隨著人們生活水平的不斷提高，蔬菜的品質(zhì)和安全性得到了全社會(huì)持續(xù)不斷的高度關(guān)注。傳統(tǒng)化學(xué)方法是一種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的破壞性檢測(cè)方法，不利于品質(zhì)和安全性的快速無(wú)損檢測(cè)。隨著成像和光譜技術(shù)的快速發(fā)展，高光譜成像儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全的快速無(wú)損檢測(cè)中，是農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全檢測(cè)科學(xué)有效的工具。本文介紹了高光譜成像儀在蔬菜品質(zhì)與安全無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用，感興趣的朋友可以了解一下！

蔬菜品質(zhì)與安全檢測(cè)的重要性：

水果和蔬菜是生活中不可或缺的食物，它們可以提供人類(lèi)所需的維生素、纖維素、無(wú)機(jī)鹽和各種微量元素。水果和蔬菜的品質(zhì)與安全一直是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。水果和蔬菜的外部品質(zhì)主要根據(jù)它們的顏色、紋理、尺寸、形狀和表面的缺陷進(jìn)行評(píng)估，外部品質(zhì)是它們最直觀(guān)的品質(zhì)特征，直接影響它們的市場(chǎng)價(jià)格和消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望；內(nèi)部品質(zhì)主要取決于它們的糖度、酸度、硬度、可溶性固形物含量、淀粉含量、水分和成熟度及其他營(yíng)養(yǎng)元素的含量，內(nèi)部品質(zhì)是它們的價(jià)值的體現(xiàn)；品質(zhì)安全主要通過(guò)對(duì)動(dòng)物糞便等外來(lái)物污染、各種病害、品質(zhì)劣變、細(xì)菌感染和農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，它關(guān)系到消費(fèi)者的飲食安全和健康，是水果和蔬菜最為重要的品質(zhì)特征。

目前水果和蔬菜的品質(zhì)與安全主要是通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)的，化學(xué)方法是一種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的破壞性檢測(cè)技術(shù)。隨著成像和光譜技術(shù)的快速發(fā)展，高光譜成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全的快速無(wú)損檢測(cè)中，大量的成功案例也已經(jīng)證明了高光譜成像技術(shù)是食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全檢測(cè)的科學(xué)有效工具。高光譜成像技術(shù)融合了傳統(tǒng)的成像技術(shù)和光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，獲取的高光譜圖像具有“圖譜合一”的特點(diǎn)，即同時(shí)含有圖像信息和光譜信息。圖像信息可以用來(lái)檢測(cè)水果和蔬菜的外部品質(zhì)，而光譜信息則可以用來(lái)檢測(cè)它們的內(nèi)部品質(zhì)和安全性。

高光譜成像儀在蔬菜品質(zhì)與安全無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用：

高光譜成像儀融合了傳統(tǒng)的成像技術(shù)和光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，既可以像傳統(tǒng)的成像技術(shù)一樣獲取被檢測(cè)物體的空間信息，又可以像光譜技術(shù)一樣獲取光譜信息。其在蔬菜品質(zhì)與安全無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1.用于蔬菜外部品質(zhì)檢測(cè)

外部品質(zhì)是蔬菜最重要的感官品質(zhì)，是蔬菜品質(zhì)最直接的反映。蔬菜的外部品質(zhì)主要通過(guò)其顏色、紋理、尺寸、形狀和表面缺陷進(jìn)行評(píng)估。目前傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了上述外觀(guān)品質(zhì)特征的自動(dòng)檢測(cè)，但是對(duì)于大部分特征不明顯的缺陷，例如損傷、腐爛、凍傷等，缺陷區(qū)域的顏色、紋理等信息和正常區(qū)域處的高度相似，基于RGB彩色相機(jī)的傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)無(wú)能為力。高光譜成像技術(shù)的多波長(zhǎng)圖像優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)成像技術(shù)的缺點(diǎn)，近年來(lái)被越來(lái)越多的應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品表面缺陷的檢測(cè)中。

