SPECIM高光谱相机在食品检测方面的应用

1. 描述

   陈皮是一种良好的药材，也是一种常见的食材，对人们的健康与生活有非常大的帮助。但是陈皮在收集过程中，常常会混有其他物质，例如树叶、烟头等与陈皮颜色相近的杂质。本实验通过使用Specim高光谱相机来做陈皮混合物的检测。

2. 原理

    高光谱成像技术是一种图像及光谱融合的技术，可同时获取研究对象的空间及光谱信息。图像数据反映物体的外部特征、表面缺陷及污斑情况，光谱数据用于分析物体内部结构及成分。

    Specim高光谱相机采用线阵推扫的成像方式，通过相机和被拍摄物体之间有相对运动，获取目标区域的所有样本的图像数据和光谱信息数据。在地面端，大多是采用相机固定而让被测物体移动，如图1；也可以采用被测物处于静止固定状态，而相机通过电机控制运动，如图2；若是结合无人机上的应用，则把相机挂载在无人机上移动而物体本身不动。这里我们采用固定相机，而把物体放在位移台上进行拍摄（可以是传送带或者其他移动装置）。

图2

 

图3

 

3. 实验过程

3.1 准备样品，未检测的样品如下。

蒂头、树叶、陈皮、创可贴、烟头等。

3.2 设备及软件准备

a)准备光源：宽谱卤素灯，光谱比较全。

b)位移台：   LabScanner 40 x 20位移台，如上图1所示。

c)所用设备：   Specim Fx10e 高光谱相机（400-1000nm）。

d)Specim Insight分析软件

INSIGHT是高光谱图像数据的离线处理软件，用户可在其中实现浏览查看样本数据、训练分类模型、验证分类效果等操作，以建立应用程序供实时检测使用。软件支持查看光谱曲线和散点图及时空序列信息，还包含有偏最小二乘法判别分析（PLS-DA），主成分分析（PCA）和光谱角制图（SAM）多种算法，便于用户快速得到准确的运算结果

3.3 测试

①规整摆放待测物体

从上到下，分别为 蒂头、树叶、陈皮、创可贴、烟头。

使用LabScanner进行扫描成像。

②打乱放置，杂乱无章排放，重新采样一次。

 

 

3.4 分析

本次测试样品中共有5种物质类型，每种物质会有生成特有的光谱曲线，通过原厂软件分析所有物体的光谱特征和内嵌的光谱算法，可以正确的区分不同样品类型并能赋予对应的不同颜色。 

  ---五条光谱曲线---

 

---整齐摆放---

棕色 ：蒂头

绿色 ：树叶

橙色 ：陈皮

粉色 ：创可贴

蓝色 ：烟头

---杂乱摆放---

棕色 ：蒂头

绿色 ：树叶

橙色 ：陈皮

粉色 ：创可贴

蓝色 ：烟头  

另外，可以将某次分析好的结果做成Mode模型，下次直接使用就能得到检测果。

4. 实验总结

  通过光谱识别的方法，用Specim Fx10e（400-1000nm）高光谱相机可以很好的做出陈皮等

混合物的识别，并且准确率高，速度快。

质量控制和异物检测在食品工业中至关重要。在各种工业、农业的应用中，通过高光谱分

辨率的光谱信息与成像相结合的无损检测方法，及时提供各种成分、异物检测和质量损伤情况等，形成“征兆图”，供诊断、决策和风险评估等使用。

 另外，通过广泛实验和实际应用，发现大部分物质成分，在近红外900-1700nm，和短波红外1000-2500nm有较好的吸收反射，在此波段范围光谱特征明显。建议同种应用，不同物质检测需采用合适的波长范围产品。

审核编辑：符乾江