基于近红外、荧光、偏振多光谱的蔬菜农残检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及农产品的农药残留无损检测，具体地说是一种利用近红外、巧光、偏振 光谱技术来无损检测蔬菜农药残留的种类及含量的方法和装置。 技术背景
[0002] 蔬菜是人体必需维生素和矿物质的重要来源，是人们营养用餐的必需食物。蔬菜 种植中，为防虫而施加农药是必不可少的环节。有机磯农药降解期为喷洒后的10-14天，很 多蔬菜却提前进入消费领域，此时蔬菜中仍有一定难分解的残留物。近年来，农药残留引发 的食物中毒事件屡见报道，如2006年美国化coBell墨西哥式餐饮连锁公司有毒生菜造成 多人大肠杆菌感染，2012年初中国也爆出"毒生菜"事件，其中98%是由蔬菜上有机磯农药 残留引起的。而饮食带有农药残留的蔬菜易患恶性肿瘤已得到专家证实。目前虽然对有机 磯农药残留的检测已有较成熟的试验方法，如化学速测法、免疫分析法、仪器分析法（气相 色谱法（GC)、液相色谱法（HPLC))、电子敏感检测仪等，该些方法虽然精度高，但都存在样 品前处理过程繁琐、试剂消耗大、耗时长等缺点，也无法实现快速与绿色检测的需要，不利 于推广应用。随着《农产品质量安全法》的贯彻落实，如何快速无损精确检测蔬菜农药残留 类别（每种有机磯农药的毒性不同、国家规定最大残留量也不同）及农药残留量是当前蔬 菜生产中农产品安全专家亟待解决的问题。基于光谱的无损检测技术具有快速、非破坏的 特点，已经成为当前国内外农残检测的研究热点和发展趋势。
[0003] 生菜是最普通营养蔬菜，且适于生吃，极易发生农残中毒事件，所W发明选用生菜 作为农残载体对象，综合考虑可表征有机磯农药含磯基团的近红外光谱技术，对有机磯大 分子结构具有显著映射的巧光光谱技术，和能表征农残导致叶片内外微观结构变化的偏振 光谱技术，发明一种基于近红外/巧光/偏振等多源传感光谱技术的蔬菜农药残留高精度 检测方法和装置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于近红外、巧光、偏振多源光谱信息融合技术来快 速精确无损检测农残的种类与定量的方法和装置。
[0005] 本发明的装置的技术方案为：
[0006] -种基于近红外、巧光、偏振多光谱的蔬菜农残检测装置，包括电控光源摇臂、电 控检测摇臂、电控平移台、电控样本台、遮光罩、信息采集单元、农残检测控制装置；
[0007] 所述电控光源摇臂、电控检测摇臂分别固定在电控平移台的上端两侧，所述电控 样本台的上部放置样本，所述电控样本台下部固定在电控平移台上；
[0008] 所述信息采集单元包括面素光源、紫外光源、多源光谱仪传感器组合、数据采集 卡；所述面素光源、紫外光源固定在电控光源摇臂上，所述多源光谱仪传感器组合固定在电 控检测摇臂上，所述多源光谱仪传感器组合同数据采集卡相连，用于采集近红外光谱、巧光 光谱、偏振光谱数据；
[0009] 所述农残检测控制装置包括计算机、控制模块、模式切换键；
[0010] 所述控制模块分别和计算机、数据采集卡、模式切换键相连，用于实现被测物在特 定波长下采集光谱数据的处理，得出该农残的含量，并送入计算机存储显示；
[0011] 所述计算机用于实现数据显示，并用于实现多光谱仪器的参数设置；
[0012] 所述模式切换键用于实现近红外、巧光、偏振多光谱的数据采集模式切换。
[0013] 进一步，所述数据采集卡、控制模块、模式切换键位于电控平移台下端的仪器台架 内。
[0014] 进一步，所述遮光罩放置在电控平移台上，将电控光源摇臂、电控检测摇臂、电控 样本台、面素光源、紫外光源、多源光谱仪传感器组合与外界光隔离。
[0015] 进一步，所述面素光源、紫外光源固定在电控光源摇臂的上端横杆上，所述多源光 谱仪传感器组合固定在电控检测摇臂的上端横杆上；所述多源光谱仪传感器组合包括近红 外光谱仪、巧光光谱仪和偏振光谱仪。
