高光谱成像对小麦品质综合评价

小麦起源于公元前7000年左右的中东地区，可以说是世界上最重要和最受欢迎的粮食作物之一。小麦的种植、加工和分销对许多国家的经济都有重大贡献，是全球市场上交易最多的商品之一。根据联合国粮食及农业组织的统计数据，小麦是世界上产量第三多的粮食作物，仅次于水稻和玉米。其生产集中在80多个国家，其中大多数来自亚洲、欧洲和美洲地区的几个国家（2000-2021年的数据如图1所示）。中国目前是全球最大的小麦生产国，从2000年到2021年，年产量超过1亿吨，总产量为25.4亿吨，其次是印度、俄罗斯和美利坚合众国。

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小麦籽粒质量评价

小麦品质是一个极其复杂的综合概念，可分为加工质量，可食用质量、营养质量和卫生质量。从不同的角度来看。这些品质之间存在差异和相关性。一个指标可以用来同时反映两个或两个以上的质量。

小麦籽粒质量评价包括评估各种物理和化学特性，以确定其是否适合特定的终端设备，通常使用手工和化学方法进行。这些传统的方法不能满足对大量样品的现场检测的要求。因此，开发更先进的分析工具取代部分或全部传统的检测方法，快速、无损、准确地评价小麦质量，提高检测效率，降低成本是必要的。以非预处理、无污染、非接触、方便和快速特性为特征的光学威廉希尔官方网站 ，如近红外光谱和计算机视觉，已经被研究评价小麦质量，并取得了良好的结果。原则上，NIR是一个在780-2526nm范围内的电磁波，分为NIR短波（780-1100nm）和NIR长波（1100-2526nm）两个区域。NIR检测主要基于氢的双波吸收和谐波吸收的分子振动。

对这些信号进行各种图像处理操作，以进行提取目标的特征，然后根据预设的公差等条件输出结果，以实现自动识别。与这两种光学威廉希尔官方网站 不同，高光谱成像威廉希尔官方网站 不仅提供指示内部化学成分信息的光谱信息，还提供反映外部形态特征的图像信息。高光谱成像威廉希尔官方网站 提供了更多的信息，可以更全面、更准确地评价目标质量，比单独使用近红外光谱和计算机视觉更先进。高光谱成像威廉希尔官方网站 在电磁波谱中捕获许多狭窄和连续波段的数据。高光谱图像中的每个像素都包含一个信息光谱，允许根据材料的光谱特征对材料进行详细的分析和识别。

为加强和加深对高光谱成像威廉希尔官方网站 在小麦质量评价中的认识，对近五年（2018-2023年）小麦质量评价的物理、化学、营养成分测定、品种鉴定、真菌和霉菌毒素检测、损害评价、掺假分类的研究结果进行了综合回顾（如图2所示）。讨论了高光谱成像威廉希尔官方网站 在小麦品质评价中的挑战及其未来工业应用前景。

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图2 利用不同指标评价小麦品质的高光谱成像威廉希尔官方网站 概述图

高光谱成像威廉希尔官方网站 原理及分析程序

高光谱成像威廉希尔官方网站 系统将成像和光谱学威廉希尔官方网站 集成到一个系统中，同时获取空间图像信息和光谱数据。一个典型的高光谱成像威廉希尔官方网站 系统由光谱仪、摄像机、照明设备、移动平台和安装有数据处理软件的计算机组成，并放置在一个黑盒中，如图3a所示。

高光谱成像威廉希尔官方网站 系统生成三维超立方体，包括二维空间数据和一维光谱数据，形成连续波长的图像堆叠，也可以解释为不同波长的空间图像的叠加（图3b)。超立方体通常通过三种光感知模式获得，如反射、透射和相互作用。反射模式通常用于评估外部质量特征，包括颜色、尺寸、表面纹理、损伤和物理缺陷，而透射模式通常用于评估内部成分和缺陷。通过交互模式可以获得更深入的信息。根据分析的目的和样本的性质，可以选择最合适的模式来收集超立方体。采用点扫描、线扫描、区域扫描和单次拍摄程序等四种不同的模式来获取高光谱图像，线扫描是食品分析中最常用的模式。

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图3食品质量分析的高光谱成像威廉希尔官方网站 的一般程序

a高光谱成像威廉希尔官方网站 系统,b. 超立方体, c.高光谱分析的步骤

3、结论

小麦籽粒含有多种化学成分，有些成分直接或间接影响小麦品质。具体来说，水分含量直接影响着小麦的贮藏寿命和质量。蛋白质是小麦中最重要的化学成分和营养物质之一，其含量直接影响着小麦面筋的弹性和口感。淀粉是小麦的主要成分，其含量直接影响着小麦面筋的品质和口感。灰分是小麦中无机物的总称，其含量也是评价小麦品质的重要指标之一。

B、Ca、Cu、铁、镁、Mn、Mo、锌等微量元素是评价小麦营养品质的重要因素。

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