Cymhwyso technoleg delweddu hyperspectrol wrth ganfod ansawdd ffrwythau a llysiau

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae materion diogelwch bwyd wedi denu llawer o sylw, ac mae gofynion pobl ar gyfer safonau ansawdd a diogelwch ffrwythau a llysiau wedi dod yn fwyfwy uwch, sydd wedi dod yn bwnc llosg o bryder cymdeithasol. Yn gyffredinol, mae ansawdd ffrwythau a llysiau yn cynnwys rhinweddau allanol fel siâp, lliw, maint a diffygion arwyneb, a rhinweddau mewnol fel cynnwys siwgr, asidedd, caledwch, cynnwys solidau hydawdd, cynnwys startsh, lleithder ac aeddfedrwydd, a chynnwys arall maetholion. Mae'r ansawdd yn ffactor pwysig yn ei werthiant yn y farchnad.

Mae dulliau canfod ansawdd ffrwythau a llysiau traddodiadol fel dulliau cemegol, cromatograffeg hylif perfformiad uchel, sbectrometreg màs, ac ati fel arfer yn ddinistriol i'r gwrthrychau sydd i'w profi ac yn araf. Mae gan weledigaeth peiriant a thechnoleg sbectrol fanteision cyflym, annistrywiol a dibynadwy, ac fe'u defnyddiwyd yn helaeth wrth ganfod ansawdd ffrwythau a llysiau yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Yn eu plith, mae technoleg gweledigaeth peiriant yn tynnu ac yn dadansoddi gwybodaeth ofodol fel siâp, maint, lliw ac arwyneb diffygion ffrwythau a llysiau ar gyfer canfod ansawdd allanol, tra bod technoleg sbectrosgopeg bron-is-goch yn canfod ansawdd mewnol ffrwythau a llysiau yn bennaf.

Mae technoleg delweddu hyperspectrol yn cyfuno delweddau â thechnoleg sbectrol i gael gwybodaeth sbectrol a gwybodaeth ofodol ar yr un pryd gan adlewyrchu ansawdd mewnol ac allanol y gwrthrych sydd i'w brofi. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, fe'i hastudiwyd yn eang mewn profion annistrywiol o ansawdd ffrwythau a llysiau gartref a thramor. Bydd yr erthygl hon yn cyflwyno'r cynnydd ymchwil diweddaraf yn y maes hwn o egwyddorion sylfaenol technoleg delweddu hyperspectrol a'i ymchwil a'i gymhwyso wrth brofi annistrywiol o ansawdd ffrwythau a llysiau.

1. Egwyddor technoleg delweddu hyperspectrol

Gall pob picsel yn y system hyperspectrol gael dwsinau i gannoedd o wybodaeth band cul barhaus yn yr un ystod sbectrol, a chael cromlin sbectrol llyfn a chyflawn. Ar yr un pryd, gall y system ddelweddu gyfan hefyd gael gwybodaeth ofodol y gwrthrych i'w fesur, gan wireddu canfod cydrannau mewnol a nodweddion ymddangosiad y gwrthrych ar yr un pryd, gyda nodweddion parhad sbectrol a datrysiad uchel.

Gellir cynrychioli'r ddelwedd hyperspectrol a gafwyd gan y system gan ddelwedd tri dimensiwn stereosgopig sy'n cynnwys band parhaus o ddelweddau optegol, fel y dangosir yn Ffigur 2. Mae delwedd dau ddimensiwn yr awyren XY yn cynrychioli gwybodaeth ofodol y gwrthrych, y fath Fel siâp, maint, diffygion, ac ati. Gan y bydd newidiadau allanol y gwrthrych yn effeithio ar y sbectrwm adlewyrchu, bydd y siâp, y lliw neu'r nam yn newid ar donfedd benodol. Mae'r cyfesuryn λ yn cynrychioli gwybodaeth sbectrol y gwrthrych, a fydd yn adlewyrchu ansawdd mewnol y gwrthrych dan brawf, megis y cyfansoddiad a'r strwythur.

Cymhwysodd yr astudiaeth hon gamera hyperspectrol 400-1000NM, a gellir defnyddio cynnyrch FS13 Hangzhou Caipu Technology Co, Ltd. ar gyfer ymchwil gysylltiedig. Yr ystod sbectrol yw 400-1000NM, mae'r cydraniad tonfedd yn well na 2.5Nm, a hyd at 1200 o sianeli sbectrol. Gall y cyflymder caffael gyrraedd 128fps yn y sbectrwm llawn, a'r dewis uchaf ar ôl y band yw 3300Hz (yn cefnogi dewis band aml-ranbarth).

2. Canfod ansawdd allanol ffrwythau a llysiau

Teimlad uniongyrchol pobl am ffrwythau a llysiau yn y farchnad yw ansawdd eu hansawdd allanol, hynny yw, barnu lliw, ffresni, maint, difrod mecanyddol, frostbite a phydredd. Mae'n anodd gwahaniaethu nodweddion allanol fel difrod mecanyddol, frostbite, pydredd, pydredd a ffresni wrth ganfod ansawdd allanol ffrwythau a llysiau oherwydd manwl gywirdeb isel a gweithrediad cymhleth. Mae technoleg delweddu hyperspectrol yn goresgyn y diffyg hwn yn unig a gall sicrhau canfod annistrywiol cyffredinol. Mae hefyd yn hynod gywir ac yn hawdd ei weithredu. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, fe'i defnyddiwyd yn raddol wrth ganfod ansawdd allanol ffrwythau a llysiau.

