一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法
2023-10-05 01:06:19 2
一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其首先拍攝點樣前的空白薄層板得到空白薄層板圖像，並將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝得到樣品薄層板圖像，然後將所述的樣品薄層板圖像和空白薄層板圖像進行相減計算得到差分圖像，並進一步對差分圖像依次進行二值化分割和待測農藥樣品及農藥種類的分割得到分割圖像，最後根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強計算出各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值，從而通過區域分割對不同待測農藥樣品進行同時檢測，實現多組分農藥殘留的快速檢測，不僅速度快、成本低、操作簡便，而且穩定性好、重複性高，特別適用於有機氯類、菊酯類農藥殘留的分類快速檢測。
【專利說明】一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農藥殘留檢測【技術領域】，特別是一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法。
【背景技術】
[0002]農藥殘留超標問題是食品安全監管的重點之一，GB 2763-2014《食品安全國家標準食品中農藥最大殘留限量》中已明確規定各類食品的衛生指標，包括有機磷和氨基甲酸酯類、有機氯類、菊酯類農藥的限量標準。常用的檢測方法有氣相色譜、液相色譜、液相色譜-質譜聯用、氣相色譜-質譜聯用等。上述方法均需要大型儀器、購置和運行成本較高、對檢測人員的技術水平要求較高。另外，目前國內農藥殘留的快速檢測方法，主要針對有機磷和氨基甲酸酯類農藥，而有機氯類及菊酯類農藥的快速檢測方法十分罕見。
[0003]薄層色譜法是一種簡便、快捷、經濟的分析方法。薄層色譜法可實現有機氯類、菊酯類農藥殘留的快速檢測，主要包括四個步驟:樣品的前處理提取；點樣；點樣後的展開；展開後對樣品的測定。樣品的前處理、點樣已經是十分成熟的技術。而點樣後的展開、展開後對樣品的測定仍處於不斷探索中。由於有機氯類、菊酯類農藥的種類繁多，採用薄層色譜法，針對多組分農藥樣品，需要進行多步驟展開才能實現良好的分離效果，但是操作將變得繁瑣、檢測時間比較長，並不適用於快速檢測。採用單步展開，操作簡單、檢測時間短，雖然分離效果沒有多步展開的效果好，但是可實現多組分農藥樣品的分類分離，可滿足簡便、快速檢測的要求。
[0004]展開後對樣品的測定，多數採用薄層掃描儀法，存在檢測速度慢、成本高、操作複雜等缺點，不適用於簡便、快速檢測。採用攝像機成像法，檢測速度快、操作方便，但是如何保證檢測的重複性、穩定性，是技術關鍵點與難點。
【發明內容】
[0005]本發明為解決上述問題，提供了一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，不僅操作簡便、速度快，而且穩定性好、重複性高。
[0006]為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0007]一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0008]10.拍攝點樣前的空白薄層板，得到空白薄層板圖像；
[0009]20.將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝，得到樣品薄層板圖像；
[0010]30.將所述的樣品薄層板圖像和空白薄層板圖像進行相減計算，得到差分圖像；
[0011]40.將所述的差分圖像依次進行二值化分割和待測農藥樣品及農藥種類的分割，得到分割圖像；
[0012]50.計算所述分割圖像中的各個分割區域內的光強，並獲取系列不同濃度的農藥殘留標準品的光強；
[0013]60.根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強，計算各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值。
[0014]優選的，所述的步驟10中拍攝點樣前的空白薄層板，主要是根據不同的待測農藥的性能來確定適宜拍攝的波長光照條件，並在該波長光照條件下對所述的空白薄層板進行拍攝，得到空白薄層板圖像。
[0015]優選的，所述的步驟20中將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝，得到樣品薄層板圖像，並對所述的樣品薄層板圖像進行亮度校正，將該樣品薄層板圖像的光強校正到與所述的空白薄層板圖像相同的亮度等級，得到校正後的樣品薄層板圖像。
