高光谱数据采集与样本制备技巧

1.样本制备

农药炔螨特标准物质（标准值为1.00mg/mL，以乙腈为溶剂）购自中国计量科学研究院，根据中华人民共和国农业行业标准：NY1500.41.3～1500.41.6—2009、NY1500.50～1500.92—2009规定，炔螨特最大残留量为5mg/kg。使用标准物质在浓度范围2～20mg/kg配制20个样本，浓度分布见表4-2。

农药毒死蜱标准物质（标准值1.01mg/ml，以甲醇为溶剂）同样购自中国计量科学研究院，根据中华人民共和国农业行业标准：NY1500.41.3～1500.41.6—2009，NY1500.50～1500.92—2009规定，毒死蜱最大残留量为1mg/kg。使用标准物质在浓度范围0.03～6mg/kg配制26个样本，浓度分布见表4-1，随机选择1号、3号、5号、8号、9号、11号、16号、17号、19号、20号、21号、22号、24号、25号、26号作为校正集，2号、6号、15号、18号、23号作为预测集。

分别用移液枪取每种浓度的农药样本150μL和100μL滴在购买的无公害水晶皇冠梨表面，如图4-10所示，放置8h后进行数据采集。在每个水晶皇冠梨样本表面都滴有150μL和100μL的农业标准规定的最大残留量农药样本与其他浓度农药样品进行比对。

图4-10 水晶皇冠梨样本制备

图4-11 北京卓立汉光仪器有限公司HyperSIS-NIR HSI系统(www.xing528.com)

2.HSI数据采集

HSI数据采集使用北京卓立汉光仪器有限公司HyperSIS-NIR近红外光增强型HSI系统。

该系统主要由高光谱成像仪、CCD相机、光源、暗箱、计算机组成，如图4-11所示。

光谱扫描范围：835.4678～1648.3568nm，光谱分辨率为6.3nm。扫描速度：60图像/s，焦平面阵列为320×256。曝光时间0.03s，传送带的传输速度为2.35mm/s。

高光谱图像数据的采集使用spectraSENS高光谱软件，HSI数据分析软件使用ENVI4.7、MATLAB7.7和OPUS6.5。

在采集高光谱图像数据之前，为了克服光强分布弱的波段存在的图像噪声和暗电流的影响，首先扫描标准白板采集反射率为100%的全白标定图像D_white，然后盖上摄像头盖采集反射率为0的全黑标定图像D_dark，进行黑白标定后再进行样本光谱图像Dsample的采集，由此可根据式（4-1）得到黑白标定后的相对样本光谱图像的感兴趣像素区域c或波段i处的反射率R：