Гиперспектральная визуализация для выявления остатков пестицидов на поверхности хурмы
Хурма – это вкусный и полезный фрукт, богатый витаминами и минералами. Однако, в процессе выращивания, для защиты от болезней и вредителей, могут применяться пестициды, остатки которых, при неправильном использовании, могут оставаться на поверхности плодов.
Теоретические основы
Гиперспектральная визуализация объединяет возможности классической визуализации и спектроскопии. Метод позволяет получать высокодетализированные изображения в узких спектральных диапазонах, что дает возможность одновременно анализировать как пространственную, так и спектральную информацию об объекте. Это позволяет проводить неразрушающий, быстрый и многопараметрический анализ в режиме реального времени.
Материалы и методы эксперимента
Для оценки возможности применения гиперспектральной визуализации для обнаружения пестицидов на хурме был проведен следующий эксперимент:
Получение и обработка гиперспектральных данных
Сбор данных
Гиперспектральные изображения образцов хурмы, обработанных различными пестицидами, были получены с использованием специализированной системы. Процесс съемки осуществлялся путем перемещения платформы с образцами (push-broom сканирование) при фиксированном положении оптики.
Обработка данных
Рисунок 1 - Средний спектр хурмы, обработанной дистиллированной водой и тремя видами остатков пестицидов
Рисунок 2 - Спектральное отражение нормальных образцов хурмы
Полученные гиперспектральные данные подвергались предварительной обработке, включающей удаление шумов, аппроксимацию спектральных кривых и сопоставление со спектральной библиотекой. Это позволяло выделить спектральные характеристики, специфичные для поверхности хурмы. Идентификация остатков пестицидов осуществлялась путем сравнения полученных спектральных характеристик с известными спектрами пестицидов из базы данных.
Результаты и анализ
Рисунок 3 - Диаграмма коэффициентов веса PC-3 остатков пестицида пириметанила
Рисунок 4 - Диаграмма первых трех главных компонент хурмы с остатками пестицида пириметанила
Анализ результатов сопоставления спектров позволил определить типы и концентрации остатков пестицидов на поверхности хурмы. По сравнению с традиционными методами анализа, использование гиперспектральной визуализации обладает рядом преимуществ, таких как неразрушающий характер, высокая скорость, возможность анализа в режиме реального времени и одновременное измерение нескольких параметров. Это делает данный метод перспективным для современного контроля качества и безопасности сельскохозяйственной продукции.
Заключение и перспективы
Технология гиперспектральной визуализации демонстрирует значительный потенциал для обнаружения остатков пестицидов на поверхности хурмы и может найти широкое применение в сельскохозяйственной отрасли. Ожидается, что дальнейшее развитие технологии, снижение стоимости оборудования и повышение разрешения позволят расширить область применения метода для контроля качества и безопасности фруктов и овощей. Будущие разработки будут направлены на повышение скорости анализа, снижение стоимости оборудования и увеличение разрешения, что обеспечит еще более эффективный контроль качества сельскохозяйственной продукции и безопасности пищевых продуктов.
