基于可見近紅外高光譜技術(shù)對雞種蛋性別鑒定的研究

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，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個光譜通道。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）

我國禽蛋產(chǎn)量居世界**，種蛋作為禽蛋中的一個分支，其胚胎性別的鑒定是影響后期生產(chǎn)效益的重要方面。如在肉雞生產(chǎn)中，希望孵出雄性雛雞，因其飼料轉(zhuǎn)化率高，生長速度更快，可以生產(chǎn)更多的肉。而在蛋雞生產(chǎn)中，卻希望孵出雌性雛雞多，雄雛一般剛出生就會被處理，每年全球有超過70億日齡雄錐被二氧化碳窒息或浸漬撲殺，引發(fā)嚴(yán)重的動物倫理問題并導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失2。目前，我國禽蛋產(chǎn)業(yè)對于種蛋孵化，特別是性別檢測通常是在孵化出雞雛后人工檢測，主要的方法有翻肛法只、羽速法和羽色法。這些方法都需要專業(yè)人員的操作，費(fèi)時費(fèi)力；而且這些都無法避免孵化過程以及后期雛雞的雌雄選擇損失。另外，我國部分地區(qū)食用的“活珠子”（南京六合**的特產(chǎn)）就是孵化12~13d左右的胚胎雞蛋，是民間傳統(tǒng)食品。如果在胚胎發(fā)育過程中及早判定胚胎的性別，剔除出來的種蛋可以繼續(xù)用作生產(chǎn)“活珠子”，不僅可以節(jié)約孵化時間及廢雛的處理費(fèi)用，還可以帶來額外經(jīng)濟(jì)效益。因此，從商業(yè)和倫理（動物福利）的角度來看，研究孵化早期雞種蛋性別鑒定的技術(shù)是禽蛋產(chǎn)業(yè)的迫切需求，也是亟待突破的瓶頸問題。本研究實驗材料為“海蘭褐’雞種蛋，基于高光譜技術(shù)采集雞種蛋大頭部位400~1000 nm波長范圍光譜信息，通過不同預(yù)處理方式、建模方法以及篩選特征波長，建立雞種蛋孵化期間雄雌判別的分級模型，對于無損檢測褐殼雞種蛋孵化期間的雄雌判別具有實際指導(dǎo)意義。

經(jīng)過幾十年的研究進(jìn)展，雞種蛋性別鑒定已經(jīng)逐漸從實驗室水平向?qū)嶋H應(yīng)用方向轉(zhuǎn)變。隨著人工智能、分子生物學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，性別鑒定已經(jīng)不僅僅要達(dá)到準(zhǔn)確鑒定的目的，還需要考慮后續(xù)孵化存活率及在實際生產(chǎn)中的實用性問題。現(xiàn)階段雞種蛋性別鑒定更偏向于無損檢測，而光譜學(xué)檢測法是目前研究比較多的雞種蛋孵化期間性別檢測方法，特別是高光譜技術(shù)。孵化過程中，隨著雞種蛋的發(fā)育、胚胎代謝以及物質(zhì)轉(zhuǎn)換，其胚相越來越明顯。伴隨著孵育過程中一系列物理化學(xué)反應(yīng)，雄雌胚胎也會表現(xiàn)出一定的差異。這些都是高光譜檢測技術(shù)實現(xiàn)種蛋孵化特性檢測的物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究基于可見-近紅外（400~1000 nm）高光譜技術(shù)對海蘭褐雞種蛋孵化過程中雄雌胚胎判別展開了研究，首先建立基于種蛋孵化0~14d原始光譜圖像的PLS-DA、SVM雄雌胚胎判別模型發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)PLS-DA、SVM模型預(yù)測集準(zhǔn)確率分別在種蛋孵化第9 d達(dá)到最高，為80.00%和82.50%；對第9d種蛋的原始光譜進(jìn)行預(yù)處理發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過預(yù)處理后的SVM模型并沒有得到提升；經(jīng)過SNV和MSC預(yù)處理后的PLS-DA模型預(yù)測集準(zhǔn)確率都有所提升，其中SNV-PLS-DA模型預(yù)測集準(zhǔn)確率最高，達(dá)到了85.00%；采用SPA、CARS算法對模型進(jìn)行優(yōu)化，在400~1000 nm范圍內(nèi)，與全波段建模相比，基于SPA算法篩選的9個特征波長，建模的建模集準(zhǔn)確率有所提升，其預(yù)測集結(jié)果稍微低于全波段結(jié)果，為82.50%，下降了2.50%。但SPA算法將原始光譜420個波段降為9個，很大程度上降低了模型的運(yùn)算量，加快了模型的運(yùn)算速度，這為以后在實際生產(chǎn)上的應(yīng)用打下了很好的基礎(chǔ)，能夠有效地降低儀器成本、檢測速度等。綜上所述，本研究為高光譜技術(shù)檢測褐殼雞種蛋性別提供了借鑒方法。后續(xù)將加大樣品量、改進(jìn)算法、優(yōu)化模型等繼續(xù)對判別檢測速度以及判別精確度進(jìn)行提升。