一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)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，并將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝得到樣品薄層板圖像，然后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，并進一步對差分圖像依次進行二值化分割和待測農(nóng)藥樣品及農(nóng)藥種類的分割得到分割圖像，最后根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強計算出各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值，從而通過區(qū)域分割對不同待測農(nóng)藥樣品進行同時檢測，實現(xiàn)多組分農(nóng)藥殘留的快速檢測，不僅速度快、成本低、操作簡便，而且穩(wěn)定性好、重復性高，特別適用于有機氯類、菊酯類農(nóng)藥殘留的分類快速檢測。
【專利說明】一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)藥殘留檢測【技術領域】，特別是一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法。

【背景技術】
[0002]農(nóng)藥殘留超標問題是食品安全監(jiān)管的重點之一，GB 2763-2014《食品安全國家標準食品中農(nóng)藥最大殘留限量》中已明確規(guī)定各類食品的衛(wèi)生指標，包括有機磷和氨基甲酸酯類、有機氯類、菊酯類農(nóng)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(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)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(nèi)農(nóng)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(nóng)藥，而有機氯類及菊酯類農(nóng)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(jīng)濟的分析方法。薄層色譜法可實現(xiàn)有機氯類、菊酯類農(nóng)藥殘留的快速檢測，主要包括四個步驟:樣品的前處理提?。稽c樣；點樣后的展開；展開后對樣品的測定。樣品的前處理、點樣已經(jīng)是十分成熟的技術。而點樣后的展開、展開后對樣品的測定仍處于不斷探索中。由于有機氯類、菊酯類農(nóng)藥的種類繁多，采用薄層色譜法，針對多組分農(nóng)藥樣品，需要進行多步驟展開才能實現(xiàn)良好的分離效果，但是操作將變得繁瑣、檢測時間比較長，并不適用于快速檢測。采用單步展開，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(xiàn)多組分農(nóng)藥樣品的分類分離，可滿足簡便、快速檢測的要求。
[0004]展開后對樣品的測定，多數(shù)采用薄層掃描儀法，存在檢測速度慢、成本高、操作復雜等缺點，不適用于簡便、快速檢測。采用攝像機成像法，檢測速度快、操作方便，但是如何保證檢測的重復性、穩(wěn)定性，是技術關鍵點與難點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，不僅操作簡便、速度快，而且穩(wěn)定性好、重復性高。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0007]一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于，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.將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝，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(nóng)藥樣品及農(nóng)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(qū)域內(nèi)的光強，并獲取系列不同濃度的農(nóng)藥殘留標準品的光強；
[0013]60.根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強，計算各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值。
[0014]優(yōu)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(jù)不同的待測農(nóng)藥的性能來確定適宜拍攝的波長光照條件，并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(yōu)選的，所述的步驟20中將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝，得到樣品薄層板圖像，并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，得到校正后的樣品薄層板圖像。
[0016]優(yōu)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，并將該差分圖像進行灰度拉伸到[0，255]。
[0017]優(yōu)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，并根據(jù)最大類間方差法自動進行閥值計算實現(xiàn)所述差分圖像的二值化分割。
[0018]優(yōu)選的，所述的步驟40中將所述的差分圖像進行待測農(nóng)藥樣品及農(nóng)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(nóng)藥種類的分割，將所述的樣品薄層板圖像分割為M*N區(qū)域，其中M代表樣品薄層板上的樣品數(shù)量，N代表爬板后的各種農(nóng)藥種類的區(qū)域個數(shù)，N越多展開后可以區(qū)分的農(nóng)藥種類越多，且不同的農(nóng)藥種類存在于不同的橫向坐標空間。
[0019]優(yōu)選的，所述的步驟40中，還對該分割圖像中的各個分割區(qū)域進行連通區(qū)域的標識，如果連通區(qū)域內(nèi)的像素個數(shù)小于預設值，則認為是無效區(qū)域，否則為有效區(qū)域。
[0020]優(yōu)選的，進一步計算所述分割圖像的各個有效區(qū)域的光強重心點坐標，得到重心坐標數(shù)組，并判斷所述的重心坐標數(shù)組是否落在所述的有效區(qū)域內(nèi)，若存在多個重心坐標落在同一個有效區(qū)域內(nèi)，則選取最大的一個連通區(qū)域作為有效區(qū)域，并將其他區(qū)域排除，視為無效區(qū)域。
