易科泰SpectrAPP^®創(chuàng)新應(yīng)用快訊—PhenoTron^®-HSI果實(shí)品質(zhì)高光譜無損檢測(cè)技術(shù)

果實(shí)品質(zhì)的快速、無損、批量檢測(cè)評(píng)價(jià)對(duì)于果實(shí)分等定級(jí)、優(yōu)化果樹栽培品種及提升經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。易科泰生態(tài)技術(shù)公司推出PhenoTron^®-HSI果實(shí)品質(zhì)高光譜無損檢測(cè)方案，結(jié)合專業(yè)的圖像及光譜融合分析技術(shù)，可快速獲取果實(shí)的空間及光譜信息，反映其外部特征、表面缺陷、病斑情況、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分，為果實(shí)品質(zhì)快速、無損、高通量分析檢測(cè)提供了新思路。

一、技術(shù)特點(diǎn)

1.全自動(dòng)掃描成像，高通量果實(shí)自動(dòng)傳送成像分析

2.模塊式結(jié)構(gòu)，具備強(qiáng)大的系統(tǒng)擴(kuò)展功能

3.嵌入式主機(jī)，觸摸屏控制，全中文操作系統(tǒng)

4.采用星型組網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，兼容5G通訊技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能

5.內(nèi)置溫濕度、光照度、GPS、時(shí)鐘（可根據(jù)GPS信息自動(dòng)校準(zhǔn)），可擴(kuò)展增加傳感器

6.支持組合命令（Protocols），可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行

7.系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)功能，發(fā)生短路、過載、欠壓時(shí)自動(dòng)斷電，避免設(shè)備損壞

8.標(biāo)配VNIR、NIR波段高光譜成像

9.可選高清RGB成像、紅外熱成像、Thermo-RGB融合成像

二、主要技術(shù)參數(shù)

1.平臺(tái)高度規(guī)格：標(biāo)配400mm，可定制

2.有效掃描尺寸：≥300×300mm，可定制

3.移動(dòng)速度：2-40mm/s，可調(diào)，精度：1mm

4.平臺(tái)控制：全中文PC端軟件，可遠(yuǎn)程控制平臺(tái)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)等功能

5.主機(jī)箱：內(nèi)置10寸觸控屏，嵌入式操作系統(tǒng)，全波段對(duì)稱光源，角度、高度可調(diào)，集開關(guān)控制、平臺(tái)控制、雜散光隔離于一體，確保光場(chǎng)均一、穩(wěn)定的最佳測(cè)量環(huán)境

6.400-1000nm（VNIR）、900-1700nm（NIR）波段高光譜成像，可選SWIR波段

7.光譜分辨率FWHM：5.5nm（VNIR）、8nm（NIR）

8.光譜通道：224，MROI光譜通道自由選擇

9.空間像素：1024px（VNIR）、640px（NIR）

10.F值：F/1.7

11.測(cè)量參數(shù)：可成像測(cè)量分析結(jié)構(gòu)指數(shù)、水指數(shù)、色素指數(shù)、理化指數(shù)、健康指數(shù)、成熟度等數(shù)十種光譜指數(shù)，可分析水果水分、糖度、酸度、成熟度、可溶性固體含量等品質(zhì)指標(biāo)

三、應(yīng)用案例

3.1 秋月梨果實(shí)品質(zhì)檢測(cè)

梨的石細(xì)胞是梨果實(shí)所*的，它的存在不僅影響梨果實(shí)的食用品質(zhì)，也影響加工品質(zhì)。石細(xì)胞是由大量木質(zhì)素和纖維素所組成的厚壁細(xì)胞，其分布由近果皮部果肉至近果心部逐漸增多。易科泰光譜成像實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員使用PhenoTron^®-HSI果實(shí)品質(zhì)高光譜無損檢測(cè)技術(shù)（400-1700nm），對(duì)不同條件下生長(zhǎng)的梨果中石細(xì)胞分布進(jìn)行了光譜成像分析。如下右圖，從左至右依次未施加營(yíng)養(yǎng)素的秋月梨（對(duì)照組-1、2）以及施加營(yíng)養(yǎng)素后的秋月梨（實(shí)驗(yàn)組-1、2）。

通過反射光譜曲線可看出四個(gè)梨之間的反射光譜吸收和反射特征基本相似，在748、838、980、1178、1414nm存在明顯的吸收特征。在400-950nm范圍四個(gè)梨之間的光譜曲線基本重合，在950-1720nm范圍，對(duì)照組-2的光譜反射率值均高于另外三組。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)素的施加有效抑制了梨石細(xì)胞形成，對(duì)提升秋月梨的口感及品質(zhì)有積極意義。

3.2 不同產(chǎn)地蘋果糖度檢測(cè)

易科泰光譜成像實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員，使用PhenoTron^®-HSI果實(shí)品質(zhì)高光譜無損檢測(cè)技術(shù)（400-1700nm），分別對(duì)產(chǎn)自甘肅莊浪（GZ）、陜西宜川（SY）、山東平度（SP）三個(gè)不同產(chǎn)地的2021年秋季采摘的紅富士蘋果進(jìn)行光譜成像分析，并分別選取三種樣品表面及剖面各10個(gè)區(qū)域?qū)崪y(cè)糖度，建立預(yù)測(cè)模型評(píng)估糖度分布。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在400-1000nm范圍內(nèi), 440-470nm、765-825nm、860-910nm波段相關(guān)性較高，模型精度較高，對(duì)表達(dá)糖度效 果良好，表面和剖面預(yù)測(cè)模型R²分別達(dá)到0.8031和0.7498。在900-1700nm范圍內(nèi)，1040-1090nm波段相關(guān)性較強(qiáng)，模型精度較高， R²分別為0.8643和0.7581。另外發(fā)現(xiàn)，剖面糖度預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)的糖度分布相對(duì)更能客觀反映真實(shí)情況，而表面數(shù)據(jù)則由于受曲面成像、反光點(diǎn)的影響，結(jié)果具有明顯的“光暈"效果，盡管R²較高，但不能客觀反映蘋果糖度的真實(shí)情況。

實(shí)驗(yàn)表明，PhenoTron^®-HSI高光譜無損檢測(cè)技術(shù)在水果品質(zhì)、糖度及可溶性固形物含量測(cè)定方面，相比傳統(tǒng)方法具有快速、無損、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。