SPECIM高光譜相機在食品檢測方面的應用

——陳皮異物監測

1. 描述

   陳皮是一種良好的藥材，也是一種常見(jiàn)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(guò)程中，常常會(huì )混有其他物質(zhì)，例如樹(shù)葉、煙頭等與陳皮顏色相近的雜質(zhì)。本實(shí)驗通過(guò)使用Specim高光譜相機來(lái)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(shí)獲取研究對象的空間及光譜信息。圖像數據反映物體的外部特征、表面缺陷及污斑情況，光譜數據用于分析物體內部結構及成分。

    Specim高光譜相機采用線(xiàn)陣推掃的成像方式，通過(guò)相機和被拍攝物體之間有相對運動(dòng)，獲取目標區域的所有樣本的圖像數據和光譜信息數據。在地面端，大多是采用相機固定而讓被測物體移動(dòng)，如圖1；也可以采用被測物處于靜止固定狀態(tài)，而相機通過(guò)電機控制運動(dòng)，如圖2；若是結合無(wú)人機上的應用，則把相機掛載在無(wú)人機上移動(dòng)而物體本身不動(dòng)。這里我們采用固定相機，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(dòng)裝置）。

---圖1---

---圖2---

3. 實(shí)驗過(guò)程

3.1 準備樣品，未檢測的樣品如下。

蒂頭、樹(shù)葉、陳皮、創(chuàng )可貼、煙頭等。

3.2 設備及軟件準備

a)準備光源：寬譜鹵素燈，光譜比較全。

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

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

d)Specim Insight分析軟件

INSIGHT是高光譜圖像數據的離線(xiàn)處理軟件，用戶(hù)可在其中實(shí)現瀏覽查看樣本數據、訓練分類(lèi)模型、驗證分類(lèi)效果等操作，以建立應用程序供實(shí)時(shí)檢測使用。軟件支持查看光譜曲線(xiàn)和散點(diǎn)圖及時(shí)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(hù)快速得到準確的運算結果

3.3 測試

①規整擺放待測物體

從上到下，分別為 蒂頭、樹(shù)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(wú)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(lèi)型，每種物質(zhì)會(huì )有生成*的光譜曲線(xiàn)，通過(guò)原廠(chǎng)軟件分析所有物體的光譜特征和內嵌的光譜算法，可以正確的區分不同樣品類(lèi)型并能賦予對應的不同顏色。

  ---五條光譜曲線(xiàn)---

---整齊擺放---

棕色 ：蒂頭

綠色 ：樹(shù)葉

橙色 ：陳皮

粉色 ：創(chuàng )可貼

藍色 ：煙頭

---雜亂擺放---

棕色 ：蒂頭

綠色 ：樹(shù)葉

橙色 ：陳皮

粉色 ：創(chuàng )可貼

藍色 ：煙頭

另外，可以將某次分析好的結果做成Mode模型，下次直接使用就能得到檢測果。

4. 實(shí)驗總結

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

混合物的識別，并且準確率高，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)、農業(yè)的應用中，通過(guò)高光譜分

辨率的光譜信息與成像相結合的無(wú)損檢測方法，及時(shí)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(guò)廣泛實(shí)驗和實(shí)際應用，發(fā)現大部分物質(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。建議同種應用，不同物質(zhì)檢測需采用合適的波長(cháng)范圍產(chǎn)品。

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