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浙江以象科技有限公司
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使用高光譜成像檢測咖啡豆中的污染物

時間:2025/1/6閱讀:382
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01

目標

本應用說明探討了高光譜成像 (HSI) 技術如何改善食品質(zhì)量和安全檢測,,特別是檢測咖啡豆中的污染物,。本研究使用 Specim FX10,、FX17 和 SWIR 相機,,探索了 HSI 技術如何檢測異物和污染物,,以確保食品加工的質(zhì)量和安全,。


02

#食品質(zhì)量和安全挑戰(zhàn)概述

食品制造商在識別污染物(例如異物)以保持質(zhì)量標準方面面臨挑戰(zhàn)。檢測咖啡豆中的非咖啡物質(zhì)(例如木棍,、貝殼和石頭)對于確保質(zhì)量和安全至關重要,。
高光譜成像技術可以捕捉每個像素的光譜數(shù)據(jù),根據(jù)光譜特征區(qū)分咖啡豆和潛在污染物,,從而實現(xiàn)詳細的污染物檢測,。該技術的非破壞性是食品行業(yè)的一大優(yōu)勢,因為它可以在不損壞產(chǎn)品的情況下檢查產(chǎn)品,。


03

#食品質(zhì)量檢測中的高光譜成像

在本研究中,,測量了兩種咖啡豆和幾種污染物 使用Specim 的FX10、FX17 和 SWIR 高光譜相機,,每臺相機都提供光譜范圍和分辨率:


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Specim FX10

400-100納米

光譜分辨率:5.5nm

像素大?。杭s 0.176 毫米

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Specim FX17

900-1700納米

光譜分辨率:8nm

像素大?。杭s 0.281 毫米

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SWIR

1000-2500納米

光譜分辨率:12nm

像素大小:約 0.520 毫米

數(shù)據(jù)使用SpecimINSIGHT處理 , 是SpecimONE 數(shù)據(jù)處理平臺的一部分,。
測試的污染物包括木棍,、貝殼和石頭。記錄了每臺相機的光譜響應,,以評估它們區(qū)分這些污染物和咖啡豆的有效性,。




與傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)相比,高光譜成像的附加值顯而易見:

1.咖啡豆和污染物都經(jīng)過烘焙,,因此顏色非常相似,。因此,僅使用 RGB 相機無法區(qū)分它們,。

2.咖啡豆和污染物的密度也相似,,導致 X 射線成像無效。

3.然而,,高光譜成像可以揭示材料的化學成分,,使其成為該應用方法。


04

#樣品測量和數(shù)據(jù)分析

Specim FX10 相機

Specim FX10 的光譜數(shù)據(jù)并未顯示出能夠可靠地將咖啡豆與污染物分離的特征,,在光譜中觀察到的區(qū)分很小,。

咖啡1.png



圖 2:咖啡豆和污染物的Specim FX10 光譜


正如預期的那樣,,PLSDA 模型在從咖啡豆中分離污染物方面表現(xiàn)不佳,。


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圖3:基于FX10相關模型的 (橙色的是咖啡豆紫色的是污染物)預測


Specim FX17 相機

Specim FX17 捕捉到了更多光譜特征,尤其是在 1200,、1430 和 1700 nm 左右,。這些峰值與咖啡的光譜一致,增強了區(qū)分污染物的能力,。



我們還強調(diào),,可以使用適當?shù)念A處理技術來增強光譜差異。此外,,可以定義僅覆蓋相關范圍的光譜感興趣區(qū)域 (ROI),,這展示了 Specim FX 相機的另一個優(yōu)勢。

圖 5:預處理后Specim FX17 相關的污染物(紫色)和豆類(橙色)光譜,。


建模結果顯示咖啡豆和污染物之間分離得很好,。

6.png

圖6:基于Specim FX17相關模型的預測 (橙色的是咖啡豆紫色的是污染物)


SWIR相機

SWIR 相機展現(xiàn)出光譜特征。它涵蓋了 FX17 的光譜范圍,,甚至超過,,到達了 2500 nm。這一增加的范圍使該模型能夠包含更多與光譜標記,,從而提高污染物檢測的準確性,。

咖啡2.png

咖啡豆的 SWIR 光譜污染物的 SWIR 光譜

咖啡3.png


圖 7:咖啡豆和污染物的 SWIR 光譜


4.png

圖8:基于Specim SWIR相關模型的預測 (橙色的是咖啡豆紫色的是污染物)

05

# 結論


根據(jù)結果,,Specim FX17 和 SWIR 相機均能有效識別污染物,但 SWIR 的準確度略高,。然而,,考慮到成本效益和與SpecimONE的兼容性,我們推薦使用 Specim FX17 相機來檢測咖啡加工過程中的污染物,。

3.png

Specim FX10 模型


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Specim FX17 模型


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SWIR模型

在食品加工中應用高光譜成像可以提高產(chǎn)品安全性,、減少浪費、提高質(zhì)量控制標準,,為制造商提供檢測污染物和確保最高質(zhì)量標準的可靠工具,。

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以象科技由西安光機所光學博士團隊,行業(yè)資深專家,,光譜軟件算法團隊,,光學應用博士等相關人員共同發(fā)起成立的科技型公司,目前投產(chǎn)市場可見光,、近紅外,、短波中紅外高光譜相機,實現(xiàn)國產(chǎn)化,,突破進口技術壁壘,,打破進口短波紅外高光譜相機的技術限制。

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