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高光谱如何“看”菜籽含油量?FS-19S近红外高光谱应用实践

作者:彩谱科技

菜籽含油量是油菜籽品质分析中的重要指标之一。传统检测方法往往需要取样、制样及后续分析,而近红外高光谱成像技术将图像信息与光谱信息结合,为农产品品质检测与后续模型分析提供了另一种技术思路。

本次彩谱科技高光谱应用实践采用FS-19S近红外高光谱相机,对4种菜籽样本进行900–1700 nm波段的数据采集,观察不同样本之间的光谱响应差异,并分析这些数据用于菜籽含油量检测的可行性。

1:FS-19S高光谱相机实验设备

一、为什么高光谱能够用于菜籽品质分析?

不同物质的分子组成和内部结构不同,对不同波长光的吸收、反射响应也会产生差异。

高光谱成像能够在获取样品空间图像的同时,记录每个位置在连续波段下的光谱数据。也就是说,一次扫描得到的不只是“菜籽长什么样”,还可以获得相应区域随波长变化的反射率曲线。

在近红外波段,样品内部化学组成的变化可能反映在光谱吸收和反射特征中。因此,通过采集稳定的光谱数据,再结合相应的化学参考值和数据建模方法,可用于开展含油量等指标的定量分析研究。

二、实验怎么做?

本次实验选择4种菜籽样本:

l 256-101

l 256-203

l 256-402

l 256-503

实验设备采用FS-19S近红外高光谱相机,采集范围为900–1700 nm,配合SortingExpert 软件进行数据处理。

实验过程中,将菜籽样本放置在扫描平台上进行高光谱图像采集,每种样本分别进行10组扫描,通过软件框选对应的菜籽区域,提取样品光谱信息。

2:橙色标签框选256-101品种菜籽样本区域

3:绿色标签框选256-203品种菜籽样本区域

4:蓝色标签框选256-402品种菜籽样本区域

5:黄色标签框选256-503品种菜籽样本区域

这种区域提取方式,可以减少背景信息对数据分析的干扰,使后续获得的光谱曲线更多地反映菜籽样本自身的光谱响应。

三、不同菜籽,光谱曲线一样吗?

经过数据预处理后,将4种菜籽样本的平均光谱曲线进行比较,可以看到,在900–1700 nm范围内,不同样本的反射率变化并不完全一致。

从实验结果来看,4组样本在曲线形态及部分波段的吸收、反射变化上具有较为清晰的差异,不同样本呈现出各自的光谱特征。

6:四种菜籽平均光谱曲线对比图

这类差异也是高光谱进行样本识别和品质参数分析的重要数据基础。相比单纯依靠外观颜色或人工观察,高光谱记录的是多个连续波段下的响应信息,可以进一步挖掘肉眼难以直接获取的样品特征。

四、这次实验说明了什么?

本次实验中,4种菜籽样本在900–1700 nm波段呈现出不同的反射率特征,样本之间具有较清晰的光谱区分度。

实验报告表明,在本次硬件配置和测试条件下,FS-19S高光谱相机采集获得的数据具有可辨识的光谱特征,可为菜籽含油量检测分析及后续模型建立提供数据基础。

需要说明的是,高光谱用于含油量定量检测时,通常还需要配合样品真实含油量参考值,经过光谱预处理、特征波段筛选、模型训练与验证等步骤,建立光谱数据与含油量之间的对应关系。因此,高质量、稳定的光谱数据采集,是后续定量分析中的重要环节。

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