specim高光譜相機應用之一，開發用于新鮮農產品的分析系統

荷蘭瓦赫寧根大學與研究中心（wur）開發了一種智能一體化光譜成像（asi）實驗室系統，用于流程標準化的自動數據采集和實時光譜模型部署，搭配specimfx10和fx17高光譜相機，在形成光譜范圍互相補足的集成系統后，已證明其能夠可靠地預測食品特性和新鮮農產品分析。
高光譜成像在科學和工業應用中使用了相當長的一段時間，已實證是**分類和材料分析領域的強大技術。與傳統成像系統相比，高光譜成像**出了可見光譜，使其能夠檢測人眼不可見的信息。它在眾多需要精確表征和識別的用例中提供了**的功能。
雖然高光譜成像在各個行業和研究領域都顯示出顯著的優勢，但數據采集和分析的復雜性限制了他的泛用性，但是現在有了突破。為了克服復雜性，來自荷蘭wur研究所的puneetmishra博士的期望目標是開發一個類似智能相機的一鍵式一體化的高光譜成像分析系統，使沒有深入了解高光譜成像的用戶也能夠從這項技術中受益。而specim的線掃描高光譜相機是該項目的關鍵組成部分。
圖1：瓦赫寧根大學和研究所的智能一體化光譜成像（asi）實驗室系統，用于標準化自動化數據采集和實時光譜模型部署。圖片來源：瓦赫寧根大學與研究院
項目第一步：標準化高光譜成像
“為了實現常規分析光譜成像的實際實施，過去必須克服許多障礙，”mishra說。“光譜成像的主要挑戰之一是市場上可用的相機通常需要系統集成和校準建模。
此外，目前市場上的大多數高光譜傳感器都是作為數據采集工具來使用的。為了進行測量和開發模型，用戶需要自己去設計和集成傳感器的實驗設置。“研究實驗室遵循的較佳試驗過程通常是在一個步驟中執行數據采集和數據建模。盡管這種方法非常好，但是由于集成傳感器需要技術支持，無法0基礎上手，不符合項目的目的“mishra說。
為了使高光譜成像較*，特別是對于非*用戶，wur開發了一種具有嵌入式計算的標準化光譜成像系統，以屏蔽大部分非測量目標的干擾。目標是避免系統重新整合，并不需要重復校準就可進行重復的測量。
圖2：asi系統通過預測幾種水果的特性證明了其可靠性。圖片來源：瓦赫寧根大學與研究中心
項目第二步：選擇高光譜相機
成功實現該系統的關鍵決策是選擇合適的高光譜相機。在這一點上，wur的開發人員選擇了specim的高光譜線掃描相機。
根據mishra的說法，wur之前已經在實驗室中使用過specim相機進行其他應用，并且一直對結果非常滿意：“specimfx10和fx17高光譜相機完全滿足我們的要求。對于所需的系統緊湊設計，specim相機的機械尺寸是**的。在分辨率和速度方面，這些相機也能夠滿足規格而不會出現任何問題。這些原因，讓specim成為了我們這個項目的可以選擇。
除了相機的技術特點外，specim*的支持也說服了wur開發人員。“在項目開始時，specim的*在幾次會議上就系統設計、較佳軟件的選擇和其他成像組件向我們提供了詳細的建議。這種有力的支持大大加快了開發進程。通常，其他公司只想銷售他們的產品，但在我看來，specim的員工對解決我們的問題非常感興趣，并且愿意以他們的專業知識支持我們。這種合作對我們的項目非常有幫助，“mishra強調說。
作為specim相機的補充，mishra集成了可控制的標準化照明環境、內置計算系統以及用于自動圖像采集和模型部署的嵌入式軟件。該設置是在asi系統中實時預測樣品屬性空間分布的基礎。
圖3：帶specimfx10和fx17相機的多合一光譜柜。
結合vnir和nir高光譜相機，實現較精確的檢測
