Inspeksi Kualitas dan Keamanan Makanan Dengan Pencitraan Hiperspektral

Kualitas dan keamanan makanan selalu menjadi hal yang sangat penting bagi konsumen dan pihak berwenang. Memeriksa penampilan luar dan komposisi makanan dapat membantu memenuhi standar kualitas dan keamanan serta harapan konsumen. Ada beberapa metode yang tersedia untuk memeriksa atribut sensorik dan komposisi makanan. Sayangnya, beberapa metode umum saat ini memerlukan analisis laboratorium yang padat karya, memakan waktu, dan sering kali melibatkan penghancuran sampel.

Dalam beberapa tahun terakhir, pencitraan hiperspektral (HSI) adalah teknik non-invasif yang berkembang pesat dalam industri pertanian dan makanan. Ini mengukur interaksi antara cahaya (refleksi, transmisi, dll.) dan material melalui kamera hyperspectral untuk mendapatkan tanda spektral atau sidik jari spektral dari material. Setiap bahan memiliki tanda spektral yang unik, dan tanda tangan spektral ini berisi informasi terukur yang selanjutnya dapat digunakan untuk mengkarakterisasi, mengidentifikasi, dan membedakan bahan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, HSI dapat secara bersamaan dan cepat mengkarakterisasi kandungan lemak dalam daging dan mendeteksi benda-benda yang tidak diinginkan seperti kayu dan plastik dari daging.

Gambar 1 – HSI mendeteksi bahan asing dan mengkarakterisasi kandungan lemak dalam daging. 
Gambar milik SPECIM, SPECTRAL IMAGING LTD.

Pencitraan spektral penuh dan kemampuan deteksi HSI membuatnya ideal untuk berbagai aplikasi dalam industri makanan. Di bawah ini adalah beberapa aplikasi HSI yang telah teruji dengan baik.

Buah-buahan dan sayur-sayuran

• Mendeteksi noda, memar, dan cedera dingin.

• Mengukur kematangan dan kualitas kimia seperti kadar gula, kadar antosianin, kadar air.

• Deteksi kontaminasi dan benda-benda yang tidak diinginkan seperti kayu, kertas, serangga.

Daging dan unggas

• Mengukur keempukan dan komposisi daging seperti lemak, protein, kadar air, dll.

• Deteksi kontaminasi dan benda-benda yang tidak diinginkan seperti pecahan tulang, plastik, kayu, dll.

Sementara HSI telah menjadi solusi yang layak untuk industri makanan, pengukuran dan pemrosesan data hiperspektral dapat menjadi tantangan bagi orang-orang yang tidak memiliki pengetahuan atau pengalaman sebelumnya dalam HSI.

HSI dibuat sederhana dengan Specim IQ . Sebuah kamera hyperspectral mobile dan stand-alone berdasarkan prinsip pushbroom , Specim IQ menawarkan operasi sederhana dengan input pengguna minimal, mirip dengan kamera digital. Pemrosesan data yang rumit berada di balik antarmuka grafis yang mudah digunakan , memungkinkan siapa saja dari pemula hingga ahli di HSI untuk mendapatkan hasil pengukuran dan wawasan instan dengan mudah. Pengguna juga dapat mengembangkan dan mengunggah aplikasi dan algoritma pemrosesan data mereka ke dalam Specim IQ melalui perangkat lunak Specim IQ Studio .

Specim IQ menggabungkan kesederhanaan, kinerja tinggi, dan keserbagunaan. Tonton video ini untuk mengetahui lebih lanjut.

Tertarik untuk memahami lebih lanjut tentang HSI atau memerlukan bantuan untuk menyiapkan sistem HSI untuk aplikasi Anda? Hubungi pakar HSI untuk konsultasi gratis sekarang.

Panduan Untuk Pemilihan Kamera Hyperspectral

Pencitraan hiperspektral (HSI) , awalnya digunakan untuk eksplorasi ruang angkasa dan pengamatan bumi, menjadi semakin populer di berbagai bidang industri dan ilmiah. HSI dapat menangkap informasi spektral dan spasial penuh dari suatu target secara bersamaan, kombinasi dari pencitraan digital dan pengukuran spektral. Dengan kemampuannya, HSI menawarkan banyak kemungkinan baru dan dengan cepat digunakan dalam berbagai penelitian dan aplikasi industri, termasuk kontrol kualitas makanan , studi pertanian dan vegetasi , plastik daur ulang dan pemilahan limbah , jaminan kualitas farmasi , diagnostik tumor kulit, dll.