[0016]優選的，所述的步驟30中將所述的樣品薄層板圖像和空白薄層板圖像進行相減計算，得到差分圖像，並將該差分圖像進行灰度拉伸到[0，255]。
[0017]優選的，所述的步驟40將所述的差分圖像進行二值化分割，主要是將所述的差分圖像進行均值濾波處理，並根據最大類間方差法自動進行閥值計算實現所述差分圖像的二值化分割。
[0018]優選的，所述的步驟40中將所述的差分圖像進行待測農藥樣品及農藥種類的分害J，主要是將所述的樣品薄層板圖像的坐標空間進行樣品和農藥種類的分割，將所述的樣品薄層板圖像分割為M*N區域，其中M代表樣品薄層板上的樣品數量，N代表爬板後的各種農藥種類的區域個數，N越多展開後可以區分的農藥種類越多，且不同的農藥種類存在於不同的橫向坐標空間。
[0019]優選的，所述的步驟40中，還對該分割圖像中的各個分割區域進行連通區域的標識，如果連通區域內的像素個數小於預設值，則認為是無效區域，否則為有效區域。
[0020]優選的，進一步計算所述分割圖像的各個有效區域的光強重心點坐標，得到重心坐標數組，並判斷所述的重心坐標數組是否落在所述的有效區域內，若存在多個重心坐標落在同一個有效區域內，則選取最大的一個連通區域作為有效區域，並將其他區域排除，視為無效區域。
[0021]優選的，若存在兩種相鄰的農藥種類爬板後無法進行區域分割，則進一步縮小該區域，並將其分割為兩種農藥種類的區域。
[0022]優選的，所述的步驟60中根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強，計算各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值，主要是對所述農藥殘留標準品的光強進行曲線擬合，得到農藥殘留標準曲線及其濃度係數，並根據所述待測農藥樣品的光強及其對應的濃度係數，得到待測農藥樣品的最終濃度值。
[0023]本發明的有益效果是:
[0024]本發明的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其首先拍攝點樣前的空白薄層板得到空白薄層板圖像，並將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝得到樣品薄層板圖像，然後將所述的樣品薄層板圖像和空白薄層板圖像進行相減計算得到差分圖像，並進一步對差分圖像依次進行二值化分割和待測農藥樣品及農藥種類的分割得到分割圖像，最後根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強計算出各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值，從而通過區域分割對不同待測農藥樣品進行同時檢測，實現多組分農藥殘留的快速檢測，不僅速度快、成本低、操作簡便，而且穩定性好、重複性高，特別適用於有機氯類、菊酯類農藥殘留的分類快速檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0026]圖1為本發明一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法的流程簡圖；
[0027]圖2為本發明一實施例的空白薄層板圖像的示意圖；
[0028]圖3為圖2的樣品薄層板圖像的示意圖；
[0029]圖4為圖3與圖2相減計算後得到的差分圖像的示意圖；
[0030]圖5為對圖4進行二值化分割的示意圖；
[0031]圖6為待測樣品與農藥種類的分割方法的示意圖；
[0032]圖7本發明所引用的溴氰菊酯農藥標準曲線的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚、明白，以下結合附圖及實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0034]如圖1所示，本發明的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其包括以下步驟:
[0035]10.拍攝點樣前的空白薄層板，得到空白薄層板圖像PhotoGBk(如圖2)；
[0036]20.將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝，得到樣品薄層板圖像 PhotoGTest (如圖 3)；
[0037]30.將所述的樣品薄層板圖像PhotoGTest和空白薄層板圖像PhotoGBk進行相減計算，得到差分圖像(如圖4);
[0038]40.將所述的差分圖像依次進行二值化分割和待測農藥樣品及農藥種類的分割，得到分割圖像(如圖5和圖6)；
[0039]50.計算所述分割圖像中的各個分割區域內的光強，並獲取系列不同濃度的農藥殘留標準品的光強；
