[发明专利]数字成像系统及其快速检测果蔬中有机磷农药残留的方法

权利要求书

1.一种数字成像系统，其特征在于，所述系统包括光源提供子系统、图像采集子系统、光学平台；所述光源提供子系统包括光源控制器、光源、光纤；所述图像采集子系统包括镜头、CMOS摄像机、图像采集卡、数据线和计算机；其中，所述光源控制器、光源和光纤依次连接；所述镜头安装在CMOS摄像机上；所述图像采集卡安装在COMS摄像机里；所述COMS摄像机通过数据线与所述计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种数字成像系统，其特征在于，所述图像采集子系统还包括滤光片回转轮和滤光片；所述滤光片回转轮和滤光片固定于光学平台上。

3.根据权利要求1和2所述的一种数字成像系统，其特征在于，所述系统还包括暗箱；所述镜头、CMOS摄像机、图像采集卡、滤光片回转轮和滤光片置于暗箱内。

4.利用权利要求1所述的数字成像系统快速检测果蔬中有机磷农药残留的方法，所述有机磷农药为含硫有机磷农药中的毒死蜱、乐果或辛硫磷，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）被测果蔬样品的预处理：将果蔬样品切碎，用乙醇萃取样品中的有机磷农药，用氯化钯作为显色剂，醋酸作助溶剂，与有机磷农药溶液发生显色反应；

2）利用分光光度计确定每种有机磷农药溶液发生显色反应后的特征波长，从而选定相应敏感波长的滤光片；

3）利用权利要求1所述的数字成像系统和选定的滤光片得到样品灰度值和有机磷农药浓度，构建被测果蔬中有机磷农药含量的预测评估模型；

4）对被测样品进行1）所示的预处理，利用数字成像系统得到该样品的图像灰度值，与步骤4）中的预测评估模型比较，如果预测模型判断样品特征处于含有残留的区间内，则说明待测样品中含有毒死蜱、乐果或辛硫磷，同时根据灰度值，计算毒死蜱、乐果或辛硫磷残留的浓度；如果预测模型判断样品特征处于不含残留的区间内，则说明被测样品不含有毒死蜱、乐果或辛硫磷。

5.权利要求4所述的利用数字成像系统快速检测果蔬中有机磷农药残留的方法，其特征在于，所述步骤2)中对相应敏感波长的滤光片的确定包括如下步骤：

a. 含硫有机磷农药分别选用市售40wt%的毒死蜱、乐果和辛硫磷溶液，利用可见光分光光度计分别采集的不同浓度的可见光光谱图；

b. 将不同浓度的毒死蜱、乐果和辛硫磷和一定量氯化钯醋酸溶液发生显色反应后，利用可见光分光光度计分别采集反应后的可见光光谱图；

c. 将上述两个步骤中得到的可见光光谱图进行对比，筛选出特征波长；

d. 根据每种农药的特征波长的范围，确定数字成像系统中的相应敏感波长的滤光片；

经过显色反应后光谱筛选和验证，氯化钯醋酸溶液与毒死蜱发生显色反应后的特征吸收峰均在420nm附近，和乐果发生显色反应后的特征吸收峰在500nm附近，与辛硫磷发生显色反应后的特征吸收峰均在510nm附近，根据仪器的分辨率以及图像采集系统的精度，分别以410nm-430nm、490nm-510nm、500nm-520nm作为检测毒死蜱、乐果、辛硫磷的滤光片的敏感波长。

6.权利要求4所述的利用数字成像系统快速检测果蔬中有机磷农药残留的方法，其特征在于，所述步骤3)中果蔬中有机磷农药含量的预测评估模型的建立包含如下的步骤：

①利用气相色谱-质谱联用仪对被测样品进行检测验证，确保所有该品种样品中不含有毒死蜱、乐果和辛硫磷及其它有机磷农药残留；

②分别对样品人工喷洒不同浓度的毒死蜱、乐果或辛硫磷农药，进行步骤1)中的显色反应预处理，并进行标注；

③通过CMOS摄像机和镜头采集该波长下的有机磷农药溶液图像，利用灰度阈值分割技术，用于将所拍摄到灰度图像转换成为二值图像；其具体步骤是：

a）选择图像灰度中值作为初始阈值T；

b）利用阈值T把图像分割成两个区域，分别计算这两个区域的灰度均值； 

c）对两个灰度均值再取平均作为新阈值T；

d）重复步骤b）和c）直到新阈值与上个阈值的差小于给定值；

e）根据最后得到的阈值T对图像进行二值化；

④通过形态学方法对步骤3）所得到的二值化图像进一步处理，去掉图像中烧杯边缘的部分。使用的是开启，即先腐蚀、再膨胀，从而得到白色的溶液部分，并取为1和黑色的背景部分，并取为0；

⑤用步骤④得到的图像与原始图像进行相乘，从而得到只含有有机磷农药溶液部分的灰度图像；从而进一步得到有机磷农药溶液部分图像的灰度值；

⑥将图像的灰度值作为因变量，样本浓度作为自变量构建一元线性回归模型。