יישום טכנולוגיית הדמיה היפרפרקטלית בגילוי פירות וירקות

בשנים האחרונות, סוגיות בטיחות המזון משכו תשומת לב רבה, והדרישות של אנשים לתקני האיכות והבטיחות של פירות וירקות הפכו יותר ויותר, מה שהפך לנושא חם לדאגה חברתית. באופן כללי, איכות הפירות והירקות כוללת איכויות חיצוניות כמו צורה, צבע, גודל ופגמים לפני השטח, ותכונות פנימיות כמו תכולת סוכר, חומציות, קשיות, תכולת מוצקים מסיסים, תכולת עמילן, לחות ובגרות, ותכולת אחרת חומרים מזינים. האיכות היא גורם חשוב במכירות השוק שלה.

שיטות איתור מסורתיות של פירות וירקות כגון שיטות כימיות, כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים, ספקטרומטריה המונית וכו 'הם בדרך כלל הרסניים לאובייקטים שיש לבחון ולאט. ראיית מכונה וטכנולוגיה ספקטרלית הם בעלי היתרונות של מהיר, לא הרסני ואמין, ונמצאים בשימוש נרחב בזיהוי באיכות פירות וירקות בשנים האחרונות. ביניהם, טכנולוגיית ראיית המכונה מחלצת ומנתחת מידע מרחבי כמו צורה, גודל, צבע ופגמים פנימיים של פירות וירקות לגילוי איכות חיצוני, ואילו טכנולוגיית ספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום מגלה בעיקר את האיכות הפנימית של הפירות והירקות.

טכנולוגיית הדמיה היפרפרקטית משלבת תמונות עם טכנולוגיה ספקטרלית כדי להשיג בו זמנית מידע ספקטרלי ומידע מרחבי המשקף את האיכות הפנימית והחיצונית של האובייקט שייבדק. בשנים האחרונות הוא נחקר באופן נרחב בבדיקה לא הרסנית באיכות הפירות והירקות בבית ומחוצה לה. מאמר זה יציג את התקדמות המחקר האחרונה בתחום זה מתוך העקרונות הבסיסיים של טכנולוגיית ההדמיה היפרספרטלית ומחקריה ויישומה בבדיקה לא הרסנית באיכות הפירות והירקות.

1. עקרון טכנולוגיית ההדמיה היפרפרטלית

כל פיקסל במערכת ההיפרספרקטלית יכול להשיג עשרות למאות מידע על להקה צרה רציפה באותו טווח ספקטרלי, ולקבל עקומה ספקטרלית חלקה ושלמה. יחד עם זאת, מערכת ההדמיה כולה יכולה גם להשיג את המידע המרחבי של האובייקט שיש למדוד, ולהבין את הגילוי בו זמנית של המרכיבים הפנימיים ומאפייני המראה של האובייקט שיש למדוד, עם המאפיינים של המשכיות ספקטרלית ורזולוציה גבוהה.

התמונה ההיפרספרקטלית שנרכשה על ידי המערכת יכולה להיות מיוצגת על ידי תמונה תלת מימדית סטראוסקופית המורכבת מפס תמונות אופטי רציף, כפי שמוצג באיור 2. התמונה הדו-ממדית של מישור ה- XY מייצגת את המידע המרחבי של האובייקט, כזה כצורה, גודל, פגמים וכו '. מכיוון שהשינויים החיצוניים של האובייקט ישפיעו על ספקטרום ההשתקפות, הצורה, הצבע או הפגם ישתנו באורך גל מסוים. קואורדינטת λ מייצגת את המידע הספקטרלי של האובייקט, שישקף את האיכות הפנימית של האובייקט הנבדק, כמו ההרכב והמבנה.

מחקר זה יישם מצלמה היפרפרקטלית של 400-1000 ננומטר, ותוצר FS13 של Hungzhou Caipu Technology Co., בע"מ ניתן להשתמש במחקר קשור. הטווח הספקטרלי הוא 400-1000 ננומטר, רזולוציית אורך הגל טובה יותר מ- 2.5nm, ועד 1200 ערוצים ספקטרליים. מהירות הרכישה יכולה להגיע ל 128 fps בספקטרום המלא, ובחירת הלהקה הגבוהה ביותר לאחר הלהקה היא 3300 הרץ (תומך בבחירת פס רב-אזורים).

2. איתור איכות חיצונית של פירות וירקות

התחושה הישירה של אנשים לגבי פירות וירקות בשוק היא איכות האיכות החיצונית שלהם, כלומר שיקול הדעת של צבע, רעננות, גודל, נזק מכני, כביש וריקבון. קשה להבחין בין טכנולוגיית ראיית מכונה מסורתית להבחין במאפיינים חיצוניים כמו נזק מכני, כביש כפור, ריקבון ורעננות בגילוי האיכות החיצונית של פירות וירקות בגלל דיוק נמוך ופעולה מורכבת. טכנולוגיית ההדמיה היפרספרקטלית רק מתגברת על החיסרון הזה ויכולה להשיג גילוי לא הרסני בכל סיבוב. זה גם מדויק מאוד וקל לתפעול. בשנים האחרונות הוא שימש בהדרגה לגילוי איכות חיצונית של פירות וירקות.

