倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)是全球范圍內(nèi)對(duì)糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅的問(wèn)題。這些微小的生物在糧食中繁殖，不僅會(huì)消耗和污染糧食，還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的糧蟲(chóng)檢測(cè)方法主要依賴于人工挑選和化學(xué)檢測(cè)，但這些方法不僅耗時(shí)，而且對(duì)于一些特定種類的糧蟲(chóng)可能不夠準(zhǔn)確。近紅外高光譜成像技術(shù)的出現(xiàn)為倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)檢測(cè)帶來(lái)了革新。這種技術(shù)能夠無(wú)損、快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)糧蟲(chóng)的生命體征，極大地提高了倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)的防治效率。

近紅外高光譜成像技術(shù)的原理與特點(diǎn)

近紅外高光譜成像技術(shù)結(jié)合了光學(xué)、化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的原理，利用近紅外光線對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行掃描，然后通過(guò)高光譜相機(jī)將其轉(zhuǎn)化為圖像。這種技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1. 無(wú)損性：近紅外光線不會(huì)對(duì)被檢測(cè)物造成物理或化學(xué)損傷，可以保證糧食的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2. 快速性：近紅外高光譜成像技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)完成大量樣品的檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率。

3. 準(zhǔn)確性：通過(guò)對(duì)糧蟲(chóng)的生命體征進(jìn)行識(shí)別和分析，該技術(shù)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出各種類型的糧蟲(chóng)，包括那些難以通過(guò)傳統(tǒng)方法檢測(cè)的種類。

近紅外高光譜成像技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)生命體征檢測(cè)中的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，近紅外高光譜成像技術(shù)主要通過(guò)以下步驟進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)的檢測(cè)：

1. 對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)糧食進(jìn)行隨機(jī)抽樣

2. 使用近紅外高光譜成像設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行掃描

3. 通過(guò)圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別算法，對(duì)掃描得到的圖像進(jìn)行分析，以確定是否存在糧蟲(chóng)以及其種類和數(shù)量

4. 根據(jù)分析結(jié)果，采取相應(yīng)的防治措施

利用近紅外高光譜成像技術(shù)檢測(cè)倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)生命體征

本研究應(yīng)用了900-1700nm的高光譜相機(jī)，可采用賽斯拜克科技有限公司產(chǎn)品SP150M進(jìn)行相關(guān)研究。短波近紅外高光譜相機(jī)，采集速度全譜段可達(dá)200FPS,被廣泛應(yīng)用于成分識(shí)別，物質(zhì)鑒別，機(jī)器視覺(jué)，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，屏幕檢測(cè)等領(lǐng)域。

目前對(duì)農(nóng)作物蟲(chóng)害的防治主要集中在兩個(gè)方面：一是通過(guò)數(shù)學(xué)模擬的方法，對(duì)蟲(chóng)害發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后趕在蟲(chóng)害季節(jié)性爆發(fā)之前，采取針對(duì)性的防治措施；二是在蟲(chóng)害發(fā)生以后，對(duì)農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥，這就要求嚴(yán)格控制農(nóng)藥施用量，使其既能殺死害蟲(chóng)，又能最小化農(nóng)藥殘留影響。因此，確定農(nóng)藥殺死害蟲(chóng)的臨界致死效力非常重要。

在農(nóng)作物蟲(chóng)害防治過(guò)程中，害蟲(chóng)在被噴灑農(nóng)藥以后，經(jīng)常出現(xiàn)假死現(xiàn)象，藥效一過(guò)就會(huì)“死而復(fù)生”，繼續(xù)危害農(nóng)作物的生長(zhǎng)。準(zhǔn)確鑒別害蟲(chóng)在施用農(nóng)藥以后的生死狀態(tài)通常有兩種方法：一是感官判斷，即采用觸碰的方式，通過(guò)害蟲(chóng)的反應(yīng)來(lái)判斷它的生與死；二是提取害蟲(chóng)的血液進(jìn)行化學(xué)成分分析。第一種方法不夠準(zhǔn)確，第二種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文創(chuàng)新性的提出運(yùn)用高光譜成像技術(shù)研究菜青蟲(chóng)的生命狀態(tài)（單純的存活與死亡狀態(tài)以及多種不同生命狀態(tài)），以快速、無(wú)損的方式對(duì)菜青蟲(chóng)的生死狀態(tài)進(jìn)行鑒別。已有研究表明，利用近紅外高光譜成像技術(shù)能夠?qū)?chǔ)糧活蟲(chóng)和死蟲(chóng)進(jìn)行有效判別，但對(duì)其不同生命狀態(tài)的診斷還不夠準(zhǔn)確，國(guó)內(nèi)外也缺乏相應(yīng)的研究論文，同時(shí)相比儲(chǔ)糧害蟲(chóng)，田間蔬菜害蟲(chóng)（例如菜青蟲(chóng)）在應(yīng)用高光譜成像技術(shù)的研究領(lǐng)域還未見(jiàn)報(bào)道。

