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作者：Glen Ahearn, 銷(xiāo)售兼應用支持經(jīng)理, Teledyne Dalsa 近年來(lái)，食品安全和質(zhì)量控制問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。據估計，到 2025 年，世界人口將超過(guò) 80 億，其中發(fā)展中國家人口增長(cháng)最快。為了滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的人口的需求，食品供應量將需要翻一番，這給食品行業(yè)帶來(lái)了巨大壓力，因為它將努力滿(mǎn)足對高品質(zhì)食品日益增長(cháng)的需求。 
此外，全球化和國際貿易的增長(cháng)正在從根本上改變食品行業(yè)。隨著(zhù)食品生產(chǎn)跨越國界，供應鏈變得越來(lái)越復雜且難以追蹤。這種轉變導致政府對食品安全、健康和可追溯性制定了更嚴格的法規。 所幸，隨著(zhù)近年來(lái)成像技術(shù)的發(fā)展，食品加工業(yè)現在投資確保食品安全和質(zhì)量的新技術(shù)具有更大的成本效益。過(guò)去，食品檢驗需要經(jīng)過(guò)培訓的人工檢驗員進(jìn)行目視篩選。這些訓練有素的檢測員掃描傳送帶以識別有缺陷的產(chǎn)品，并將它們剔除——由于人眼的限制、人因失誤和人員疲勞，整個(gè)過(guò)程相對緩慢和低效。當今的一些視覺(jué)系統不僅可以更快、更準確地檢測，還可以“看到”產(chǎn)品表面以下，從而發(fā)現人眼看不到的、隱藏的化學(xué)缺陷。因此，自動(dòng)食品分揀系統提供了一種更有效的解決方案，因為它們能夠更快、更準確地過(guò)濾掉不符合質(zhì)量標準的缺陷產(chǎn)品。 食品分揀系統的類(lèi)型和構成 成像系統，亦稱(chēng)為光學(xué)分揀機，已成為食品檢測的首選解決方案。這是因為它們可以對食品進(jìn)行無(wú)損檢測并保持人類(lèi)視覺(jué)根本無(wú)法做到的客觀(guān)性。光學(xué)食品分揀系統還能夠最大限度地減少浪費和勞動(dòng)力成本。食品分揀系統通常分為自由落體系統、傳送帶系統和通道系統。自由落體系統特別適用于分揀種子和谷物，傳送帶系統主要用于分揀咸菜和水果干，而通道系統主要用于分揀新鮮農產(chǎn)品。無(wú)論被檢測的食品是什么，大多數食品分揀系統都由四個(gè)主要部分組成。第一個(gè)部分是進(jìn)料系統。進(jìn)料系統有助于將產(chǎn)品均勻地鋪在傳送帶、通道或自由落體滑槽上。然后，光學(xué)系統（可以由彩色（可見(jiàn)光）、高光譜或 X 射線(xiàn)成像系統組成）被放置在被檢測產(chǎn)品的上方或下方等關(guān)鍵位置。它掃描通過(guò)滑槽或沿傳送帶上移動(dòng)的產(chǎn)品以檢測它們是否存在缺陷。第三個(gè)部分是圖像處理軟件，它將傳送帶、通道或斜槽上的物體與用戶(hù)定義的合格閾值進(jìn)行比較，從而對移動(dòng)物體進(jìn)行分級。 這些閾值可能基于光譜、大小、形狀或其他取決于食物類(lèi)型的具體因素。最后一個(gè)部分是分離系統，它可以采用小型產(chǎn)品使用壓縮空氣或較大產(chǎn)品使用機械設備的形式，精確定位缺陷和偏差，或將缺陷產(chǎn)品轉送至廢品堆。 典型的異物和食品缺陷 缺陷通常分為兩類(lèi)：可見(jiàn)缺陷和不可見(jiàn)缺陷�？梢�(jiàn)缺陷是人眼很容易發(fā)現的缺陷。例如：變色、瑕疵、破損或開(kāi)裂的物體，以及不能滿(mǎn)足特定長(cháng)度、寬度、直徑或面積的物體。