高光譜相機(jī)解決方案

  • 基于高光譜成像的西蘭花農(nóng)藥殘留無損檢測(cè)方法研究

  • 信息來源：彩譜品牌廠家   瀏覽次數(shù)：100    發(fā)表時(shí)間：2023-05-20
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          本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

           西蘭花，屬于十字花科蕓苔屬甘藍(lán)的一個(gè)變種，原產(chǎn)于意大利，于19世紀(jì)末傳入我國(guó)。西蘭花可食用部分為肥嫩的花蕾球及花莖，口感爽脆，且其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，有“蔬菜皇冠”的美譽(yù)。種植的西蘭花除了滿足國(guó)內(nèi)消費(fèi)需求外，還遠(yuǎn)銷國(guó)際市場(chǎng)，主要出口日本、韓國(guó)、新加坡、香港、中東等國(guó)家和地區(qū)。但西蘭花生長(zhǎng)過程中，發(fā)生害蟲種類主要有小菜蛾、菜青蟲、蚜蟲、煙粉虱、斜紋夜蛾等病理性病害主要種類有∶霜霉病、猝倒病、細(xì)菌性黑腐病、菌核病、軟腐病等等，因此西蘭花種植過程中農(nóng)藥的使用不可避免。2002年，日本檢出我國(guó)出口西蘭花中甲胺磷超標(biāo)，暫停進(jìn)口我國(guó)西蘭花；2006年，日本對(duì)進(jìn)口西蘭花的最大農(nóng)藥殘留進(jìn)行了大幅修訂，并且相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)至今還在不斷調(diào)整2012年，我國(guó)出口歐盟的西蘭花因?yàn)橄x螨腈超標(biāo)被扣，因此農(nóng)藥殘留超標(biāo)是西蘭花出口受阻的重要因素。本文通過不同種類和不同濃度農(nóng)藥對(duì)西蘭花造成光譜特性的改變，利用高光譜成像技術(shù)，采集各類西蘭花的高光譜信息，利用高光譜信息建立判別模型，并用模型探究西蘭花農(nóng)藥殘留的種類和濃度，為西蘭花農(nóng)藥殘留無損檢測(cè)提供一種新思路。
           本研究以日本秀炎西蘭花為研究對(duì)象，主要針對(duì)其表面農(nóng)藥殘留進(jìn)行無損檢測(cè)，應(yīng)用高光譜成像技術(shù)結(jié)合化學(xué)檢測(cè)方法，對(duì)西蘭花表面農(nóng)藥殘留種類無損檢測(cè)、低濃度阿維菌素殘留量無損檢測(cè)進(jìn)行初步研究。主要研究結(jié)果如下∶
    （1）基于高光譜圖像的西蘭花表面多種農(nóng)藥殘留種類檢測(cè)研究。利用高光譜圖像技術(shù)采集四組不同農(nóng)藥殘留的西蘭花樣本圖像（400-1000mm），根據(jù)圖像信息選取感興趣區(qū)域的平均光譜后，針對(duì)西蘭花表面凹凸不平的特點(diǎn)采用分段多元散射校正算法進(jìn)行預(yù)處理，有效消除顆粒造成的非線性光散射影響，分別采用馬氏距離算法、最小二乘支持向量機(jī)算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和極限學(xué)習(xí)機(jī)算法基于全光譜信息進(jìn)行分類建模。對(duì)比各類模型結(jié)果，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類算法效果最優(yōu)，訓(xùn)練集和測(cè)試集識(shí)別率分別為99.17%和98.33%。為剔除大量高光譜冗余數(shù)據(jù)，提高模型的識(shí)別速度，采用主成分分析算法選取前10個(gè)主成分和連續(xù)投影算法選擇8個(gè)特征值波長(zhǎng)（458.51、500.02、522.13、551.77、614.04、720.32、769.08、818.26nm）進(jìn)行特征提取，分別建立基于特征信息的判別模型。在實(shí)驗(yàn)分類器中，基于SPA 特征波長(zhǎng)的極限學(xué)習(xí)機(jī)模型識(shí)別效果均優(yōu)于其他三類分類器，訓(xùn)練集的正確率為98.33%，測(cè)試集的正確率為96.67%。
    （3）基于高光譜圖像的西蘭花表面低濃度阿維菌素殘留定量檢測(cè)研究。利用高光譜成像系統(tǒng)采集5組（共100顆）噴有不同濃度梯度阿維菌素農(nóng)藥西蘭花樣本（900-1700nm）。使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法根據(jù)GB23200.20-2016標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5組西蘭花進(jìn)行具體阿維菌素殘留量抽樣檢測(cè)，測(cè)得各組濃度分別為24.25μg/Kg、82.66μg/Kg、126.49μg/Kg、151.57μg/Kg和170.03μg/Kg。將原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和預(yù)處理后，結(jié)果表明，基于全波段光譜數(shù)據(jù)的極限學(xué)習(xí)機(jī)模型識(shí)別效果最好，準(zhǔn)確率為72%。
    （4）基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的西蘭花表面阿維菌素低濃度殘留檢測(cè)方法研究。針對(duì)本文研究的西蘭花表面低濃度阿維菌素殘留檢測(cè)模型識(shí)別率較低的問題，提出一種將采集的阿維菌素殘留濃度在24.25μg/Kg至170.03μg/Kg之間的西蘭花光譜信息轉(zhuǎn)換為灰度圖的方法，利用卷積網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)不同阿維菌素殘留濃度西蘭花樣本光譜數(shù)據(jù)的灰度圖之間變化的紋理
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