SpectraScan®高光譜(pu)成像(xiang)分(fen)析系(xi)統助(zhu)力(li)東(dong)北(bei)農業大學糧(liang)食檢(jian)測(ce)研(yan)究(jiu)

糧(liang)食關(guan)乎(hu)國計民生(sheng)，其(qi)品(pin)質檢(jian)測(ce)對(dui)公(gong)眾(zhong)健(jian)康(kang)與(yu)農業發(fa)展至(zhi)關(guan)重要，精(jing)準高(gao)效(xiao)的(de)檢測(ce)技術(shu)是(shi)助(zhu)力(li)糧(liang)食產(chan)業(ye)升級(ji)的(de)關鍵。高光譜(pu)成像(xiang)技術(shu)憑借 “圖譜(pu)合(he)壹(yi)"的(de)核心(xin)優勢，可實現(xian)糧食無(wu)損(sun)、非接(jie)觸、快(kuai)速(su)、多指(zhi)標(biao)深(shen)度(du)檢測(ce)，在(zai)品(pin)質控制、安(an)全(quan)篩(shai)查等(deng)環(huan)節(jie)具有不可替(ti)代性(xing)。易科泰(tai)SpectraScan^®高(gao)光譜(pu)成像(xiang)分(fen)析系(xi)統融(rong)合(he)了(le)先進(jin)的(de)高光譜(pu)成像(xiang)技術(shu)、壹(yi)體式平臺(tai)控制與(yu)數據采集技術(shu)、光譜(pu)校準(zhun)算(suan)法及圖像(xiang)分(fen)析技術(shu)，顯(xian)著提升了(le)檢測(ce)效(xiao)率(lv)與(yu)結(jie)果(guo)準(zhun)確(que)性(xing)，系(xi)統還(hai)可進(jin)壹步(bu)擴(kuo)展為(wei)多功(gong)能高光譜(pu)成像(xiang)系(xi)統，為(wei)糧食及(ji)食品(pin)安(an)全(quan)、中(zhong)藥材(cai)檢測(ce)、種(zhong)質資(zi)源(yuan)檢測(ce)等(deng)領(ling)域(yu)提供強(qiang)有(you)力的(de)技術(shu)支(zhi)撐(cheng)。

近(jin)日(ri)，易科泰(tai)SpectraScan^®高(gao)光譜(pu)成像(xiang)分(fen)析系(xi)統在(zai)東北(bei)農業大學工程(cheng)學院(yuan)順(shun)利交付。易科泰(tai)工程(cheng)師與(yu)用戶就(jiu)高光譜(pu)成像(xiang)分(fen)析系(xi)統的(de)安(an)裝(zhuang)、操作(zuo)流(liu)程及(ji)數據分(fen)析等內(nei)容進(jin)行了(le)詳(xiang)細交流(liu)，該(gai)系(xi)統將(jiang)助(zhu)力(li)東(dong)北(bei)農業大學工程(cheng)學院(yuan)的(de)糧食品(pin)質檢(jian)測(ce)與(yu)改(gai)良(liang)研(yan)究(jiu)工作(zuo)。

交流(liu)培訓過程(cheng)中，技術(shu)人(ren)員選用東北(bei)寒地(di)稻區(qu)主(zhu)栽品(pin)種綏(sui)粳(jing) 18 水(shui)稻(dao)作(zuo)為(wei)樣品(pin)進(jin)行測(ce)試(shi)實驗，通過(guo)該(gai)系(xi)統采(cai)集其(qi) 400-1000nm 波(bo)段的(de)反射(she)光高光譜(pu)數據，並利用配套的(de) SpectrAPP^®高(gao)光譜(pu)成像(xiang)分(fen)析軟件完(wan)成數據解析。

反(fan)射(she)光譜(pu)曲線(xian)顯(xian)示，700-1000nm 近(jin)紅外波(bo)段三種(zhong)稻米樣品(pin)呈現(xian)不同(tong)特(te)征：帶殼(ke)稻谷反射(she)率(lv)顯(xian)著(zhu)高於糙米和(he)白米，這與(yu)稻(dao)殼(ke)化學組成及吸收特(te)性(xing)相(xiang)關，近(jin)紅外波(bo)段光吸收對(dui)應物質中(zhong) O-H 和(he) C-H 的(de)振(zhen)動躍遷(qian)，稻殼(ke)中這些(xie)基團的(de)化學環境使其(qi)吸收較(jiao)弱(ruo)，故(gu)反(fan)射(she)率(lv)較(jiao)高(gao)；糙(cao)米(mi)與(yu)白米表層(ceng)主(zhu)要(yao)成分(fen)為澱(dian)粉和(he)蛋白質，所(suo)含(han)基團的(de)振(zhen)動模式與(yu)近(jin)紅外波(bo)段（尤(you)其(qi) 900nm 附(fu)近(jin)）能量特(te)征高度(du)匹配(pei)，對(dui)該(gai)波(bo)段光吸收較(jiao)強(qiang)，因(yin)此反射(she)率(lv)較(jiao)低。