Mae ffresni yn ddangosydd pwysig sy'n adlewyrchu ansawdd ffrwythau a llysiau. Fel rheol mae angen storio a chludo ffrwythau a llysiau wedi'u dewis yn ffres cyn iddynt gyrraedd defnyddwyr. Bydd y broses hon yn effeithio ar eu ffresni a'u hansawdd. A siarad yn gyffredinol, mae barn oddrychol pobl o ffresni ffrwythau a llysiau yn anghywir. Casglwyd a chymharwyd y delweddau sbectrol o bedwar dail llysiau, gan gynnwys bresych Tsieineaidd, sbigoglys, had rêp a bresych babanod, gan ddefnyddio sbectromedr delweddu yn 0, 10, 24 a 48 awr o ddadhydradiad. Yn eu plith, dangosir y dadansoddiad cymharol o'r ddelwedd hyperspectrol a delwedd gweledigaeth peiriant o'r dail pakchoi ar wahanol amseroedd colli dŵr yn Ffigurau 3 a 4. Gellir gweld bod cyflwr y dail yn y ddwy ddelwedd wedi newid yn sylweddol gyda'r Newid amser, ond dim ond y wladwriaeth colli dŵr y gall delwedd golwg y peiriant ddangos, ac mae'r ddelwedd hyperspectrol yn dadansoddi'r newidiadau mewn gwybodaeth sbectrol ac yn canfod bod ymddangosiad a chloroffyl mewnol y dail wedi newid yn ystod y broses colli dŵr. Cyfernod cydberthynas y model rhagfynegiad gwerth cynnwys cymharol cloroffyl yw r = 0.76, gan nodi y gall technoleg hyperspectrol nodi ffresni dail llysiau yn effeithiol.

Defnyddiwyd y model technoleg hyperspectrol a rhagfynegiad ANN i astudio rhewllyd afalau, fel y dangosir yn Ffigur 5. Defnyddiodd yr arbrawf y broses a ddangosir yn Ffigur 6, a dewisodd bum prif fand cydran (717, 751, 875, 960 a 980 nm) O'r ddelwedd hyperspectrol o afalau frostbitten yn y band 400-1000 nm i sefydlu'r model ANN. Cyfernodau cydberthynas y set hyfforddi, set prawf a set ddilysu oedd 0.93, 0.91 a 0.92, yn y drefn honno, ac o'r diwedd cyflawnwyd cywirdeb cydnabyddiaeth o fwy na 98%.

3. Casgliad

Gyda gwella safonau byw, mae gan bobl ofynion uwch ac uwch ar gyfer ansawdd bwyd iach. Mae technoleg golwg peiriant traddodiadol a dulliau corfforol a chemegol yn gymhleth ac yn ddinistriol wrth fesur ansawdd ffrwythau a llysiau, ac mae'n anodd diwallu'r anghenion canfod. Mae technoleg delweddu hyperspectrol yn integreiddio gweledigaeth peiriant, sbectrosgopeg a thechnoleg prosesu delweddau. Mae'r ddelwedd a gynhyrchir yn giwb data tri dimensiwn o "gyfuniad sbectrwm", sydd nid yn unig yn cynnwys nodweddion gwybodaeth ofodol y gwrthrych y dylid ei brofi, ond sydd hefyd yn cynnwys gwybodaeth sbectrol y gwrthrych sydd i'w brofi. Gall ganfod ansawdd cynhyrchion amaethyddol yn gywir, yn gyflym ac yn ddinistriol, ac mae'n syml i'w weithredu. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, fe'i defnyddiwyd yn helaeth wrth ganfod ansawdd ffrwythau a llysiau. Fodd bynnag, yn y broses o gasglu a phrosesu data delwedd, mae technoleg delweddu hyperspectrol wedi'i chyfyngu gan gyflymder perfformiad a phrosesu'r offeryn. Ar hyn o bryd mae'r dechnoleg hon yn cael ei defnyddio'n bennaf mewn ymchwil sylfaenol ac nid yw wedi'i defnyddio'n helaeth mewn canfod amser real ar-lein diwydiannol. Er mwyn sicrhau bod ansawdd ffrwythau a llysiau ar -lein yn fasnachol, mae angen cyflawni'r ddau bwynt canlynol er mwyn datrys y problemau hyn: yn gyntaf, gwella ac uwchraddio offer cysylltiedig technoleg delweddu hyperspectrol, megis delweddu sbectromedrau, i wella eu perfformiad a lleihau eu costau cynhyrchu, sy'n ffafriol i hyrwyddo technoleg delweddu hyperspectrol wrth ganfod ansawdd ffrwythau a llysiau; Yn ail, dewiswch donfeddi nodweddiadol ar gyfer band llawn a gwahanol fathau o ddelweddau hyperspectrol ffrwythau a llysiau i leihau diswyddo data a lleihau amser caffael a phrosesu delweddau hyperspectrol. Serch hynny, gyda datblygiad cymdeithas a chynnydd gwyddonol, bydd technoleg delweddu hyperspectrol yn parhau i wella a gwella, a bydd ganddynt ofod datblygu ehangach a rhagolygon cymwysiadau ym meysydd cynhyrchion amaethyddol a diogelwch bwyd yn y dyfodol.