Élelmiszerek, nyersanyagaikmérése spektrális képfeldolgozásieszközökkel

Hasonló dokumentumok
TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUM

Távérzékelés, a jöv ígéretes eszköze

Élelmiszer-hamisítás kimutatásának lehetősége NIR spektroszkópia segítségével

JASCO FTIR KIEGÉSZÍTŐK - NE CSAK MÉRJ, LÁSS IS!

LÉGI HIPERSPEKTRÁLIS TÁVÉRZÉKELÉSI TECHNOLÓGIA FEJLESZTÉSE PARLAGFŰVEL FERTŐZÖTT TERÜLETEK MEGHATÁROZÁSÁHOZ

A hiperspektrális távérzékelés lehetőségei a precíziós mezőgazdaságban. Keller Boglárka Tudományos segédmunkatárs NAIK MGI

Abszorpciós spektroszkópia

A hús márványozottságának RGB-, hiperspektrális- és CTképfeldolgozással történő jellemzésének kritériumai Módszertani közlemény

Színmérés Firtha Ferenc, BCE, Fizika

Növények spektrális tulajdonságának vizsgálata Kovács László, Dr. Borsa Béla, Dr. Földesi István FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet

A hiperspektrális képalkotás elve

Távérzékelés a precíziós gazdálkodás szolgálatában : látvány vagy tudomány. Verőné Dr. Wojtaszek Malgorzata

ALKALOIDOK MEGHATÁROZÁSAMÁKGUBÓBAN

Módszerfejlesztés emlőssejt-tenyészet glükóz tartalmának Fourier-transzformációs közeli infravörös spektroszkópiai alapú meghatározására

Anyagvizsgálati módszerek Elemanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

A diffúz reflektancia spektroszkópia (DRS) módszerének alkalmazhatósága talajok ásványos fázisának rutinvizsgálatában

HULLADÉKCSÖKKENTÉS. EEA Grants Norway Grants. Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása. Dr. Nagy Attila, Debreceni Egyetem

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

A távérzékelés spektrális irányzata és célja

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

KÖZELI INFRAVÖRÖS SPEKTROSZKÓPIA ALKALMAZÁSA SERTÉSHÚS MINŐSÉGVÁLTOZÁSÁNAK JELLEMZÉSÉRE

Hangterjedés szabad térben

SZÍNES KÉPEK FELDOLGOZÁSA

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

A vízfelvétel és - visszatartás (hiszterézis) szerepe a PM10 szabványos mérésében

TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUM

A MÉZEK EREDETAZONOSÍTÁSÁVAL ÉS HAMISÍTÁSÁNAK DETEKTÁLÁSÁVAL KAPCSOLATOS PROBLÉMÁK

Fajspecifikus gyomtérképezés távlati lehetőségei távérzékelési módszerekkel

Vízgyűjtők távérzékelésen alapuló mezőgazdasági biomassza és aszálykockázati értékelése

DIGITÁLIS KÉPANALÍZIS KÉSZÍTETTE: KISS ALEXANDRA ELÉRHETŐSÉG:

AZ UV SUGÁRZÁS ALAKULÁSA HAZÁNKBAN 2015 NYARÁN, KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A HŐHULLÁMOS IDŐSZAKOKRA

Mit lássunk élnek? Hol van az él? Milyen vastag legyen? Hol

Tetőtípusok azonosítása hiperspektrális felvételek alapján

7. Régió alapú szegmentálás

Légi növényvédelem és növénytáplálás drónokkal. - Tények és tervek -

Konfokális mikroszkópia elméleti bevezetõ

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

DRÓNOK HASZNÁLATA A MEZŐGAZDASÁGBAN

Légi távérzékelési projektek a Károly Róbert Főiskolán

Röntgen-gamma spektrometria

Szennyezett területek hiperspektrális felmérése

A VÁROSI FELSZÍNBORÍTÁS-VÁLTOZÁS VIZSGÁLATA SZEGEDEN ŰR- ÉS LÉGIFELVÉTELEK ALAPJÁN

Loványi István vizsgakérdései kidolgozva (béta)

Az érzékelők legfontosabb elemei Optikai rendszer: lencsék, tükrök, rekeszek, szóró tagok, stb. Érzékelők: Az aktív felületükre eső sugárzás arányában