腐爛是水果和蔬菜在存儲(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中的最嚴(yán)重的常見(jiàn)缺陷。腐爛不僅影響水果蔬菜的美觀(guān)，還會(huì)使它們的內(nèi)部品質(zhì)發(fā)生變化，甚至導(dǎo)致食品安全問(wèn)題。對(duì)于青霉菌引起的柑橘腐爛，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是在紫外光源的照射下人工完成。

研究者試圖通過(guò)搭建高光譜成像系統(tǒng)和各種線(xiàn)性非線(xiàn)性分類(lèi)方法找到腐爛柑橘的自動(dòng)檢測(cè)方法。他們利用相關(guān)分析、互信息、逐步分析和基于線(xiàn)性判別分析的遺傳算法挑選了適合檢測(cè)的特征波長(zhǎng)。然后基于分類(lèi)回歸樹(shù)（CART）和線(xiàn)性判別分析（LDA）等像素分類(lèi)方法實(shí)現(xiàn)了腐爛區(qū)域在特征波長(zhǎng)圖像上的分割。試驗(yàn)結(jié)果表明利用搭建的高光譜機(jī)器視覺(jué)平臺(tái)和特征波長(zhǎng)圖像能夠檢測(cè)青霉菌引起的腐爛。

2.用于蔬菜內(nèi)部品質(zhì)的檢測(cè)

內(nèi)部品質(zhì)是水果和蔬菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的衡量依據(jù)。一般來(lái)講，內(nèi)部品質(zhì)主要通過(guò)檢測(cè)水果和蔬菜的糖度、酸度、硬度、可溶性固形物含量、淀粉含量、水分和成熟度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是通過(guò)物理化學(xué)等破壞性的檢測(cè)手段進(jìn)行測(cè)量，傳統(tǒng)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且只適合同批次農(nóng)產(chǎn)品的抽檢。高光譜成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)成像，這也使水果和蔬菜的內(nèi)部品質(zhì)快速無(wú)損檢測(cè)成為可能。

可溶性固形物含量（SSC）是指水果和蔬菜中所有溶解于水的化合物的總稱(chēng)，包括糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等。利用高光譜成像技術(shù)無(wú)損檢測(cè)水果和蔬菜中可溶性固形物含量是近年來(lái)內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)的研究熱點(diǎn)。研究人員利用高光譜成像系統(tǒng)采集蘋(píng)果的高光譜圖像，然后通過(guò)測(cè)量蘋(píng)果的吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)蘋(píng)果的硬度和可溶性固形物含量。研究發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果的吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)與硬度和SSC含量都相關(guān)，其中吸收系數(shù)與硬度和SSC含量的相關(guān)性較高?？扇苄怨绦挝锖款A(yù)測(cè)的相關(guān)系數(shù)為0.864，該研究表明高光譜成像技術(shù)是測(cè)量水果光學(xué)特性的一種有效手段，可用于水果內(nèi)部品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)。

3.用于蔬菜品質(zhì)安全的檢測(cè)

食品安全關(guān)系到消費(fèi)者的飲食安全和健康，因此得到全社會(huì)持續(xù)性的高度關(guān)注。同內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)一樣，食品安全的檢測(cè)目前仍是以傳統(tǒng)的化學(xué)方法為主。品質(zhì)安全主要通過(guò)檢測(cè)水果和蔬菜的動(dòng)物糞便等外來(lái)物污染、各種病害、品質(zhì)劣變、細(xì)菌感染和農(nóng)藥殘留等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。大量的成功應(yīng)用案例證明了高光譜成像技術(shù)在水果和蔬菜品質(zhì)安全檢測(cè)方面的可行性和有效性，高光譜成像技術(shù)作為一種新的科學(xué)有效的檢測(cè)工具在未來(lái)食品安全檢測(cè)中也將扮演更加重要的角色。

