這項(xiàng)研究的真正價值，在于它實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)、離線的實(shí)驗(yàn)室分析到動態(tài)、在線的工業(yè)級應(yīng)用的跨越。研究團(tuán)隊自主設(shè)計并搭建了一套完整的在線透射光譜檢測系統(tǒng)，其精妙之處在于：

實(shí)驗(yàn)過程詳解:

圖 1 可見/近紅外透射光譜系統(tǒng)：（A）三維圖；（B）剖視圖；（C）光源模塊和光譜采集模塊（1. 可見/近紅外光譜儀；2. 探頭；3. 樣品；4. 托盤；5. 光源；6. 計算機(jī)）。

馬鈴薯樣品被放置在V形傳送帶上，以0.5米/秒的速度穩(wěn)定前行，模擬了真實(shí)的工業(yè)分選線場景。

• 光源： 傳送帶上方，一個100W的鹵素光源經(jīng)過透鏡聚焦，形成一束強(qiáng)光垂直照射在運(yùn)動中的馬鈴薯上。

• 檢測器： 傳送帶正下方，一個光纖探頭精準(zhǔn)地對準(zhǔn)光路。當(dāng)馬鈴薯通過時，穿透其內(nèi)部組織的光信號被探頭捕捉，并瞬間傳輸至光纖光譜儀。這種頂部到底部的透射模式，能最大程度地獲取馬鈴薯內(nèi)部的化學(xué)信息。

系統(tǒng)通過傳感器自動識別馬鈴薯的到來，并觸發(fā)光譜儀在100毫秒的積分時間內(nèi)完成一次光譜采集。整個過程全自動進(jìn)行，無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的在線、實(shí)時數(shù)據(jù)捕獲。

采集到的光譜數(shù)據(jù)被送入一個經(jīng)過特殊優(yōu)化的深度學(xué)習(xí)模型。這個聰明的模型經(jīng)過訓(xùn)練，能夠從復(fù)雜的光譜曲線中，精準(zhǔn)識別出由黑心病變引起的細(xì)微化學(xué)變化。

該系統(tǒng)對黑心馬鈴薯的在線檢測準(zhǔn)確率高達(dá)97.1%，并且模型經(jīng)過“瘦身”，計算量大幅減少，完全滿足了工業(yè)生產(chǎn)線對實(shí)時、高效的嚴(yán)苛要求。

圖2 不同程度黑心病馬鈴薯的可見光/近紅外光譜(A)和不同程度黑心病馬鈴薯樣品的前三個主成分的空間分布

表 1為 SVM、ResNet 和改進(jìn)的 ResNet 判別模型在馬鈴薯質(zhì)量方面的 10 次并行運(yùn)行的平均結(jié)

這項(xiàng)前沿研究的成功，完美展示了“光譜技術(shù) + 人工智能”在農(nóng)產(chǎn)品無損檢測領(lǐng)域的巨大潛力。它將原本屬于實(shí)驗(yàn)室的精密分析，成功轉(zhuǎn)化為了可在生產(chǎn)線上大規(guī)模應(yīng)用的工業(yè)級解決方案。

要將這一藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，一套穩(wěn)定、可靠、高性價比的光譜檢測系統(tǒng)是不可或缺的核心。如海光電始終提供優(yōu)質(zhì)的光譜儀產(chǎn)品和服務(wù)，是您實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)理想的合作伙伴。