隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)方法有著破壞樣本、耗時(shí)長等缺點(diǎn)，無法滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)需求。隨著光譜成像技術(shù)的不斷發(fā)展，高光譜成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景，它能同時(shí)獲得待測(cè)農(nóng)產(chǎn)品樣品豐富的圖像和光譜信息，進(jìn)而對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行快速無損檢測(cè)和綜合評(píng)價(jià)。本文介紹了高光譜成像技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。
農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)的重要性：
中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是中國的傳統(tǒng)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。農(nóng)產(chǎn)品的種植、加工、消費(fèi)及出口對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測(cè)都有較強(qiáng)的依賴。現(xiàn)在適用的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)方法有著破壞樣本、消耗大量時(shí)間、甚至嚴(yán)重污染環(huán)境等不可避免的缺點(diǎn)。為了農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展、提高中國農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力和緩解環(huán)境壓力亟需開發(fā)一種快速無損的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)方法。
高光譜成像技術(shù)是近 20年來發(fā)展起來的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術(shù)，集中了光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門新興技術(shù)。高光譜成像技術(shù)在地質(zhì)、植被覆蓋探測(cè)、大氣遙感等多種領(lǐng)域有廣泛的研究和應(yīng)用，并取得了較好的效果。
高光譜成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)中也有著巨大的應(yīng)用潛力，農(nóng)作物的光譜特征是由于農(nóng)作物的生理特征對(duì)光的吸收、透射和反射所決定的，通過農(nóng)作物的光譜信息進(jìn)一步分析其生理信息，進(jìn)而得出農(nóng)作物的病理特征，生長狀況和品質(zhì)特性等有效信息。利用高光譜成像技術(shù)可以精確、快速、無損的獲取農(nóng)作物的品質(zhì)特性，是未來農(nóng)作物品質(zhì)檢測(cè)的重要手段。
高光譜成像技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)快速無損檢測(cè)中的應(yīng)用：
1.農(nóng)藥殘留物檢測(cè)
農(nóng)藥的發(fā)明和使用大大提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，但由此引起的農(nóng)藥大量和不合理使用所造成的環(huán)境污染問題，農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留問題，越來越受到各國政府和公眾的關(guān)注。農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法有色譜法、分光光度法、原子吸收光譜法、薄層層析法等，這些方法大多具有檢測(cè)復(fù)雜、效果單一、投入太高、損害樣品等缺點(diǎn)。高光譜成像技術(shù)利用有機(jī)分子在光照下，分子發(fā)生能級(jí)躍遷并以光的形式釋放出多余的能量，在農(nóng)藥殘留檢測(cè)方面具有精度高、可視性、速度快等優(yōu)勢(shì)。
通過處理高光譜圖像，水果的表面農(nóng)藥殘留可以被檢測(cè)出。但是現(xiàn)在還不能精確辨認(rèn)低濃度農(nóng)藥，僅僅對(duì)較高濃度農(nóng)藥殘留的檢測(cè)有著良好的精確度。用高光譜成像技術(shù)對(duì)農(nóng)作物表面農(nóng)藥殘留檢測(cè)，在對(duì)農(nóng)藥殘留定性檢測(cè)方面，高光譜技術(shù)有較好的效果，但是在定量分析上，對(duì)高光譜成像技術(shù)的研究仍要進(jìn)一步加強(qiáng)?；诟吖庾V成像的檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出水果表面的農(nóng)藥殘留，適應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留無損檢測(cè)的未來發(fā)展方向，特別是在選定某些特征波長前提下，可以實(shí)現(xiàn)水果表面農(nóng)藥殘留的在線快速無損檢測(cè)。
2.農(nóng)作物品質(zhì)檢測(cè)
葉綠素是農(nóng)作物生長過程中其品質(zhì)指標(biāo)的重要因素之一，常規(guī)的葉綠素測(cè)量方法為分光光度法，測(cè)量耗時(shí)長且對(duì)植被有較大損傷。研究人員采集多個(gè)缺氮和正常的葉片，對(duì)感興趣區(qū)域的平均光譜進(jìn)行主成分分析，建立多元線性回歸模型，確定相關(guān)系數(shù)，然后得到葉綠素分布圖。通過比較葉綠素分布圖可以明顯看到缺氮葉片與正常葉片的不同。根據(jù)分布圖可以得到缺氮的葉綠素平均含量較低，12mg/g的含量作為缺氮葉片含量的閾值。
利用高光譜成像技術(shù)可以獲得葉綠素在葉表面的濃度分布圖，并具有無損、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，為高光譜技術(shù)判斷農(nóng)作物成長品質(zhì)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
3.肉類品質(zhì)檢測(cè)
傳統(tǒng)的使用較多的檢測(cè)肉品內(nèi)外部品質(zhì)的方法大致分為幾種：感官評(píng)價(jià)、微生物菌落檢測(cè)以及理化指標(biāo)檢測(cè)等，感官評(píng)價(jià)的方法是有專業(yè)的鑒別人員對(duì)所檢測(cè)的牛肉的外表、口味以及口感等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，以自己的主觀感受來判斷牛肉品質(zhì)的好壞，評(píng)價(jià)主觀性較強(qiáng)、不易量化，不同的評(píng)價(jià)人員也會(huì)存在意見不一的情況；理化指標(biāo)及微生物檢測(cè)這兩種檢測(cè)方式同屬于物理和化學(xué)相結(jié)合的分析方法，它們同樣也存在著樣品處理繁瑣、樣品易發(fā)生損壞、化學(xué)試劑消耗量大、檢測(cè)周期長以及檢測(cè)成本較高等多種問題，這些常見的檢測(cè)方式因?yàn)橛兄鄻拥谋锥?，?dǎo)致它們無法真正的達(dá)到使用的目的。
相對(duì)比傳統(tǒng)檢測(cè)肉類品質(zhì)的方法，高光譜成像技術(shù)是一種快速、不耗費(fèi)化學(xué)試劑環(huán)境友好型的、對(duì)樣本沒有損壞的新興技術(shù)。與近紅外光譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)機(jī)器視覺技術(shù)相比，它集合了傳統(tǒng)的光譜與圖像，可以同時(shí)獲取樣本的光譜信息和空間信息，更能整體全面反映樣本。正是這些優(yōu)點(diǎn)使得光譜成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用在食品安全特別是肉和肉制品的質(zhì)量與安全領(lǐng)域。
