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

果實(shí)品質(zhì)的快速、無損、批量檢測評價對于果實(shí)分等定級、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、高通量分析檢測提供了新思路。

一、技術(shù)特點(diǎn)

1.全自動掃描成像，高通量果實(shí)自動傳送成像分析

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、時鐘（可根據(jù)GPS信息自動校準(zhǔn)），可擴(kuò)展增加傳感器

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

7.系統(tǒng)自動保護(hù)功能，發(fā)生短路、過載、欠壓時自動斷電，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.移動速度：2-40mm/s，可調(diào)，精度：1mm

4.平臺控制：全中文PC端軟件，可遠(yuǎn)程控制平臺運(yùn)行、自動運(yùn)行數(shù)據(jù)采集存儲等功能

5.主機(jī)箱：內(nèi)置10寸觸控屏，嵌入式操作系統(tǒng)，全波段對稱光源，角度、高度可調(diào)，集開關(guān)控制、平臺控制、雜散光隔離于一體，確保光場均一、穩(wěn)定的最佳測量環(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.測量參數(shù)：可成像測量分析結(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

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)高光譜無損檢測技術(shù)（400-1700nm），對不同條件下生長的梨果中石細(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養(yǎng)素的秋月梨（對照組-1、2）以及施加營養(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范圍四個梨之間的光譜曲線基本重合，在950-1720nm范圍，對照組-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)，營養(yǎng)素的施加有效抑制了梨石細(xì)胞形成，對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

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)高光譜無損檢測技術(shù)（400-1700nm），分別對產(chǎn)自甘肅莊浪（GZ）、陜西宜川（SY）、山東平度（SP）三個不同產(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個區(qū)域?qū)崪y糖度，建立預(yù)測模型評估糖度分布。

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，對表達(dá)糖度效 果良好，表面和剖面預(yù)測模型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)測模型預(yù)測的糖度分布相對更能客觀反映真實(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高光譜無損檢測技術(shù)在水果品質(zhì)、糖度及可溶性固形物含量測定方面，相比傳統(tǒng)方法具有快速、無損、準(zhǔn)確的優(yōu)勢。