רעננות היא אינדיקטור חשוב המשקף את איכות הפירות והירקות. בדרך כלל יש לאחסן ולהובל את הפירות והירקות שנבחרו טריים לפני שהם מגיעים לצרכנים. תהליך זה ישפיע על רעננותם ואיכותם. באופן כללי, שיקול דעתם הסובייקטיבי של אנשים על רעננות הפירות והירקות אינו מדויק. נאספו התמונות הספקטרליות של ארבעה עלים צמחיים, כולל כרוב סיני, תרד, כתפית וכרוב לתינוקות, והושוו באמצעות הספקטרומטר הדמיה בשעה 0, 10, 24 ו 48 שעות של התייבשות. ביניהם, הניתוח ההשוואתי של הדימוי ההיפר -ספקטרלי ותמונת ראיית המכונה של עלי הפקצ'וי בזמני אובדן מים שונים מוצג באיורים 3 ו -4. ניתן לראות כי מצב העלים בשתי התמונות השתנה באופן משמעותי עם שינוי זמן, אך תמונת ראיית המכונה יכולה להציג רק את מצב אובדן המים, והתמונה ההיפרספרטלית מנתחת את השינויים במידע הספקטרלי ומגלה שהמראה והכלורופיל הפנימי של העלים השתנו במהלך תהליך אובדן המים. מקדם המתאם של מודל החיזוי לערך התוכן היחסי של הכלורופיל הוא r = 0.76, מה שמצביע על כך שטכנולוגיה היפר -ספקטרלית יכולה לזהות ביעילות את הרעננות של עלי הירקות.

המודל הטכנולוגי של היפר -ספקטרלי ומודל חיזוי ANN שימשו לחקר הכפור של התפוחים, כפי שמוצג באיור 5. הניסוי השתמש בתהליך המוצג באיור 6, ובחר חמש להקות רכיבים עיקריות (717, 751, 875, 960 ו 980 ננומטר) מהתמונה ההיפרספרקטלית של תפוחים כפור בלהקה 400-1000 ננומטר כדי להקים את דגם ANN. מקדמי המתאם של מערך האימונים, מערך הבדיקה ומערך האימות היו 0.93, 0.91 ו- 0.92 בהתאמה, ולבסוף השיגו דיוק הכרה של יותר מ- 98%.

3. מסקנה

עם שיפור רמת החיים, לאנשים יש דרישות גבוהות יותר ויותר לאיכות המזון הבריא. טכנולוגיית ראיית מכונה מסורתית ושיטות פיזיות וכימיות מורכבות והרסניות במדידת איכות הפירות והירקות, וקשה לענות על צרכי הגילוי. טכנולוגיית הדמיה היפרפרקטית משלבת את ראיית המכונה, ספקטרוסקופיה וטכנולוגיית עיבוד תמונות. התמונה המיוצרת היא קוביית נתונים תלת מימדית של "שילוב ספקטרום", אשר לא רק מכיל את מאפייני המידע המרחבי של האובייקט שייבדק, אלא גם מכיל את המידע הספקטרלי של האובייקט שייבדק. זה יכול במדויק, במהירות ובלא הרס לאתר את איכות המוצרים החקלאיים, והוא פשוט לתפעול. בשנים האחרונות הוא נמצא בשימוש נרחב בגילוי איכות הפירות והירקות. עם זאת, בתהליך איסוף ועיבוד נתוני תמונות, טכנולוגיית ההדמיה היפרספרקטלית מוגבלת על ידי הביצועים ומהירות העיבוד של המכשיר. טכנולוגיה זו משמשת כיום בעיקר במחקר בסיסי ולא נמצאת בשימוש נרחב בגילוי מקוון בזמן אמת. על מנת להשיג איתור מקוון מסחרי של איכות פירות וירקות, יש להשיג את שתי הנקודות הבאות על מנת לפתור בעיות אלה: ראשית, שפר ושדרג את הציוד הקשור לטכנולוגיית הדמיה היפרפרקטלית, כמו ספקטרומטרים הדמיה, כדי לשפר את הביצועים שלהם ולהקטין את עלויות הייצור שלהם, התורמות לקידום טכנולוגיית ההדמיה היפרספרקטלית בגילוי איכות פירות וירקות; שנית, בחר באורכי גל אופייניים עבור פס מלא וזנים שונים של תמונות היפר-ספקטרליות של פירות וירקות כדי להפחית את יתירות הנתונים ולהפחתת זמן הרכישה והעיבוד של תמונות היפר-ספקטרליות. עם זאת, עם פיתוח החברה וההתקדמות המדעית, טכנולוגיית ההדמיה היפרספקטראלית תמשיך להשתפר ולהשתפר, ותהיה להם מרחב פיתוח רחב יותר סיכויי יישום בתחומי המוצרים החקלאיים ובטיחות המזון בעתיד.