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基于高光譜成像的煙葉分級(jí)應(yīng)用與研究
發(fā)布時(shí)間：2022-04-15
煙草是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，國內(nèi)種植覆蓋20多個(gè)省份，種植面積達(dá)88.7萬公頃。作為煙草行業(yè)的重要原料，烤煙在收購與生產(chǎn)過程中需進(jìn)行多輪加工和準(zhǔn)確篩分，將質(zhì)量優(yōu)劣的煙葉予以精準(zhǔn)分級(jí)，才能保證最終卷煙產(chǎn)品的品質(zhì)，促進(jìn)煙草行業(yè)良性發(fā)展。
目前，烤煙收購過程主要依賴人工感官經(jīng)驗(yàn)定級(jí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且難以保證準(zhǔn)確性和一致性。部分地區(qū)采用普通可見光成像技術(shù)，通過烤煙的顏色、紋理、形狀等外部品質(zhì)差異，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分級(jí)，效率和準(zhǔn)確性相較人工雖有所提升，但這些特征值很難區(qū)分煙葉的真正品質(zhì)，尤其是與煙葉品質(zhì)等級(jí)緊密相關(guān)的油分和成熟度等特征值更難以從圖像中提取出來，無法滿足行業(yè)需求。
高光譜成像技術(shù)是融合了成像技術(shù)和光譜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的一種新興檢測(cè)技術(shù)，具有無損、無接觸、快速等技術(shù)特點(diǎn)，可同時(shí)獲得檢測(cè)對(duì)象內(nèi)、外部品質(zhì)特征的光譜信息與圖像信息，使得該技術(shù)在煙草行業(yè)具有較大的應(yīng)用前景。
本案例主要通過光譜成像系統(tǒng)采集大量煙葉數(shù)據(jù)，利用光譜大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用云平臺(tái)進(jìn)行各級(jí)煙葉光譜特征分級(jí)、模型訓(xùn)練與匹配，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的煙葉分級(jí)。
一、高光譜數(shù)據(jù)采集設(shè)備
可見光近紅外推掃式高光譜相機(jī)由深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司自主研發(fā)和生產(chǎn)制造，擁有超高光譜分辨率，覆蓋400-1000nm波段光譜范圍，可快速、精準(zhǔn)獲取觀測(cè)目標(biāo)的高光譜信息，廣泛應(yīng)用于掛載、便攜、室內(nèi)等應(yīng)用場(chǎng)景。該產(chǎn)品可結(jié)合目標(biāo)物的空間圖像信息和光譜信息，利用目標(biāo)物不同部位或成分的光譜特征，進(jìn)行無損、無接觸、快速高效的精準(zhǔn)獲取、發(fā)現(xiàn)識(shí)別、分類篩選和分析應(yīng)用。
可見光近紅外推掃式高光譜相機(jī)
二、實(shí)驗(yàn)樣本
本次實(shí)驗(yàn)，我們依照客戶給到的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將烤煙煙葉樣本劃分為1-8個(gè)等級(jí)，采用400nm-1000nm，間隔5nm進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集，每片煙葉正面和反面各采集3個(gè)部位，共采集樣本數(shù)1000個(gè)。
煙葉采集實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)
煙葉高光譜偽彩圖像
1-8級(jí)別煙葉光譜曲線差異分布圖
從1-8級(jí)別煙葉光譜曲線差異分布圖，可明顯看出不同級(jí)別煙葉的光譜曲線存在差異。
三、模型訓(xùn)練與匹配
通過中達(dá)瑞和高光譜大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用云平臺(tái)，把采集的8個(gè)不同級(jí)別的煙葉數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)集中，對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行標(biāo)注，數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練，最后進(jìn)行模型匹配與判斷，綜合驗(yàn)證煙葉分級(jí)準(zhǔn)確率達(dá)85%以上。
分級(jí)效果圖
通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于高光譜成像技術(shù)并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練方法能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)煙葉自動(dòng)分級(jí)。
高光譜成像技術(shù)可捕捉遠(yuǎn)大于可見光范圍的光譜信息和圖像信息，能看到普通可見光成像看不到的物質(zhì)信息，是未來成像技術(shù)主要發(fā)展方向之一。深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司作為國內(nèi)光譜成像行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)化企業(yè)，擁有自主研發(fā)的分光器件、光譜相機(jī)、光譜軟件和光譜智能云平臺(tái)，產(chǎn)品與技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)檢測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。未來，中達(dá)瑞和將持續(xù)攻難克堅(jiān)，推動(dòng)高光譜成像技術(shù)從高端科研到工業(yè)應(yīng)用、并最終到消費(fèi)級(jí)應(yīng)用，服務(wù)于大眾日常生活，幫助改善人們的生活品質(zhì)而繼續(xù)努力。
