本发明属于霉菌种类及生长阶段自动识别，具体地说涉及一种基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置与方法。
背景技术：
1、霉菌是一种常见的微生物，广泛存在于自然界中。霉菌的生长过程会对食品、药品、农产品等产生严重的影响，导致产品质量下降、变质。不同种类霉菌的生长特性及其代谢活动存在显著差异，例如黄曲霉与黑曲霉在毒素分泌类型上截然不同，而灰绿曲霉的生长速度与环境适应性则直接影响其对宿主的侵染效率。不仅如此，霉菌在生长过程中还会产生有毒的二次代谢产物，这些有毒产物不仅影响食品的质量安全，还直接或间接关系到人们的健康与安全。霉菌的生长具有一个完整的生命周期，霉菌孢子广泛分布于空气中，在环境适宜的情况下，孢子就开始萌发,进而进入生长繁殖的循环周期。预防霉菌生长,防止霉变现象的产生，应减少霉菌孢子进入萌发阶段的可能性。因此，对不同种类霉菌及生长阶段的监测和识别具有重要的意义。
2、传统的霉菌生长过程监测方法主要包括肉眼观察、培养法和化学分析法等。这些方法存在着操作繁琐、耗时费力、准确性低等缺点，无法满足现代工业生产和科学研究的需求。为了更有效地识别不同种类霉菌的不同生长阶段，需要采用更为先进和精准的技术手段。
3、近年来，随着光谱技术的发展，高光谱成像技术逐渐应用于对霉菌的监测和识别。高光谱成像技术可以同时获取样本的光谱信息和空间信息，具有高分辨率、高灵敏度、无损检测等优点。然而，目前的高光谱成像技术主要应用于宏观物体的检测，对于微观物体的检测还存在着一些问题，例如分辨率低、图像噪声大、数据处理复杂等。
4、显微高光谱成像技术通过将高光谱成像技术与生物显微镜结合起来，观察微观世界的图像数据与光谱信息对检测样本进行分析。纵观近年来国内外研究人员应用各类新技术对霉菌检测的研究现状可以看出，通过显微高光谱成像技术对霉菌种类识别的准确性还需进一步提高。另外关于霉菌生长阶段的自动识别还未报道。因此，探究显微高光谱成像技术识别不同霉菌种类以及不同的生长阶段对霉变现象的预防具有重要意义
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置与方法，本发明在显微采集台对霉菌样本成像，并由高光谱成像系统自动采集显微采集台中霉菌样本的高光谱图像数据，由识别模型自动确定出霉菌的种类和生长阶段信息，从而实现对不同种类霉菌及其各个生长阶段的实时、准确、自动检测。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置，包括显微采集台，显微采集台与高光谱成像系统连接；所述显微采集台包括显微镜，显微镜的载物台上放置采集盒，采集盒正下方的显微镜内为光路转换器，所述采集盒包括样品槽和光路耦合通道，光路耦合通道为圆形空心通道，光路耦合通道上端位于显微镜目镜正下方，光路耦合通道的正下方正对样品槽；所述高光谱成像系统包括高光谱光源、ccd相机、成像光谱仪、控制器和微处理器，光源与显微镜相连接，成像光谱仪与转换器连接，ccd相机与成像光谱仪连接，控制器分别与ccd相机和成像光谱仪连接，控制器与微处理器连接。。
4、上述基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置，所述样品槽为长方形空心槽。
5、上述基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置，还包括精准位移台，ccd相机、成像光谱仪设置在精准位移台上。
6、上述基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置，所述ccd相机、成像光谱仪和精准位移台安装于封闭箱体内部。
7、一种基于上述显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置对霉菌种类及生长阶段自动识别的方法，
8、（1）显微采集台用于放置霉菌样本进行成像，将霉菌样本载玻片插入显微采集盒中的样品槽，通过光路耦合通道使光源自动聚焦于霉菌样本，调节显微镜的放大倍数使霉菌样本在显微镜下清晰成像，通过光路转换器将光谱图像信息传送至高光谱成像系统的成像光谱仪，再由ccd相机收集成像光谱仪的图像，然后通过控制器传输至微处理器；
9、（2）高光谱成像系统通过光路转换器接收显微采集台中霉菌样本的高光谱图像数据，（这里详细步骤为：微处理器发出控制指令，使成像光谱仪采集光路转换器的信号传输至ccd相机，ccd相机将图像信息传送到控制器，最后再传输至微处理器；实现对霉菌样本高分辨率光谱图像信息同步采集，并进行后续处理与存储；
10、（3）微处理器内置霉菌识别模型，运用霉菌种类识别模型自动判别出霉菌的种类，针对每一种霉菌，利用霉菌生长阶段识别模型自动判别出霉菌的生长阶段，确定出每个阶段霉菌的数量。
11、上述基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置对霉菌种类及生长阶段自动识别的方法，所述步骤（3）的霉菌识别模型包括以下步骤：
12、（301）对所采集的显微高光谱图像进行处理，去除数据立方体中噪声；
13、（302）采用pca图像分析技术提取霉菌数据立方体中最优波段下的图像；
14、（303）对霉菌的最优波长图像进行图像分割处理，得到含有霉菌目标的二值化图像，自动确定霉菌的感兴趣区域；
15、（304）提取感兴趣区域内霉菌的光谱特征，矩形度、圆满度形态特征，以及能量、熵纹理特征；
16、（305）利用非线性模式识别分类技术，建立所提取的最优光谱波长图像中霉菌图谱特征参数与霉菌种类和生长过程的关系模型；
17、（306）利用霉菌种类模型输出霉菌种类，利用霉菌生长阶段模型输出霉菌四个生长阶段。
18、一种基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置对霉菌种类及生长阶段自动识别的方法，所述步骤（301）的图像处理包括去除显微采集盒无关背景信息干扰、滤波增强图像。
19、一种基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置对霉菌种类及生长阶段自动识别的方法，所述步骤（305）的非线性模式识别分类技术为神经网络分类器或支持向量机分类器或可拓分类器。
20、相对于现有技术，本发明有以下技术效果：
21、（1）本发明所述的显微高光谱成像装置，通过显微采集盒，使样本目标直接位于光路的焦平面中心，减少了载物台上样本目标位置的调整时间，大大提高了样本显微高光谱图像的采集效率，减少了环境光干扰对采集的影响，提升了显微高光谱图像的质量。
22、（2）本发明提供的基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置与方法，通过提取霉菌的光谱特征和图像形态及纹理特征等进行识别分类，能够自动识别不同种类的霉菌，识别准确率达到99%以上，提高了种类识别的准确度。
23、（3）本发明提供的基于显微高光谱成像技术的霉菌种类及生长阶段自动识别装置与方法，通过提取霉菌的光谱特征和图像形态及纹理特征等进行识别分类，能自动判别霉菌的不同生长阶段，如孢子期、萌发期、菌丝期和产孢期，这在以往文件中都没有涉及。不同生长阶段的识别率正确率达98%以上，解决了霉菌不同生长阶段无法自动判别的难题。
24、（4）该方法具有操作简单、检测速度快、准确性高等优点，提高了霉菌检测的自动化程度，可广泛应用于食品、药品、农产品等领域的霉菌识别及生长过程监测。
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