CN102565044B - 基于图像处理的农药残留速测卡检测方法 - Google Patents

基于图像处理的农药残留速测卡检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农药残留速测卡检测和图像处理技术领域，公开了一种基于图像处理的农药残留速测卡检测方法，包括步骤：S1.用速测卡对样品进行农药残留含量检测；S2.获取检测后速测卡上的图像；S3.对图像进行预处理；S4.计算预处理后图像的红色分量的平均色度值R；S5.计算两个标准RGB色卡的平均色度值R1和R2，若R1落入预设区间，且R2落入另一预设区间，则执行步骤S6，否则对平均色度值R校正；S6.根据空白对照速测卡的平均色度值Rmax、原始速测卡的平均色度值R0和检测样品后速测卡的平均色度值R或校正值R’计算胆碱酯酶的抑制率；S7.根据抑制率判断速测卡测得的农药残留含量的性质。本发明能准确地判断速测卡中胆碱酯酶的抑制率，从而实现快速测定农药残留含量的目的。

Description

基于图像处理的农药残留速测卡检测方法
技术领域
本发明涉及农药残留速测卡检测和图像处理技术领域，具体涉及一种基于图像处理的农药残留速测卡检测方法。
背景技术
国家标准《GB/T 5009.199-2003蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测速测卡法》制定了采用固化有胆碱酯酶和靛酚乙酸酯试剂的速测卡快速筛选测定蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯的方法。基于此方法，国内也相继出现相关的专利技术和产品，如：食物残留农药的检测卡片(请参见公开号为CN2611892的国家专利)，农药环境污染诊断速测卡及其制造方法(请参见公开号为CN1540320的国家专利)，和蔬菜农药残留速测卡(请参见公开号为CN2751303的国家专利)等。但是由于速测卡方法是通过与空白对照卡比较，以白色药片“不变色或浅蓝色”为阳性结果，“天蓝色或与空白对照卡相同”为阴性结果。这一方法中，浅蓝色、天蓝色和空白对照卡色的概念叙述模糊，且对速测卡的检测目前由人工来完成，而人类视觉具有主观性，不同人之间存在着色觉差异，因此仅凭人工来判断不变色、浅蓝色、天蓝色和空白对照卡色不可能实现准确检测，最终会造成实际检测工作中错检、漏检率高。因此有必要研发快速可靠的机器视觉技术来进行速测卡的色彩检测。
目前市场上的农药残留速测仪，主要集中应用于GB/T5009.199-2003中的酶抑制法(分光光度法)，原理等同于传统的分光光度计。由北京智云达科技有限公司申请的公开号为CN101614672的发明专利申请“一种便携式可扩展的试剂分析方法及其设备”使用“颜色的深浅与样品中各种成分的浓度成正比”的方法来检测速测卡中的农药残留。其方法过于宽泛，且颜色深浅定义不严密，同样存在检测准度差的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何准确地判断速测卡中胆碱酯酶的抑制率，从而实现快速测定农药残留含量的目的。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于图像处理的农药残留速测卡检测方法，包括以下步骤：
S1、用速测卡对样品进行农药残留含量检测，获取检测结果；
S2、获取检测后所述速测卡上的图像；
S3、对所述图像进行预处理；
S4、计算预处理后图像的红色分量的平均色度值R；
S5、计算两个标准RGB色卡的平均色度值R1和R2，若所得色度值R1落入预设区间，且R2落入另一预设区间，则执行步骤S6，否则对所述平均色度值R进行校正，得到校正后的值R’；
S6、根据空白对照速测卡的平均色度值Rmax、原始不变色的速测卡的平均色度值R0和检测样品后速测卡的平均色度值R，或根据Rmax、R0和校正后的值R’计算胆碱酯酶的抑制率；
S7、根据所述胆碱酯酶的抑制率判断所述速测卡测得的农药残留含量的性质。
优选地，步骤S2中，获取图像的条件为：在封闭空间内，且白色光源条件下。
优选地，步骤S3中，进行图像预处理包括进行图像的中值滤波降噪和边缘检测锐化。
优选地，步骤S4具体为：对预处理后的图像提取RGB颜色空间，对图像的黄色分量进行灰度调整，然后对速测卡区域和背景区域进行阈值分割，建立一个与速测卡图像像素相同大小的n×m矩阵Am×n，在该矩阵中，对图像中的红色分量提取特征值Rij，并根据该特征值Rij求得Am×n矩阵中红色分量的平均色度值R，其中i＝1，...，m，j＝1，...，n。
