蔬菜新鮮度的檢測對于流通過程中質量控制具有重要意義。農產品細胞內的ATP含量水平直接反映細胞的活性,在產后貯藏過程中可作為農產品新鮮度和品質的一種評價指標。近年來，高光譜成像技術在農產品安全檢測方面的應用取得了良好效果，并在不斷深入發展中。高光譜成像技術圖譜合一的優點，使其在形態檢測、內部品質診斷方面具有較大潛力。

不同品種蔬菜葉片的光譜圖像對比分析

高光譜成像數據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 維構成圖像維。利用 R、G、B 三基色這三個分量來表征顏色。R、G、B 三原色的特征波長分別為 680、550、450 nm。在ENVI 里從高光譜數據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、葉面積, 進而發現小白菜、菠菜、油菜、娃娃菜四種蔬菜品種葉形的差異, 說明利用高光譜成像技術可直觀對蔬菜葉片的種類進行定性識別分析。

圖1 蔬菜菜葉實驗裝置圖

圖 2 樣品葉片 RGB 成像圖

(1)小白菜(2)菠菜(3)油菜(4)娃娃菜

不同失水時間的高光譜成像效果與機器視覺圖像處理結果對比分析

小白菜葉片的機器視覺圖與高光譜RGB成像效果對比圖如圖3(1)、3(2)所示。從兩圖中可知：隨著葉片在四個時間段下失水程度的加深，機器視覺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間段下的葉片狀態。失水時間越長，葉片萎縮，面積變小，葉片周圍發生褶皺。將蔬菜葉片的高光譜成像圖進行局部放大，圈定感興趣的區域，提取其中的光譜原始光強值，能夠進一步結合蔬菜葉片內部的組分信息變化對蔬菜葉片新鮮度進行分析。基于高光譜成像可以從圖像和光譜兩個角度對小白菜葉片的新鮮度進行分析，效果要優于機器視覺。

圖 3(1) 小白菜葉片不同失水時間段下的機器視覺圖

圖3(2) 小白菜葉片不同失水時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

不同失水時間下四種蔬菜葉片平均 SPAD 值對比分析

分別在失水0、10、24、48h四個時間段里，對小白菜、菠菜、油菜三種蔬菜葉片的SPAD值取平均值進行分析，如表2所示。結果表明：小白菜、菠菜隨著失水時間的加劇，葉片干枯，所測得的葉片平均SPAD值隨著失水時間的增加而逐漸增大，究其原因，是由小白菜和菠菜葉片內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的前三個失水時間內，葉片葉綠素趨勢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，并同時要比小白菜和菠菜的葉片平均SPAD值要高，這是因為油菜的葉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高光譜成像的效果得到。

表2 四種蔬菜葉片平均SPAD值

結論

高光譜圖像技術是圖像和光譜兩種技術結合的產物，可以實現對蔬菜品種及成分的檢測，是多種信息融合檢測果蔬綜合品質的首選方法。、獲取四個蔬菜品種葉片分別在失水0、10、24、48h的光譜成像圖，并與同時采集的機器視覺圖進行對比分析可知，蔬菜在失水過程中，高光譜圖像能反映其外觀形態及內部葉綠素的變化，從而達到對蔬菜葉片內外品質的綜合分析，從而實現對新鮮度的全面判斷，這是機器視覺所無法比擬的，利用高光譜成像來辨別蔬菜葉片新鮮度是可行的。

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審核編輯 黃宇