Công nghệ hình ảnh siêu phổ cho phép kiểm tra nhanh chóng và không phá hủy độ tươi của thịt lợn

Trong quá trình chế biến, phân phối và lưu thông thịt lợn và các sản phẩm của nó, độ tươi là một chỉ số quan trọng để đo lường chất lượng và an toàn của nó.chẳng hạn như xác định tổng nitơ cơ bản dễ bay hơi (TVB-N) và tổng số sinh hoạt (TVC), cung cấp kết quả đáng tin cậy, chúng phức tạp, tốn thời gian và phá hủy các mẫu. do đó, họ khó đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp thực phẩm hiện đại về trực tuyến, nhanh chóng,và thử nghiệm không phá hủy.

Trong những năm gần đây, công nghệ hình ảnh siêu phổ đã chứng minh tiềm năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực đánh giá chất lượng thực phẩm do thông tin phong phú, tính chất không tiếp xúc,và khả năng phân tích nhanhMáy ảnh siêu quang phổ FS-IQ-VISNIR (400~1000 nm) từ CHNSpec đã cung cấp hỗ trợ thu thập dữ liệu cho loại nghiên cứu này.

Thiết kế thí nghiệm và thu thập dữ liệu

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Journal of Food Composition and Analysis, a research team from Zhengzhou Light Industry University utilized CHNSpec's FS-IQ-VISNIR hyperspectral camera to collect visible-near-infrared hyperspectral data of pork tenderloin stored under cold refrigeration at 4°C within 14 days. Tổng cộng 112 mẫu được tham gia, bao gồm 7 điểm thời gian với 16 mẫu mỗi điểm. Máy ảnh sử dụng phương pháp hình ảnh đẩy, có dải bước sóng 400~1000 nm,chứa 1200 băng, khoảng cách lấy mẫu quang phổ khoảng 0,5 nm và độ phân giải không gian 1920 × 1920 pixel.

Để nâng cao chất lượng tín hiệu, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một phương pháp xử lý hình ảnh không có giám sát dựa trên sự khác biệt quang phổ.Kết hợp với phân đoạn ngưỡng thích nghi Otsu và các hoạt động hình thái, phương pháp này có hiệu quả chiết xuất vùng quan tâm (ROI) và giảm nhiễu nền.

Mạng trích xuất tính năng hai nhánh và mô hình hợp nhất học máy

Nghiên cứu đề xuất một mạng lưới chiết xuất tính năng siêu phổ hai nhánh có tên HFE (Hybrid-FeatureExtractor).

• Nhánh quang phổ: Nó giới thiệu cơ chế chú ý Squeeze-and-Excitation (SE) để thích nghi học trọng lượng của mỗi dải,và kết hợp một perceptron đa lớp (MLP) để chiết xuất các tính năng phổ chính.
• Chi nhánh không gian:Nó sử dụng một mạng thần kinh cong hai chiều (CNN) kết hợp với các mô-đun dư (BasicBlock) và các mô-đun Atrous Spatial Pyramid Pooling (ASPP) để chiết xuất các tính năng không gian đa quy mô.

Hai loại tính năng được tích hợp thông qua một cơ chế tổng hợp cổng và sau đó nhập vào mô hình hồi quy vuông nhỏ nhất (PLSR) và hồi quy vector hỗ trợ (SVR),để hoàn thành dự đoán định lượng nội dung TVB-N và TVC.

Hiệu suất dự đoán và phân tích

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng khi mô-đun HFE được kết hợp với PLSR và SVR, nó cho thấy độ chính xác cao trong việc dự đoán nội dung TVB-N và TVC:

• HFE + PLSR: R2 cho dự đoán TVB-N là 0,9786 với RMSE là 2.4685; R2 cho dự đoán TVC là 0,9529 với RMSE là 0.3223.
• HFE + SVR: TheR2 cho dự đoán TVC là 0,9597 với RMSE là 0.3066.
• So với các phương pháp hóa học truyền thống (như SG + SPA, SNV + CARS), độ chính xác dự đoán và độ ổn định mô hình của phương pháp này đều được cải thiện.,TVB-N và TVC đạt lần lượt 7.1204 và 5.1831, cho thấy mô hình có khả năng dự đoán mạnh mẽ.

Có thể giải thích mô hình và xác định băng tần chính

Thông qua cơ chế chú ý SE, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích trực quan các trọng lượng của các băng tần khác nhau trong nhánh quang phổ.Các kết quả cho thấy mô hình gán trọng lượng cao hơn trong phạm vi 600~920 nm, một khu vực liên quan chặt chẽ đến phản ứng quang học của oxy hóa protein và các chất chuyển hóa vi khuẩn (như amin, aldehyd, ketone, v.v.).hàm lượng TVB-N và TVC tăng, và phạm vi của các băng tần đặc trưng này cũng mở rộng, cho thấy mô hình có thể nắm bắt những thay đổi phổ tinh tế liên quan đến biến đổi độ tươi.

Khả năng áp dụng

Nghiên cứu này chứng minh rằng máy ảnh siêu phổ FS-IQ-VISNIR, kết hợp với mạng trích xuất tính năng hai nhánh và mô hình hồi quy học máy,có thể dự đoán hiệu quả các chỉ số độ tươi thịt lợn mà không gây tổn hại cho các mẫuPhương pháp này có giá trị tham chiếu thực tế cho kiểm tra trực tuyến, không phá hủy trong chế biến thực phẩm, vận chuyển chuỗi lạnh và liên kết bán lẻ.

CHNSpec sẽ tiếp tục cung cấp thiết bị hình ảnh siêu phổ và hỗ trợ kỹ thuật cho lĩnh vực chất lượng và an toàn thực phẩm,Giúp ngành công nghiệp chuyển sang các phương pháp thử nghiệm hiệu quả và thông minh hơn.

Đề xuất sản phẩm: Máy ảnh siêu phổ di động FS-IQ-VISNIR

• Phạm vi quang phổ: 400-1000 nm
• Độ phân giải quang phổ: 2,5 nm
• Độ phân giải hình ảnh: 1920*1920
• Số kênh quang phổ: 1200