近红外高光谱成像技术应用于仓储粮虫生命体征检测

仓储粮虫是全球范围内对粮食安全构成严重威胁的问题。这些微小的生物在粮食中繁殖，不仅会消耗和污染粮食，还会造成巨大的经济损失。传统的粮虫检测方法主要依赖于人工挑选和化学检测，但这些方法不仅耗时，而且对于一些特定种类的粮虫可能不够准确。近红外高光谱成像技术的出现为仓储粮虫检测带来了革新。这种技术能够无损、快速、准确地检测粮虫的生命体征，极大地提高了仓储粮虫的防治效率。

近红外高光谱成像技术的原理与特点

近红外高光谱成像技术结合了光学、化学和计算机科学的原理，利用近红外光线对被检测物进行扫描，然后通过高光谱相机将其转化为图像。这种技术具有以下特点：

1. 无损性：近红外光线不会对被检测物造成物理或化学损伤，可以保证粮食的品质和营养价值。

2. 快速性：近红外高光谱成像技术可以在短时间内完成大量样品的检测，大大提高了检测效率。

3. 准确性：通过对粮虫的生命体征进行识别和分析，该技术能够准确检测出各种类型的粮虫，包括那些难以通过传统方法检测的种类。

近红外高光谱成像技术在仓储粮虫生命体征检测中的应用

在实际应用中，近红外高光谱成像技术主要通过以下步骤进行仓储粮虫的检测：

1. 对仓储粮食进行随机抽样

2. 使用近红外高光谱成像设备对样品进行扫描

3. 通过图像处理技术和模式识别算法，对扫描得到的图像进行分析，以确定是否存在粮虫以及其种类和数量

4. 根据分析结果，采取相应的防治措施

利用近红外高光谱成像技术检测仓储粮虫生命体征

本研究应用了900-1700nm的高光谱相机，可采用赛斯拜克科技有限公司产品SP150M进行相关研究。短波近红外高光谱相机，采集速度全谱段可达200FPS,被广泛应用于成分识别，物质鉴别，机器视觉，农产品品质，屏幕检测等领域。

目前对农作物虫害的防治主要集中在两个方面：一是通过数学模拟的方法，对虫害发生的时间进行预测，然后赶在虫害季节性爆发之前，采取针对性的防治措施；二是在虫害发生以后，对农作物喷洒农药，这就要求严格控制农药施用量，使其既能杀死害虫，又能最小化农药残留影响。因此，确定农药杀死害虫的临界致死效力非常重要。

在农作物虫害防治过程中，害虫在被喷洒农药以后，经常出现假死现象，药效一过就会“死而复生”，继续危害农作物的生长。准确鉴别害虫在施用农药以后的生死状态通常有两种方法：一是感官判断，即采用触碰的方式，通过害虫的反应来判断它的生与死；二是提取害虫的血液进行化学成分分析。第一种方法不够准确，第二种方法费时费力。本文创新性的提出运用高光谱成像技术研究菜青虫的生命状态（单纯的存活与死亡状态以及多种不同生命状态），以快速、无损的方式对菜青虫的生死状态进行鉴别。已有研究表明，利用近红外高光谱成像技术能够对储粮活虫和死虫进行有效判别，但对其不同生命状态的诊断还不够准确，国内外也缺乏相应的研究论文，同时相比储粮害虫，田间蔬菜害虫（例如菜青虫）在应用高光谱成像技术的研究领域还未见报道。

基于近红外高光谱成像技术对菜青虫的生死状态鉴别，能够鉴别施用农药后菜青虫的生与死，防止害虫的假死现象，对测定农药杀死菜青虫的临界致死效力，最小化农药施用量，改善农药残留问题具有重要意义。

采用近红外高光谱成像技术对菜青虫的生命状态进行了鉴别研究。通过提取菜青虫样本光谱数据，以951.5～1649.2 nm光谱的菜青虫光谱信息，结合不同的光谱预处理方法，建立PLS-DA模型，判别效果接近或达到100%。采用SPA 以及 B。对菜青虫生死状态的判别选择特征波长，分别得到17和20个特征波长，以特征波长分别建立PLS-DA，KNN，BPNN以及SVM判别分析模型，取得了较好的效果，判别正确率接近或达到100%，说明近红外高光谱成像技术可以有效实现菜青虫存活与死亡状态的鉴别分析。

应用效果及发展前景和挑战

近红外高光谱成像技术的应用效果显著，能够准确、快速地检测出仓储粮虫的生命体征，为及时防治提供了可能。此外，该技术还可以对粮食的品质和营养价值进行无损检测，为粮食流通领域的溯源和质量控制提供了有力支持。

然而，尽管近红外高光谱成像技术具有显著的优势，但其在实际应用中也面临一些挑战。首先，该技术的设备成本较高，对于一些中小型粮食存储企业可能难以承受。其次，虽然该技术的准确性较高，但仍然存在误判的可能，需要进一步优化算法以提高其准确性。此外，该技术的实施还涉及到粮食的物理性质、化学成分等复杂因素，可能会影响其应用效果。

其他农业领域的应用

近红外高光谱成像技术在仓储粮虫检测中表现出优越的性能，同时也在其他农业领域得到广泛应用。例如，在作物病虫害检测、农药残留检测、土壤养分检测等方面，近红外高光谱成像技术都发挥着重要作用。通过无损、快速、准确地检测作物的生长状况、病虫害情况以及土壤养分含量等信息，该技术为农业生产提供了科学依据和有力支持。

与其他检测技术的对比

与传统检测技术相比，近红外高光谱成像技术具有更高的准确性和效率。例如，对于粮虫的检测，传统的化学检测方法需要将粮食样本进行粉碎和搅拌，然后通过化学试剂与粮虫反应产生特定的颜色变化来判断是否存在粮虫。这种方法不仅对粮食造成了破坏，而且耗时较长，难以实现批量检测。而近红外高光谱成像技术则可以在不破坏粮食的前提下，对整粒粮食进行扫描，并通过对反射光线的波长和强度进行分析来判断是否存在粮虫以及其种类和数量等信息。