基于高光譜技術(shù)的培養(yǎng)基上細菌菌落分類方法研究

余偉 彭寬寬 陳偉 穆渴心 譚臣 王湘如 馮耀澤

摘 要 利用高光譜技術(shù)對培養(yǎng)基上細菌（大腸桿菌、李斯特菌和金黃色葡萄球菌）菌落進行快速識別和分類。采集瓊脂培養(yǎng)基上細菌菌落的高光譜反射圖像（390～1040 nm），在對波段差圖像進行大津閾值分割的基礎(chǔ)上自動提取細菌菌落光譜，并建立細菌分類檢測的全波長和簡化偏最小二乘判別（PLS-DA）模型。全波長模型對預(yù)測集樣本的分類準確率和置信預(yù)測分類準確率分別為100%和95.9%。此外，利用競爭性自適應(yīng)重加權(quán)算法（CARS）、遺傳算法（GA）和最小角回歸算法（LARS-Lasso）進行波長優(yōu)選并建立對應(yīng)簡化模型。其中，CARS簡化模型在精度、穩(wěn)定性及分類準確率方面均優(yōu)于GA和LARS-Lasso簡化模型，其對預(yù)測集樣本的分類準確率和置信預(yù)測分類準確率分別達到了100%和98.0%。研究表明，高光譜是一種細菌菌落高精度、快速、無損識別檢測的有效方法。簡化模型中優(yōu)選的波長可以為開發(fā)低成本檢測儀器提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 高光譜圖像； 偏最小二乘判別分析； 競爭性自適應(yīng)重加權(quán)算法； 遺傳算法； 最小角回歸算法