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基于高光譜成像的煙葉分級應用與研究
發(fā)布時間：2022-04-15
煙草是我國重要的經(jīng)濟作物，國內種植覆蓋20多個省份，種植面積達88.7萬公頃。作為煙草行業(yè)的重要原料，烤煙在收購與生產(chǎn)過程中需進行多輪加工和準確篩分，將質量優(yōu)劣的煙葉予以精準分級，才能保證最終卷煙產(chǎn)品的品質，促進煙草行業(yè)良性發(fā)展。
目前，烤煙收購過程主要依賴人工感官經(jīng)驗定級，費時費力，且難以保證準確性和一致性。部分地區(qū)采用普通可見光成像技術，通過烤煙的顏色、紋理、形狀等外部品質差異，實現(xiàn)自動分級，效率和準確性相較人工雖有所提升，但這些特征值很難區(qū)分煙葉的真正品質，尤其是與煙葉品質等級緊密相關的油分和成熟度等特征值更難以從圖像中提取出來，無法滿足行業(yè)需求。
高光譜成像技術是融合了成像技術和光譜技術優(yōu)點的一種新興檢測技術，具有無損、無接觸、快速等技術特點，可同時獲得檢測對象內、外部品質特征的光譜信息與圖像信息，使得該技術在煙草行業(yè)具有較大的應用前景。
本案例主要通過光譜成像系統(tǒng)采集大量煙葉數(shù)據(jù)，利用光譜大數(shù)據(jù)分析應用云平臺進行各級煙葉光譜特征分級、模型訓練與匹配，實現(xiàn)精準的煙葉分級。
一、高光譜數(shù)據(jù)采集設備
可見光近紅外推掃式高光譜相機由深圳市中達瑞和科技有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)制造，擁有超高光譜分辨率，覆蓋400-1000nm波段光譜范圍，可快速、精準獲取觀測目標的高光譜信息，廣泛應用于掛載、便攜、室內等應用場景。該產(chǎn)品可結合目標物的空間圖像信息和光譜信息，利用目標物不同部位或成分的光譜特征，進行無損、無接觸、快速高效的精準獲取、發(fā)現(xiàn)識別、分類篩選和分析應用。
可見光近紅外推掃式高光譜相機
二、實驗樣本
本次實驗，我們依照客戶給到的分級標準，將烤煙煙葉樣本劃分為1-8個等級，采用400nm-1000nm，間隔5nm進行光譜數(shù)據(jù)采集，每片煙葉正面和反面各采集3個部位，共采集樣本數(shù)1000個。
煙葉采集實驗現(xiàn)場
煙葉高光譜偽彩圖像
1-8級別煙葉光譜曲線差異分布圖
從1-8級別煙葉光譜曲線差異分布圖，可明顯看出不同級別煙葉的光譜曲線存在差異。
三、模型訓練與匹配
通過中達瑞和高光譜大數(shù)據(jù)分析應用云平臺，把采集的8個不同級別的煙葉數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)集中，對多個樣本進行標注，數(shù)據(jù)分析和模型訓練，最后進行模型匹配與判斷，綜合驗證煙葉分級準確率達85%以上。
分級效果圖
通過實驗結果表明，基于高光譜成像技術并結合機器學習模型訓練方法能夠準確地實現(xiàn)煙葉自動分級。
高光譜成像技術可捕捉遠大于可見光范圍的光譜信息和圖像信息，能看到普通可見光成像看不到的物質信息，是未來成像技術主要發(fā)展方向之一。深圳市中達瑞和科技有限公司作為國內光譜成像行業(yè)領先的產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，擁有自主研發(fā)的分光器件、光譜相機、光譜軟件和光譜智能云平臺，產(chǎn)品與技術在科學研究、工業(yè)檢測、精準農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等領域都有廣泛應用。未來，中達瑞和將持續(xù)攻難克堅，推動高光譜成像技術從高端科研到工業(yè)應用、并最終到消費級應用，服務于大眾日常生活，幫助改善人們的生活品質而繼續(xù)努力。