HSI telah terbukti menjadi solusi yang layak untuk banyak aplikasi, dan salah satu blok bangunan sistem HSI yang efektif adalah memiliki kamera hiperspektral yang tepat yang akan bekerja paling baik untuk tugas pengukuran Anda. Ada beberapa jenis kamera hyperspectral seperti pushbroom, tunable filter, dll. Mereka dapat dibedakan dari cara mereka memperoleh dan menghasilkan data/gambar hyperspectral .

Whiskbroom (Pemindaian Titik)

Kamera hyperspectral berbasis Whiskbroom menangkap satu piksel dalam satu waktu. Kubus data hiperspektral biasanya dibangun melalui pemindaian raster di seluruh sampel. Meskipun mampu mencapai resolusi spektral tinggi, ia memiliki kecepatan akuisisi gambar yang lambat.

Filter Merdu

Kamera hyperspectral filter merdu menangkap informasi spasial dari satu pita panjang gelombang spektral pada suatu waktu. Kubus data hiperspektral dihasilkan melalui pemindaian semua pita panjang gelombang spektral. Ini cepat dalam akuisisi gambar tetapi sering mengalami kesulitan mendapatkan spektrum yang terdaftar bersama, menghasilkan pemrosesan data yang rumit, tanda tangan spektral yang tidak dapat diandalkan, dll.

Sapu Dorong (Pemindaian Garis)

Kamera hyperspectral berbasis pushbroom menawarkan akuisisi gambar cepat dan resolusi spektral tinggi dan cocok untuk aplikasi online seperti inspeksi makanan, dll. Kamera menangkap satu baris piksel setiap kali dan membangun kubus data hiperspektral dengan memindai garis melintasi sampel . Karena semua pita spektral dipindai secara bersamaan dari posisi yang sama, mereka tidak akan kesulitan mencapai spektrum yang terdaftar bersama.

Selain memilih kamera hiperspektral yang tepat, faktor-faktor seperti jangkauan spektral, iluminasi , efisiensi pengumpulan cahaya, dll., juga harus dipertimbangkan sebelum menyiapkan sistem HSI. Lihat panduan ini untuk mempelajari lebih lanjut.

Specim, pelopor dan pemimpin global dalam teknologi HSI, memiliki banyak pilihan kamera hiperspektral berbasis pushbroom, seperti Specim IQ , dll., yang mencakup rentang panjang gelombang spektral dari inframerah panjang gelombang tampak hingga inframerah panjang gelombang panjang (LWIR). Tonton video ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja kamera hiperspektral berbasis sapu dorong Specim.

Ingin mempelajari lebih lanjut tentang HSI atau butuh bantuan dalam mengimplementasikan sistem HSI untuk aplikasi Anda? Hubungi kami untuk konsultasi gratis dengan ahli kami sekarang.

Panduan Pengukuran Pencitraan Hiperspektral

Pencitraan hiperspektral (HSI) adalah teknik non-invasif yang memanfaatkan spektroskopi dan pencitraan digital. Ini membagi spektrum menjadi ratusan ribu pita, jauh lebih luas daripada yang bisa dilihat mata manusia kita (tiga pita merah, hijau, dan biru). Gambar dibuat untuk setiap pita dan dikodekan dengan tingkat skala abu-abu untuk membentuk kubus data hiperspektral untuk pemrosesan dan analisis. Kemampuan spektrum penuh HSI memungkinkan identifikasi dan pemisahan material yang akurat melalui perbedaan sifat fisik, kimia, dan biologisnya.

HSI semakin banyak digunakan di berbagai industri dan aplikasi penelitian. Misalnya, mereka dapat digunakan untuk mempelajari dan memeriksa makanan dan produk farmasi , memilah sampah dan plastik daur ulang , memetakan pertumbuhan vegetasi, kesehatan, dan status gizi , mengklasifikasikan lesi kulit , dll. Langkah pertama menuju solusi HSI yang efektif adalah memiliki kamera dan pengaturan hiperspektral kanan . Berikut adalah beberapa poin yang perlu dipertimbangkan sebelum menyiapkan solusi HSI.