优选地，计算两个标准RGB色卡#0000CD和#D2691E的平均色度值R1和R2，若所得色度值R1落入区间[0，6]，且R2落入区间[205，215]，则执行步骤S6；若R1、R2分别超出区间[0，6]和[205，215]一定的阈值，则对平均色度值R进行校正，得到校正后的值R’：
R’＝(R-R1)*210/(R2-R1)。
优选地，步骤S6中，所述胆碱酯酶的抑制率＝(R-Rmax)/(R0-Rmax)×100％，其中，若未对R进行校正，则R＝R，否则R＝R’。
优选地，步骤S7中，判断速测卡所测得的农药残留含量的性质的方式为：若所述胆碱酯酶的抑制率大于50％，判断为阳性；大于30％，且小于50％时，判断为疑似阳性；小于30％时，判断为阴性。
(三)有益效果
本发明利用图像处理技术设计出一种测量农药残留含量的方法，相对于传统的目测方法，能准确地判断速测卡中胆碱酯酶的抑制率，从而实现快速测定农药残留含量的目的。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
A、选择市场上常见的农药速测卡(绿洲生化AC101)，按照国家标准《GB/T 5009.199-2003蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测速测卡法》测定样品大白菜中的农药残留含量；
B、将维视图像VS-VGA200S工业相机固定在速测卡正上方50cm处，选用CCS面发光HPD-150SW白色光源，光源固定在速测卡的后上方50cm处(45度入射角)。图像采集卡选用VS-VGA100以将图像信号转化为数据信号；
C、相机获取速测卡的图像后，首先进行图像的中值滤波降噪和边缘检测锐化。对彩色的速测卡图像提取RGB颜色空间，对速测卡图像的黄色分量进行灰度调整，然后对速测卡区域和背景区域进行阈值分割，建立一个与速测卡片图像像素相同大小的n×m矩阵An×m，在该矩阵中，对速测卡图像中的红色分量提取特征值Rij，并根据特征值Rij求An×m矩阵中红色分量的平均色度值R为51，计算公式为
Figure BDA0000122175580000041
Figure BDA0000122175580000042
D、用步骤C中的公式对两块标准RGB色卡进行平均色度值计算得到0和208；
E、计算空白对照速测卡的平均色度值(对不含农药残留的样品做实验的速测卡用步骤C中的计算公式计算得出)为23，原始不变色的速测卡的平均色度值(未做实验的速测卡用步骤C中的计算公式计算得出)为245；
F、根据公式(R-Rmax)/(R0-Rmax)×100％(若未对R进行校正，则R＝R，否则R＝R’，R’＝(R-R1)*210/(R2-R1))计算出当前样品的测试抑制率约为13％，为阴性。
实施例二
A、在大白菜的匀浆后的样品中加入适量的乐果标准样品溶液，使得大白菜样品中乐果的浓度为0.5mg/kg；选择市场上常见的农药速测卡(绿洲生化AC101)，按照国家标准《GB/T 5009.199-2003蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测速测卡法》测定样品大白菜中的农药残留含量；
B、将维视图像VS-VGA200S工业相机固定在速测卡正上方50cm处，选用CCS面发光HPD-150SW白色光源，光源固定在速测卡的后上方50cm处(45度入射角)。图像采集卡选用VS-VGA100以将图像信号转化为数据信号；
C、相机获取速测卡的图像后，首先进行图像的中值滤波降噪和边缘检测锐化。对彩色的速测卡图像提取RGB颜色空间，对速测卡图像的黄色分量进行灰度调整，然后对速测卡区域和背景区域进行阈值分割，建立一个与速测卡片图像像素相同大小的n×m矩阵An×m，在该矩阵中，对速测卡图像中的红色分量提取特征值Rij，并求An×m矩阵中红色分量的平均色度值R为93；
D、对两块标准RGB色卡进行平均色度值计算为1和211；
E、计算空白对照速测卡的平均色度值为20，原始不变色的速测卡的平均色度值为238；
F、计算当前样品的测试抑制率约为33％，为疑似阳性。
实施例三
