隨著人們生活水平的不斷提高，蔬菜的品質和安全性得到了全社會持續不斷的高度關注。傳統化學方法是一種費時費力的破壞性檢測方法，不利于品質和安全性的快速無損檢測。隨著成像和光譜技術的快速發展，高光譜成像儀已經廣泛應用于農產品品質與安全的快速無損檢測中，是農產品品質與安全檢測科學有效的工具。本文介紹了高光譜成像儀在蔬菜品質與安全無損檢測中的應用，感興趣的朋友可以了解一下！

蔬菜品質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、無機鹽和各種微量元素。水果和蔬菜的品質與安全一直是社會關注的熱點問題。水果和蔬菜的外部品質主要根據它們的顏色、紋理、尺寸、形狀和表面的缺陷進行評估，外部品質是它們最直觀的品質特征，直接影響它們的市場價格和消費者的購買欲望；內部品質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元素的含量，內部品質是它們的價值的體現；品質安全主要通過對動物糞便等外來物污染、各種病害、品質劣變、細菌感染和農藥殘留進行檢測評估，它關系到消費者的飲食安全和健康，是水果和蔬菜最為重要的品質特征。

目前水果和蔬菜的品質與安全主要是通過傳統的化學方法進行檢測的，化學方法是一種費時費力的破壞性檢測技術。隨著成像和光譜技術的快速發展，高光譜成像技術已經廣泛應用于農產品品質與安全的快速無損檢測中，大量的成功案例也已經證明了高光譜成像技術是食品和農產品品質與安全檢測的科學有效工具。高光譜成像技術融合了傳統的成像技術和光譜技術的優點，獲取的高光譜圖像具有“圖譜合一”的特點，即同時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，而光譜信息則可以用來檢測它們的內部品質和安全性。

高光譜成像儀在蔬菜品質與安全無損檢測中的應用：

高光譜成像儀融合了傳統的成像技術和光譜技術的優點，既可以像傳統的成像技術一樣獲取被檢測物體的空間信息，又可以像光譜技術一樣獲取光譜信息。其在蔬菜品質與安全無損檢測中的應用主要體現在以下兩個方面：

1.用于蔬菜外部品質檢測

外部品質是蔬菜最重要的感官品質，是蔬菜品質最直接的反映。蔬菜的外部品質主要通過其顏色、紋理、尺寸、形狀和表面缺陷進行評估。目前傳統的機器視覺技術已經實現了上述外觀品質特征的自動檢測，但是對于大部分特征不明顯的缺陷，例如損傷、腐爛、凍傷等，缺陷區域的顏色、紋理等信息和正常區域處的高度相似，基于RGB彩色相機的傳統機器視覺無能為力。高光譜成像技術的多波長圖像優點彌補了傳統成像技術的缺點，近年來被越來越多的應用于農產品表面缺陷的檢測中。

腐爛是水果和蔬菜在存儲、運輸過程中的最嚴重的常見缺陷。腐爛不僅影響水果蔬菜的美觀，還會使它們的內部品質發生變化，甚至導致食品安全問題。對于青霉菌引起的柑橘腐爛，傳統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）等像素分類方法實現了腐爛區域在特征波長圖像上的分割。試驗結果表明利用搭建的高光譜機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.用于蔬菜內部品質的檢測

內部品質是水果和蔬菜的營養價值的衡量依據。一般來講，內部品質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進行評估。傳統的檢測方法是通過物理化學等破壞性的檢測手段進行測量，傳統方法費時費力，且只適合同批次農產品的抽檢。高光譜成像技術可以實現農產品的化學成像，這也使水果和蔬菜的內部品質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、礦物質等。利用高光譜成像技術無損檢測水果和蔬菜中可溶性固形物含量是近年來內部品質檢測的研究熱點。研究人員利用高光譜成像系統采集蘋果的高光譜圖像，然后通過測量蘋果的吸收系數和約化散射系數來預測蘋果的硬度和可溶性固形物含量。研究發現蘋果的吸收系數和約化散射系數與硬度和SSC含量都相關，其中吸收系數與硬度和SSC含量的相關性較高。可溶性固形物含量預測的相關系數為0.864，該研究表明高光譜成像技術是測量水果光學特性的一種有效手段，可用于水果內部品質的無損檢測。

3.用于蔬菜品質安全的檢測

食品安全關系到消費者的飲食安全和健康，因此得到全社會持續性的高度關注。同內部品質檢測一樣，食品安全的檢測目前仍是以傳統的化學方法為主。品質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、品質劣變、細菌感染和農藥殘留等指標進行評估。大量的成功應用案例證明了高光譜成像技術在水果和蔬菜品質安全檢測方面的可行性和有效性，高光譜成像技術作為一種新的科學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高光譜反射和熒光成像系統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結合商業的蘋果分選生產線能以每秒鐘三個以上的速度在線檢測蘋果的糞便污染和缺陷。實驗結果表明，利用熒光成像系統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，并利用主成份分析（PCA）實現了菠菜表面糞便污染區域的提取。實驗結果表明利用所搭建的高光譜成像系統可以實現菠菜葉表面糞便污染的檢測。

高光譜成像儀融合了傳統的成像技術和光譜技術的優點，所產生的圖像是一個“圖譜合一”的三維數據立方體，高光譜圖像的多波長特點彌補了傳統成像技術的弱點。大量的成功應用案例已經證明了高光譜成像技術是果蔬外部品質、內部品質和品質安全檢測的科學有效工具。

高光譜成像儀在蔬菜品質與安全無損檢測面臨的挑戰：

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主要用于農產品品質與安全無損檢測的基礎性研究，挑選出相關應用的特征波長后搭建多光譜檢測平臺實現快速在線檢測，直接利用高光譜成像技術在線或實時的檢測應用則較為少見。為了實現果蔬品質與安全的快速無損檢測，高光譜成像技術還面臨著以下幾個挑戰。

首先是高光譜相機較為昂貴，這增加了商業化在線檢測與分選生產線的研發成本，不利于高光譜成像技術在水果和蔬菜品質與安全檢測中的推廣和應用；

其次是高光譜圖像數據獲取時間和分析處理時間較長，不利于高光譜成像系統的在線或實時檢測果蔬的品質和安全；

第三是高光譜圖像存在較大的數據冗余，針對不同果蔬、不同品質和安全的檢測應用，適合檢測任務的特征波長不同，為了減少高光譜數據的獲取和處理時間消耗，常常需要針對特定的應用挑選特征波長。

盡管如此，隨著計算機技術和信息技術的發展，高光譜成像技術作為一種科學有效的無損檢測工具將在食品和農產品質量與安全檢測方面發揮更大的作用。