Penggunaan Pengimej Hiperspektral dalam Ujian Tidak Memusnahkan Kualiti Buah dan Sayuran (Dalaman dan Luaran)

Kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran adalah penunjuk penting untuk kawalan kualiti dan aspek utama pengurusan kualiti dan keselamatan. Kaedah ujian tradisional adalah rumit, memakan masa, dan boleh menyebabkan kerosakan yang ketara kepada sampel. Teknologi pengimejan hiperspektral boleh digunakan untuk menguji kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran dengan pantas, tidak merosakkan, secara kualitatif dan kuantitatif. Artikel ini memperkenalkan aplikasi pengimej hiperspektral dalam ujian tidak merosakkan kualiti dalaman dan luaran buah-buahan dan sayur-sayuran.

Kepentingan Ujian Kualiti Buah dan Sayuran: Buah-buahan dan sayur-sayuran adalah makanan yang sangat diperlukan, menyediakan manusia dengan vitamin, serat, mineral dan unsur surih yang penting. Kualiti dan keselamatan buah-buahan dan sayur-sayuran sentiasa menjadi topik hangat kebimbangan sosial. Kualiti luaran buah-buahan dan sayur-sayuran dinilai terutamanya berdasarkan warna, tekstur, saiz, bentuk dan kecacatan permukaannya. Kualiti luaran ialah ciri kualiti mereka yang paling langsung, memberi kesan langsung kepada harga pasaran dan keinginan pembelian pengguna. Kualiti dalaman terutamanya bergantung kepada kandungan gula, keasidan, ketegasan, kandungan pepejal larut, kandungan kanji, kandungan lembapan, kematangan, dan kandungan nutrien lain. Kualiti dalaman mencerminkan nilai mereka. Kualiti dan keselamatan dinilai terutamanya melalui pengesanan pencemaran asing seperti najis haiwan, pelbagai penyakit, kemerosotan kualiti, jangkitan bakteria, dan sisa racun perosak. Ini berkaitan dengan keselamatan dan kesihatan makanan pengguna dan merupakan ciri kualiti yang paling penting bagi buah-buahan dan sayur-sayuran.

Pada masa ini, kualiti dan keselamatan buah-buahan dan sayur-sayuran diuji terutamanya menggunakan kaedah kimia tradisional, yang memakan masa, intensif buruh, dan teknik ujian yang merosakkan. Dengan perkembangan pesat teknologi pengimejan dan spektroskopi, teknologi pengimejan hiperspektral telah digunakan secara meluas untuk ujian cepat dan tidak merosakkan kualiti dan keselamatan produk pertanian. Banyak kes yang berjaya telah membuktikan bahawa teknologi pengimejan hiperspektral ialah alat yang berkesan secara saintifik untuk ujian kualiti dan keselamatan produk makanan dan pertanian. Teknologi pengimejan hiperspektrum menyepadukan kelebihan pengimejan tradisional dan teknik spektrum, memperoleh imej hiperspektrum dengan ciri "penyepaduan spektrum imej", bermakna ia mengandungi maklumat imej dan spektrum secara serentak. Maklumat imej boleh digunakan untuk mengesan kualiti luaran buah-buahan dan sayur-sayuran, manakala maklumat spektrum boleh digunakan untuk mengesan kualiti dan keselamatan dalaman mereka.

Aplikasi Pengimej Hiperspektral dalam Ujian Tidak Memusnahkan Kualiti Dalaman dan Luaran Buah-buahan dan Sayuran: Sebagai teknologi bukan invasif, bukan sentuhan dan bukan tradisional, pengimejan hiperspektral menyediakan maklumat spatial dan spektrum objek penyelidikan. Ciri-ciri utamanya termasuk resolusi spektrum tinggi; julat tindak balas spektrum yang luas dengan banyak jalur sempit; "penyepaduan spektrum-imej"; volum data yang besar dan maklumat yang kaya; dan berbilang model penerangan data untuk analisis fleksibel. Ciri-ciri ini menentukan kelebihan unik teknologi pengimejan hiperspektral dalam ujian kualiti dalaman dan luaran makanan. Oleh kerana data imej mencerminkan ciri luaran produk, manakala data spektrum boleh menganalisis struktur fizikal dalaman dan komposisi kimia objek, teknologi pengimejan hiperspektral boleh dianggap sebagai gabungan sempurna imej dan teknik spektrum. Data yang dijana oleh teknologi pengimejan hiperspektral boleh digambarkan dengan jelas menggunakan "blok data tiga dimensi," menjadikannya lebih dipercayai daripada penglihatan mesin tradisional atau teknik spektrum. Aplikasinya dalam ujian kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran adalah seperti berikut:

