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)力的破壞性檢測方法，不利于品質(zhì)和安全性的快速無損檢測。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)與安全的快速無損檢測中，是農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全檢測科學(xué)有效的工具。本文介紹了高光譜成像儀在蔬菜品質(zhì)與安全無損檢測中的應(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，它們可以提供人類所需的維生素、纖維素、無機(jī)鹽和各種微量元素。水果和蔬菜的品質(zhì)與安全一直是社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題。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)行評估，外部品質(zhì)是它們最直觀的品質(zhì)特征，直接影響它們的市場價(jià)格和消費(fèi)者的購買欲望；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)安全主要通過對動物糞便等外來物污染、各種病害、品質(zhì)劣變、細(xì)菌感染和農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測評估，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)與安全主要是通過傳統(tǒng)的化學(xué)方法進(jìn)行檢測的，化學(xué)方法是一種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的破壞性檢測技術(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)與安全的快速無損檢測中，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。圖像信息可以用來檢測水果和蔬菜的外部品質(zhì)，而光譜信息則可以用來檢測它們的內(nèi)部品質(zhì)和安全性。

高光譜成像儀在蔬菜品質(zhì)與安全無損檢測中的應(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)與安全無損檢測中的應(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

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)主要通過其顏色、紋理、尺寸、形狀和表面缺陷進(jìn)行評估。目前傳統(tǒng)的機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了上述外觀品質(zhì)特征的自動檢測，但是對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)器視覺無能為力。高光譜成像技術(shù)的多波長圖像優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)成像技術(shù)的缺點(diǎn)，近年來被越來越多的應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品表面缺陷的檢測中。

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

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

2.用于蔬菜內(nèi)部品質(zhì)的檢測

內(nèi)部品質(zhì)是水果和蔬菜的營養(yǎng)價(jià)值的衡量依據(jù)。一般來講，內(nèi)部品質(zhì)主要通過檢測水果和蔬菜的糖度、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)行評估。傳統(tǒng)的檢測方法是通過物理化學(xué)等破壞性的檢測手段進(jìn)行測量，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)快速無損檢測成為可能。

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，包括糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等。利用高光譜成像技術(shù)無損檢測水果和蔬菜中可溶性固形物含量是近年來內(nèi)部品質(zhì)檢測的研究熱點(diǎn)。研究人員利用高光譜成像系統(tǒng)采集蘋果的高光譜圖像，然后通過測量蘋果的吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)來預(yù)測蘋果的硬度和可溶性固形物含量。研究發(fā)現(xiàn)蘋果的吸收系數(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)的無損檢測。

3.用于蔬菜品質(zhì)安全的檢測

食品安全關(guān)系到消費(fèi)者的飲食安全和健康，因此得到全社會持續(xù)性的高度關(guān)注。同內(nèi)部品質(zhì)檢測一樣，食品安全的檢測目前仍是以傳統(tǒng)的化學(xué)方法為主。品質(zhì)安全主要通過檢測水果和蔬菜的動物糞便等外來物污染、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)有效的檢測工具在未來食品安全檢測中也將扮演更加重要的角色。

動物糞便往往含有各種病菌、細(xì)菌，被動物糞便污染的水果和蔬菜對人類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。研究人員通過搭建了一個(gè)高光譜反射和熒光成像系統(tǒng)用于在線檢測蘋果的缺陷和糞便污染。利用所搭建的線掃描高光譜成像系統(tǒng)結(jié)合商業(yè)的蘋果分選生產(chǎn)線能以每秒鐘三個(gè)以上的速度在線檢測蘋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)和簡單的波長比算法可以獲得 100%的檢測正確率。蔬菜中的糞便污染物會引起人類患上食源性傳染疾病。為了快速自動地檢測菠菜葉表面的糞便污染，研究人員搭建了線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。

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)安全檢測的科學(xué)有效工具。

高光譜成像儀在蔬菜品質(zhì)與安全無損檢測面臨的挑戰(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)與安全無損檢測的基礎(chǔ)性研究，挑選出相關(guān)應(yīng)用的特征波長后搭建多光譜檢測平臺實(shí)現(xiàn)快速在線檢測，直接利用高光譜成像技術(shù)在線或?qū)崟r(shí)的檢測應(yīng)用則較為少見。為了實(shí)現(xiàn)果蔬品質(zhì)與安全的快速無損檢測，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)化在線檢測與分選生產(chǎn)線的研發(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，不利于高光譜成像系統(tǒng)的在線或?qū)崟r(shí)檢測果蔬的品質(zhì)和安全；

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

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)有效的無損檢測工具將在食品和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全檢測方面發(fā)揮更大的作用。