高光譜相機解決方案

  • 基于可見近紅外高光譜成像技術的西甜瓜糖度檢測

  • 信息來源：彩譜品牌廠家   瀏覽次數(shù)：97    發(fā)表時間：2023-05-12
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            本研究應用了400-1000nm的高光譜相機，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進行相關研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達1200個光譜通道。采集速度全譜段可達128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。
            糖度是影響西甜瓜營養(yǎng)與風味的主要因素，既可表征成熟度，又可體現(xiàn)其品質。隨著成像和光譜技術的快速發(fā)展，高光譜成像技術已經(jīng)廣泛應用于農(nóng)產(chǎn)品品質的快速無損檢測。高光譜成像技術融合了傳統(tǒng)的成像和光譜技術的優(yōu)點，可以同時獲取被檢測物體的空間信息和光譜信息，因此該技術既可以檢測物體的外部品質，也可以檢測物體的內部品質如水果的糖度、堅實度、酸度等。然而，大多數(shù)研究者利用光譜儀檢測果類品質、糖度、酸度等時，很少有研究者利用多類水果或多品種水果進行研究分析其不同糖度、酸度的光譜差異及特征響應波段范圍。研究單一品種或單一類水果的檢測模型其穩(wěn)定性低、普適性弱，不能較好地實現(xiàn)科研成果產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。因此本研究以無籽/有籽西瓜、青色/黃色甜瓜為研究對象，利用可見/近紅外高光譜成像技術，探索不同種類西甜瓜不同糖度光譜差異及特征響應波段范圍，為探索不同水果糖度高精度檢測模型奠定基礎。
           本研究通過分析不同品種的西瓜、甜瓜的光譜曲線可知，對于不同品種的西瓜而言，其光譜曲線總體變化趨勢相似，在550、700、800 nm附近有吸收峰，在570~650 nm 紅光區(qū)域反射率呈直線上升，形成陡坡，因此570~650 nm波段范圍與550、700、800 nm等3個波段都可以作為西瓜瓜瓤的特征波段。對于不同品種的甜瓜，在400~550 nm范圍內，黃色甜瓜的光譜反射率顯著高于青色甜瓜，甜瓜在700、800 nm 附近也有吸收峰；在500~600 nm 范圍內反射率呈直線上升，形成陡坡，因此500~600 nm波段范圍與700、800 nm兩個波段都可以作為甜瓜的特征波段。比較相似糖度下的西瓜和甜瓜的光譜曲線可知，兩種水果都陡坡形成，只是陡坡形成的位置有所差異，甜瓜的光譜曲線陡坡在500~600 nm 附近，西瓜的光譜曲線陡坡在570~650 nm附近；在700 nm和800 nm附近均有吸收峰，在720~1000 nm范圍內，不同品種的西瓜、甜瓜光譜反射率曲線變化趨勢相似。不同品種的西瓜、甜瓜，其光譜反射率對糖度的響應差異較大，但在紅光范圍630~670 nm 范圍內均有較高的相關性。綜合不同品種、不同種類的西甜瓜光譜反射率，分析其對糖度的響應波段范圍，研究表明，波段響應最高的是639.3 nm，其相關系數(shù)為0.951，利用獨立的建模與檢驗數(shù)據(jù)，運用639.3 nm處的光譜構建監(jiān)測模型，并對該模型進行檢驗，其建模R2為0.904、檢驗R2為0.847、斜率Slope為0.905、截距為0.867，相對均方根誤差為6.78%，取得較好的研究效果，研究結果表明，應用成像高光譜技術檢測西甜瓜糖度具有可行性。
     
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