1. Ujian tidak merosakkan buah-buahan dan sayur-sayuran

Kaedah ujian kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran tradisional menyebabkan sedikit kerosakan pada buah-buahan dan sayur-sayuran dan memerlukan masa, tenaga kerja dan sumber yang ketara, gagal memenuhi permintaan ujian kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran moden. Kekerasan dan kandungan pepejal larut adalah penunjuk intrinsik penting yang menentukan kematangan dan masa penuaian buah-buahan dan sayur-sayuran. Selain itu, penunjuk kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran yang penting termasuk rasa, rupa, aroma, dan komposisi kimia. Berdasarkan teknologi pengimejan hiperspektral, penentuan penunjuk ini hanya memerlukan sebilangan kecil sampel dan boleh mencapai ujian cepat dan tidak merosakkan penunjuk kualiti yang berkaitan. Kakitangan ujian hanya perlu mengekstrak blok imej "tiga dimensi" daripada sampel model, termasuk maklumat piksel imej dua dimensi dan maklumat panjang gelombang dimensi ketiga. Kemudian, model analisis multivariat diwujudkan, mengaitkan data spektrum yang diekstrak dengan nilai terukur atribut sampel untuk mewujudkan model hubungan kuantitatif. Ini membolehkan ujian kualiti dan penggredan sampel buah-buahan dan sayur-sayuran, dan penilaian berkesan kualiti buah-buahan dan sayur-sayuran.

2. Pengesanan bahan cemar pada permukaan buah-buahan dan sayur-sayuran

Penyelidikan menunjukkan bahawa apabila kakitangan menguji menyinari buah-buahan dan sayur-sayuran dengan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeza, buah-buahan dan sayur-sayuran mempamerkan fenomena seperti serakan, penyerapan, pantulan, dan penghantaran cahaya. Kajian telah menunjukkan bahawa apabila cahaya panjang gelombang tertentu bersinar ke bahagian dalam buah-buahan dan sayur-sayuran, data spektrum yang dikumpul melalui penghantaran dan penyebaran membawa maklumat yang kaya tentang komponen dalaman makanan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi hiperspektral telah digunakan untuk mengesan kerosakan pada buah-buahan dan sayur-sayuran. Pengimejan hiperspektral membolehkan ujian tidak merosakkan sambil memperoleh imej lengkap dan maklumat spektrum sampel dengan cepat dan tepat. Pemeriksa menggunakan analisis imej dan spektrum untuk mengesan komposisi kimia, struktur fizikal dan ciri permukaan buah-buahan dan sayur-sayuran. Dalam julat spektrum boleh dilihat dan dekat inframerah 400 hingga 1000 nanometer, dengan menggabungkan masa pendedahan, kelajuan imbasan dan pembetulan spektrum, pemeriksa boleh memperoleh blok imej "tiga dimensi", termasuk maklumat piksel imej dua dimensi dan maklumat panjang gelombang dimensi ketiga. Oleh kerana data hiperspektrum mempunyai saluran berbilang spektrum, resolusi spektrum tinggi dan spektrum berterusan, ia boleh membezakan dua imej yang sangat serupa tetapi berbeza pada panjang gelombang yang berbeza, dan boleh memperoleh lengkung spektrum berterusan untuk mana-mana piksel dan lengkung spektrum yang berbeza untuk bahan yang berbeza. Teknologi ini menggunakan perbezaan ketara antara nilai spektrum kawasan normal dan rosak pada panjang gelombang tertentu untuk mencapai ujian tidak merosakkan permukaan buah dan sayur.

3. Pengesanan Sisa Racun Perosak Pada Permukaan Buah dan Sayuran

Dalam amalan, terdapat pelbagai teknologi pengesanan sisa racun perosak. Proses pengesanan ketepatan tinggi tradisional memerlukan pengendali yang berkemahiran tinggi dan memakan masa, mengehadkan penggunaannya kepada analisis makmal yang tepat dan pengesanan sisa racun perosak. Kaedah pengesanan kimia secara amnya merosakkan, memakan reagen organik, melibatkan penyediaan sampel yang menyusahkan, dan menanggung kos yang tinggi. Pengesanan pengimejan hiperspektral, bagaimanapun, mencapai pengesanan yang cekap, masa nyata, pantas dan tidak merosakkan. Operator mendapatkan imej hiperspektral makanan menggunakan penganalisis hiperspektral, menggunakan analisis komponen utama untuk menganalisis imej ini dan mengenal pasti imej pada panjang gelombang ciri. Teknik pemprosesan imej kemudiannya digunakan untuk menganalisis imej ciri ini, membolehkan pengesanan tahap sisa racun perosak pada permukaan buah-buahan dan sayur-sayuran.