A、在大白菜的匀浆后的样品中加入适量的敌百虫标准样品溶液，使得大白菜样品中敌百虫的浓度为0.5mg/kg；选择市场上常见的农药速测卡(绿洲生化AC101)，按照国家标准《GB/T 5009.199-2003蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的快速检测速测卡法》测定样品大白菜中的农药残留含量；
B、将维视图像VS-VGA200S工业相机固定在速测卡正上方50cm处，选用CCS面发光HPD-150SW白色光源，光源固定在速测卡的后上方50cm处(45度入射角)。图像采集卡选用VS-VGA100以将图像信号转化为数据信号；
C、相机获取速测卡的图像，首先进行图像的中值滤波降噪和边缘检测锐化。对彩色的速测卡图像提取RGB颜色空间，对速测卡图像的黄色分量进行灰度调整，然后对速测卡区域和背景区域进行阈值分割，建立一个与速测卡片图像像素相同大小的n×m矩阵An×m，在该矩阵中，对速测卡图像中的红色分量提取特征值Rij，并求An×m矩阵中红色分量的平均色度值R为176；
D、对两块标准RGB色卡进行平均色度值计算为10和200，对步骤C获得的平均色度值176校正后得到的校正值约为183；
E、计算空白对照速测卡的平均色度值为15，原始不变色的速测卡的平均色度值为245；
F、计算当前样品的测试抑制率约为73％，为阳性。
由以上实施例可以看出，本发明利用图像处理技术设计出一种测量农药残留含量的方法，相对于传统的目测方法，能准确地判断速测卡中胆碱酯酶的抑制率，从而实现快速测定农药残留含量的目的。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于图像处理的农药残留速测卡检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用速测卡对样品进行农药残留含量检测，获取检测结果； 
S2、获取检测后所述速测卡上的图像； 
S3、对所述图像进行预处理； 
S4、计算预处理后图像的红色分量的平均色度值R； 
S5、计算两个标准RGB色卡的平均色度值R1和R2，若所得色度值R1落入预设区间，且R2落入另一预设区间，则执行步骤S6，否则对所述平均色度值R进行校正，得到校正后的值R’，其中，R’=(R-R1)*210/(R2-R1)； 
S6、根据空白对照速测卡的平均色度值Rmax、原始不变色的速测卡的平均色度值R0和检测样品后速测卡的平均色度值R，或根据Rmax、R0和校正后的值R’计算胆碱酯酶的抑制率； 
S7、根据所述胆碱酯酶的抑制率判断所述速测卡测得的农药残留含量的性质； 
步骤S4具体为：对预处理后的图像提取RGB颜色空间，对图像的黄色分量进行灰度调整，然后对速测卡区域和背景区域进行阈值分割，建立一个与速测卡图像像素相同大小的m×n矩阵Am×n，在该矩阵中，对图像中的红色分量提取特征值Rij，并根据该特征值Rij求得Am×n矩阵中红色分量的平均色度值R，其中i=1,…,m，j=1,…,n。 
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，获取图像的条件为：在封闭空间内，且白色光源条件下。 
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，进行图像预处理包括进行图像的中值滤波降噪和边缘检测锐化。 
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算两个标准RGB色卡#0000CD和#D2691E的平均色度值R1和R2，若所得色度值R1落 入区间[0，6]，且R2落入区间[205，215]，则执行步骤S6；若R1、R2分别超出区间[0，6]和[205，215]一定的阈值，则对平均色度值R进行校正，得到校正后的值R’。 
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S6中，所述胆碱酯酶的抑制率=（R-Rmax）/（R0-Rmax）×100%，其中，若未对R进行校正，则R=R，否则R=R’。 
6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤S7中，判断速测卡所测得的农药残留含量的性质的方式为：若所述胆碱酯酶的抑制率大于50%，判断为阳性；大于30%，且小于50%时，判断为疑似阳性；小于30%时，判断为阴性。 
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