[0021]優(yōu)選的，若存在兩種相鄰的農(nóng)藥種類爬板后無法進行區(qū)域分割，則進一步縮小該區(qū)域，并將其分割為兩種農(nóng)藥種類的區(qū)域。
[0022]優(yōu)選的，所述的步驟60中根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強，計算各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值，主要是對所述農(nóng)藥殘留標準品的光強進行曲線擬合，得到農(nóng)藥殘留標準曲線及其濃度系數(shù)，并根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的光強及其對應的濃度系數(shù)，得到待測農(nóng)藥樣品的最終濃度值。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)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，并將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝得到樣品薄層板圖像，然后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，并進一步對差分圖像依次進行二值化分割和待測農(nóng)藥樣品及農(nóng)藥種類的分割得到分割圖像，最后根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強計算出各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值，從而通過區(qū)域分割對不同待測農(nóng)藥樣品進行同時檢測，實現(xiàn)多組分農(nóng)藥殘留的快速檢測，不僅速度快、成本低、操作簡便，而且穩(wěn)定性好、重復性高，特別適用于有機氯類、菊酯類農(nóng)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(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法的流程簡圖；
[0027]圖2為本發(fā)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相減計算后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(nóng)藥種類的分割方法的示意圖；
[0032]圖7本發(fā)明所引用的溴氰菊酯農(nóng)藥標準曲線的示意圖。

【具體實施方式】
[0033]為了使本發(fā)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(fā)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(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)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.將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝，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(nóng)藥樣品及農(nóng)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(qū)域內(nèi)的光強，并獲取系列不同濃度的農(nóng)藥殘留標準品的光強；
[0040]60.根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強，計算各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)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(jù)不同的待測農(nóng)藥的性能來確定適宜拍攝的波長光照條件，并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中將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝，得到樣品薄層板圖像PhotoGTest，主要是在薄層板上進行點樣并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 ;并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，得到校正后的樣品薄層板圖像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，并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，并根據(jù)最大類間方差法自動進行閥值計算實現(xiàn)所述差分圖像的二值化分割，得到分割后的圖像PhotoBW。
[0045]所述的步驟40中將所述的差分圖像進行待測農(nóng)藥樣品及農(nóng)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(nóng)藥種類的分割，將所述的樣品薄層板圖像PhotoGTest分割為M*N區(qū)域，其中M代表樣品薄層板上的樣品數(shù)量，N代表爬板后的各種農(nóng)藥種類的區(qū)域個數(shù)，N越多展開后可以區(qū)分的農(nóng)藥種類越多，且不同的農(nóng)藥種類存在于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(nóng)藥類別，①:氯菊酯類農(nóng)藥；?:聯(lián)苯菊酯類農(nóng)藥:甲氰菊酯類農(nóng)藥:溴氰菊酯類農(nóng)藥。根據(jù)本發(fā)明的檢測方法，可同時實現(xiàn)上述3個樣品的菊酯類農(nóng)藥殘留的快速檢測，薄層板的最低載藥量為50ng，同時，通過重復性實驗表明，本發(fā)明的檢測方法穩(wěn)定性好、重復性高。
[0046]所述的步驟40中，還對該分割圖像中的各個分割區(qū)域進行連通區(qū)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(qū)域標志，如果連通區(qū)域內(nèi)的像素個數(shù)小于預設值，則認為是無效區(qū)域，否則為有效區(qū)域；進一步計算所述分割圖像的各個有效區(qū)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(qū)域內(nèi)的光強的重心點坐標，得到重心坐標數(shù)組Ρ0ΝΙΤ[Ν]，并判斷所述的重心坐標數(shù)組PONIT[N]是否落在所述的有效區(qū)域內(nèi)，若存在多個重心坐標落在同一個有效區(qū)域內(nèi)，則選取最大的一個連通區(qū)域作為有效區(qū)域，并將其他區(qū)域排除，視為無效區(qū)域；若存在兩種相鄰的農(nóng)藥種類爬板后無法進行區(qū)域分割，則進一步縮小該區(qū)域，并將其分割為兩種農(nóng)藥種類的區(qū)域。
