食品行業(yè)
高光譜成像技術(shù)在果蔬品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用近年來(lái)，食品安全問(wèn)題備受關(guān)注，人們對(duì)果蔬品質(zhì)與安全標(biāo)準(zhǔn)的要求也越來(lái)越高，已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。通常，果蔬品質(zhì)包括了形狀、顏色、大小和表面缺陷等外部品質(zhì)與糖度、酸度、硬度、可溶性固形物含量、淀粉含量、水分和成熟度及其他營(yíng)養(yǎng)元素的含量等內(nèi)部品質(zhì)，其品質(zhì)好壞是其市場(chǎng)銷量的重要因素。傳統(tǒng)果蔬品質(zhì)檢測(cè)方法如化學(xué)法、高效液相色譜法、質(zhì)譜分析法等通常對(duì)待測(cè)物具有破壞性，且速度慢。機(jī)器視覺(jué)和光譜技術(shù)具有快速、無(wú)損、可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)廣泛用于果蔬品質(zhì)檢測(cè)中。其中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)通過(guò)提取和分析果蔬形狀、大小、顏色及表面缺陷等空間信息進(jìn)行外部品質(zhì)檢測(cè)，而近紅外光譜技術(shù)主要對(duì)果蔬內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。
本文應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。
新鮮度是反映果蔬品質(zhì)的重要指標(biāo)。剛采摘的果蔬通常需經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、運(yùn)輸，最終到達(dá)消費(fèi)者，該過(guò)程將影響其新鮮度品質(zhì)。一般而言，人們對(duì)果蔬新鮮度的主觀判斷是不準(zhǔn)確的。有人利用高光譜成像技術(shù)對(duì)蔬菜的新鮮度檢測(cè)進(jìn)行了探索。分別在失水0、10、24、48小時(shí)狀態(tài)下，利用成像光譜儀采集了小白菜、菠菜、油菜、娃娃菜等四種蔬菜葉片的光譜圖像并進(jìn)行對(duì)比分析。其中，小白菜葉片在不同失水時(shí)間下的高光譜圖像與機(jī)器視覺(jué)圖像的對(duì)比分析如下圖所示。從中可以看出，隨著時(shí)間的變化兩幅圖中的葉片狀態(tài)均有明顯變化，但機(jī)器視覺(jué)圖像只能看出失水狀態(tài)，而高光譜圖像通過(guò)分析光譜信息的變化發(fā)現(xiàn)，葉片在失水過(guò)程中其外觀形態(tài)及內(nèi)部葉綠素均有變化，葉綠素相對(duì)含量值預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)r=0.76,說(shuō)明高光譜技術(shù)可以有效辨別蔬菜葉片的新鮮度。
腐爛是果蔬在貯藏、運(yùn)輸過(guò)程中最常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，不僅影響果蔬的內(nèi)外部品質(zhì)甚至?xí)?dǎo)致食品安全問(wèn)題。對(duì)桃子根霉菌進(jìn)行了深入研究，采用在400-1000 nm波段采集桃子360°全方位的高光譜數(shù)據(jù)(如下圖所示),然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法和圖像分割算法得到三個(gè)單波長(zhǎng)圖像(709 nm,807 nm和874 nm),可以明顯區(qū)分出邊緣、健全和腐爛部位。實(shí)驗(yàn)中將腐爛部位按照尺寸大小分為3級(jí)，在對(duì)健全部位、輕微腐爛、中等腐爛以及嚴(yán)重腐爛的建模預(yù)測(cè)中，輕微腐爛的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為66.29%,其他三個(gè)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率均在95%以上，而對(duì)健全和腐爛兩種級(jí)別的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率
隨著生活水平的提升，人們對(duì)健康食品的品質(zhì)要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和物理化學(xué)方法在測(cè)量果蔬品質(zhì)方面操作復(fù)雜、破壞性強(qiáng)，難以滿足檢測(cè)需要。高光譜成像技術(shù)融合了機(jī)器視覺(jué)、光譜和圖像處理技術(shù)，產(chǎn)生的圖像是“圖譜結(jié)合”的三維數(shù)據(jù)立方體，不僅包含了待測(cè)物的空間信息特征，同時(shí)還包含了待測(cè)物的光譜信息，能夠準(zhǔn)確、快速、無(wú)損的檢測(cè)出農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，并且操作簡(jiǎn)單，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于果蔬品質(zhì)的檢測(cè)中。隨著社會(huì)發(fā)展與科學(xué)進(jìn)步，高光譜成像技術(shù)將不斷提升和改進(jìn)，未來(lái)在農(nóng)產(chǎn)品、食品安全領(lǐng)域?qū)⒕哂懈訌V闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。
