更好。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1是本发明实施例基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法的
流程图；
[0021] 图2是本发明实施例地物光谱仪的结构示意图；
[0022] 图3为本发明中的未霉变与霉变玉米光谱曲线图；
[0023] 图4为本发明中的玉米霉变指数分布图。
具体实施方式
[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 本发明的目的是提供一种基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法，方法简单，操作方便，可实现快速、无损、实时玉米霉变的检测，为提高玉米存储质量提供基础技术支持。
[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0027] 如图1所示，本发明提供的基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法，以下步骤：
[0028] S1，准备霉变玉米和未霉变玉米；
[0029] S2，利用地物光谱仪分别采集霉变玉米和未霉变玉米的光谱数据，并进行特征分析；
[0030] S3，根据波段400nm、700nm对应的光谱反射率分别计算霉变玉米和未霉变玉米的玉米霉变指数；
[0031] S4，统计分析霉变玉米和完好玉米的霉变指数值的变化范围，并依据实际情况确定霉变与未霉变玉米分界值，即最佳分割
阈值；
[0032] S5，基于所述霉变与未霉变玉米分界值，判断待测玉米是否霉变。
[0033] 在步S1中，霉变玉米和未霉变玉米已经晾干处理，将两类玉米至于黑布上，并利用地物光谱仪测定两类玉米样本光谱，光谱测量采用室内光谱测定方式，采用的地物光谱仪器为美国ASD公司生产的野外便携式地物光谱仪，该仪器的波段
覆盖范围为350～2500nm，输出光谱分辨率为1nm，具体示意图如图2所示。该测量方法能有效避免外界不可控因素的干扰，提升光谱数据质量。每个样本测定10条光谱，取其平均作为最终光谱。由地物光谱仪的光点探测系统采集到的光谱数字
信号主要包括探测器对地物响应信号和系统噪声。探测器对地物响应信号是有价值的信号，需要保留，针对系统噪声需要去除。除此之外地物光谱曲线中的背景噪声和光谱杂音也需要进行消除，采用光谱平滑进行噪声消除。
[0034] 光谱平滑：其中由地物光谱仪的光电探测系统采集到的光谱
数字信号分为两部分：探测器对地物响应信号和系统噪声。其中系统噪声主要由探测系统各个组成部分工作时产生，除此之外地物光谱曲线还包含背景噪声和光谱杂音。噪声的存在给地物光谱的分析、检测、判别带来很大的干扰。为了消除这些干扰，从地物光谱中提取出所需要的有用信息，需要对光谱存在的许多“毛刺”噪声进行平滑预处理。常见的平滑方法有：移动平均法、Savitaky-Golay(SG)卷积平滑法、中值滤波法、Gaussian(GS)滤波法、低通滤波法和小波去噪法。
[0035] 不同的方法产生的效果不同，评定平滑方法优劣性的原则是：在最大程度保持光谱的特征值的原则下光谱曲线尽可能平滑，并且平滑过后的光谱曲线对玉米霉变的预测度更好。根据光谱去噪自身的概念和原则对几种方法进行对比后，本发明采用长度为9的海明窗低通
滤波器对光谱数据进行平滑处理。
[0036] 其中，在S2中，利用S1中的光谱数据计算霉变指数，其计算公式如下所示：
[0037]
[0038] 式中：R400为玉米光谱400nm波段处的反射率值，R700为玉米光谱700nm波段位置的反射率值，400、700分别为波长，单位为nm。
[0039] 霉变指数构建原理：从图3未霉变玉米光谱与霉变玉米光谱特征分析可知，在可见光区域，未霉变、霉变的玉米光谱均呈近似直线，且霉变光谱反射率明显低于未霉变对应的光谱反射率，位于可见光区域的霉变光谱的平均增量明显高于未霉变。
[0040] 其中，在S3中，对S2中计算的未霉变、霉变玉米的霉变指数分别进行统计分析如图4所示，玉米霉变指数0.0015，确定大于0.0015为未霉变玉米，小于0.0015的为已发生霉变玉米。
[0041] 本发明提供的基于光谱技术玉米霉变的快速检测方法，检测方便，无需对玉米中的霉菌进行传统计数，仅需应用地物光谱仪采集光谱信息，不损伤样品，节能环保，不需配制化学试剂，不产生有毒废液，降低了对人体和环境的危害；检测成本低，无需购买昂贵的化学试剂及各种分析仪器；可实现快速、无损、实时玉米霉变的检测，可为提高玉米存储质量提供基础技术支持；且本发明的检测精度更高，鲁棒性和普适性更好。
[0042] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本
说明书内容不应理解为对本发明的限制。
