近年來,，食品安全和質(zhì)量控制問題越來越受到人們的重視,。據(jù)估計,，到 2025 年,，世界人口將超過 80 億,，其中發(fā)展中國家人口增長最快,。為了滿足不斷增長的人口的需求，食品供應(yīng)量將需要翻一番,，這給食品行業(yè)帶來了巨大壓力,，因為它將努力滿足對高品質(zhì)食品日益增長的需求。
此外,，全球化和國際貿(mào)易的增長正在從根本上改變食品行業(yè),。隨著食品生產(chǎn)跨越國界，供應(yīng)鏈變得越來越復(fù)雜且難以追蹤,。這種轉(zhuǎn)變導(dǎo)致政府對食品安全,、健康和可追溯性制定了更嚴(yán)格的法規(guī)。
所幸,，隨著近年來成像技術(shù)的發(fā)展,，食品加工業(yè)現(xiàn)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。過去,，食品檢驗需要經(jīng)過培訓(xùn)的人工檢驗員進(jìn)行目視篩選,。這些訓(xùn)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,，整個過程相對緩慢和低效。當(dāng)今的一些視覺系統(tǒng)不僅可以更快,、更準(zhǔn)確地檢測,，還可以“看到”產(chǎn)品表面以下，從而發(fā)現(xiàn)人眼看不到的,、隱藏的化學(xué)缺陷,。因此，自動食品分揀系統(tǒng)提供了一種更有效的解決方案,，因為它們能夠更快,、更準(zhǔn)確地過濾掉不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的缺陷產(chǎn)品。
食品分揀系統(tǒng)的類型和構(gòu)成
成像系統(tǒng),，亦稱為光學(xué)分揀機(jī),，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)行無損檢測并保持人類視覺根本無法做到的客觀性,。光學(xué)食品分揀系統(tǒng)還能夠最大限度地減少浪費和勞動力成本,。食品分揀系統(tǒng)通常分為自由落體系統(tǒng)、傳送帶系統(tǒng)和通道系統(tǒng)。自由落體系統(tǒng)特別適用于分揀種子和谷物,，傳送帶系統(tǒng)主要用于分揀咸菜和水果干,，而通道系統(tǒng)主要用于分揀新鮮農(nóng)產(chǎn)品。無論被檢測的食品是什么,，大多數(shù)食品分揀系統(tǒng)都由四個主要部分組成,。第一個部分是進(jìn)料系統(tǒng)。進(jìn)料系統(tǒng)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(tǒng)（可以由彩色（可見光）,、高光譜或 X 射線成像系統(tǒng)組成）被放置在被檢測產(chǎn)品的上方或下方等關(guān)鍵位置,。它掃描通過滑槽或沿傳送帶上移動的產(chǎn)品以檢測它們是否存在缺陷。第三個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定義的合格閾值進(jìn)行比較，從而對移動物體進(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型的具體因素,。最后一個部分是分離系統(tǒng),，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(jī)械設(shè)備的形式，精確定位缺陷和偏差,，或?qū)⑷毕莓a(chǎn)品轉(zhuǎn)送至廢品堆,。
典型的異物和食品缺陷
缺陷通常分為兩類：可見缺陷和不可見缺陷?？梢娙毕菔侨搜酆苋菀装l(fā)現(xiàn)的缺陷,。例如：變色、瑕疵,、破損或開裂的物體,，以及不能滿足特定長度、寬度,、直徑或面積的物體,。不可見缺陷是人眼無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(nèi)部的蠕蟲,、蝸牛或小塑料,、金屬和玻璃等）,。通常,，彩色成像系統(tǒng)用于發(fā)現(xiàn)可見缺陷，而高光譜成像能夠同時發(fā)現(xiàn)可見和不可見的缺陷,。
彩色成像系統(tǒng)
彩色分揀是當(dāng)今使用的主要技術(shù),。當(dāng)前的食品檢測系統(tǒng)使用彩色成像來檢測傳送帶上移動的產(chǎn)品的缺陷。這些成像系統(tǒng)基本上可以看到人眼也能發(fā)現(xiàn)的缺陷,，但可以更快,、更客觀地完成，從而最大限度地提高產(chǎn)出量,。通過將食品的顏色與某些預(yù)定的顏色標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,，這些成像系統(tǒng)可以有效地對食品進(jìn)行分類和分級,。彩色成像系統(tǒng)通常能夠檢測瑕疵或瘀傷等缺陷,，以及堅果、蔬菜,、水果,、肉類和海鮮的成熟度或新鮮度。這些成像系統(tǒng)還能夠識別異物（例如可能在大量農(nóng)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(tǒng)中使用的一些技術(shù)是三片式相機(jī)和三線相機(jī),。三片式相機(jī)使用三個獨立的電荷耦合元件 （CCD） 或 CMOS 傳感器，每個傳感器分別接收紅色,、綠色或藍(lán)色 （RGB）,。當(dāng)光線進(jìn)入鏡頭時，基于棱鏡的分束器將光線分成三個不同的波段,。然后使用三個 CCD 或 CMOS 生成的輸出重新構(gòu)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(jī)的三線相機(jī),，每個傳感器配備分別對紅色,、綠色和藍(lán)色都有靈敏響應(yīng)的三條線。三個陣列同時捕獲三種不同的顏色,，但在物體從滑道上掉下來或經(jīng)過傳送帶時,，位置略有不同。為了形成完整的圖像,，相機(jī)必須通過緩沖第一個和第二個陣列以匹配第三個陣列來補(bǔ)償空間分離（也稱為空間校正）,。
