SPECIM高光譜相機(jī)在食品檢測方面的應(yīng)用

——陳皮異物監(jiān)測

1. 描述

   陳皮是一種良好的藥材，也是一種常見的食材，對人們的健康與生活有非常大的幫助。但是陳皮在收集過程中，常常會混有其他物質(zhì)，例如樹葉、煙頭等與陳皮顏色相近的雜質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)通過使用Specim高光譜相機(jī)來做陳皮混合物的檢測。

2. 原理

    高光譜成像技術(shù)是一種圖像及光譜融合的技術(shù)，可同時獲取研究對象的空間及光譜信息。圖像數(shù)據(jù)反映物體的外部特征、表面缺陷及污斑情況，光譜數(shù)據(jù)用于分析物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及成分。

    Specim高光譜相機(jī)采用線陣推掃的成像方式，通過相機(jī)和被拍攝物體之間有相對運(yùn)動，獲取目標(biāo)區(qū)域的所有樣本的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息數(shù)據(jù)。在地面端，大多是采用相機(jī)固定而讓被測物體移動，如圖1；也可以采用被測物處于靜止固定狀態(tài)，而相機(jī)通過電機(jī)控制運(yùn)動，如圖2；若是結(jié)合無人機(jī)上的應(yīng)用，則把相機(jī)掛載在無人機(jī)上移動而物體本身不動。這里我們采用固定相機(jī)，而把物體放在位移臺上進(jìn)行拍攝（可以是傳送帶或者其他移動裝置）。

---圖1---

---圖2---

3. 實(shí)驗(yàn)過程

3.1 準(zhǔn)備樣品，未檢測的樣品如下。

蒂頭、樹葉、陳皮、創(chuàng)可貼、煙頭等。

3.2 設(shè)備及軟件準(zhǔn)備

a)準(zhǔn)備光源：寬譜鹵素?zé)簦庾V比較全。

b)位移臺：   LabScanner 40 x 20位移臺，如上圖1所示。

c)所用設(shè)備：   Specim Fx10e 高光譜相機(jī)（400-1000nm）。

d)Specim Insight分析軟件

INSIGHT是高光譜圖像數(shù)據(jù)的離線處理軟件，用戶可在其中實(shí)現(xiàn)瀏覽查看樣本數(shù)據(jù)、訓(xùn)練分類模型、驗(yàn)證分類效果等操作，以建立應(yīng)用程序供實(shí)時檢測使用。軟件支持查看光譜曲線和散點(diǎn)圖及時空序列信息，還包含有偏最小二乘法判別分析（PLS-DA），主成分分析（PCA）和光譜角制圖（SAM）多種算法，便于用戶快速得到準(zhǔn)確的運(yùn)算結(jié)果

3.3 測試

①規(guī)整擺放待測物體

從上到下，分別為 蒂頭、樹葉、陳皮、創(chuàng)可貼、煙頭。

使用LabScanner進(jìn)行掃描成像。

②打亂放置，雜亂無章排放，重新采樣一次。

3.4 分析

本次測試樣品中共有5種物質(zhì)類型，每種物質(zhì)會有生成*的光譜曲線，通過原廠軟件分析所有物體的光譜特征和內(nèi)嵌的光譜算法，可以正確的區(qū)分不同樣品類型并能賦予對應(yīng)的不同顏色。

  ---五條光譜曲線---

---整齊擺放---

棕色 ：蒂頭

綠色 ：樹葉

橙色 ：陳皮

粉色 ：創(chuàng)可貼

藍(lán)色 ：煙頭

---雜亂擺放---

棕色 ：蒂頭

綠色 ：樹葉

橙色 ：陳皮

粉色 ：創(chuàng)可貼

藍(lán)色 ：煙頭

另外，可以將某次分析好的結(jié)果做成Mode模型，下次直接使用就能得到檢測果。

4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

  通過光譜識別的方法，用Specim Fx10e（400-1000nm）高光譜相機(jī)可以很好的做出陳皮等

混合物的識別，并且準(zhǔn)確率高，速度快。

質(zhì)量控制和異物檢測在食品工業(yè)中至關(guān)重要。在各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)的應(yīng)用中，通過高光譜分

辨率的光譜信息與成像相結(jié)合的無損檢測方法，及時提供各種成分、異物檢測和質(zhì)量損傷情況等，形成“征兆圖"，供診斷、決策和風(fēng)險評估等使用。

 另外，通過廣泛實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)大部分物質(zhì)成分，在近紅外900-1700nm，和短波紅外1000-2500nm有較好的吸收反射，在此波段范圍光譜特征明顯。建議同種應(yīng)用，不同物質(zhì)檢測需采用合適的波長范圍產(chǎn)品。

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