不可見(jiàn)缺陷是人眼無(wú)法輕松地檢測到的缺陷，這可能包括較軟、發(fā)霉或腐爛的食物或異物（如可以進(jìn)入食品內部的蠕蟲(chóng)、蝸�；蛐∷芰�、金屬和玻璃等）。通常，彩色成像系統用于發(fā)現可見(jiàn)缺陷，而高光譜成像能夠同時(shí)發(fā)現可見(jiàn)和不可見(jiàn)的缺陷。 彩色成像系統 彩色分揀是當今使用的主要技術(shù)。當前的食品檢測系統使用彩色成像來(lái)檢測傳送帶上移動(dòng)的產(chǎn)品的缺陷。這些成像系統基本上可以看到人眼也能發(fā)現的缺陷，但可以更快、更客觀(guān)地完成，從而最大限度地提高產(chǎn)出量。通過(guò)將食品的顏色與某些預定的顏色標準進(jìn)行比較，這些成像系統可以有效地對食品進(jìn)行分類(lèi)和分級。彩色成像系統通常能夠檢測瑕疵或瘀傷等缺陷，以及堅果、蔬菜、水果、肉類(lèi)和海鮮的成熟度或新鮮度。這些成像系統還能夠識別異物（例如可能在大量農產(chǎn)品中存在的塑料和木頭碎片）。 目前用于食品檢測的彩色成像系統中使用的一些技術(shù)是三片式相機和三線(xiàn)相機。三片式相機使用三個(gè)獨立的電荷耦合元件 (CCD) 或 CMOS 傳感器，每個(gè)傳感器分別接收紅色、綠色或藍色 (RGB)。當光線(xiàn)進(jìn)入鏡頭時(shí)，基于棱鏡的分束器將光線(xiàn)分成三個(gè)不同的波段。然后使用三個(gè) CCD 或 CMOS 生成的輸出重新構建最終的彩色圖像。該技術(shù)可生成具有完整物理分辨率的高質(zhì)量彩色圖像。 像 Teledyne DALSA Piranha4 RGB彩色 相機的三線(xiàn)相機，每個(gè)傳感器配備分別對紅色、綠色和藍色都有靈敏響應的三條線(xiàn)。三個(gè)陣列同時(shí)捕獲三種不同的顏色，但在物體從滑道上掉下來(lái)或經(jīng)過(guò)傳送帶時(shí)，位置略有不同。為了形成完整的圖像，相機必須通過(guò)緩沖第一個(gè)和第二個(gè)陣列以匹配第三個(gè)陣列來(lái)補償空間分離（也稱(chēng)為空間校正）。 食品分揀的主要要求是低成本。Teledyne DALSA 正在設計一種新的、低成本的 CMOS 顏色傳感器，非常適合用于分揀。 高光譜和多光譜成像系統 高光譜和多光譜成像使用更多的波段，而不僅僅是 RGB 顏色。與將光分成三個(gè)陣列的三線(xiàn)相機不同，高光譜成像傳感器在電磁波譜中數百個(gè)密集的窄帶內收集數據。一旦收集到這些圖像，它們就會(huì )被組合起來(lái)形成一個(gè)可以進(jìn)行分析的圖像立方體。 高光譜成像特別適用于食品檢測，因為它能夠無(wú)損檢測和確定產(chǎn)品的化學(xué)和物理成分。在食品行業(yè)中，產(chǎn)品表面和內部都可能存在缺陷，因此擁有一個(gè)可以檢測內、外部缺陷的系統非常有用。不同的有機物質(zhì)根據其成分吸收電磁波譜中不同波長(cháng)的光。這使每種物質(zhì)都具有特定的、可被識別的“指紋”。用戶(hù)可以在檢測前指定接受或拒絕的閾值，然后，高光譜成像分揀機能夠使用這些指紋根據產(chǎn)品的化學(xué)成分進(jìn)行產(chǎn)品分揀，這一技能非常適用于分揀無(wú)法簡(jiǎn)單地根據RGB 顏色或形狀等物理特征進(jìn)行分類(lèi)的物品。此外，使用傳統成像方法無(wú)法輕松識別某些污染物（如塑料碎片、木頭和霉菌）。最后，高光譜成像有助于檢測農產(chǎn)品中的密度差異和葉綠素水平、被黃曲霉毒素等毒素污染的農產(chǎn)品，并且有助于根據含水量分揀農產(chǎn)品。