Rentang panjang gelombang

Bahan dan senyawa yang berbeda memiliki fitur spektral (tanda tangan) dalam panjang gelombang yang berbeda. Pemilihan kamera HSI harus didasarkan pada rentang panjang gelombang yang dapat menutupi dan mengidentifikasi fitur spektral target Anda. Seperti yang diilustrasikan pada gambar 1, mineral kuarsa menunjukkan puncak dan bentuk fitur spektral setelah 8000 nm sehingga kamera HSI dengan panjang gelombang LWIR (Long-Wave Infrared) akan lebih sesuai.

Gambar 1 – Panjang Gelombang Kuarsa

Tonton video ini untuk mengetahui lebih lanjut tentang cara memilih kamera HSI yang tepat untuk aplikasi Anda.

Penerangan

Cahaya merupakan elemen penting dalam HSI karena mempengaruhi kualitas gambar hiperspektral. Hal pertama yang harus diperhatikan adalah kekuatan iluminasi. Daya iluminasi yang dibutuhkan tergantung pada jarak antara sumber cahaya dan target, geometri berkas iluminasi, dan waktu integrasi berdasarkan frame rate dan kecepatan garis yang diperlukan. Lihat video ini untuk lebih memahami.

Selanjutnya, iluminasi yang dipilih harus mampu menutupi panjang gelombang kamera HSI yang Anda gunakan. Di bawah ini adalah panduan umum untuk membantu Anda dalam pemilihan iluminasi.

Rentang Panjang Gelombang HSIPenerangan
Bisa dilihat· Halogen (bintik atau linier) · LED · Laser superkontinuum
NIR (Inframerah Dekat)
SWIR (Inframerah Gelombang Pendek)· Halogen
MWIR (Medium-Wave Infrared) dan Jangkauan LWIR· Termal

Penting juga untuk memastikan bahwa intensitas dan rentang spektrum iluminasi seragam dengan bayangan minimum atau pantulan spekular.

Kecepatan Gambar dan Waktu Integrasi

Untuk aplikasi penyortiran industri dan pemeriksaan kualitas, kecepatan gambar dan waktu integrasi merupakan faktor penting untuk dipertimbangkan selain dari ukuran sampel dan kecepatan konveyor. Kecepatan gambar mengacu pada jumlah pengukuran per detik, sedangkan waktu integrasi mengacu pada waktu yang dibutuhkan kamera HSI untuk menangkap foton. Penting untuk dicatat bahwa waktu integrasi dikalikan dengan kecepatan gambar harus kurang atau sama dengan 1. Tonton video ini untuk memahami lebih lanjut tentang cara menentukan kecepatan gambar yang benar untuk aplikasi Anda.

Selain faktor-faktor yang disebutkan di atas, faktor-faktor lain seperti efisiensi pengumpulan cahaya, dll., juga harus dipertimbangkan. Lihat panduan ini untuk mempelajari lebih lanjut.

Ingin mengetahui lebih lanjut tentang HSI atau butuh bantuan untuk mengembangkan dan menerapkan HSI untuk aplikasi Anda? Hubungi kami untuk konsultasi gratis sekarang.

Pengukuran Akurat Kandungan Klorofil Dengan Pencitraan Hiperspektral

Klorofil adalah pigmen penting dalam tumbuhan yang menyerap energi dari cahaya yang digunakan dalam fotosintesis. Tanaman yang sehat umumnya memiliki kandungan klorofil yang lebih tinggi, dan jumlahnya cenderung menurun selama penuaan daun atau saat tanaman mengalami stres . Oleh karena itu, sering digunakan untuk mendeteksi dan mempelajari kesehatan dan pertumbuhan tanaman seperti stres, status nutrisi, dll. Selain itu, klorofil juga dapat digunakan sebagai indikator nitrogen tidak langsung, parameter penting yang biasa digunakan dalam pengelolaan pertanian untuk mencapai hasil yang optimal.

