農業(yè)行業(yè)
糧食作為人類生存的基本物質保障，其質量安全至關重要。然而，糧食在儲存和運輸過程中極易受到霉菌污染而發(fā)生霉變。霉變不僅會導致糧食營養(yǎng)價值降低、口感變差，還可能產生有害物質，如黃曲霉毒素等，嚴重威脅人類健康和糧食產業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。傳統(tǒng)的糧食霉變檢測方法在準確性、時效性等方面存在一定局限性，而高光譜相機技術的出現(xiàn)為糧食霉變檢測帶來了革新性的突破。
以彩譜高光譜相機FigSpec@系列為例：
利用色散元件(光柵或者棱鏡）進行分光，再經(jīng)由成像系統(tǒng)成像在探測器上。上圖是光柵色散型高光譜相機的具體原理。
如果我們要對圖中的這個樹葉它每一點的高光譜數(shù)據(jù)進行測量，通過入射光在光柵面進行反射，把這一個點的入射光分解成在不同波長處的能量分布，再通過多個傳感器象元對具體的不同波長處的能量進行測量。這個圖看到的就需要有一個反射光柵或者透射光柵對光線進行分光。
高光譜相機具有高光譜分辨率和超多波段的特點。其光譜分辨率可以達到納米級別，能夠捕捉到糧食在霉變過程中細微的光譜變化。例如，正常糧食和霉變糧食在某些特定波段的反射率、吸收率會有明顯差異。同時，它能夠在一次成像中獲取成百甚至上千個波段的數(shù)據(jù)，為全面分析糧食狀況提供了充足的數(shù)據(jù)基礎。
糧食霉變在早期階段往往肉眼難以察覺，但高光譜相機可以檢測到初期霉變引起的微小光譜變化。霉菌在生長初期對糧食的化學成分和結構的改變會在光譜上有所體現(xiàn)，例如糧食中水分分布變化、微生物代謝產物的光譜特征等，從而實現(xiàn)對霉變的早期預警。
與傳統(tǒng)的化學檢測方法需要對糧食取樣并進行破壞式分析不同，高光譜相機可以在不接觸糧食的情況下進行檢測。這對于大規(guī)模的糧倉儲存檢測非常有利，不會影響糧食的原有儲存狀態(tài)，而且可以快速對大量糧食進行掃描檢測。
高光譜數(shù)據(jù)可以提供多個波段的信息，從中可以分析出糧食霉變過程中的多種參數(shù)變化，如水分含量、霉菌種類（不同霉菌有不同的光譜特征）、霉變程度等。通過對這些參數(shù)的綜合分析，可以更準確地評估糧食質量。
將高光譜相機安裝在合適的位置，如糧倉內的巡檢機器人上或者糧食輸送帶上方。對糧食進行掃描成像，采集高光譜數(shù)據(jù)。采集過程中要注意保持穩(wěn)定的光照條件和合適的拍攝距離、角度，以確保數(shù)據(jù)的一致性和準確性。
采集到的數(shù)據(jù)可能存在噪聲、光照不均勻等問題。需要進行數(shù)據(jù)預處理，包括去除噪聲、校正光照強度差異、波段選擇等操作。通過這些處理，可以提高數(shù)據(jù)質量，突出與霉變相關的光譜特征。
從預處理后的數(shù)據(jù)中提取與糧食霉變相關的特征光譜，如特定波長的吸收峰、反射率比值等。利用機器學習算法（如支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡等）對這些特征進行分析和建模，建立糧食霉變程度與光譜特征之間的關系模型。
根據(jù)建立的模型對新采集的數(shù)據(jù)進行分析，輸出糧食是否霉變以及霉變程度的結果。檢測結果可以直觀地顯示在監(jiān)控系統(tǒng)上，對于霉變糧食可以及時采取相應的處理措施，如隔離、通風干燥或化學處理等。
四、未來和展望
高光譜相機在糧食霉變檢測方面展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢和潛力。它為保障糧食質量安全提供了一種高效、準確、無損的檢測手段。然而，目前該技術在成本、數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化等方面仍有改進空間。隨著技術的進一步發(fā)展，高光譜相機有望在糧食產業(yè)中得到更廣泛的應用，為全球糧食安全保駕護航。未來可以進一步結合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術，實現(xiàn)糧食倉儲和運輸過程的智能化監(jiān)控與管理。
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