[0016] 本发明的方法的技术方案为：
[0017] 一种基于近红外、巧光、偏振多光谱的蔬菜农残检测方法，包括如下步骤：
[001引步骤1，针对待测样本，将同样的样本按先后顺序依次采集近红外光谱、巧光光谱、 偏振光谱数据；
[0019] 步骤2,提取能够反映农药残留度的自适应控制最优解的近红外光谱特征，近红外 光谱特征包括波段反射率、波段深度、各种光谱指数；
[0020] 步骤3,提取巧光光谱分布及巧光光谱特征，包括巧光光谱分布特性、谱线宽度、谱 线峰值强度和位置、峰值波长比；
[0021] 步骤4,将近红外光谱特征、巧光光谱特征输入农残类别鉴别模型，得出农残品 种；
[0022] 步骤5,提取获取特定波长的偏振特征及偏振特征光谱波段，求取偏振特征光谱特 征，组合成偏振光谱特征组合，其中偏振特征包括偏振方向分布、Stocks参量、Mueller矩 阵；
[0023]步骤6，将获取各类农药残留样本在不同农残水平下的近红外光谱特征、巧光光谱 特征、偏振特征及偏振光谱特征组成的特征空间，输入农药残留定量模型中，得出该农残的 含量。
[0024] 进一步，所述步骤1具体过程为：
[00巧]步骤1. 1，测量前准备阶段，首先将农残叶片样本放置在电控样本台上，通过计算 机调整电控光源摇臂、电控检测摇臂的高度，使样本位于光源和多源光谱传感器组合的延 长线交点的检测位置，对多源光谱传感器进行黑场标定消除暗电流噪声，再进行白场标定， 采集标准白板信息，作为最大信号输出标准；
[0026] 步骤1.2,依靠模式切换功能转换，模式切换至近红外光谱采集模式下，自动打开 面素灯光源，采集近红外光谱数据；模式切换至巧光光谱模式下，自动开启紫外激发光源， 在紫外区域中的特定波长下激发，获取巧光光谱数据；模式切换至偏振光谱采集模式下，自 动启动面素灯光源，控制电控光源摇臂、电控检测摇臂、电控平移台，考虑入射天顶角0 1、 探测天顶角0t、起偏、检偏、样品台的方位角梦该五个实验因素采集偏振光谱数据。
[0027] 本发明的有益效果为；
[0028] 本发明W生菜叶片有机磯农药残留为研究对象，探索有机磯农药含磯基团、有机 磯分子结构、叶片微观结构变化分别对近红外光谱、巧光光谱和偏振光谱分布等多维信息 的作用机理，提出多源传感光谱的特征提取、特征优化组合、信息融合及有机磯农药残留种 类及残留量的综合评判的方法。
[0029] 本发明提取对检测农残具有综合优势的近红外光谱特征、巧光光谱特征及偏振光 谱特征，较传统的近红外光谱技术或者巧光光谱技术，拓展了有效光谱波段范围，丰富了光 波信息，提高了特征提取的有效性和可分性。本方法突破制约传统无损检测技术进行农残 高精度检测具有普适性和精确性的瓶颈。通过本发明，利用每种有机磯农药残留所对应的 近红外光谱敏感波段、巧光光谱敏感波段、偏振角度组合及敏感光谱波段，可W有效的分辨 出有机磯农药残留的种类与含量。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明多源光谱采集系统装置示意图。
[003。 图中；1-光源摇臂；2-电控检测摇臂；3-电控平移台；4-电控样本台；5-面素光 源；6-紫外光源；7-多源光谱仪传感器组合；8-遮光罩；9-仪器台架；10-样本；11-计算 机；12-数据采集卡；13-控制模块；14-模式切换键。
【具体实施方式】
[0032] 本发明的理论基础为：
[0033] (1)综合考虑近红外光谱与巧光光谱区分有机磯农残种类
[0034] 有机磯农药品种较多，而且每种农药的毒性不同，国家规定的最大农残量也不同， 所W在检测农药残留时必须弄清农残的种类。如W上存在的问题所述，常用的有机磯农药 (敌敌畏、敌百虫、乐果、