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高光谱成像仪在果蔬表面污染及损伤的无损检测中的应用

果蔬表面污染和损伤(例如动物粪便、轻微磕伤、病伤、虫蛀等)的检测对于生产者和消费者来说一直都是很重视的问题。普通的检测方法要么对果蔬表面有一定的损害,要么仅能够检测到部分表征,无法深入分析和检测。高光谱成像仪可以很好的应用在果蔬表面污染和损伤的检测中。高光谱成像仪不仅能够检测到果蔬表面的部分表征,而且可以深入分析和检测。应用高光谱成像的方法既能够实现无损检测,又能够快速准确的获取样本的完整的图像信息和光谱信息。通过图像和光谱分析方法,检测果蔬的物理结构、化学成分和表面特征。

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在果蔬表面污染和无损检测过程中,使用高光谱成像检测系统,在400-1000nm的可见光和近红外的光谱范围内,综合曝光时间、扫描速度和光谱校正等信息,采集到包括二维的图像像素信息和第三维的波长信息的“三维”图像块。由于高光谱数据具有多光谱通道、高光谱分辨率和连续光谱的特点,可分辨出极接近但不同波长下的两幅不同的图像,并可得到任意像素点的连续光谱曲线和不同物质的不同光谱曲线。虽然可通过数码相机或人眼看到虫伤的痕迹,但挤压损伤处不是很明显。且在灰度图像中,这样的伤痕是看不到的。只有在某些特定波长下,轻微损伤区域与正常区域之间的光谱值会存在很大差异。

 

巨大的数据量、不同波段间的相关性和冗余信息、信号噪声等都对数据的处理和分析有着很大的影响。因此必须对数据进行降维和去噪处理。主要处理过程包括Resize ( 重置图像大小和波段范围)ROI (感兴趣区)Mask ( 阈值)Filter(中值滤波)PCA(主成分分析)/MNF (最小噪声分离)、特征波段提取等。可较准确的分辨出果蔬表面的污染或损伤。


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