為了展示asi框架的能力，wur進行了水果特性預測的示例性案例。asi設置功能用于預測水果特性，適用于葡萄、櫻桃、梨和獼猴桃等各種水果案例。人眼和傳統的機器視覺相機對380至760nm之間的波長具有靈敏度。由于**于該范圍，因此很難知道與水果成熟度相關的化學參數，例如水分和可溶性固體含量。相比之下，高光譜相機的擴展波長范圍使得預測水分和可溶性固體含量等參數成為可能。
mishra和他的團隊建造的**臺機器使用了specimfx10高光譜相機，該相機在400至1000nm的可見光和近紅外（vnir）光譜范圍內運行。“通過這種設置，我們能夠檢查水果的糖含量和其他一些特征，但后來我們希望實現滿足較高要求的設備，以收集較高質量的較詳細信息，能夠可靠地分析肉類和其他食品，”mishra解釋道。“我們通過添加ingaas材質的specimfx17近紅外高光譜相機來做到這一點，該相機覆蓋900至1700nm的波長范圍。這為分析食物開辟了進一步的選擇，但也為其他**物體開辟了道路。
圖4：fx10和fx17高光譜相機是水果檢測系統的關鍵組件，覆蓋波長范圍為400至1700nm。
mishra說，fx10和fx17相輔相成，特別是在測量新鮮水果等高水分樣品時。“在新鮮水果的情況下，已經發現由于水分子在400–1000nm光譜范圍內的吸水系數低，vnir光的穿透深度較高，從而可以捕獲更多的地下體積信息。在900至1700nm范圍內，水分子的吸水系數很高，因此可以較好地預測樣品中的表面水分。
specimfx17相機在記錄速度方面也非常靈活，因為它提供了從224個波段中選擇和評估的選項，并且可以僅使用那些為當前應用提供相關信息的波段。通過減少觀察到的波長數量以增加線掃速度，例如當使用所有17個波段時，標準specimfx670記錄速度為每秒224行，當僅聚焦于幾個波段時，可以提高到每秒數千行。此屬性稱為多感興趣區域（mroi）。specimfx10和fx17相機都有這個功能，在速度方面為用戶提供了非常高的靈活可調性，而不會降低準確性。此外，mroi減少了數據量，以便于處理和數據存儲。mishra表示，在一個系統中使用specimfx10和fx17相機提高了檢測精度，并實現了400至1700nm全波長范圍內的質量檢測。
圖5：僅使用一臺相機和使用fx10+fx17的對比，使用2臺可以較精確地預測水果特性。
通過高光譜成像進行可靠的新鮮農產品分析和食品特性預測
wur對項目的結果非常滿意，mishra總結道：“我們基于specimfx10和fx17高光譜相機開發的一體化光譜成像系統完全滿足了我們精確預測：一系列新鮮水果中水分和可溶性固體含量的要求。我們根據廣泛用于近紅外分析的商用光譜儀系統對系統性能進行了基準測試。asi系統實現了與長期建立的技術相似的性能，asi設置的預測與商用光譜儀之間只有微不足道的差異。此外，與光譜儀相比，高光譜成像還具有其他優勢。
與光譜儀相比，asi開發的一個關鍵優勢是，由于specimfx高光譜相機捕獲了豐富的空間信息，它允許探索空間分布的特性。此外，asi設置可以重復使用之前在實驗室實驗中獲取的光譜數據和模型。“這為光譜傳感的較廣泛使用開辟了新的選擇，其中模型和數據可以在光譜學的不同用戶之間共享，”mishra說。
此外，asi是一個完全移動的系統，可以帶到樣品而不是將樣品帶到實驗室。在許多用例中，與傳統技術相比，這是一個巨大的優勢。最后一點是，獲得結果只需不到40秒。在以前可能需要等待幾天才能獲得水份含量分析的結果。
“結合其易用性，無論是業余還是*都可以輕松使用高光譜技術。wur已經在使用asi系統對各種食品進行實驗。由于該設備具有良好的便攜性，它甚至可以用于捕獲后立即在船上檢查魚等項目。因此，該系統的可能性遠未窮盡。
圖6：用于獼猴桃分析的一體化光譜成像（asi）設置和工作流程概述。
深圳維爾克斯光電有限公司專注于激光防護鏡,衍射光學元件,doe等, 歡迎致電 18926463275