高光譜相機(jī)解決方案

  • 高光譜相機(jī)對芒果內(nèi)部品質(zhì)的檢測應(yīng)用

  • 信息來源：彩譜品牌廠家   瀏覽次數(shù)：193    發(fā)表時(shí)間：2023-06-17
  •        芒果作為一種世界性的水果之一，其品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到市場需求和消費(fèi)者的滿意度。而芒果外表看似完整無損，但可能在內(nèi)部存在一些問題，如腐爛、軟化、空心、脆性等，這些問題如果沒有得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能會對芒果銷售造成不良影響。因此，芒果內(nèi)部品質(zhì)的快速檢測顯得十分重要。而基于高光譜技術(shù)的芒果內(nèi)部品質(zhì)檢測是近年來備受矚目的一種有效方法。
           近年來我國芒果總產(chǎn)量保持穩(wěn)步增長的態(tài)勢，從2005年的74.15萬噸增長至2014年的143.66萬噸，同時(shí)我國已成為世界芒果收獲面積第二大國家我國芒果生產(chǎn)情況如圖1所示（數(shù)據(jù)源于網(wǎng)絡(luò)）。
           從芒果產(chǎn)量和種植收獲面積來看，中國已然成為了一個芒果生產(chǎn)大國，但這并不說明中國就是一個芒果生產(chǎn)強(qiáng)國。在實(shí)際發(fā)展中，我國芒果產(chǎn)業(yè)存在著諸如產(chǎn)業(yè)化和商品化程度低、標(biāo)準(zhǔn)化水平不足和采后處理水平不高等問題。據(jù)了解，目前我國大部分地區(qū)的芒果在采收后只是通過簡單的人工分級(如圖2所示)就直接進(jìn)入市場進(jìn)行銷售，這樣低效率且品質(zhì)分級不精準(zhǔn)的產(chǎn)后分級處理方式極大地制約了芒果產(chǎn)業(yè)的商品化和產(chǎn)業(yè)化。
    高光譜技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)光譜成像的技術(shù)手段，可以對物體進(jìn)行全光譜掃描，獲取不同波長的光譜信息。在芒果品質(zhì)檢測中，高光譜技術(shù)可以通過對芒果光譜數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合化學(xué)計(jì)量分析和模式識別方法，對芒果的內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行有效的檢測和評估。由于高光譜技術(shù)可以快速獲取物體表面信息，同時(shí)避免了傳統(tǒng)檢測方法中存在的繁瑣、時(shí)間長等問題，因此被廣泛應(yīng)用于芒果內(nèi)部品質(zhì)檢測中。
    圖2
           本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。
    圖4
           本文選取芒果品種當(dāng)中市面上最常見的"臺農(nóng)一號"作為實(shí)驗(yàn)樣品(圖5可見)。"臺農(nóng)一號"是芒果市場上需求最大，也是民間最廣為人知的品種，其主要分布區(qū)域在廣西、廣東、海南、華南地區(qū)。選擇外表無明顯缺陷和損傷的“臺農(nóng)一號”芒果一共45個，其中隨機(jī)挑選30個作為校正集樣品，15個為驗(yàn)證集樣品，將它們分別編號后置于5攝氏度的冰箱中貯藏。研究應(yīng)盡量縮短芒果從采摘到檢測中間的時(shí)間以保證檢測數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，同時(shí)在試驗(yàn)前要保證芒果樣品溫度與周圍環(huán)境溫度一致，避免因溫度不同而造成最終模型的誤差。
    圖5
           在進(jìn)行試驗(yàn)前將芒果從冷藏柜放置于室內(nèi)至溫度與室溫相同，用半濕潤的細(xì)膩毛巾擦拭芒果表皮，擦去表面的泥土，以免表皮污垢對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)造成影響。選取芒果果體赤道部位正反中心兩個點(diǎn)作為光譜儀器檢測部位，按照順序?qū)γ⒐M(jìn)行標(biāo)號，注意要在光譜儀檢測部位外不影響實(shí)驗(yàn)的果皮上標(biāo)上進(jìn)行標(biāo)號，1號樣品正面標(biāo)上A1,反面標(biāo)上B1,2號樣品正面標(biāo)上A2,反面標(biāo)上B2,以此類推如圖6所示。
    圖6
           通過光譜儀對芒果進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)測定后，以縱列為樣品編號，行列為每個樣品在不同波長所對應(yīng)的漫反射率的值，將光譜數(shù)據(jù)保存至Excel表格內(nèi)，方便后期對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入和處理。由于光譜儀器在檢測時(shí)本身容易產(chǎn)生噪聲影響光譜圖像，在前端和尾端波長范圍內(nèi)產(chǎn)生了一些震蕩性較大的噪聲，把這些無效的波段去除之后，截取520～770nm波長范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有3個存在明顯檢測異常的樣品，將這3個異常樣品剔除后得到芒果校正樣品集29個，光譜數(shù)據(jù)58組；芒果驗(yàn)證樣品集13個，光譜數(shù)據(jù)26組。將校正樣品集光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)光譜數(shù)據(jù)分析軟件內(nèi)得到光譜數(shù)據(jù)原始圖像如圖7所示，其中橫坐標(biāo)為波長數(shù)，縱坐標(biāo)為漫反射率。
    圖7
           高光譜技術(shù)對芒果的檢測主要應(yīng)用于兩個方面：首先是對芒果內(nèi)部空心的檢測。芒果內(nèi)部的空心現(xiàn)象會導(dǎo)致芒果口感不好、膨脹變形等問題，往往在外表看不出有明顯異常。而利用高光譜技術(shù)，可以通過分析芒果的各種光譜信息，獲取芒果內(nèi)部空心的情況，進(jìn)而進(jìn)行針對性的處理。其次是對芒果內(nèi)部腐爛和軟化部位的檢測。腐爛和軟化是影響貯存期和口感的主要因素，因此檢測并且快速處理這些問題對芒果生產(chǎn)至關(guān)重要。高光譜技術(shù)可以通過對芒果各部位的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，快速準(zhǔn)確的判斷芒果內(nèi)部腐爛和軟化的情況，從而指導(dǎo)產(chǎn)品的貯存、運(yùn)輸和銷售。
           總體看來，基于高光譜技術(shù)的芒果內(nèi)部品質(zhì)檢測已經(jīng)獲得了較為廣泛的應(yīng)用，它打破了傳統(tǒng)破壞性檢測方法的局限性，不僅可以提高檢測速度、準(zhǔn)確性和有利性，同時(shí)可以降低芒果生產(chǎn)的成本，并且減少了對芒果的污染和損害。未來，該技術(shù)還會得到不斷的改進(jìn)和提高，成為芒果生產(chǎn)和銷售中不可或缺的技術(shù)手段。
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