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基于高光谱图像技术的果蔬表面农药残留检测研究


  付妍 徐冉冉 陈兴海 北京卓立汉光仪器有限公司

  水果和蔬菜是人们日常饮食中最重要的组成部分之一。农药在果蔬的种植过程中起到病虫草害的防治作用,但是农药并不能全部被植物吸收,大部分仍残留在果实表面。近年来因过量使用农药而造成的农药中毒现象屡见不鲜,使得果蔬的食用安全性受到人们的广泛关注。目前,常见的农药残留检测方法虽然有很多,但是精度高的检测过程较为复杂,且检测时间较长,仅能用于实验室农药残留的精确分析和检测;化学检测方法一般是破坏性检测,具有消耗有机试剂、制样繁琐且检测成本高等弊端。而高光谱图像检测方法则能够达到实时、高效、快速、无损检测的目的。

  高光谱图像检测技术

  高光谱图像检测技术作为一项新兴的检测技术,具有超多波段、高光谱分辨率和图谱合一的特点。因此,高光谱图像检测技术应用于农畜产品、食品的品质与安全性检测中具有较大优势和较高的检测精度。高光谱图像技术已经应用于水果内部品质、表面污染和瘀伤检测,蔬菜成熟度和内部品质检测,以及肉的内部品质检测方面。

  高光谱图像检测技术的硬件主要包括光源、C C D 摄像头、装备有图像采集卡的计算机和单色仪。光谱范围可以在200~400nm、400~1000nm、900~1700nm、1000~2500nm。基于图像光谱仪的高光谱图像检测系统如图1。它主要由面阵CCD摄像头和图像光谱仪组成。工作时,图像光谱仪将检测对象反射或透射过来的光分成单色光源后进入CCD摄像头。该系统采用“推扫型”成像方法得到高光谱图像,面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描(X方向),获取的是对象在条状空间中每个像素在各波长下的图像信息。同时,在检测系统输送带前进的过程中,排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描(Y方向)。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据,如图2。

  

  

  果蔬表面农药残留高光谱图像检测

  在果蔬生产中,随着农药的大量和不合理使用,农药残留检测技术的发展已越来越受到社会的关注和重视。通过肉眼分辨不出果蔬表面的农药残留与否,虽然对农药残留检测已经有了许多成熟可行的方法,如酶抑制法、酶联免疫法、生物传感器法、近中红外光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法和核磁共振技术等,但是高光谱图像技术结合了光谱分析和图像处理的技术优势,为果蔬表面农药残留检测提供了一种新的无损检测方法。

  以下使用北京卓立汉光仪器有限公司Gaia系列高光谱成像检测系统对果蔬表面农药残留进行检测。样本为在通风阴凉处放置72个小时以上,表面滴有浓度为1∶100的炔幔特类农药的脐橙。采集时显示的RGB合成图像如图3所示。

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