糧食安全的 “科技哨兵”，高光譜成像設(shè)備如何守護(hù)每一粒糧食？

更新時間：2025-12-25

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1. 糧食品質(zhì)檢測的重要性

高光譜成像技術(shù)（HSI）作為融合光譜分析與空間成像的前沿檢測手段，在糧食品質(zhì)檢測領(lǐng)域構(gòu)建起全*位、高精度的分析體系，展現(xiàn)出不可替代的應(yīng)用價值。該技術(shù)通過同步采集樣本的光譜特征與空間分布信息，實(shí)現(xiàn)了糧食外觀形態(tài)與內(nèi)部成分的一體化檢測 —— 空間成像數(shù)據(jù)可精準(zhǔn)識別霉變、不完善粒、品種純度等外觀質(zhì)量指標(biāo)，光譜特征則能深度解析水分、蛋白質(zhì)、淀粉等核心化學(xué)成分的含量分布及物理結(jié)構(gòu)特性，達(dá)成“表芯兼顧"的全維度品質(zhì)評估。

相較于傳統(tǒng)檢測方法依賴化學(xué)試劑、檢測周期長、存在破壞性的局限，HSI技術(shù)以“快速、客觀、非接觸、無損"的核心優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了大批量樣本的高效篩查，既規(guī)避了化學(xué)檢測帶來的二次污染風(fēng)險，又大幅提升了檢測效率與結(jié)果準(zhǔn)確性，完*契合現(xiàn)代食品安全管控與品質(zhì)精細(xì)化管理的發(fā)展需求。隨著計算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，HSI 在糧食品質(zhì)檢測中的應(yīng)用將更加智能化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品加工和糧食儲藏等環(huán)節(jié)提供精準(zhǔn)、高效的質(zhì)量控制手段，有助于推動我國糧食產(chǎn)業(yè)向高質(zhì)量、智能化方向發(fā)展。

2. 高光譜成像技術(shù)在糧食理化品質(zhì)檢測中的應(yīng)用

An et al. (2024)通過結(jié)合高光譜成像技術(shù)與數(shù)據(jù)融合策略，開發(fā)了一種綠色無損的單粒玉米種子活力評估方法。

研究以*酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量為關(guān)鍵生化指標(biāo)，基于人工老化實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了不同老化梯度的種子樣本，并利用偏最小二乘回歸（PLSR）模型預(yù)測CAT和MDA含量，結(jié)合低層與中層數(shù)據(jù)融合策略優(yōu)化模型性能（預(yù)測集RPD分別為2.11和2.93）。進(jìn)一步提出雙閾值判別策略，通過設(shè)定CAT活性（閾值317 μmol·min?1·g?1）和MDA含量（閾值22 nmol·g?1）的聯(lián)合閾值，實(shí)現(xiàn)了種子活力的高效分類，準(zhǔn)確率達(dá)92.9%。

該方法通過生化指標(biāo)與光譜特征的關(guān)聯(lián)性，為種子活力評估提供了可解釋的定量依據(jù)，相比傳統(tǒng)發(fā)芽試驗(yàn)和單一光譜模型，兼具高效性、環(huán)保性和高精度，為農(nóng)業(yè)種子質(zhì)量管理提供了新思路。研究過程如圖7所示。

圖8 研究流程圖

3.雙利合譜高光譜相關(guān)產(chǎn)品推薦（適配糧食品質(zhì)檢測場景）

江蘇雙利合譜作為國*級高*技術(shù)企業(yè)，聚焦高光譜成像技術(shù)研發(fā)，其產(chǎn)品可覆蓋糧食“田間監(jiān)測-儲藏檢測-品種篩選"全流程需求，核心推薦如下：

無人機(jī)載激光雷達(dá)高光譜成像系統(tǒng)（型號：GaiaSky-mini-VLidar）

核心參數(shù)

指標(biāo)	參數(shù)詳情
高光譜模塊	光譜范圍400-1000nm，光譜分辨率3.5nm，光譜通道數(shù)128/224（標(biāo)準(zhǔn)），空間分辨率0.014-0.023m（100m高度）
激光雷達(dá)模塊	三回波設(shè)計，激光點(diǎn)頻*高192萬點(diǎn)/秒，可獲取地物三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)
輔助功能	16/25mm 鏡頭可選，2600w像素 RGB 相機(jī)，GPS 姿態(tài)精度 0.008°（1σ），實(shí)時數(shù)據(jù)校準(zhǔn)與反演輸出
環(huán)境適應(yīng)性	測溫范圍：-20℃-+150℃、+100℃-550℃，激光雷達(dá)主動式探測（不受光線影響，可全天候作業(yè)）

適配糧食品質(zhì)檢測場景

田間大面積監(jiān)測：適用于玉米、水稻等大田作物的生長期品質(zhì)預(yù)警（如水分分布、葉綠素含量），結(jié)合激光雷達(dá)的三維點(diǎn)云，可關(guān)聯(lián)作物株型與籽粒品質(zhì)（如穗部高度與淀粉含量）；

儲藏前大田篩查：快速掃描農(nóng)田，通過高光譜數(shù)據(jù)初步判定糧食水分、脂肪酸含量，篩選優(yōu)質(zhì)區(qū)域進(jìn)行優(yōu)先收購，降低儲藏霉變風(fēng)險

無人機(jī)載日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒庀到y(tǒng)（型號：GaiaSky-SP-SIF）

指標(biāo)	參數(shù)詳情
光譜模塊	光譜范圍650-800nm（葉綠素?zé)晒怅P(guān)鍵波段），光譜采樣間隔 0.17nm，信噪比（SNR）1000:1，18bit A/D 轉(zhuǎn)換
校準(zhǔn)功能	雙余弦校準(zhǔn)器（實(shí)時采集太陽光與目標(biāo)亮度），出廠前絕*輻射定標(biāo)（單位：μW?cm?2?sr?1?nm?1）
輔助功能	35mm/50mm 定焦鏡頭（裸光纖模式可選），GPS 定位（記錄采集區(qū)域經(jīng)緯度），樹莓派操作系統(tǒng)，SD 卡存儲
探測效率	一次飛行可采集多條光譜，支持無人機(jī) / 地面兩用

適配糧食品質(zhì)檢測場景

糧食生長期健康監(jiān)測：通過葉綠素?zé)晒猓?90nm/760nm波峰）反映作物光合效率，預(yù)警干旱、病蟲害等脅迫（脅迫會導(dǎo)致脂肪酸升高、蛋白質(zhì)降低），確保最終糧食品質(zhì)；

品種篩選輔助：對比不同糧食品種的熒光特征，關(guān)聯(lián)后期蛋白質(zhì)含量檢測結(jié)果，快速篩選優(yōu)質(zhì)品種

4.總結(jié)

高光譜技術(shù)已從“實(shí)驗(yàn)室研究"走向“糧食產(chǎn)業(yè)應(yīng)用"，可實(shí)現(xiàn)水分、營養(yǎng)成分、種子活力的全維度無損檢測；雙利合譜的無人機(jī)載高光譜系統(tǒng)（含激光雷達(dá)、熒光檢測）則為該技術(shù)的“規(guī)模化、野外化"應(yīng)用提供了硬件支撐，尤其適配糧食“田間監(jiān)測-品種篩選-儲藏預(yù)警"的實(shí)際需求，助力我國糧食產(chǎn)業(yè)向“高精度、智能化"升級。