高光谱技术对水果中的农药残留检测应用
一、 实验目的
通过高光谱成像系统能对水果中的残留农药进行无损检测。
二、 实验仪器
V10E-PS高光谱成像仪系统。
三、 简要原理
高光谱成像系统组成包括:暗箱,光源,光谱相机(高光谱成像仪),一维位移台等。
光源照射放在位移台上的字迹样本,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,在位移台前进在过程中,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)。
首先要对样品进行对焦,使之成像是最清晰的。
然后在测试前要进行黑白校正,具体方法是:
黑校正:扣上物镜盖,选择 Dark Frame,Calculate&Save,获得黑校正文件。
白校正:选择 White Frame,校正白板在 Live模式下显示反射率最大值时,
Calculate&Save,获得白校正文件。
加载黑白校正文件进行校正。请确保校正文件的采集参数(曝光时间、像素
合并等)相同。
还要注意曝光时间要和扫描速度相匹配,否则得到的将是横纵比失真的图像,丢失采集信息。
四、测试条件
样本的情况为:在脐橙表面滴有浓度为1:100的炔幔特类农药,在通风阴凉处放置72个小时以上。
实验时,当曝光光源选用卤钨灯时,根据光强和曝光时间的关系,得到的最佳的曝光时间是15ms,速度2-3mm/s,binning:2×2,波长范围:360-981nm,波段数:519。
采集时显示的RGB合成图像如下所示:
图4.1 采集软件显示的图像
五、数据分析
数采软件采集到的数据格式包括.hdr头文件和.raw初始文件。使用数据分析软件对其进行分析。经过Resize(重置图像大小和波段范围)、ROI(感兴趣区)、Filter(中值滤波)和Mask(阈值)、PCA(主成分分析)后得到图像如下。
图1样本的RGB合成图像
主成分分析后的图像如下,(a)为第二主成分波段的图像(PC2),经过阈值分割后(b),可清楚的看到涂有农药区域和没涂农药(正常区域)的图像是不同的。
图3 不同区域的波谱曲线
图4 PC2的光谱曲线权重系数
图5 在不同波长下的灰度图像
六、结论
通过以上的在可见光波段范围内的高光谱成像技术的实验,可以同时得到样本的图像信息和光谱信息。根据这些丰富的信息量可以对有农药残留的蔬果等农产品进行有效快速的无损检测,从而适应蔬果农药残留无损检测的未来发展方向。