基于高光譜成像的蔬菜新鮮度檢測(cè)

蔬菜新鮮度的檢測(cè)對(duì)于流通過(guò)程中質(zhì)量控制具有重要意義。農(nóng)產(chǎn)品細(xì)胞內(nèi)的ATP含量水平直接反映細(xì)胞的活性,在產(chǎn)后貯藏過(guò)程中可作為農(nóng)產(chǎn)品新鮮度和品質(zhì)的一種評(píng)價(jià)指標(biāo)。近年來(lái)，高光譜成像技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品安全檢測(cè)方面的應(yīng)用取得了良好效果，并在不斷深入發(fā)展中。高光譜成像技術(shù)圖譜合一的優(yōu)點(diǎn)，使其在形態(tài)檢測(cè)、內(nèi)部品質(zhì)診斷方面具有較大潛力。

不同品種蔬菜葉片的光譜圖像對(duì)比分析

高光譜成像數(shù)據(jù)立方體由三部分組成: 空間 X 維、空間 Y 維、光譜維, 空間 X 維和空間 Y 維構(gòu)成圖像維。利用 R、G、B 三基色這三個(gè)分量來(lái)表征顏色。R、G、B 三原色的特征波長(zhǎng)分別為 680、550、450 nm。在ENVI 里從高光譜數(shù)據(jù)立方體中提取出不同 蔬菜葉片的 RGB 高光譜圖像, 四種蔬菜葉片高光譜 成像圖分別如圖 2 中(1)、(2)、(3)、(4)所示。從圖中我們可以很直觀地分析辨別四種蔬菜的葉色變化、葉片形態(tài)、葉面積, 進(jìn)而發(fā)現(xiàn)小白菜、菠菜、油菜、娃娃菜四種蔬菜品種葉形的差異, 說(shuō)明利用高光譜成像技術(shù)可直觀對(duì)蔬菜葉片的種類進(jìn)行定性識(shí)別分析。

圖1 蔬菜菜葉實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖 2 樣品葉片 RGB 成像圖

(1)小白菜(2)菠菜(3)油菜(4)娃娃菜

不同失水時(shí)間的高光譜成像效果與機(jī)器視覺(jué)圖像處理結(jié)果對(duì)比分析

小白菜葉片的機(jī)器視覺(jué)圖與高光譜RGB成像效果對(duì)比圖如圖3(1)、3(2)所示。從兩圖中可知：隨著葉片在四個(gè)時(shí)間段下失水程度的加深，機(jī)器視覺(jué)圖與高光譜成像圖都可以清晰地表示出小白菜葉片分別在失水不同時(shí)間段下的葉片狀態(tài)。失水時(shí)間越長(zhǎng)，葉片萎縮，面積變小，葉片周圍發(fā)生褶皺。將蔬菜葉片的高光譜成像圖進(jìn)行局部放大，圈定感興趣的區(qū)域，提取其中的光譜原始光強(qiáng)值，能夠進(jìn)一步結(jié)合蔬菜葉片內(nèi)部的組分信息變化對(duì)蔬菜葉片新鮮度進(jìn)行分析。基于高光譜成像可以從圖像和光譜兩個(gè)角度對(duì)小白菜葉片的新鮮度進(jìn)行分析，效果要優(yōu)于機(jī)器視覺(jué)。

圖 3(1) 小白菜葉片不同失水時(shí)間段下的機(jī)器視覺(jué)圖

圖3(2) 小白菜葉片不同失水時(shí)間段下的高光譜成像圖A

圖 4 小白菜葉片光譜提取效果圖

不同失水時(shí)間下四種蔬菜葉片平均 SPAD 值對(duì)比分析

分別在失水0、10、24、48h四個(gè)時(shí)間段里，對(duì)小白菜、菠菜、油菜三種蔬菜葉片的SPAD值取平均值進(jìn)行分析，如表2所示。結(jié)果表明：小白菜、菠菜隨著失水時(shí)間的加劇，葉片干枯，所測(cè)得的葉片平均SPAD值隨著失水時(shí)間的增加而逐漸增大，究其原因，是由小白菜和菠菜葉片內(nèi)的葉綠素隨著水分的缺失而沉降，葉綠素色素加深所致。而油菜在失水0、10、24h的前三個(gè)失水時(shí)間內(nèi)，葉片葉綠素趨勢(shì)變化特征基本與小白菜和菠菜一致，均隨著水分的缺失加劇，葉片平均SPAD值增大，并同時(shí)要比小白菜和菠菜的葉片平均SPAD值要高，這是因?yàn)橛筒说娜~片所含有的葉綠素值要更大些，以上三者的葉片特征可以直觀通過(guò)高光譜成像的效果得到。

表2 四種蔬菜葉片平均SPAD值

結(jié)論

高光譜圖像技術(shù)是圖像和光譜兩種技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜品種及成分的檢測(cè)，是多種信息融合檢測(cè)果蔬綜合品質(zhì)的首選方法。、獲取四個(gè)蔬菜品種葉片分別在失水0、10、24、48h的光譜成像圖，并與同時(shí)采集的機(jī)器視覺(jué)圖進(jìn)行對(duì)比分析可知，蔬菜在失水過(guò)程中，高光譜圖像能反映其外觀形態(tài)及內(nèi)部葉綠素的變化，從而達(dá)到對(duì)蔬菜葉片內(nèi)外品質(zhì)的綜合分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新鮮度的全面判斷，這是機(jī)器視覺(jué)所無(wú)法比擬的，利用高光譜成像來(lái)辨別蔬菜葉片新鮮度是可行的。

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審核編輯 黃宇