隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)食品的各種質(zhì)量安全問(wèn)題十分關(guān)注，保障食品安全性的一個(gè)重要工作手段就是無(wú)損檢測(cè)，它與人們的健康綠色生活息息相關(guān)，有利于促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。在實(shí)踐中，高光譜成像法技術(shù)是提高食品質(zhì)量檢測(cè)安全可靠性的重要技術(shù)。本文介紹了高光譜成像技術(shù)在食品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用。

高光譜成像系統(tǒng)的組成：

高光譜成像系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件最重要的部件是傳感器，還包括光源、控制裝置和掃描器等。傳感器主要由物鏡、CCD陣列探測(cè)器和光譜儀。光譜儀包括光柵型成像光譜儀與干涉型成像光譜儀。CCD 陣列探測(cè)器分為線陣探測(cè)器和面陣探測(cè)器。軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集及處理軟件與光譜預(yù)處理軟件等。

高光譜成像系統(tǒng)的成像原理：

光譜儀是高光譜成像系統(tǒng)最重要的組成部分，光譜儀包括一個(gè)棱鏡一光柵一棱鏡單元，此單元可以阻止環(huán)境光的干擾，而且在光譜儀獲得被測(cè)物體的一行圖像時(shí)，此單元可以將光線從每行圖像的像素點(diǎn)色散到光譜軸上，這樣檢測(cè)人員就可以獲得在空間軸和光譜軸上的一維影像和光譜信息。物體或物鏡的連續(xù)運(yùn)動(dòng)就形成了整個(gè)物體的光譜圖像。最終，在 CCD 陣列探測(cè)器上完成對(duì)每個(gè)瞬間信號(hào)的獲取，檢測(cè)人員就可以得到高光譜三維圖像數(shù)據(jù)塊。

高光譜成像技術(shù)在綠色食品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用：

1.無(wú)損檢測(cè)食品品質(zhì)

傳統(tǒng)食品品質(zhì)檢測(cè)方法對(duì)食物具有一定的損壞，而且需要花費(fèi)的時(shí)間、人力、物力比較多，不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)食品質(zhì)量檢測(cè)的要求。硬度和可溶性固形物含量是決定食品成熟度和收獲時(shí)節(jié)的重要內(nèi)在指標(biāo)。除此之外，重要的食品品質(zhì)指標(biāo)還包括口味、外觀、香味和化學(xué)組成等。而基于高光譜成像技術(shù)的上述指標(biāo)測(cè)定工作只需少量樣本，并且可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的快速無(wú)損測(cè)定。檢測(cè)人員需要從模型樣本中提取到包括二維的圖像像素信息和第三維的波長(zhǎng)信息的“三維”圖像塊。然后，檢測(cè)人員建立多元分析模型，將提取的光譜數(shù)據(jù)與樣本屬性的測(cè)量值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立定量關(guān)系模型，從而對(duì)食品樣本進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)，并對(duì)食品品質(zhì)做出有效評(píng)價(jià)。

2.檢測(cè)食品表面污染

據(jù)研究，檢測(cè)人員用不同波段的光照射食品時(shí)，食品會(huì)對(duì)光產(chǎn)生散射、吸收、反射和透射等現(xiàn)象。研究表明，部分特定波段的光照射至食品內(nèi)部時(shí)，通過(guò)透射和散射采集的光譜數(shù)據(jù)中會(huì)攜帶有豐富的食品內(nèi)部成分信息。近年來(lái)，高光譜技術(shù)被應(yīng)用于檢測(cè)食品的損傷情況，應(yīng)用高光譜成像的方法既能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，又能夠快速準(zhǔn)確獲取樣本的完整的圖像信息和光譜信息。檢測(cè)人員通過(guò)圖像和光譜分析方法，檢測(cè)食品的化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)和表面特征。在四百到一千納米的可見光和近紅外的光譜范圍內(nèi)，綜合曝光時(shí)間、掃描速度和光譜校正等信息，檢測(cè)人員可以采集到包括二維的圖像像素信息和第三維的波長(zhǎng)信息的“三維”圖像塊。由于高光譜數(shù)據(jù)具有多光譜通道、高光譜分辨率和連續(xù)光譜的特點(diǎn)，可分辨出極接近但不同波長(zhǎng)下的兩幅不同的圖像，并可得到任意像素點(diǎn)的連續(xù)光譜曲線和不同物質(zhì)的不同光譜曲線。這種技術(shù)利用正常區(qū)域的光譜值與損傷區(qū)域的光譜值在某些特定波長(zhǎng)下，會(huì)存在比較大的差異性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)食品表面的無(wú)損檢測(cè)。

3.檢測(cè)食品農(nóng)藥殘留

在實(shí)踐中，農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)比較豐富，傳統(tǒng)的高精度檢測(cè)過(guò)程對(duì)檢測(cè)人員操作性要求比較高，且檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，僅能用于實(shí)驗(yàn)室農(nóng)藥殘留的精確分析和檢測(cè)；化學(xué)檢測(cè)方法一般是破壞性檢測(cè)，有著消耗有機(jī)試劑、制樣繁瑣且檢測(cè)成本高等不利特點(diǎn)。而高光譜成像檢測(cè)能夠達(dá)到高效實(shí)時(shí)與快速無(wú)損檢測(cè)的目的。檢測(cè)人員通過(guò)高光譜儀獲得食品的高光譜圖像，應(yīng)用主成分分析方法對(duì)所獲得的高光譜圖像進(jìn)行分析，并找出特征波長(zhǎng)下的圖像。檢測(cè)人員利用圖像處理技術(shù)來(lái)分析這些特征圖像，可以檢測(cè)出食品表面的農(nóng)藥殘留含量。