高光谱成像技术和连续投影算法检测葡萄果皮花色苷含量

本研究应用了900-1700nm的高光谱相机，可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS-15进行相关研究。短波近红外高光谱相机，采集速度全谱段可达200FPS,被广泛应用于成分识别，物质鉴别，机器视觉，农产品品质，屏幕检测等领域。花色苷是葡萄与葡萄酒酒中一类重要的酚类化合物，主要存在于葡萄浆果表皮下3～4层细胞的液泡里。是决定葡萄酒感官质量的重要因素，也是红葡萄酒耐储存的基础。传统的化学检测法会破坏检测对象，难以实现快速、大样本量的检测。而国内外针对酿酒葡萄果实中花色苷含量的快速检测的研究还较少。近年来，高光谱成像技术作为一种无损检测方法引起了广泛的关注，与传统近红外光谱技术相比，高光谱成像技术显示出其独特的优越性。使用近红外光谱技术时，每次仅可以得到某一个或几个点的光谱信息，在选择点的位置和数量方面会有较大的随机性和片面性。而高光谱图像技术可以获取到被分析物的图像，不仅提供了更加丰富的信息，在光谱数据处理方面也提供了更加合理和有效的分析方法。在利用高光谱成像技术结合偏最小二乘方法建模的过程中，随着对PLS方法研究的深入，发现通过特定方法筛选特征波长或波长区间可能会得到更好的定量校正模型。本实验基于931～1700 nm近红外波段高光谱成像系统获取葡萄浆果的高光谱图像，利用连续投影算法SPA 进行波长变量选择，最终从236个波长点中优选出20个光谱变量，采用不同的建模方法建立葡萄果皮中花色苷含量的预测模型。结果表明：连续投影算法SPA不仅能够有效选出特征光谱变量，简化校正模型和缩短校正时间，且提高了模型的预测精度，是一种有效实用的光谱变量选择方法。在PLS、SPA-MLR、SPA-BPNN和SPA-PLS这4个预测模型中，以SPA-PLS模型的预测效果最好，其预测相关系数R。和预测RMSEP分别为0.9000和0.5506，保持得了较好的预测结果。因此，酿酒葡萄浆果的光谱数据与果皮中花色苷的含量相关性高，利用近红外高光谱成像技术能够有效检测酿酒葡萄果皮中花色苷含量。FigSpecR 显微高光谱成像系统 ●将显微镜及成像光谱仪两者的优点结合，可以随时对显微图像进行高光谱数据采集。 ·可以对现有的生物显微镜、荧光显微镜、体视显微镜、金相显微镜等进行改造，方便地把普通显微镜改造为高光谱显微镜。 ●客户可以根据需求定制显微镜型号。 ·FigSpec系列成像光谱仪在内部集成了视觉相机和高光谱相机，可以使用视觉相机快速预览采样图像，确定图像符合要求后再进行高光谱图像数据采集。 系统组成 高光谱成像光谱相机(可选择FS-20/FS-22/FS-23)*1，镜头*1，显微镜(可指定任意厂家型号)*1，PC应用软件*1 应用实例 实例1：胃癌组织高光谱检测 △胃癌组织标记和胃癌细胞标记 △胃癌组织和正常组织的光谱导数对比 △图谱联合胃癌诊断方法研究 未分化腺癌组织 未染色切片高光谱伪彩图像 无监督聚类结合但谱段图像的高光谱虚拟染色结果 无监督聚类的高光谱虚拟染色结果 高光谱虚拟染色结果与H-E染色对比图 △采集到的高光谱图像(400-1000nm) ▲恶性黑色素细胞分类结果 实例4：大熊猫毛发光谱判断熊猫年龄和健康状况 △大熊猫毛发显微图像和光谱(400-1000nm) 技术参数 型号 FS-20 FS-22 FS-23 FS-25 分光方式 透射光栅分光 透射光栅分光 透射光栅分光 透射光栅分光 图像分辨率 1920*1920 1920*1920 1920*1920 320*320 动态范围 12 bits 12 bits 12 bits 14 bits 成像速度 ≤15秒 ≤15秒 ≤5秒 ≤5秒 光谱通道数 600 1200 1200 254 光谱范围 400-700nm 400-1000nm 400-1000nm 900-1700nm 光谱分辨率 2.5nm 2.5nm 2.5nm 8nm 狭缝宽度 25um 25um 25um 25um 透射效率 60% 60% 60% 60% 杂散光水平 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% 像素大小 5.86um*5.86um 5.86um*5.86um 5.86um*5.86um 30um*30um 探测器类型 CMOS CMOS CMOS InGaAs 传感器成像面尺寸 11.3*7.1mm 11.3*7.1mm 11.3*7.1mm 9.6mm x7.68mm 标配镜头焦距 25mm 25mm 25mm 25mm 最小工作距离 100mm 100mm 100mm 100mm 视场角 25° 25° 25° 17° 最小曝光时间 34us 34us 21us 1us 最大曝光时间 10秒 10秒 10秒 1秒 信噪比 600/1 600/1 600/1 600/1 数据接口 USB3.0 USB3.0 USB3.0 千兆网 相机镜头接口 C C C C 配件 USB3.0传输线 USB3.0传输线 USB3.0传输线 千兆网传输线 有ROI功能 有ROI功能 有ROI功能 有ROI功能 成像功能 可以实现单个区域ROI 可以实现单个区域ROI 可以实现多个区域ROI 可以实现单个区域ROI 辅助取景摄像头实现 辅助取景摄像头实现 辅助取景摄像头实现 辅助取景摄像头实现 辅助成像功能 对拍摄区域的监控 对拍摄区域的监控 对拍摄区域的监控 对拍摄区域的监控 供电方式 内置电池供电 内置电池供电 内置电池供电 内置电池供电 主机尺寸* 255mm*138mm*107mm 255mm*138mm*107mm 255mm*138mm*107mm 335mm*182mm*143mm 重量** 小于2.8kg 小于2.8kg 小于2.8kg 小于5.3kg *尺寸不含镜头和提手手**重量不含镜头 www.hzcaipu.com 技术支持：