Cara tradisional untuk mengukur kandungan klorofil adalah melalui metode kimia basah di laboratorium. Ini melibatkan memanen daun dari tanaman dan mengekstraksi klorofil menggunakan pelarut organik. Setelah itu, kromatografi cair kinerja tinggi digunakan untuk menentukan kandungan klorofil. Metode ini mahal, memakan waktu, dan melibatkan prosedur ekstraksi yang membosankan yang menghancurkan daun dan menghalangi pemantauan tanaman dari waktu ke waktu. Sebaliknya, teknologi hyperspectral imaging (HSI) menawarkan pengukuran klorofil yang tidak merusak, cepat, dan objektif.

HSI adalah kombinasi dari pengukuran spektral dan pencitraan digital. Dengan HSI, struktur fisik tanaman, seperti daun dan batang, dapat diperoleh dari kemampuan pencitraan digitalnya dan informasi fisiologis atau biokimia dari pengukuran spektral berdasarkan pemeriksaan terus menerus dari sejumlah besar pita spektral yang sempit dan berdekatan. Kamera HSI tersedia dalam berbagai jenis, seperti pemindaian garis (sapu dorong), pemindaian titik (sapu pengocok), snapshot, dll. Dalam banyak penelitian dan aplikasi vegetasi dan pertanian, kamera pemindai garis lebih disukai karena kecepatan dan kualitasnya yang tinggi. data.

HSI semakin banyak digunakan dalam banyak penelitian dan aplikasi , terutama di bidang vegetasi dan pertanian. Misalnya, Yu et al. (2016) menggunakan kamera HSI visible and near-infrared (VNIR) untuk memperkirakan distribusi klorofil dan SPAD pada daun lada selama penuaan daun. Zhao dkk. (2016) menggunakan HSI, ditambah dengan kemometrik, untuk mengukur kandungan klorofil dan karotenoid dan untuk menghasilkan peta distribusi pigmen pada daun mentimun dengan infeksi angular leaf spot (ALS).

Penyerapan cahaya oleh klorofil terjadi pada daerah tampak , antara 400 dan 700 nm, dari spektrum elektromagnetik, terutama pada panjang gelombang merah (600-700 nm) dan biru (400-500 nm). Klorofil menyerap cahaya dengan sangat efisien sampai titik tertentu antara daerah tampak dan inframerah dekat (680-730 nm), dan ini dikenal sebagai tepi merah. Biasanya, informasi dari panjang gelombang wilayah biru tidak digunakan untuk memperkirakan klorofil karena tumpang tindih dengan absorbansi cahaya dari pigmen karoten. Peningkatan tajam reflektansi pada panjang gelombang merah dapat menunjukkan penurunan kandungan klorofil.

Pengukuran HSI klorofil di laboratorium biasanya dilakukan di dalam ruang gelap (kabin) untuk mencapai kondisi pencahayaan dan pengukuran yang konstan. Kamera HSI diposisikan, dalam orientasi nadir, di atas tanaman pot. Panel atau ubin putih biasanya digunakan sebagai referensi reflektansi. Baik pemindai garis bermotor untuk kamera HSI atau konveyor untuk tanaman pot digunakan untuk menghasilkan gerakan dan gambar sampel lengkap. Sistem penerangan (biasanya lampu halogen) diposisikan pada sudut 45° untuk menerangi bidang pandang kamera.

Ilustrasi pengaturan sistem pencitraan hiperspektral laboratorium yang khas

Specim IQ adalah kamera HSI pemindaian garis portabel dengan layar sentuh dan antarmuka pengguna grafis sederhana. Ini beroperasi mirip dengan kamera digital dan hanya membutuhkan input pengguna yang minimal. Muncul dengan kemampuan pemindai internal yang tidak memerlukan kamera atau objek yang dicitrakan untuk bergerak selama pengukuran. Specim IQ dapat menangkap data hiperspektral dari rentang VNIR (400-1000nm) dan mengubahnya menjadi hasil klasifikasi instan di layar. Itu juga dilengkapi dengan kemampuan pemrosesan onboard yang memungkinkan pengguna dapat mengembangkan dan mengunduh aplikasi mereka melalui perangkat lunak Specim IQ Studio.