基(ji)於(yu)稻(dao)米(mi)高光譜(pu)數據，采用 PCA 降(jiang)維(wei)分(fen)析法，選取(qu)前5個主(zhu)成分(fen)計算平均權重(zhong)系(xi)數，對(dui)主(zhu)成分(fen)權重(zhong)數據進(jin)行平滑處(chu)理(li)，並利用函數檢測(ce)特(te)征(zheng)波(bo)段，共獲(huo)得5個特征(zheng)波(bo)段：459.6、679.24、772.9、847.9和(he)936.4 nm。

基(ji)於(yu)特(te)征(zheng)波(bo)段，采用 SVM 支(zhi)持(chi)向量機(ji)分(fen)類(lei)法對(dui)三種(zhong)稻米建模(mo)分(fen)類(lei)，其(qi)中糙(cao)米和(he)稻(dao)谷分(fen)類(lei)精(jing)度(du)較高(gao)，分(fen)別(bie)達 99.98% 和(he) 89.32%，白米分(fen)類(lei)精(jing)度(du)為 72.43%；基(ji)於(yu)全(quan)波(bo)段的(de) SVM 分(fen)類(lei)結果(guo)為稻谷 94.51%、糙(cao)米(mi) 98.73%、白米 86.27%，雖(sui)分(fen)類(lei)精(jing)度(du)有所(suo)提升，但(dan)耗(hao)時(shi)大幅增加(jia)。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，剔(ti)除冗(rong)余(yu)波(bo)段後，分(fen)類(lei)更(geng)具效率且準確。

此外，提(ti)取(qu)高(gao)光譜(pu)特(te)征波(bo)段在糧(liang)食成分(fen)檢測(ce)領(ling)域(yu)同樣具有應用價值(zhi)，以(yi)稻米(mi)為例，可借助(zhu)化學檢測(ce)手(shou)段獲(huo)取(qu)其(qi)直(zhi)鏈澱(dian)粉、蛋白質等(deng)營(ying)養(yang)成分(fen)的(de)含量數據，隨(sui)後將(jiang)多組樣(yang)品(pin)的(de)特征(zheng)光譜(pu)數據與(yu)之(zhi)對(dui)應，構建(jian)機(ji)器學習(xi)模型，進(jin)而實現(xian)對(dui)營(ying)養(yang)成分(fen)含量的(de)精(jing)準預(yu)測(ce)。以(yi)上(shang)分(fen)析結果說明(ming)SpectraScan^® 高(gao)光譜(pu)掃(sao)描(miao)成像(xiang)分(fen)析系(xi)統可以(yi)無損(sun)快(kuai)速(su)的(de)區分(fen)糧食種(zhong)類(lei)，還(hai)可反(fan)映食品(pin)、中草藥(yao)有(you)效(xiao)成分(fen)含量。

北(bei)京(jing)易科泰(tai)生(sheng)態(tai)技術(shu)公(gong)司生(sheng)態(tai)健(jian)康(kang)研(yan)究(jiu)中心(xin)依托(tuo)EcoTech^®實驗室(shi)，對(dui)食品(pin)、中藥材(cai)的(de)高通量無(wu)損(sun)傷(shang)品(pin)質檢(jian)測(ce)進(jin)行了(le)系(xi)列研(yan)究(jiu)探索，致(zhi)力於(yu)為食品(pin)、中藥材(cai)、種質資(zi)源(yuan)檢測(ce)提(ti)供全(quan)面的(de)技術(shu)方(fang)案、服(fu)務與(yu)合(he)作(zuo)。

l FluorTron^®多功(gong)能高光譜(pu)成像(xiang)分(fen)析，高光譜(pu)與(yu)生(sheng)物熒光光譜(pu)成像(xiang)技術(shu)

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