Smart Agriculture ›› 2025, Vol. 7 ›› Issue (4): 1-17.doi: 10.12133/j.smartag.SA202504027
• Topic--Intelligent Sensing and Grading of Agricultural Product Quality •
BAI Juekun1,2(), CHEN Huaimeng3, DONG Daming1,2(
), LIU Yachao2, YUE Xiaolong2, DU Xiuke2
Received:
2025-04-22
Online:
2025-07-30
Foundation items:
National Key Research and Development Program of China(2022YFD2002101)
About author:
>BAI Juekun, E-mail: 2222216002@stmail.ujs.edu.cn
corresponding author:
CLC Number:
BAI Juekun, CHEN Huaimeng, DONG Daming, LIU Yachao, YUE Xiaolong, DU Xiuke. Spectral Technology in Vegetable Production Detection: Research Progress, Challenges and Suggestions[J]. Smart Agriculture, 2025, 7(4): 1-17.
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URL: https://www.smartag.net.cn/EN/10.12133/j.smartag.SA202504027
Table 1
Comparison of three typical spectral techniques in vegetable detection
光谱技术 | 类别 | 原理 | 优势 | 蔬菜产业链应用场景 |
---|---|---|---|---|
近红外光谱 | 吸收光谱 | 基于分子振动和转动能级跃迁,检测4 000~400 cm-1范围内的特征吸收峰 | 1)对有机化合物官能团敏感 2)支持快速无损检测 3)适合含水样品分析 | 1)育种 2)营养组分分析 3)农药残留检测 |
拉曼光谱 | 散射光谱 | 基于光子与分子的非弹性散射,检测分子振动和转动引起的散射光频率变化(50~4 000 cm-1) | 1)无需样品预处理 2)可穿透透明包装检测 3)高空间分辨率 | 1)植物胁迫识别 2)成熟度评估 3)农药残留检测 |
荧光光谱 | 发射光谱 | 基于荧光物质吸收特定波长光后发射长波长荧光的特性(通常200~900 nm) | 1)高灵敏度 2)特异性识别荧光基团 3)实时动态监测 | 1)蔬菜品种鉴定 2)采后品质检测 3)污染物及农药检测 |
Table 2
Limitations and solutions of spectral techniques in the vegetable industry chain applications
挑战类别 | 具体问题 | 当前局限性 | 解决策略 | 关键技术路径 |
---|---|---|---|---|
检测精度与泛化性 | 跨品种、跨环境模型性能下降 | 单一品种数据集;光谱-成分映射关系不明确 | 构建多维度光谱数据库;开发自适应算法 | 迁移学习框架;混合式CNN-RNN模型;数据增强技术 |
硬件性能与环境适应 | 便携式、小型化传感器信噪比、分辨率不足 | 小型化与高精度矛盾;环境干扰(光照/湿度) | 优化光学模组设计;提升环境鲁棒性 | MEMS光谱芯片;自适应光源稳控系统;纳米增强基底(带生物亲和性核壳结构) |
数据标准化 | 研究的实验参数不统一导致数据壁垒 | 缺乏统一采集标准;算法黑箱化 | 建立全链条数据标准;推动开放协作 | 制定国际化标准;可解释性人工智能;区块链数据存证 |
成本与产业化 | 设备昂贵、运营维护复杂 | 精密光学元件成本高;缺乏模块化设计 | 开发低成本替代方案;构建产业生态 | 手机光谱附件;CMOS微型光谱阵列;设备共享云服务平台 |
生物物理限制 | 探测深度不足;代谢动态干扰(叶绿素昼夜波动) | 组织光散射效应;活体动态响应 | 发展深层检测技术;融合多模态数据 | 时间门控荧光成像;光声光谱(增加穿透深度);多传感器数据融合 |
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