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高光譜應(yīng)用:葡萄糖度實時在線檢測

更新時間:2025-01-08瀏覽:421次

>>背景

酸甜度是水果的重要評價成分,對水果的口感、香氣等品質(zhì)特征具有顯著影響。然而,含糖量高中的某些水果可能對人體健康產(chǎn)生潛在危害。對水果質(zhì)量的檢查,包括外觀形態(tài)檢測和內(nèi)部品質(zhì)檢測。外部檢測對象包括顏色、大小和外部缺陷等形態(tài)參數(shù),而內(nèi)部品質(zhì)檢測對象主要包括口感、糖度、酸度等。

我國是水果生產(chǎn)和出口大國,但由于水果質(zhì)量與國際標(biāo)準(zhǔn)要求還有較大差距,造成出口水果數(shù)量雖多,但價格偏低。我們迫切需要提高我國的水果檢測技術(shù)水平,改善水果質(zhì)量,以提高競爭力。

目前,水果糖度檢測,特別是以葡萄為代表的整串(串狀)水果的檢測方式,主要依靠破壞性取樣進(jìn)行,不但工作量大,而且難以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和連續(xù)測量。

因此對其濃度進(jìn)行準(zhǔn)確分析顯得尤為重要。高光譜技術(shù)作為一種新興的分析手段,具有光譜分辨率高、測量范圍廣、圖譜合一等特點,在濃度分析領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


>>實驗設(shè)備

1、試驗對象:市場上流行的晴王葡萄。

2、試驗設(shè)備:實驗室高光譜HY-8030系列。8030系列核心為900-1700nm近紅外高光譜相機。

采集到的高光譜數(shù)據(jù)和可見光圖像傳輸?shù)讲杉刂坪蛿?shù)據(jù)處理單元內(nèi),通過上位機軟件進(jìn)行控制與處理。

根據(jù)待測物不同,提前驗證算法進(jìn)行建模,數(shù)據(jù)處理單元可實時對待測物進(jìn)行物質(zhì)成份的檢測分類。

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>>實驗結(jié)論

根據(jù)糖度分為三類,如下圖所示:

高光譜應(yīng)用:葡萄糖度實時在線檢測


分別采集葡萄底端顆粒數(shù)據(jù),同時對每顆樣品立即進(jìn)行切片,對應(yīng)標(biāo)號(1-12),利用測糖儀記錄糖度值,結(jié)果如下圖所示:

高光譜應(yīng)用:葡萄糖度實時在線檢測

深度學(xué)習(xí)建模,分類結(jié)果如下圖所示:結(jié)論:

1、經(jīng)過深度學(xué)習(xí)建模,從顏色渲染圖可以區(qū)分出陽光玫瑰的糖度,糖度渲染結(jié)果跟測糖儀結(jié)果吻合,其中1類為(2 11),2類為(3 4 7 8 10 12),3類為(1 5 6 9 ),部分?jǐn)?shù)據(jù)還存在誤識別情況,可通過提高數(shù)據(jù)量減少誤差。

2、實驗結(jié)果驗證了可以通過900-1700nm近紅外高光譜測量葡萄糖度。


>>數(shù)據(jù)模型推理

結(jié)論:測試樣品真值均值為17.6 模型推理結(jié)果均值為18.32,相差結(jié)果0.72。

這是一次初步的驗證和試驗,根據(jù)內(nèi)部評估,在測試環(huán)境更加嚴(yán)謹(jǐn),專業(yè)化,標(biāo)準(zhǔn)化后,結(jié)合更多的數(shù)據(jù)的訓(xùn)練,晴王葡萄可以做到±0.5甜度差異內(nèi)分類。具備市場產(chǎn)業(yè)化可行性。

左:上午采集用于建模;右:下午采集用于驗證


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