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使用高光譜成像檢測(cè)咖啡豆中的污染物

來源:浙江以象科技有限公司   2025年01月06日 11:16  

01

目標(biāo)

本應(yīng)用說明探討了高光譜成像 (HSI) 技術(shù)如何改善食品質(zhì)量和安全檢測(cè),特別是檢測(cè)咖啡豆中的污染物。本研究使用 Specim FX10、FX17 和 SWIR 相機(jī),探索了 HSI 技術(shù)如何檢測(cè)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(shí)別污染物(例如異物)以保持質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面面臨挑戰(zhàn)。檢測(cè)咖啡豆中的非咖啡物質(zhì)(例如木棍、貝殼和石頭)對(duì)于確保質(zhì)量和安全至關(guān)重要。
高光譜成像技術(shù)可以捕捉每個(gè)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(shí)現(xiàn)詳細(xì)的污染物檢測(cè)。該技術(shù)的非破壞性是食品行業(yè)的一大優(yōu)勢(shì),因?yàn)樗梢栽诓粨p壞產(chǎn)品的情況下檢查產(chǎn)品。


03

#食品質(zhì)量檢測(cè)中的高光譜成像

在本研究中,測(cè)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(jī),每臺(tái)相機(jī)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?。杭s 0.520 毫米

數(shù)據(jù)使用SpecimINSIGHT處理 , 是SpecimONE 數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的一部分。
測(cè)試的污染物包括木棍、貝殼和石頭。記錄了每臺(tái)相機(jī)的光譜響應(yīng),以評(píng)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(jī)無法區(qū)分它們。

2.咖啡豆和污染物的密度也相似,導(dǎo)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(xué)成分,使其成為該應(yīng)用方法。


04

#樣品測(cè)量和數(shù)據(jù)分析

Specim FX10 相機(jī)

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(yù)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。


15.png

圖3:基于FX10相關(guān)模型的 (橙色的是咖啡豆紫色的是污染物)預(yù)測(cè)


Specim FX17 相機(jī)

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(qiáng)了區(qū)分污染物的能力。



我們還強(qiáng)調(diào),可以使用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理技術(shù)來增強(qiáng)光譜差異。此外,可以定義僅覆蓋相關(guān)范圍的光譜感興趣區(qū)域 (ROI),這展示了 Specim FX 相機(jī)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

圖 5:預(yù)處理后Specim FX17 相關(guān)的污染物(紫色)和豆類(橙色)光譜。


建模結(jié)果顯示咖啡豆和污染物之間分離得很好。

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圖6:基于Specim FX17相關(guān)模型的預(yù)測(cè) (橙色的是咖啡豆紫色的是污染物)


SWIR相機(jī)

SWIR 相機(jī)展現(xiàn)出光譜特征。它涵蓋了 FX17 的光譜范圍,甚至超過,到達(dá)了 2500 nm。這一增加的范圍使該模型能夠包含更多與光譜標(biāo)記,從而提高污染物檢測(cè)的準(zhǔn)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(guān)模型的預(yù)測(cè) (橙色的是咖啡豆紫色的是污染物)

05

# 結(jié)論


根據(jù)結(jié)果,Specim FX17 和 SWIR 相機(jī)均能有效識(shí)別污染物,但 SWIR 的準(zhǔn)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(jī)來檢測(cè)咖啡加工過程中的污染物。

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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(yīng)用高光譜成像可以提高產(chǎn)品安全性、減少浪費(fèi)、提高質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),為制造商提供檢測(cè)污染物和確保最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的可靠工具。

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以象科技由西安光機(jī)所光學(xué)博士團(tuán)隊(duì),行業(yè)資深專家,光譜軟件算法團(tuán)隊(duì),光學(xué)應(yīng)用博士等相關(guān)人員共同發(fā)起成立的科技型公司,目前投產(chǎn)市場(chǎng)可見光、近紅外、短波中紅外高光譜相機(jī),實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,突破進(jìn)口技術(shù)壁壘,打破進(jìn)口短波紅外高光譜相機(jī)的技術(shù)限制。

