利用短波红外成像技术提升水果分选中的食品安全与品质

水果蔬菜分拣技术已远超表面检测层面。随着食品安全法规日益严格、质量要求不断提升，生产商亟需能在全速生产状态下检测内部缺陷、细微材质差异及隐蔽污染的检测技术。 例如，超市顾客通常不会购买表面有明显瘀伤的苹果，即使其内部品质仍可食用。通过精准分拣技术，这类苹果可被转移至果汁、果泥或加工食品等替代用途，而非直接丢弃。这既能为零售商实现产品价值最大化，又能显著减少整个供应链的食品浪费。   

短波红外成像技术（SWIR）正是此领域的变革力量。 

不同于可见光或标准单色成像，SWIR技术利用水、糖分、脂肪及有机化合物在1000-1700纳米波长范围内的特征吸收特性。这种光谱特性使SWIR能够精准识别传统视觉系统无法探测的缺陷、异物及品质属性。 

下文将探讨SWIR相机如何实现对多种高价值农产品类别的可靠检测。 

为何选择SWIR进行食品分选？ 

在食品检测领域，SWIR成像具备三大关键优势： 

• 材料鉴别：不同有机/无机材料对短波红外光的吸收特性各异，即使在可见光下外观相同。 

• 透视能力：SWIR可揭示表皮或外壳下的缺陷，尤其适用于含水量高的产品。 

• 暗色/低对比物体可靠检测：黑色、棕色或深色表面在短波红外下仍可清晰检测。 

这些特性使短波红外技术在分级、缺陷检测和异物识别方面表现尤为出色。 

猕猴桃品质评估

检测瑕疵、软点和穿刺损伤

猕猴桃检测面临独特挑战：粗糙纤维表皮可能掩盖内部损伤。目视检查常难以区分外观差异与实质性质量缺陷。

• 短波红外相机可实现：

  • 斑痕检测
    内部瘀伤或组织退化会改变果实内部水分分布。短波红外波长对水吸收具有高敏感性，使瘀伤区域呈现强烈对比。
  • 软斑定位
    过熟或内部组织崩解导致的软化会引发局部含水量变化。这些区域在传统可见光检测中难以识别，但在短波红外图像中则清晰可辨。
  • 穿刺与撞击损伤
    微小穿刺或挤压损伤表面可能不明显，但会导致内部组织破坏。短波红外技术能在腐烂加剧前早期揭示这些隐性缺陷。
  
  

柑橘品质评估（柠檬与橙子）

突破表面色彩限制

柑橘类果实外观均匀，仅使用RGB或单色相机难以有效检测。短波红外技术可同时实现表层与次表层缺陷的稳定检测。

关键缺陷解析

• 表皮瑕疵
  由机械损伤或环境应力引发的表层色泽异常。短波红外技术可区分表层痕迹与深层组织损伤。
• 花萼问题
  花萼即绿色茎部区域。缺失、损伤或腐烂的花萼区域可能表明新鲜度降低或搬运损伤。SWIR技术可增强健康组织与受损区域的对比度。
• 腐烂
  内部腐烂常始于果皮下方。短波红外技术可在腐烂外部显现前检测水分及组织分解。
• 茎部损伤
  不当摘除会导致茎部区域撕裂及内部瘀伤，短波红外技术可清晰呈现此类损伤。
• 皱褶
  脱水或生理胁迫导致的表皮皱缩或纹理不均。短波红外技术通过水分分布分析可量化损伤程度。
• 霉变
  早期霉菌生长会改变有机结构和含水量。短波红外技术可在肉眼可见孢子出现前揭示受霉菌影响区域。
• 油腺病变
  机械压力导致果皮油腺破裂形成暗色疤痕。短波红外技术可增强健康区域与油腺损伤区域的对比度。
• 穿刺损伤
  微小穿孔可能引发快速腐烂。短波红外技术可检测穿孔引发的内部损伤，即使表面破损极小亦能识别。

干果质量控制

异物检测与质量保障

干果检测面临独特挑战：低含水量及高度多变的形态质地。传统目视检查难以可靠识别高密度污染物。

短波红外技术在以下方面表现卓越：

• 异物检测
  高密度无机杂质如：
  • 石块
  • 玻璃
  • 金属碎片
• 表皮损伤与结构缺陷
  撕裂、开裂或过度脱水会改变内部结构，近红外技术通过对比度变化突出显示这些变化。
• 霉变检测
  霉菌生长会改变化学成分和水分含量。短波红外技术可实现早期检测，即使在葡萄干或无花果等深色干果上亦然。

这些材料与有机干果相比具有截然不同的短波红外吸收特性，使其即使颜色相似也能清晰区分。

坚果品质分选

从异物检测到黄曲霉毒素风险降低

坚果品质分选需基于内部结构与物质成分而非表面外观，实现合格产品与缺陷品的可靠区分 。

关键SWIR功能

• 异物识别
  短波红外技术可可靠检测混入产品流中的石块、壳体及其他非坚果杂质。

• 带壳坚果检测
  带壳杏仁或其他坚果在目视检查中可能被遗漏。短波红外技术能以高可靠性区分果壳材料与果仁组织。
• 虫害损伤
  内部虫害会改变脂肪和水分分布，在短波红外图像中形成明显对比。
• 腐烂及开裂坚果
  内部腐烂或结构性裂痕改变吸收特性，使缺陷坚果易于分离。