由于所有這些對人眼來(lái)說(shuō)都是不可見(jiàn)的，因此高光譜成像是食品行業(yè)中的絕佳檢測系統。 然而，高光譜成像在數據處理能力和成本方面仍面臨挑戰。這種方法需要實(shí)時(shí)處理大量數據，而這可能會(huì )受到計算能力的限制。這就是多光譜成像系統（例如 Teledyne DALSA 的 Piranha 4 Multispectral 2k RGB+NIR 相機）使用較少波段并已成功應用于食品分揀的原因。 在新的 CMOS 傳感器系列中，Teledyne DALSA 還計劃在分揀應用中采用低成本的 RGB+NIR 多光譜傳感器。 X 射線(xiàn)檢測系統 X 射線(xiàn)長(cháng)期以來(lái)一直用于醫療，但也越來(lái)越多地用于食品加工行業(yè)。X 射線(xiàn)是一種不可見(jiàn)的電磁輻射。X 射線(xiàn)波長(cháng)短、能量高，可以穿透大多數食品，是一種理想的無(wú)損食品檢測方法。當 X 射線(xiàn)進(jìn)入食物時(shí)，它會(huì )失去一些電磁能，當它離開(kāi)食品時(shí)，檢測系統中的傳感器隨后能夠將 X 射線(xiàn)轉換為顯示食品內部的灰度圖像。食品中的密集污染物在灰度圖像上顯得更暗，便于識別。 X 射線(xiàn)系統在食品檢測過(guò)程中應用于許多場(chǎng)合，例如檢測嬰兒食品中的金屬等異物以及檢測產(chǎn)品密封和包裝。X 射線(xiàn)系統還廣泛用于檢測干果、堅果和海鮮。先進(jìn)的 X 射線(xiàn)系統可以同時(shí)執行在線(xiàn)質(zhì)量檢測、測量產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品計數、識別丟失或損壞的產(chǎn)品以及監控料位。X 射線(xiàn)的所有這些特性使其成為極具成本效益且高效的食品檢測系統。 雖然許多消費者擔心他們的食物會(huì )受到輻射，但值得注意的是，當食物接受X射線(xiàn)系統檢測時(shí)，它們在 X 射線(xiàn)束中的時(shí)間通常不會(huì )超過(guò)一秒，因此受到的輻射幾乎無(wú)害且劑量極低。還有人擔心 X 射線(xiàn)系統操作員會(huì )暴露在大量輻射中。但已有研究表明，在正常情況下，X 射線(xiàn)系統的操作員所接受的輻射比一年內來(lái)自自然環(huán)境的輻射要少，這使其成為一種相對安全的檢測方法。 檢測系統符合法規，滿(mǎn)足客戶(hù)期望 隨著(zhù)食品和飲料行業(yè)繼續面臨提供更高質(zhì)量和更安全產(chǎn)品的壓力，生產(chǎn)商需要采用改進(jìn)的檢測和分揀系統以滿(mǎn)足這些標準。此外，面臨產(chǎn)品召回帶來(lái)的品牌形象受損的風(fēng)險是食品生產(chǎn)商尋求更可靠的檢測系統的另一個(gè)原因，這些系統可以保證檢測產(chǎn)品缺陷時(shí)充足的質(zhì)量保證和信心�？紤]到所有這些因素，先進(jìn)成像技術(shù)將越來(lái)越多地在食品檢驗中使用，因為這些系統使生產(chǎn)商能夠遵守日益嚴格的政府法規和消費者日益增長(cháng)的期望。食品分揀的關(guān)鍵要求之一是系統成本。Teledyne DALSA 目前正在與市場(chǎng)上的主要客戶(hù)合作，設計全新的 CMOS 傳感器系列，以滿(mǎn)足行業(yè)對性能、體積和成本的要求。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，請繼續關(guān)注食品檢測的新進(jìn)展。 由 Teledyne DALSA 的銷(xiāo)售兼應用支持經(jīng)理 Glen Ahearn 撰寫(xiě)。 |
