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光譜成像技術(shù)在霉變大豆識(shí)別與篩選中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2022-08-09
大豆作為我國(guó)主要糧食作物之一，富含蛋白質(zhì)、異黃酮、脂肪以及多種維生素、微量元素，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡氖称?，其重要性不言而喻。大豆在我?guó)至今已有5000多年的種植史，目前主要集中在東北、華北、陜、川及長(zhǎng)江下游地區(qū)。
在大豆的收獲過(guò)程中，首先需要將存在于豆莢中的大豆進(jìn)行脫殼處理，然后需再將其攤開(kāi)晾曬，等到大豆自由水脫干，才能入倉(cāng)貯藏。在這一整個(gè)過(guò)程中，大豆中免不了混入雜質(zhì)，如豆莢、石子、泥沙等等，同時(shí)，有些大豆在成熟的過(guò)程中,由于各種原因可能導(dǎo)致的干癟、霉變、籽粒大小不均勻的不利因素，將會(huì)嚴(yán)重影響大豆的質(zhì)量，因此對(duì)于大豆里的雜質(zhì)、霉變大豆的篩選顯得尤其重要。
本案例通過(guò)光譜成像技術(shù)來(lái)區(qū)分霉變大豆和正常大豆，利用霉變大豆和正常大豆光譜數(shù)據(jù)的差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩者的識(shí)別與篩選。
高光譜數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備
推掃式高光譜相機(jī)由深圳市中達(dá)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400-1700nm波段光譜范圍，可快速、精準(zhǔn)獲取觀測(cè)目標(biāo)的高光譜信息，廣泛應(yīng)用于掛載、便攜、室內(nèi)等應(yīng)用場(chǎng)景。該產(chǎn)品可結(jié)合目標(biāo)物的空間圖像信息和光譜信息，利用目標(biāo)物不同部位或成分的光譜特征，進(jìn)行無(wú)損、無(wú)接觸、快速高效的精準(zhǔn)獲取、發(fā)現(xiàn)識(shí)別、分類篩選和分析應(yīng)用。
推掃式高光譜相機(jī)VIX-N110
采集樣本
本案例選用正常大豆和霉變大豆為樣本，通過(guò)對(duì)正常大豆、霉變大豆、正常與霉變大豆混合等3種方式，采用400-1000nm波段進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集，如下圖：
大豆實(shí)拍圖
（左：正常大豆，中：霉變大豆，右：正常與霉變大豆混合）
大豆光譜圖像
(左：正常大豆，中：霉變大豆，右：正常與霉變大豆混合）
數(shù)據(jù)分析與模型訓(xùn)練
對(duì)所采集的光譜數(shù)據(jù)使用光譜分析軟件進(jìn)行區(qū)域采集數(shù)據(jù)和主成分分析。（注：主成分分析是對(duì)采集的光譜數(shù)據(jù)在光譜維度下進(jìn)行分析計(jì)算，得出圖像中的光譜差異，以偽彩色進(jìn)行標(biāo)注，如下圖：
正常大豆光譜曲線
霉變大豆光譜曲線
正常與霉變大豆光譜曲線
（紅色曲線：正常，綠色曲線：霉變）
從如上采集分析的數(shù)據(jù)可看出，正常大豆和霉變大豆的光譜曲線存在差異。
通過(guò)中達(dá)瑞和高光譜大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用云平臺(tái)，把采集的正常大豆和霉變大豆的光譜數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)集中，對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行標(biāo)注，分析和模型訓(xùn)練，最后通過(guò)正常和霉變大豆混合采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型匹配，驗(yàn)證結(jié)果如下圖。
如上圖驗(yàn)證結(jié)果表明，基于光譜成像技術(shù)并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練方法能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)正常大豆與霉變大豆的識(shí)別與篩選。
高光譜成像技術(shù)可捕捉遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光范圍的光譜信息和圖像信息，能看到普通可見(jiàn)光成像看不到的物質(zhì)信息，是未來(lái)成像技術(shù)主要發(fā)展方向之一。深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司作為國(guó)內(nèi)光譜成像行業(yè)領(lǐng)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(jī)、光譜軟件和光譜智能云平臺(tái)，產(chǎn)品與技術(shù)在科學(xué)研究、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境、資源勘探、工業(yè)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、智能探測(cè)、食品安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。未來(lái)，中達(dá)瑞和將持續(xù)攻難克堅(jiān)，堅(jiān)持“光譜領(lǐng)域芯片技術(shù)+光譜產(chǎn)品＋解決方案＋行業(yè)應(yīng)用”的市場(chǎng)定位，推動(dòng)高光譜成像技術(shù)從高端科研到工業(yè)應(yīng)用、并最終到消費(fèi)級(jí)應(yīng)用，為各行業(yè)實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)字化、智能化賦能，為改善人們生活品質(zhì)而持續(xù)努力。