以象科技是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的科技型公司。目前經(jīng)營產(chǎn)品有激光共聚焦,激光散斑血流成像儀,光譜儀,高光譜相機(jī)等光學(xué)產(chǎn)品。研發(fā)中心設(shè)立于西安,銷售網(wǎng)絡(luò)、完善售后服務(wù)機(jī)構(gòu)設(shè)立覆蓋全國。

   以象科技作為一家由西安光機(jī)所光學(xué)博士團(tuán)隊(duì)、行業(yè)資深專家、光譜軟件算法團(tuán)隊(duì)以及光學(xué)應(yīng)用博士等多元專業(yè)力量共同發(fā)起創(chuàng)立的科技型企業(yè),在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出了非凡的潛力與強(qiáng)勁的實(shí)力,正逐步成為行業(yè)內(nèi)的一顆璀璨新星。

其團(tuán)隊(duì)成員憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),構(gòu)建起了一座堅(jiān)實(shí)的技術(shù)堡壘。西安光機(jī)所光學(xué)博士團(tuán)隊(duì)深入鉆研光學(xué)核心原理,在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力,致力于打造出具有性能與高精度的光學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)。行業(yè)資深專家則猶如敏銳的市場(chǎng)領(lǐng)航員,他們憑借對(duì)行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)的精準(zhǔn)把握以及對(duì)市場(chǎng)需求變化的前瞻性洞察,為公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略布局指明方向,確保每一款產(chǎn)品都能精準(zhǔn)對(duì)接市場(chǎng)痛點(diǎn),在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。光學(xué)應(yīng)用博士則專注于探索光學(xué)技術(shù)在各個(gè)實(shí)際領(lǐng)域的落地應(yīng)用,他們深入挖掘產(chǎn)品在不同場(chǎng)景下的潛在用途,從生物醫(yī)學(xué)到工業(yè)制造,從環(huán)境監(jiān)測(cè)到農(nóng)業(yè)科技,不斷拓展產(chǎn)品的應(yīng)用邊界,讓光學(xué)技術(shù)真正造福于人類社會(huì)的各個(gè)角落。

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     此外,公司經(jīng)營的激光共聚焦、激光散斑血流成像儀、光譜儀等光學(xué)產(chǎn)品,也均在各自的領(lǐng)域內(nèi)展現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)與性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果,在生物醫(yī)學(xué)微觀成像領(lǐng)域成為科研人員探索生命奧秘的得力助手;激光散斑血流成像儀能夠精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)微循環(huán)血流變化,為醫(yī)學(xué)臨床診斷和疾病研究提供了重要的參考依據(jù);光譜儀則憑借其對(duì)物質(zhì)光譜特性的精確分析能力,在材料成分分析、環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)以及食品安全檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著的作用。

以象科技秉持著集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)營模式,展現(xiàn)出了強(qiáng)大的綜合實(shí)力與協(xié)同效應(yīng)。其研發(fā)中心坐落于西安這座充滿科技活力與創(chuàng)新氛圍的城市,依托當(dāng)?shù)刎S富的科研資源與人才優(yōu)勢(shì),持續(xù)不斷地投入大量資源進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新,為公司的產(chǎn)品迭代升級(jí)和技術(shù)突破提供了源源不斷的動(dòng)力源泉。

與此同時(shí),公司精心構(gòu)建的銷售網(wǎng)絡(luò)如同一張緊密交織的大網(wǎng),全面覆蓋全國各個(gè)地區(qū),確保了產(chǎn)品能夠快速、高效地觸達(dá)每一位客戶手中。而完善的售后服務(wù)機(jī)構(gòu)則像是一位貼心的守護(hù)者,隨時(shí)為客戶提供、多層次的技術(shù)支持與售后服務(wù)保障,讓客戶在使用產(chǎn)品的過程中無后顧之憂,進(jìn)一步增強(qiáng)了客戶對(duì)公司品牌的信任度與忠誠度。

以象科技憑借其團(tuán)隊(duì)、創(chuàng)新的產(chǎn)品以及完善的運(yùn)營模式,在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域正穩(wěn)步前行,未來有望在國內(nèi)乃至全球市場(chǎng)上取得更為輝煌的成就,為推動(dòng)光學(xué)科技的進(jìn)步與應(yīng)用普及做出更多貢獻(xiàn)。



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