肉類富含豐富的蛋白質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不僅能夠滿足我們的味蕾,，還能夠提供我們身體所需的能量和營(yíng)養(yǎng),。

隨著肉類需求的增加，大規(guī)模的肉類生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中,，肉類的速凍可以一定程度保持食物的新鮮度和口感,。然而，關(guān)于速凍解凍的肉類,，和新鮮肉類的混淆,，讓人難以分辨,。

首爾大學(xué)的研究人員利用高光譜成像技術(shù),，做了相關(guān)的研究。

使用高光譜成像儀和機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)新鮮和凍融牛肉進(jìn)行分類

由于對(duì)安全,、可食用肉類的需求的不斷增加,，冷凍儲(chǔ)存技術(shù)得到了不斷改進(jìn),。然而目前存在解凍肉在處理和銷售過(guò)程中被進(jìn)行了錯(cuò)誤的標(biāo)記，宣稱為新鮮肉類，這可能導(dǎo)致消費(fèi)者受到誤導(dǎo)或產(chǎn)生安全隱患,。在這項(xiàng)研究中,，使用高光譜圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）模型，用于區(qū)分新鮮冷藏,、長(zhǎng)期冷藏和解凍的牛肉樣本,。通過(guò)四種預(yù)處理方法，共準(zhǔn)備了五個(gè)數(shù)據(jù)集來(lái)構(gòu)建ML模型,。使用PLS-DA和SVM技術(shù)構(gòu)建了模型,，其中應(yīng)用散點(diǎn)校正和RBF核函數(shù)的SVM模型性能最佳。結(jié)果表明,，利用高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體,，可以構(gòu)建區(qū)分新鮮肉類和非新鮮肉類的預(yù)測(cè)模型，這可以成為肉類儲(chǔ)存狀態(tài)常規(guī)分析的快速,、非侵入性方法,。

安裝在暗室中的高光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的配置示意圖

基于此,，來(lái)自首爾大學(xué)的研究人員使用Resonon Pika L 高光譜成像儀,，在近紅外光譜的400-1000 nm波段內(nèi)獲取高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體，進(jìn)行了相關(guān)研究,。在本研究中,，圖像采集系統(tǒng)安裝在暗室中，以確保消除外部光并能夠采集高光譜圖像,。

將九個(gè)樣本同時(shí)放置在啞光黑色板上,，通過(guò)移動(dòng)相機(jī)獲取高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體。所有樣品均經(jīng)過(guò)光學(xué)穩(wěn)定處理,，在采集高光譜數(shù)據(jù)之前將它們置于實(shí)驗(yàn)環(huán)境中 20 分鐘,，消除由肌紅蛋白/氧肌紅蛋白含量差異引起的巧合差異。隨后,，通過(guò)分離紅色肉部分,，從高光譜數(shù)據(jù)立方體中提取了（ROI）的光譜，確保了只有紅色部分肉的光譜被提取用于分析,。這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集,，適用于后續(xù)的分析和解釋。使用四種預(yù)處理技術(shù)（MSC,、SNV轉(zhuǎn)換,、一階Savitzky–Golay濾波和最小-最大歸一化）對(duì)提取的光譜進(jìn)行模型開(kāi)發(fā)。

用于構(gòu)建肉樣本分類模型的高光譜數(shù)據(jù)立方體中的光譜,。(a) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整光譜；(b) 每個(gè)實(shí)驗(yàn)組的平均光譜（實(shí)線）以及加減標(biāo)準(zhǔn)差后的光譜（虛線）,。

這篇文章研究了使用NIR高光譜成像儀,，對(duì)牛肉進(jìn)行分類，區(qū)分其“新鮮",、“受損"和“冷凍"狀態(tài),。通過(guò)將韓國(guó)產(chǎn)牛肉樣品劃分為新鮮冷藏、長(zhǎng)期冷藏和解凍狀態(tài),，共獲得了九個(gè)高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體,，并通過(guò)滴水損失測(cè)試定量分析了牛肉樣品的狀況。本研究共收集了4950個(gè)光譜圖像,，將其80%用作訓(xùn)練集,，20%用作測(cè)試集。

在構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型時(shí),，使用了四種預(yù)處理方法,，包括MSC和SNV用于校正，Savitzky-Golay 1st濾波器用于平滑,，Min-Max用于歸一化,，以及原始數(shù)據(jù)，共準(zhǔn)備了五個(gè)數(shù)據(jù)集,。采用PLS-DA和SVM技術(shù)構(gòu)建模型,，其中SVM模型使用了四個(gè)核函數(shù)。評(píng)估模型性能時(shí),，準(zhǔn)確性是主要指標(biāo),，同時(shí)對(duì)“新鮮"類別的F1分?jǐn)?shù)進(jìn)行了估計(jì)，以獨(dú)立驗(yàn)證生鮮肉分類的性能,。測(cè)試集的準(zhǔn)確率在幾乎所有模型中都超過(guò)90%,，主要錯(cuò)誤是由于未能正確區(qū)分“受損"和“凍結(jié)"類別。具有散點(diǎn)校正和RBF核函數(shù)的SVM模型表現(xiàn)最佳,，其準(zhǔn)確度達(dá)到96.57%,，“新鮮"類別的F1分?jǐn)?shù)為100%。研究結(jié)果表明,，通過(guò)純化高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體篩選的光譜可以構(gòu)建一個(gè)預(yù)測(cè)模型,，用于區(qū)分新鮮肉和非新鮮肉。這些模型在未來(lái)的實(shí)際肉類采購(gòu)場(chǎng)所中具有可行性,。