食品分揀的主要要求是低成本。Teledyne DALSA 正在設(shè)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(tǒng)
高光譜和多光譜成像使用更多的波段,，而不僅僅是 RGB 顏色,。與將光分成三個陣列的三線相機(jī)不同,，高光譜成像傳感器在電磁波譜中數(shù)百個密集的窄帶內(nèi)收集數(shù)據(jù)。一旦收集到這些圖像,，它們就會被組合起來形成一個可以進(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(nèi)部都可能存在缺陷，因此擁有一個可以檢測內(nèi),、外部缺陷的系統(tǒng)非常有用,。不同的有機(jī)物質(zhì)根據(jù)其成分吸收電磁波譜中不同波長的光。這使每種物質(zhì)都具有特定的,、可被識別的“指紋”,。用戶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(jī)能夠使用這些指紋根據(jù)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法簡單地根據(jù)RGB 顏色或形狀等物理特征進(jìn)行分類的物品。此外,，使用傳統(tǒng)成像方法無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(nóng)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(nóng)產(chǎn)品，并且有助于根據(jù)含水量分揀農(nóng)產(chǎn)品,。由于所有這些對人眼來說都是不可見的,，因此高光譜成像是食品行業(yè)中的絕佳檢測系統(tǒng)。
然而,，高光譜成像在數(shù)據(jù)處理能力和成本方面仍面臨挑戰(zhàn),。這種方法需要實時處理大量數(shù)據(jù)，而這可能會受到計算能力的限制,。這就是多光譜成像系統(tǒng)（例如 Teledyne DALSA 的 Piranha 4 Multispectral 2k RGB+NIR 相機(jī)）使用較少波段并已成功應(yīng)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(yīng)用中采用低成本的 RGB+NIR 多光譜傳感器,。
X 射線檢測系統(tǒng)
X 射線長期以來一直用于醫(yī)療,，但也越來越多地用于食品加工行業(yè)。X 射線是一種不可見的電磁輻射,。X 射線波長短,、能量高，可以穿透大多數(shù)食品,，是一種理想的無損食品檢測方法,。當(dāng) X 射線進(jìn)入食物時,，它會失去一些電磁能，當(dāng)它離開食品時,，檢測系統(tǒng)中的傳感器隨后能夠?qū)?X 射線轉(zhuǎn)換為顯示食品內(nèi)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 射線系統(tǒng)在食品檢測過程中應(yīng)用于許多場合,，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 射線系統(tǒng)還廣泛用于檢測干果,、堅果和海鮮,。先進(jìn)的 X 射線系統(tǒng)可以同時執(zhí)行在線質(zhì)量檢測、測量產(chǎn)品質(zhì)量,、產(chǎn)品計數(shù),、識別丟失或損壞的產(chǎn)品以及監(jiān)控料位。X 射線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(tǒng),。
雖然許多消費者擔(dān)心他們的食物會受到輻射,，但值得注意的是，當(dāng)食物接受X射線系統(tǒng)檢測時,，它們在 X 射線束中的時間通常不會超過一秒，因此受到的輻射幾乎無害且劑量極低,。還有人擔(dān)心 X 射線系統(tǒng)操作員會暴露在大量輻射中,。但已有研究表明，在正常情況下,，X 射線系統(tǒng)的操作員所接受的輻射比一年內(nèi)來自自然環(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(tǒng)符合法規(guī),，滿足客戶期望
隨著食品和飲料行業(yè)繼續(xù)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(tǒng)以滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。此外,，面臨產(chǎn)品召回帶來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(tǒng)的另一個原因,，這些系統(tǒng)可以保證檢測產(chǎn)品缺陷時充足的質(zhì)量保證和信心?？紤]到所有這些因素,，先進(jìn)成像技術(shù)將越來越多地在食品檢驗中使用，因為這些系統(tǒng)使生產(chǎn)商能夠遵守日益嚴(yán)格的政府法規(guī)和消費者日益增長的期望,。食品分揀的關(guān)鍵要求之一是系統(tǒng)成本,。Teledyne DALSA 目前正在與市場上的主要客戶合作，設(shè)計全新的 CMOS 傳感器系列,，以滿足行業(yè)對性能,、體積和成本的要求,。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，請繼續(xù)關(guān)注食品檢測的新進(jìn)展,。