光谱成像技术的应用

　买水果的老手都凭借着多年的经验，看色泽、闻香气、听声音……来判断水果的品质;新手只能抱着试试看的态度，随机开出惊喜和巨坑。

　　然而水果好坏的判断，影响的远远不止是个人的口感体验，更影响着中国的一门“好生意”。

　　先来跟智谱科技看一组残酷的数据：

　　2021年，我国果蔬采摘的平均损耗率已高达30%，造成的果蔬损耗超过一亿吨，而发达国家的果蔬损耗率却普遍低于5%，甚至有些国家更是仅有1%～2%。

　　年损耗一亿吨果蔬，是什么概念?

　　就是比整个日本的果蔬总产量还多，换算成经济价值超过1000亿，上千亿的果蔬竟然白白浪费掉了。如此高损耗的主要原因是水果检测技术落后、采摘不当、采后处理不到位。

　　拿水果的成熟度举例，水果因生长环境差异，成熟期各不一致，果农在采摘时容易误判进而误采，误采影响着水果后期的品质控制和存储条件判断。再拿水果运输过程的损伤为例，果蔬损伤初期外观与正常果实基本无异，然而随着时间的推移，损伤组织恶化扩散，最终导致整个果实腐烂变质，又进而接触感染其他果实。

　　高损耗带来的直接问题就是水果品质问题。2009到2018这十年间，我国水果出口量总体呈下降的趋势，十年间的水果出口占比均低于2.8%，而部分发达国家的出口量占比均超过10%(数据来源：农业贸易研究)，再加上近年来疫情影响出口量更低。

　　传统方式检测

　　在传统果蔬品质检测中，外部品质(大小、形状、色泽、气味等)要采用人工检测，操作简单，但结果误差大，且不易量化;内部品质(糖度、硬度、酸度、内部病害等)主要采用理化分析方法检测，结果精确，但需要破坏检测对象，且过程繁琐耗时。

　　光谱成像检测

　　传统果蔬品质检测方式问题重重，因此越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬品质检测和分选，其中常用的当属光谱成像检测技术。光谱成像检测技术通常结合图像处理、光谱分析、化学计量学方法、统计分析等手段，利用受损果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测，具有无损、快速等优点，能解决传统检测方法耗时耗力、成本较高且不易自动化等问题。在光谱成像技术领域里，高光谱成像技术在果蔬品质无损检测中，优势尤为突出，呈现出巨大的潜力。

　　首先，高光谱成像技术能同时得到果蔬的高光谱数据信息和RGB图像信息，将两者优势融合于一身，可以获取更多内外部品质参数信息，实现图像信息与光谱信息融合，从而能对果蔬表面损伤、农药残留等信息进行定性检测分析。

　　其次，高光谱成像技术能获得果蔬在不同波长下的高光谱图像信息，可以覆盖400~2500 nm波段。高光谱图像能包含对象的光谱信息和空间信息，不仅能反映外部特征，也能反映内部品质特征，从而实现对果蔬成熟度、糖度、水分、硬度、可溶性固形物等信息的定量检测分析。

　　随着人们对果蔬品质关注激增，国产果蔬在国际市场上的竞争压力越来越大，果蔬经济对无损检测技术的实时性、准确性提出了更高的要求。值得一提的是，由智谱科技首席科学家曹汛教授独创的棱镜—掩模调制光谱视频成像技术(Prism-mask Modulation Video Imaging Spectrometer)，颠覆性的解决了高光谱成像采不“快”、看不“清”、采不“准”的瓶颈问题，成为世界高光谱成像技术三大代表之一。

　　基于PMVIS技术，智谱科技打造具有完全自主知识产权的光谱视频成像设备——HF820高光谱相机，使用混合相机光谱计算摄像方法降低了系统复杂度，在保证高光谱分辨率的基础上，取得百万像素量级光谱视频成像空间分辨率，实现实时彩色视频的输出以及观测目标在线、准确的分析。拍摄速度最高可达20帧/秒，比传统扫描式设备快近100倍。

　　智谱科技HF820高光谱相机

　　目前，智谱科技依托南京大学成像与智能技术实验室，通过自主研发的高光谱相机和视觉分析模型，积极推动与国内果蔬厂商的合作，共同开发能解决业界痛点的技术和产品，并针对果蔬的不同产地、生产环境、农艺条件、品种个体差异等复杂因素，去建立多种数据校准模型，以满足实际应用的需求。

　　智谱科技致力用高光谱技术深入果蔬品质无损检测领域，降低国内果蔬的耗损率，提升其国际竞争力，为中国这门“好生意”添加科技利器。未来，智谱科技仍将竭力去把光谱成像技术带到世界的各个角落，为更多领域创造无限可能，变革世界生产力。