高光譜相機(jī)解決方案

  • 基于可見近紅外高光譜成像技術(shù)的西甜瓜糖度檢測(cè)

  • 信息來源：彩譜品牌廠家   瀏覽次數(shù)：97    發(fā)表時(shí)間：2023-05-12
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            本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)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(fēng)味的主要因素，既可表征成熟度，又可體現(xiàn)其品質(zhì)。隨著成像和光譜技術(shù)的快速發(fā)展，高光譜成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的快速無損檢測(cè)。高光譜成像技術(shù)融合了傳統(tǒng)的成像和光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)獲取被檢測(cè)物體的空間信息和光譜信息，因此該技術(shù)既可以檢測(cè)物體的外部品質(zhì)，也可以檢測(cè)物體的內(nèi)部品質(zhì)如水果的糖度、堅(jiān)實(shí)度、酸度等。然而，大多數(shù)研究者利用光譜儀檢測(cè)果類品質(zhì)、糖度、酸度等時(shí)，很少有研究者利用多類水果或多品種水果進(jìn)行研究分析其不同糖度、酸度的光譜差異及特征響應(yīng)波段范圍。研究單一品種或單一類水果的檢測(cè)模型其穩(wěn)定性低、普適性弱，不能較好地實(shí)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(duì)象，利用可見/近紅外高光譜成像技術(shù)，探索不同種類西甜瓜不同糖度光譜差異及特征響應(yīng)波段范圍，為探索不同水果糖度高精度檢測(cè)模型奠定基礎(chǔ)。
           本研究通過分析不同品種的西瓜、甜瓜的光譜曲線可知，對(duì)于不同品種的西瓜而言，其光譜曲線總體變化趨勢(shì)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(gè)波段都可以作為西瓜瓜瓤的特征波段。對(duì)于不同品種的甜瓜，在400~550 nm范圍內(nèi)，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(nèi)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(gè)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(nèi)，不同品種的西瓜、甜瓜光譜反射率曲線變化趨勢(shì)相似。不同品種的西瓜、甜瓜，其光譜反射率對(duì)糖度的響應(yīng)差異較大，但在紅光范圍630~670 nm 范圍內(nèi)均有較高的相關(guān)性。綜合不同品種、不同種類的西甜瓜光譜反射率，分析其對(duì)糖度的響應(yīng)波段范圍，研究表明，波段響應(yīng)最高的是639.3 nm，其相關(guān)系數(shù)為0.951，利用獨(dú)立的建模與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用639.3 nm處的光譜構(gòu)建監(jiān)測(cè)模型，并對(duì)該模型進(jìn)行檢驗(yàn)，其建模R2為0.904、檢驗(yàn)R2為0.847、斜率Slope為0.905、截距為0.867，相對(duì)均方根誤差為6.78%，取得較好的研究效果，研究結(jié)果表明，應(yīng)用成像高光譜技術(shù)檢測(cè)西甜瓜糖度具有可行性。
     
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