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Mangalica specifikus DNS alapú módszer kifejlesztés és validálása a MANGFOOD projekt keretében

Agrár-környezetvédelmi Modul Agrár-környezetvédelem, agrotechnológia. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Az ipari komputer tomográfia vizsgálati lehetőségei

MŰHOLDAKRÓL TÖRTÉNŐ LEVEGŐKÉMIAI MÉRÉSEK

Digitális képfeldolgozó rendszer

TÁMOP /1/KONV-0047

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

Városi környezet vizsgálata távérzékelési adatok osztályozásával

Élelmiszerek fruktóz tartalma betűrendes útmutató

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

A festéktelenítési folyamatban nyert pép illetve szűrlet optikai jellemzőinek mérése

Kettőnél több csoport vizsgálata. Makara B. Gábor

CCD detektorok Spektrofotométerek Optikai méréstechnika. Németh Zoltán

VÍZGŐZKONCENTRÁCIÓ-MÉRÉS DIÓDALÉZERES FOTOAKUSZTIKUS MÓDSZERREL

Szójabab és búza csírázási folyamatainak összehasonlítása NIR spektrumok segítségével

Perspektívák a sertések precíziós takarmányozásában. Halas Veronika, PhD Kaposvári Egyetem Takarmányozástani tanszék

TÉRINFORMATIKA II. Dr. Kulcsár Balázs egyetemi docens. Debreceni Egyetem Műszaki Kar Műszaki Alaptárgyi Tanszék

6. Előadás. Vereb György, DE OEC BSI, október 12.

Térinformatika és Geoinformatika

Légi hiperspektrális biomassza térképezés elsődleges eredményei a Tass-pusztai biomassza ültetvényen

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

Kompakt refraktométerek. Abbemat

BÜCHI NIRFLEX N-500. Polarizációs FT-NIR Spektrométer

8. Pontmegfeleltetések

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Sergyán Szabolcs szeptember 21.

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

1. Adatok kiértékelése. 2. A feltételek megvizsgálása. 3. A hipotézis megfogalmazása

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

Készítette: Konrád Sándor Környezettudomány MSc. Témavezető: Dr. Bognár Péter

Benapozásvédelmi eszközök komplex jellemzése

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Az IDRISI szoftver fejlesztésének új eredményei. Az IDRISI Taiga eszköztára: Új fejlesztések. Image Processing: Szegmentálás SEGMENTATION

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

Tesszeláció A vizsgált területet úgy osztjuk fel elemi egységekre, hogy azok hézag- és átfedésmentesek legyenek. Az elemi egységek alakja szerint megk

Kamerakalibráció és pozícióbecslés érzékenységi analízissel, sík mintázatokból. Dabóczi Tamás (BME MIT), Fazekas Zoltán (MTA SZTAKI)

Dekonvolúció a mikroszkópiában. Barna László MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Nikon-KOKI képalkotó Központ

Principal Component Analysis

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

A TERMÉSZETBEN SZÉTSZÓRÓDOTT NUKLEÁRIS ANYAGOK VIZSGÁLATA

Az automatikus optikai ellenőrzés növekvő szerepe az elektronikai technológiában

Abszorbciós spektroszkópia

Távérzékelt felvételek és térinformatikai adatok integrált felhasználása a FÖMI mezőgazdasági alkalmazásaiban

KISFESZÜLTSÉGŰ KÁBELEK

Távérzékelés - alapfogalmak

3D-s számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

Mérés és adatgyűjtés

Képrekonstrukció 3. előadás

Műanyag- és nyomdaipari műszeres mérések. Készítette: Hajsz Tibor GAMF Kecskemét,

NEUTRON SUGÁRZÁS ELLENI BIOLÓGIAI VÉDELEM VIZSGÁLATA MONTE CARLO MODELLEZÉSSEL

Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István

Tudnivalók a versenyeken alkalmazott érzékszervi bírálatokról

OPTIKA. Fotometria. Dr. Seres István

Átírás:

Élelmiszerek, nyersanyagaikmérése spektrális képfeldolgozásieszközökkel FirthaFerenc Szent István Egyetem, ÉlelmiszertudományiKar RGB 1450nm MTA, Kémiai TudományokOsztálya, Élelmiszertudományi Tudományos Bizottság 2017. februári Tudományos Kollokvium

