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高光谱成像仪在苹果内外品质检测中的应用

发布时间:2024-06-28
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苹果是我们日常生活中常见的一种水果,人们在选择苹果时不在过多的关注其外在,而更注重其内部品质的好坏。但传统苹果内在品质检测损耗严重,且耗时长,因此,为了快速、无损的对苹果的内外品质进行检测,人们引进了高光谱成像技术。本文介绍了高光谱成像仪​在苹果内外品质检测中的应用。

苹果是我们日常生活中常见的一种水果,人们在选择苹果时不在过多的关注其外在,而更注重其内部品质的好坏。但传统苹果内在品质检测损耗严重,且耗时长,因此,为了快速、无损的对苹果的内外品质进行检测,人们引进了高光谱成像技术。本文介绍了高光谱成像仪在苹果内外品质检测中的应用。

苹果

苹果内外品质检测的重要性:

苹果作为农产品的重要组成成分,苹果的质量安全问题显得越来越重要,在购买苹果时,消费者不仅重视其外形,而且对于其内部品质也越来越在乎。而苹果在采摘或者运输过程中,会不可避免的因为一些外力原因造成不同程度的损伤,有些损伤表面看不出来或者不明显,但是损伤部位的内部品质却已经发生了变化,所以对于苹果外部损伤的检测至关重要。尤其是在苹果的次表面有损伤缺陷时,其造成原因多产生于采摘前非科学性管理以及采摘后的处理不当,会导致苹果的进一步病变,比如微生物感染、内部生理病变(例如苹果的糖化病等),苹果的次表面缺陷的特点是:外部与正常苹果没有区别,传统的人眼检测和表面检测判别不出,容易迷惑消费者,从而对消费者造成或大或小的伤害,不利于苹果的长期稳定销售以及苹果制品的在线生产。

以前人们是以苹果外部有无缺陷来挑选苹果,现在消费者更加看中水果内部品质的好坏,而苹果是我们日常生活中的常见品,它与我们的生活变得日益密切,苹果的好坏与消费者健康有着重大的联系。然而,由于新鲜的水果含水量和含糖量高,并且极易受损,造成严重的经济损失。目前,对于苹果品质的分级,从刚开始的表面检测逐渐转向内部品质的检测,但是,我们发现传统的水果缺陷检测方法存在很多缺点:无法满足水果的批量检测;破坏水果完整性;耗时比较长;效果直观性差等,因此,为了快速、无损、高效的检测苹果的品质,就可以使用高光谱成像技术。

高光谱成像仪

高光谱成像仪在苹果内外品质检测中的应用:

高光谱成像技术是图像处理技术融入于光谱技术当中的一种新兴技术,在进行高光谱数据采集时,形成的光谱图像中,不仅可以看到该样本的空间二位信息,还可以形成每个图像中各个像素点上的光谱信息,并且每个像素上的光谱信息都是一条连续的曲线,而同时在这一条连续曲线上的每个波段下都能查看该波段下的图像信息,从而实现“图谱合一”。因为高光谱技术能将图像、光谱合二为一的特点,它不仅能像可见-近红外光谱技术一样能够检测物质成分,而且它还具备机器视觉技术的功能。由此,高光谱技术可以通过分析图像信息和光谱信息,进而来检测待检测样品的内部成分含量、空间分布等信息。

利用高光谱成像仪采集苹果的高光谱图像,高光谱图像不但包含待测物质的图像信息,同时还含有其光谱信息,前者可以全面反映物质的外部特征、外部损伤缺陷及污斑等情况,而这些外部品质特征无法通过肉眼或者普通相机进行检测。由于光谱特性是不同化学成分的物质所具有的固有特征,所以光谱数据又可以对物体内部物理结构及化学成分进行分析,结合该信息不仅可以大大提高目标进行定量分析的能力,同时还可以对样品进行定性分析。

而高光谱成像仪对于苹果外部缺陷的检测大多是利用高光谱数据的图像信息进行识别,利用高光谱数据的光谱特性对苹果的内部品质进行并进行回归预测。其原因是因为被测对象的外部品质的特征(大小、颜色、缺陷、形状等)能够通过高光谱的图像信息进行直接的反映,而其内部的物理结构和化学成分则能够利用高光谱的光谱信息进行反映。利用高光谱成像技术对苹果内外品质进行检测,然后对全波段苹果图像做主成分分析,并根据主成分图像的特征向量优选出具有特征的波段,针对特征波段选取相应的图像处理和识别,最后利用图像差值算法,就可以对苹果的品质进行评定。

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