[0040]60.根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強，計算各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值。
[0041]所述的步驟10中拍攝點樣前的空白薄層板，主要是根據不同的待測農藥的性能來確定適宜拍攝的波長光照條件，並在該波長光照條件下對所述的空白薄層板進行拍攝，得到空白薄層板圖像PhotoGBk。
[0042]所述的步驟20中將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝，得到樣品薄層板圖像PhotoGTest，主要是在薄層板上進行點樣並將載有樣品的薄層板進行展開，本實施例中，展開劑為正己烷:乙酸乙酯=9:1 ;並對所述的樣品薄層板圖像PhotoGTest進行亮度校正，將該樣品薄層板圖像PhotoGTest的光強校正到與所述的空白薄層板圖像PhotoGBk相同的亮度等級，以消除CCD曝光時間及光源變動的影響，得到校正後的樣品薄層板圖像PhotoGTest2。
[0043]所述的步驟30中將所述的樣品薄層板圖像PhotoGTest和空白薄層板圖像PhotoGBk進行相減計算，得到差分圖像，並將該差分圖像進行灰度拉伸到[0，255]。
[0044]所述的步驟40將所述的差分圖像進行二值化分割，主要是將所述的差分圖像進行3*3均值濾波處理，並根據最大類間方差法自動進行閥值計算實現所述差分圖像的二值化分割，得到分割後的圖像PhotoBW。
[0045]所述的步驟40中將所述的差分圖像進行待測農藥樣品及農藥種類的分割，主要是將所述的樣品薄層板圖像PhotoGTest的坐標空間進行樣品和農藥種類的分割，將所述的樣品薄層板圖像PhotoGTest分割為M*N區域，其中M代表樣品薄層板上的樣品數量，N代表爬板後的各種農藥種類的區域個數，N越多展開後可以區分的農藥種類越多，且不同的農藥種類存在於不同的橫向坐標空間，如圖6所示，本實施例中，M = 3,N = 4，其中，縱向代表三個樣品，1:樣品I ;2:樣品2 ;3:樣品3 ;橫向代表四個農藥類別，①:氯菊酯類農藥；?:聯苯菊酯類農藥:甲氰菊酯類農藥:溴氰菊酯類農藥。根據本發明的檢測方法，可同時實現上述3個樣品的菊酯類農藥殘留的快速檢測，薄層板的最低載藥量為50ng，同時，通過重複性實驗表明，本發明的檢測方法穩定性好、重複性高。
[0046]所述的步驟40中，還對該分割圖像中的各個分割區域進行連通區域的標識，主要是對二值化圖像PhotoBW的亮點(值為I的點)，以8點鄰域進行連通區域標誌，如果連通區域內的像素個數小於預設值，則認為是無效區域，否則為有效區域；進一步計算所述分割圖像的各個有效區域的光強重心點坐標，即樣品薄層板圖像PhotoGTest〗在二值化圖像PhotoBW各個有效區域內的光強的重心點坐標，得到重心坐標數組Ρ0ΝΙΤ[Ν]，並判斷所述的重心坐標數組PONIT[N]是否落在所述的有效區域內，若存在多個重心坐標落在同一個有效區域內，則選取最大的一個連通區域作為有效區域，並將其他區域排除，視為無效區域；若存在兩種相鄰的農藥種類爬板後無法進行區域分割，則進一步縮小該區域，並將其分割為兩種農藥種類的區域。
[0047]所述的步驟60中根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強，計算各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值，主要是對所述農藥殘留標準品的光強進行曲線擬合，得到農藥殘留標準曲線及其濃度係數a、b，例如圖7中引用的溴氰菊酯農藥標準曲線圖，圖中的公式y = a+b*x，其中的a、b即為所述的濃度係數；並根據所述待測農藥樣品的光強及其對應的濃度係數a』、b』，得到待測農藥樣品的最終濃度值。
[0048]作為優選的實施例，本發明的農藥殘留快速檢測方法簡單概括如下:
[0049]a.獲取空白薄層板圖像；
[0050]b.點樣、展開；
[0051]c.獲取待測的樣品薄板層圖像；
[0052]d.對樣品薄板層圖像進行亮度校正；
[0053]e.獲取樣品薄板層圖像與空白薄板層圖像的差分圖像；
[0054]f.對差分圖像進行二值化分割；
[0055]g.對分割後的圖像進行區域標識；
[0056]h.計算區域的亮度重心；
[0057]1.樣品薄層板圖像的樣品、農藥種類的分割；
[0058]j.選取有效區域，排除無效區域；
[0059]k.分割可能存在的連通的兩種農藥；
[0060]1.計算樣品各區域的光強總和；
[0061]m.獲取農藥殘留標準曲線；
[0062]η.計算樣品濃度。
[0063]本發明通過區域分割對不同待測農藥樣品進行同時檢測，實現多組分農藥殘留的快速檢測，不僅速度快、成本低、操作簡便，而且穩定性好、重複性高，特別適用於有機氯類、菊酯類農藥殘留的分類快速檢測。