動(dòng)物糞便往往含有各種病菌、細(xì)菌，被動(dòng)物糞便污染的水果和蔬菜對(duì)人類(lèi)的健康是一種潛在的威脅。因此及時(shí)檢出并清洗或剔除被糞便等污染物污染的水果蔬菜是有必要的。研究人員通過(guò)搭建了一個(gè)高光譜反射和熒光成像系統(tǒng)用于在線(xiàn)檢測(cè)蘋(píng)果的缺陷和糞便污染。利用所搭建的線(xiàn)掃描高光譜成像系統(tǒng)結(jié)合商業(yè)的蘋(píng)果分選生產(chǎn)線(xiàn)能以每秒鐘三個(gè)以上的速度在線(xiàn)檢測(cè)蘋(píng)果的糞便污染和缺陷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用熒光成像系統(tǒng)和簡(jiǎn)單的波長(zhǎng)比算法可以獲得 100%的檢測(cè)正確率。蔬菜中的糞便污染物會(huì)引起人類(lèi)患上食源性傳染疾病。為了快速自動(dòng)地檢測(cè)菠菜葉表面的糞便污染，研究人員搭建了線(xiàn)掃描高光譜熒光成像系統(tǒng)，并利用主成份分析（PCA）實(shí)現(xiàn)了菠菜表面糞便污染區(qū)域的提取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用所搭建的高光譜成像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)菠菜葉表面糞便污染的檢測(cè)。

高光譜成像儀融合了傳統(tǒng)的成像技術(shù)和光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所產(chǎn)生的圖像是一個(gè)“圖譜合一”的三維數(shù)據(jù)立方體，高光譜圖像的多波長(zhǎng)特點(diǎn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)成像技術(shù)的弱點(diǎn)。大量的成功應(yīng)用案例已經(jīng)證明了高光譜成像技術(shù)是果蔬外部品質(zhì)、內(nèi)部品質(zhì)和品質(zhì)安全檢測(cè)的科學(xué)有效工具。

高光譜成像儀在蔬菜品質(zhì)與安全無(wú)損檢測(cè)面臨的挑戰(zhàn)：

由于受高光譜圖像獲取和處理速度的影響，目前高光譜成像技術(shù)主要用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)性研究，挑選出相關(guān)應(yīng)用的特征波長(zhǎng)后搭建多光譜檢測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速在線(xiàn)檢測(cè)，直接利用高光譜成像技術(shù)在線(xiàn)或?qū)崟r(shí)的檢測(cè)應(yīng)用則較為少見(jiàn)。為了實(shí)現(xiàn)果蔬品質(zhì)與安全的快速無(wú)損檢測(cè)，高光譜成像技術(shù)還面臨著以下幾個(gè)挑戰(zhàn)。

首先是高光譜相機(jī)較為昂貴，這增加了商業(yè)化在線(xiàn)檢測(cè)與分選生產(chǎn)線(xiàn)的研發(fā)成本，不利于高光譜成像技術(shù)在水果和蔬菜品質(zhì)與安全檢測(cè)中的推廣和應(yīng)用；

其次是高光譜圖像數(shù)據(jù)獲取時(shí)間和分析處理時(shí)間較長(zhǎng)，不利于高光譜成像系統(tǒng)的在線(xiàn)或?qū)崟r(shí)檢測(cè)果蔬的品質(zhì)和安全；

第三是高光譜圖像存在較大的數(shù)據(jù)冗余，針對(duì)不同果蔬、不同品質(zhì)和安全的檢測(cè)應(yīng)用，適合檢測(cè)任務(wù)的特征波長(zhǎng)不同，為了減少高光譜數(shù)據(jù)的獲取和處理時(shí)間消耗，常常需要針對(duì)特定的應(yīng)用挑選特征波長(zhǎng)。

盡管如此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，高光譜成像技術(shù)作為一種科學(xué)有效的無(wú)損檢測(cè)工具將在食品和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全檢測(cè)方面發(fā)揮更大的作用。