基于近紅外高光譜成像技術(shù)對(duì)菜青蟲(chóng)的生死狀態(tài)鑒別，能夠鑒別施用農(nóng)藥后菜青蟲(chóng)的生與死，防止害蟲(chóng)的假死現(xiàn)象，對(duì)測(cè)定農(nóng)藥殺死菜青蟲(chóng)的臨界致死效力，最小化農(nóng)藥施用量，改善農(nóng)藥殘留問(wèn)題具有重要意義。

采用近紅外高光譜成像技術(shù)對(duì)菜青蟲(chóng)的生命狀態(tài)進(jìn)行了鑒別研究。通過(guò)提取菜青蟲(chóng)樣本光譜數(shù)據(jù)，以951.5～1649.2 nm光譜的菜青蟲(chóng)光譜信息，結(jié)合不同的光譜預(yù)處理方法，建立PLS-DA模型，判別效果接近或達(dá)到100%。采用SPA 以及 B。對(duì)菜青蟲(chóng)生死狀態(tài)的判別選擇特征波長(zhǎng)，分別得到17和20個(gè)特征波長(zhǎng)，以特征波長(zhǎng)分別建立PLS-DA，KNN，BPNN以及SVM判別分析模型，取得了較好的效果，判別正確率接近或達(dá)到100%，說(shuō)明近紅外高光譜成像技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)菜青蟲(chóng)存活與死亡狀態(tài)的鑒別分析。

應(yīng)用效果及發(fā)展前景和挑戰(zhàn)

近紅外高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用效果顯著，能夠準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)出倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)的生命體征，為及時(shí)防治提供了可能。此外，該技術(shù)還可以對(duì)糧食的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，為糧食流通領(lǐng)域的溯源和質(zhì)量控制提供了有力支持。

然而，盡管近紅外高光譜成像技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但其在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，該技術(shù)的設(shè)備成本較高，對(duì)于一些中小型糧食存儲(chǔ)企業(yè)可能難以承受。其次，雖然該技術(shù)的準(zhǔn)確性較高，但仍然存在誤判的可能，需要進(jìn)一步優(yōu)化算法以提高其準(zhǔn)確性。此外，該技術(shù)的實(shí)施還涉及到糧食的物理性質(zhì)、化學(xué)成分等復(fù)雜因素，可能會(huì)影響其應(yīng)用效果。

其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

近紅外高光譜成像技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)糧蟲(chóng)檢測(cè)中表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，同時(shí)也在其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，在作物病蟲(chóng)害檢測(cè)、農(nóng)藥殘留檢測(cè)、土壤養(yǎng)分檢測(cè)等方面，近紅外高光譜成像技術(shù)都發(fā)揮著重要作用。通過(guò)無(wú)損、快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)作物的生長(zhǎng)狀況、病蟲(chóng)害情況以及土壤養(yǎng)分含量等信息，該技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)和有力支持。

與其他檢測(cè)技術(shù)的對(duì)比

與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比，近紅外高光譜成像技術(shù)具有更高的準(zhǔn)確性和效率。例如，對(duì)于糧蟲(chóng)的檢測(cè)，傳統(tǒng)的化學(xué)檢測(cè)方法需要將糧食樣本進(jìn)行粉碎和攪拌，然后通過(guò)化學(xué)試劑與糧蟲(chóng)反應(yīng)產(chǎn)生特定的顏色變化來(lái)判斷是否存在糧蟲(chóng)。這種方法不僅對(duì)糧食造成了破壞，而且耗時(shí)較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)批量檢測(cè)。而近紅外高光譜成像技術(shù)則可以在不破壞糧食的前提下，對(duì)整粒糧食進(jìn)行掃描，并通過(guò)對(duì)反射光線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行分析來(lái)判斷是否存在糧蟲(chóng)以及其種類和數(shù)量等信息。