[0064]上述說明示出並描述了本發明的優選實施例，應當理解本發明並非局限於本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用於各種其他組合、修改和環境，並能夠在本文發明構想範圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和範圍，則都應在本發明所附權利要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟: 10.拍攝點樣前的空白薄層板，得到空白薄層板圖像； 20.將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝，得到樣品薄層板圖像； 30.將所述的樣品薄層板圖像和空白薄層板圖像進行相減計算，得到差分圖像； 40.將所述的差分圖像依次進行二值化分割和待測農藥樣品及農藥種類的分割，得到分割圖像； 50.計算所述分割圖像中的各個分割區域內的光強，並獲取系列不同濃度的農藥殘留標準品的光強； 60.根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強，計算各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值。
2.根據權利要求1所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟10中拍攝點樣前的空白薄層板，主要是根據不同的待測農藥的性能來確定適宜拍攝的波長光照條件，並在該波長光照條件下對所述的空白薄層板進行拍攝，得到空白薄層板圖像。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟20中將點樣後的待測農藥樣品薄層板進行單步展開並進行拍攝，得到樣品薄層板圖像，並對所述的樣品薄層板圖像進行亮度校正，將該樣品薄層板圖像的光強校正到與所述的空白薄層板圖像相同的亮度等級，得到校正後的樣品薄層板圖像。
4.根據權利要求1所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟30中將所述的樣品薄層板圖像和空白薄層板圖像進行相減計算，得到差分圖像，並將該差分圖像進行灰度拉伸到[0，255]。
5.根據權利要求1所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟40將所述的差分圖像進行二值化分割，主要是將所述的差分圖像進行均值濾波處理，並根據最大類間方差法自動進行閥值計算實現所述差分圖像的二值化分割。
6.根據權利要求1所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟40中將所述的差分圖像進行待測農藥樣品及農藥種類的分割，主要是將所述的樣品薄層板圖像的坐標空間進行樣品和農藥種類的分割，將所述的樣品薄層板圖像分割為M*N區域，其中Μ代表樣品薄層板上的樣品數量，N代表爬板後的各種農藥種類的區域個數，Ν越多展開後可以區分的農藥種類越多，且不同的農藥種類存在於不同的橫向坐標空間。
7.根據權利要求1或5或6所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟40中，還對該分割圖像中的各個分割區域進行連通區域的標識，如果連通區域內的像素個數小於預設值，則認為是無效區域，否則為有效區域。
8.根據權利要求7所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:進一步計算所述分割圖像的各個有效區域的光強重心點坐標，得到重心坐標數組，並判斷所述的重心坐標數組是否落在所述的有效區域內，若存在多個重心坐標落在同一個有效區域內，則選取最大的一個連通區域作為有效區域，並將其他區域排除，視為無效區域。
9.根據權利要求7所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:若存在兩種相鄰的農藥種類爬板後無法進行區域分割，則進一步縮小該區域，並將其分割為兩種農藥種類的區域。
10.根據權利要求1所述的一種基於圖像處理的薄層色譜農藥殘留快速檢測方法，其特徵在於:所述的步驟60中根據所述待測農藥樣品的各個分割區域的光強和所述農藥殘留標準品的光強，計算各個區域對應的待測農藥樣品的濃度值，主要是對所述農藥殘留標準品的光強進行曲線擬合，得到農藥殘留標準曲線及其濃度係數，並根據所述待測農藥樣品的光強及其對應的濃度係數，得到待測農藥樣品的最終濃度值。
【文檔編號】G01N30/90GK104502519SQ201410812211
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】蔡慶國, 江秋菊, 鄭朝雄, 楊彬, 鍾應立, 楊德輝 申請人:廈門海葒興科技股份有限公司