最新水果和蔬菜生物農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)：高光譜圖像檢測(cè)技術(shù) 生活中水果和蔬菜是大家日常飲食中最重要的組成部分之一。農(nóng)藥在果蔬的種植過程中起到病蟲草害的防治作用，但是農(nóng)藥并不能全部被植物吸收，大部分仍殘留在果實(shí)表面。近年來因過量使用農(nóng)藥而造成的農(nóng)藥中毒現(xiàn)象屢見不鮮，使得果蔬的食用安全性受到人們的廣泛關(guān)注。目前，常見的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法雖然有很多，但是精度高的檢測(cè)過程較為復(fù)雜，且檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，僅能用于實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留的精確分析和檢測(cè)；化學(xué)檢測(cè)方法一般是破壞性檢測(cè)，具有消耗有機(jī)試劑、制樣繁瑣且檢測(cè)成本高等弊端。而高光譜圖像檢測(cè)方法則能夠達(dá)到實(shí)時(shí)、高效、快速、無損檢測(cè)的目的。

高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介：

       高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)作為一項(xiàng)新興的檢測(cè)技術(shù)，具有超多波段、高光譜分辨率和圖譜合一的特點(diǎn)。因此，高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)畜產(chǎn)品、食品的品質(zhì)與安全性檢測(cè)中具有較大優(yōu)勢(shì)和較高的檢測(cè)精度。高光譜圖像技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于水果內(nèi)部品質(zhì)、表面污染和瘀傷檢測(cè)，蔬菜成熟度和內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)，以及肉的內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面。

  高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)的硬件主要包括光源、CCD攝像頭、裝備有圖像采集卡的計(jì)算機(jī)和單色儀。光譜范圍可以在200～400nm、400～1000nm、900～1700nm、1000～2500nm?；趫D像光譜儀的高光譜圖像檢測(cè)系統(tǒng)如圖1。它主要由面陣CCD攝像頭和圖像光譜儀組成。工作時(shí)，圖像光譜儀將檢測(cè)對(duì)象反射或透射過來的光分成單色光源后進(jìn)入CCD攝像頭。該系統(tǒng)采用“推掃型”成像方法得到高光譜圖像，面陣CCD探測(cè)器在光學(xué)焦面的垂直方向上做橫向排列完成橫向掃描（X方向），獲取的是對(duì)象在條狀空間中每個(gè)像素在各波長(zhǎng)下的圖像信息。同時(shí)，在檢測(cè)系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)的過程中，排列的探測(cè)器掃出一條帶狀軌跡從而完成縱向掃描（Y方向）。綜合橫縱掃描信息就可以得到樣品的三維高光譜圖像數(shù)據(jù)。

果蔬表面農(nóng)藥殘留高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)：

    在果蔬生產(chǎn)中,隨著農(nóng)藥的大量和不合理使用,農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展已越來越受到社會(huì)的關(guān)注和重視。通過肉眼分辨不出果蔬表面的農(nóng)藥殘留與否，雖然對(duì)農(nóng)藥殘留檢測(cè)已經(jīng)有了許多成熟可行的方法，如酶抑制法、酶聯(lián)免疫法、生物傳感器法、近中紅外光譜法、熒光光譜法、拉曼光譜法和核磁共振技術(shù)等，但是高光譜圖像技術(shù)結(jié)合了光譜分析和圖像處理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為果蔬表面農(nóng)藥殘留檢測(cè)提供了一種新的無損檢測(cè)方法。

在400～1000nm的可見光和近紅外的光譜范圍內(nèi)，綜合曝光時(shí)間、掃描速度和光譜校正等信息，采集到包括二維的圖像像素信息和第三維波長(zhǎng)信息的三維圖像塊。由于高光譜數(shù)據(jù)具有多光譜通道、高光譜分辨率和連續(xù)光譜的特點(diǎn)，可分辨出極接近但不同波長(zhǎng)下的兩幅不同的圖像，并可得到有農(nóng)藥殘留區(qū)域和無農(nóng)藥殘留區(qū)域的連續(xù)光譜曲線。臍橙表面涂有農(nóng)藥區(qū)域和正常區(qū)域的光譜曲線圖，從中可以看出在575～800nm范圍內(nèi)涂有農(nóng)藥區(qū)域和無農(nóng)藥區(qū)域的光譜曲線差異明顯，因此該波段范圍內(nèi)可以較容易地檢測(cè)出有無農(nóng)藥殘留。

對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維和去噪處理，是因?yàn)槠浯髷?shù)據(jù)量、高相關(guān)性等冗余信息、信號(hào)噪聲等都對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析有著很大影響。分析方法之一是應(yīng)用主成分分析法，主要目的是去除波段之間多余信息，將多波段的圖像信息壓縮到比原波段更有效的少數(shù)幾個(gè)轉(zhuǎn)換波段。通過主成分分析，可根據(jù)方差貢獻(xiàn)的大小來選擇主成分圖像，在可見光波段范圍內(nèi)的高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)果蔬表面農(nóng)藥殘留的檢測(cè)進(jìn)行了初步研究，可以同時(shí)得到樣本的圖像信息和光譜信息。應(yīng)用主成分分析法對(duì)所獲得的高光譜圖像進(jìn)行分析，并找出特征波長(zhǎng)下的圖像。應(yīng)用這些特征圖像，經(jīng)過圖像處理技術(shù)，可以檢測(cè)出水果表面的農(nóng)藥殘留。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于高光譜圖像檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出果蔬表面的農(nóng)藥殘留，特別是在選定某些特征波長(zhǎng)后，可以對(duì)有農(nóng)藥殘留的果蔬表面進(jìn)行有效快速的無損檢測(cè)，從而適應(yīng)了未來果蔬生物農(nóng)藥殘留無損檢測(cè)的發(fā)展方向。