[0047]所述的步驟60中根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強，計算各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值，主要是對所述農(nóng)藥殘留標準品的光強進行曲線擬合，得到農(nóng)藥殘留標準曲線及其濃度系數(shù)a、b，例如圖7中引用的溴氰菊酯農(nóng)藥標準曲線圖，圖中的公式y(tǒng) = a+b*x，其中的a、b即為所述的濃度系數(shù)；并根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的光強及其對應的濃度系數(shù)a’、b’，得到待測農(nóng)藥樣品的最終濃度值。
[0048]作為優(yōu)選的實施例，本發(fā)明的農(nóng)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.對分割后的圖像進行區(qū)域標識；
[0056]h.計算區(qū)域的亮度重心；
[0057]1.樣品薄層板圖像的樣品、農(nóng)藥種類的分割；
[0058]j.選取有效區(qū)域，排除無效區(qū)域；
[0059]k.分割可能存在的連通的兩種農(nóng)藥；
[0060]1.計算樣品各區(qū)域的光強總和；
[0061]m.獲取農(nóng)藥殘留標準曲線；
[0062]η.計算樣品濃度。
[0063]本發(fā)明通過區(qū)域分割對不同待測農(nóng)藥樣品進行同時檢測，實現(xiàn)多組分農(nóng)藥殘留的快速檢測，不僅速度快、成本低、操作簡便，而且穩(wěn)定性好、重復性高，特別適用于有機氯類、菊酯類農(nóng)藥殘留的分類快速檢測。
[0064]上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文發(fā)明構想范圍內(nèi)，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(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于，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.將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝，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(nóng)藥樣品及農(nóng)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(qū)域內(nèi)的光強，并獲取系列不同濃度的農(nóng)藥殘留標準品的光強； 60.根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強，計算各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:所述的步驟10中拍攝點樣前的空白薄層板，主要是根據(jù)不同的待測農(nóng)藥的性能來確定適宜拍攝的波長光照條件，并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(jù)權利要求1或2所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:所述的步驟20中將點樣后的待測農(nóng)藥樣品薄層板進行單步展開并進行拍攝，得到樣品薄層板圖像，并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，得到校正后的樣品薄層板圖像。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于: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，并將該差分圖像進行灰度拉伸到[0，255]。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于: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，并根據(jù)最大類間方差法自動進行閥值計算實現(xiàn)所述差分圖像的二值化分割。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:所述的步驟40中將所述的差分圖像進行待測農(nóng)藥樣品及農(nóng)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(nóng)藥種類的分割，將所述的樣品薄層板圖像分割為M*N區(qū)域，其中Μ代表樣品薄層板上的樣品數(shù)量，N代表爬板后的各種農(nóng)藥種類的區(qū)域個數(shù)，Ν越多展開后可以區(qū)分的農(nóng)藥種類越多，且不同的農(nóng)藥種類存在于不同的橫向坐標空間。
7.根據(jù)權利要求1或5或6所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:所述的步驟40中，還對該分割圖像中的各個分割區(qū)域進行連通區(qū)域的標識，如果連通區(qū)域內(nèi)的像素個數(shù)小于預設值，則認為是無效區(qū)域，否則為有效區(qū)域。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:進一步計算所述分割圖像的各個有效區(qū)域的光強重心點坐標，得到重心坐標數(shù)組，并判斷所述的重心坐標數(shù)組是否落在所述的有效區(qū)域內(nèi)，若存在多個重心坐標落在同一個有效區(qū)域內(nèi)，則選取最大的一個連通區(qū)域作為有效區(qū)域，并將其他區(qū)域排除，視為無效區(qū)域。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:若存在兩種相鄰的農(nóng)藥種類爬板后無法進行區(qū)域分割，則進一步縮小該區(qū)域，并將其分割為兩種農(nóng)藥種類的區(qū)域。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像處理的薄層色譜農(nóng)藥殘留快速檢測方法，其特征在于:所述的步驟60中根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的各個分割區(qū)域的光強和所述農(nóng)藥殘留標準品的光強，計算各個區(qū)域?qū)拇郎y農(nóng)藥樣品的濃度值，主要是對所述農(nóng)藥殘留標準品的光強進行曲線擬合，得到農(nóng)藥殘留標準曲線及其濃度系數(shù)，并根據(jù)所述待測農(nóng)藥樣品的光強及其對應的濃度系數(shù)，得到待測農(nóng)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(yōu)先權日:2014年12月23日
【發(fā)明者】蔡慶國, 江秋菊, 鄭朝雄, 楊彬, 鐘應立, 楊德輝 申請人:廈門海葒興科技股份有限公司