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高光譜成像儀在蘋果內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

時(shí)間:2024-02-19 點(diǎn)擊:458次

蘋果是我們?nèi)粘I钪谐R姷囊环N水果,人們?cè)谶x擇蘋果時(shí)不在過多的關(guān)注其外在,而更注重其內(nèi)部品質(zhì)的好壞。但傳統(tǒng)蘋果內(nèi)在品質(zhì)檢測(cè)損耗嚴(yán)重,且耗時(shí)長(zhǎng),因此,為了快速、無損的對(duì)蘋果的內(nèi)外品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),人們引進(jìn)了高光譜成像技術(shù)。本文介紹了高光譜成像儀在蘋果內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。

蘋果

蘋果內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)的重要性:

蘋果作為農(nóng)產(chǎn)品的重要組成成分,蘋果的質(zhì)量安全問題顯得越來越重要,在購(gòu)買蘋果時(shí),消費(fèi)者不僅重視其外形,而且對(duì)于其內(nèi)部品質(zhì)也越來越在乎。而蘋果在采摘或者運(yùn)輸過程中,會(huì)不可避免的因?yàn)橐恍┩饬υ蛟斐刹煌潭鹊膿p傷,有些損傷表面看不出來或者不明顯,但是損傷部位的內(nèi)部品質(zhì)卻已經(jīng)發(fā)生了變化,所以對(duì)于蘋果外部損傷的檢測(cè)至關(guān)重要。尤其是在蘋果的次表面有損傷缺陷時(shí),其造成原因多產(chǎn)生于采摘前非科學(xué)性管理以及采摘后的處理不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致蘋果的進(jìn)一步病變,比如微生物感染、內(nèi)部生理病變(例如蘋果的糖化病等),蘋果的次表面缺陷的特點(diǎn)是:外部與正常蘋果沒有區(qū)別,傳統(tǒng)的人眼檢測(cè)和表面檢測(cè)判別不出,容易迷惑消費(fèi)者,從而對(duì)消費(fèi)者造成或大或小的傷害,不利于蘋果的長(zhǎng)期穩(wěn)定銷售以及蘋果制品的在線生產(chǎn)。

以前人們是以蘋果外部有無缺陷來挑選蘋果,現(xiàn)在消費(fèi)者更加看中水果內(nèi)部品質(zhì)的好壞,而蘋果是我們?nèi)粘I钪械某R娖?,它與我們的生活變得日益密切,蘋果的好壞與消費(fèi)者健康有著重大的聯(lián)系。然而,由于新鮮的水果含水量和含糖量高,并且極易受損,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。目前,對(duì)于蘋果品質(zhì)的分級(jí),從剛開始的表面檢測(cè)逐漸轉(zhuǎn)向內(nèi)部品質(zhì)的檢測(cè),但是,我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水果缺陷檢測(cè)方法存在很多缺點(diǎn):無法滿足水果的批量檢測(cè);破壞水果完整性;耗時(shí)比較長(zhǎng);效果直觀性差等,因此,為了快速、無損、高效的檢測(cè)蘋果的品質(zhì),就可以使用高光譜成像技術(shù)。

高光譜成像儀

高光譜成像儀在蘋果內(nèi)外品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用:

高光譜成像技術(shù)是圖像處理技術(shù)融入于光譜技術(shù)當(dāng)中的一種新興技術(shù),在進(jìn)行高光譜數(shù)據(jù)采集時(shí),形成的光譜圖像中,不僅可以看到該樣本的空間二位信息,還可以形成每個(gè)圖像中各個(gè)像素點(diǎn)上的光譜信息,并且每個(gè)像素上的光譜信息都是一條連續(xù)的曲線,而同時(shí)在這一條連續(xù)曲線上的每個(gè)波段下都能查看該波段下的圖像信息,從而實(shí)現(xiàn)“圖譜合一”。因?yàn)楦吖庾V技術(shù)能將圖像、光譜合二為一的特點(diǎn),它不僅能像可見-近紅外光譜技術(shù)一樣能夠檢測(cè)物質(zhì)成分,而且它還具備機(jī)器視覺技術(shù)的功能。由此,高光譜技術(shù)可以通過分析圖像信息和光譜信息,進(jìn)而來檢測(cè)待檢測(cè)樣品的內(nèi)部成分含量、空間分布等信息。

利用高光譜成像儀采集蘋果的高光譜圖像,高光譜圖像不但包含待測(cè)物質(zhì)的圖像信息,同時(shí)還含有其光譜信息,前者可以全面反映物質(zhì)的外部特征、外部損傷缺陷及污斑等情況,而這些外部品質(zhì)特征無法通過肉眼或者普通相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。由于光譜特性是不同化學(xué)成分的物質(zhì)所具有的固有特征,所以光譜數(shù)據(jù)又可以對(duì)物體內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分進(jìn)行分析,結(jié)合該信息不僅可以大大提高目標(biāo)進(jìn)行定量分析的能力,同時(shí)還可以對(duì)樣品進(jìn)行定性分析。

而高光譜成像儀對(duì)于蘋果外部缺陷的檢測(cè)大多是利用高光譜數(shù)據(jù)的圖像信息進(jìn)行識(shí)別,利用高光譜數(shù)據(jù)的光譜特性對(duì)蘋果的內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行并進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)。其原因是因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的外部品質(zhì)的特征(大小、顏色、缺陷、形狀等)能夠通過高光譜的圖像信息進(jìn)行直接的反映,而其內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分則能夠利用高光譜的光譜信息進(jìn)行反映。利用高光譜成像技術(shù)對(duì)蘋果內(nèi)外品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),然后對(duì)全波段蘋果圖像做主成分分析,并根據(jù)主成分圖像的特征向量?jī)?yōu)選出具有特征的波段,針對(duì)特征波段選取相應(yīng)的圖像處理和識(shí)別,最后利用圖像差值算法,就可以對(duì)蘋果的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。

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