Specim IQ baru digunakan dalam berbagai penelitian pertanian dan vegetasi seperti kuantifikasi infeksi embun tepung pada jelai dan studi mutan Arabidopsis Thaliana dalam kondisi stres dan tidak stres.

Hyperspectral menjadi mudah dengan Specim IQ. Lihat video ini untuk mengetahui lebih lanjut.

Butuh bantuan untuk mengembangkan dan menerapkan HSI dalam penelitian Anda? Hubungi kami untuk konsultasi gratis dengan spesialis HSI kami dan biarkan kami membantu Anda menemukan solusi HSI yang tepat untuk kebutuhan Anda.

Pencitraan Hiperspektral Untuk Penelitian Vegetasi dan Pertanian

Ketika tanaman terkena kondisi stres, seperti cahaya intensitas tinggi dan kekurangan nutrisi, hal itu dapat mempengaruhi pertumbuhan dan hasil mereka. Penelitian telah menunjukkan bahwa akumulasi pigmen, seperti antosianin, berkorelasi dengan berbagai jenis tekanan. Sangat penting untuk mengidentifikasi gejala stres pada tanaman, seperti keberadaan dan akumulasi antosianin, sejak dini.

Kehadiran antosianin, dan jenis pigmen lainnya, biasanya dimulai di wilayah kecil, sehingga sangat sulit untuk mengidentifikasi atau memperkirakan berapa banyak hanya dengan melihatnya. Metode yang ada untuk mengukur antosianin, dan jenis pigmen lainnya, sering mengandalkan evaluasi visual manual atau analisis kimia. Metode ini dapat menuntut, memakan waktu, destruktif, dan mahal.

Sistem berbasis pencitraan yang memanfaatkan kamera warna dan filter atau hyperspectral imaging (HSI) mendapatkan popularitas dalam beberapa tahun terakhir karena kemampuan non-destruktif dan objektifnya. Kamera warna dan filter dapat mengkarakterisasi objek berdasarkan warna atau bentuknya. Namun, karena hanya dapat merekam cahaya tampak dalam tiga pita spektral merah, hijau, dan biru (RGB), kemampuan identifikasinya minimal.

Kamera HSI dapat merekam intensitas cahaya, yang dipantulkan, diserap, dll., oleh tanaman pada rentang panjang gelombang kontinu yang besar dari daerah yang terlihat hingga inframerah dekat, memberikan sejumlah besar informasi terperinci. Hal ini memungkinkan identifikasi dan visualisasi objek yang mudah berdasarkan sifat biologis, kimia, atau fisiknya, sehingga ideal untuk mendeteksi keberadaan dan tingkat keparahan stres dan parameter lain seperti kadar air atau status fotosintesis.

Meskipun membantu di bidang penelitian vegetasi dan pertanian, proses penanganan dan pengukuran sebagian besar kamera HSI yang ada bisa jadi agak menantang, terutama bagi pengguna yang tidak memiliki pengalaman atau keahlian sebelumnya dalam HSI. Berkat kemajuan teknologi hyperspectral, kamera HSI seperti Specim IQ membuat HSI menjadi lebih mudah.

Specim IQ adalah kamera hiperspektral genggam yang dirancang dengan kegunaan seperti kamera dan sederhana; Arahkan ke target, tentukan pengaturan pengukuran, rekam dan lihat data. Sebuah kamera hyperspectral komprehensif berdasarkan teknologi push-broom (line scan) , Specim IQ memiliki antarmuka grafis yang mudah digunakan dengan alat klasifikasi dan visualisasi. Ini dapat memberikan hasil pengukuran dan wawasan yang cepat tanpa memerlukan matematika yang rumit atau pengetahuan luas tentang HSI.

Selain penelitian vegetasi dan pertanian, Specim IQ juga digunakan dalam banyak aplikasi penelitian lainnya, seperti makanan , farmasi , dll. HSI dibuat sederhana dengan Specim IQ. Lihat video ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang kesederhanaan dan keserbagunaan Specim IQ.

Butuh bantuan untuk menerapkan HSI dalam penelitian vegetasi dan pertanian Anda atau mencari solusi HSI yang tepat untuk aplikasi penelitian Anda ? Hubungi kami sekarang untuk konsultasi atau demonstrasi gratis.