Méréstechnika Látás: 3-4 széles sáv < multispektrális: néhány keskeny sáv < Hiperspektrális: több száz csatorna Képfelvételi technikák: 1. Spatialscanning: flying point push-broom Landsat-1, NASA 1972 NASA, Sensorsavailable from2002 2. Spectral scanning: AOTF: acousto optical tunable filter (MaákPál BME, 2004) LCTF: liquid crystaltunable filter LVTF: linear-variable tunable filter 3. Snapshot/non-scanning (Jung András SZIE ÉTK, 2013) 2D szenzor (x,y,λ) felbontásban mér (640*480 -> 40*40*200) 4. Spatio-Spectral scanning (2014) adatkocka diagonális (λ változik y mentén) szeletét méri TeO 2 quatzcrystal

Eszközeink SZIE, Élelmiszertudományi kar: push-broom 900-1700nm, Xenics camera, Specim spectrograph camera: 320*256, A/D 14bit spectrograph, 25µm slit: 5nm NIR lens: F/2 (fast) Kapcsolatok (vezérelt eszközök): Gödöllő NAIK Mezőgazdasági Gépesítési Intézet (900nm.. 2500nm) BOKU University, Vienna

Az abszorpció spektroszkópia csúcsai szélesek, egymásra hatással vannak (eltolódnak). A módszer nem nyomelemek, hanem fontosabb összetevők becslésére alkalmas. UV 250-500nm: fekáliás szennyeződés, baktérium, gomba kukorica, aflatoxin VIS 380-780nm: flavonoidok: (pl az antocianin: szeder, kék szőlő, piros káposzta, lila hagyma, cékla, retek) karotinoidok: (sárgarépa, paradicsom, citrom,narancs, spenót,kukorica) kinonok (gomba) pirolok (klorofil) betanin (cékla) melanin (bőr)

NIR 900 1700 nm: aromatic alcohol: e.g. benzyl aromatic hydrocarbon: e.g. benzene lipids: triacilglicerin (fat) water free / bound: HDW (hydrofil) / LDW (hydrofob) alcohol: metil,etil,propil protein amid, amin secondaryamid

Előnyök és hátrányok egy spektrofotométerhez képest A módszer lehetséges hátrányai: 1. Lényegesen drágább mérőeszköz 2. InGaAsmátrix szenzor kalibrálása szofisztikált, a gyártó végzi 3. Mérésvezérlő szoftver: spektrális kalibrálás, kezeli a szenzor hardver hibáit térbeli kalibrálás, jelszint, AD munkatartomány beállítása 4. Nem izolált környezet okozta várhatóan magasabb zaj eredmény függ a megvilágítástól (általában 45/0 geometria) egyenetlen felszín indefinit geometriájú megvilágítása 5. 50 MB-os adatkockák, bonyolultabb adatfeldolgozás Előnyei: 1. Inhomogén felületet is mér (roncsolásmentes) 2. Távmérésre alkalmas (minta befolyásolása nélkül)

Mérésvezérlő szoftver (Argus) optimális jelszint, AD munkatartomány beállítása szenzor hardver hibáinak kezelése (2% dead pixel) spektrális kalibrálás (2 pontos) térbeli kalibrálás tárgytávolság átállítása után referencia felületek felvétele: reflektanciát (reflection factor) mérünk a megvilágítás miatt

Absorbance of REMO (rare earth metal oxides) reflection standard Wavelength Rare-earth oxide 1064,92 Dy 2 O 3 1132,21 Ho 2 O 3 1261,87 Dy 2 O 3 1321,33 Dy 2 O 3 1478,07 Er 2 O 3 1535,92 Er 2 O 3 1643,34 Dy 2 O 3 1682,7 Dy 2 O 3 Absorbance measured by HSI system (non-isolated circumstances)

Algoritmus az adatkocka előfeldolgozására(cubrowser) Hiperkocka szeletének megjelenítése, szűrők alkalmazása (kiugró értékek, normálás, simítás) ROI-kkiválasztása Átlag-spektrumok (szórás) és deriváltak megjelenítése, mentése ( DA, PLS)

Néhány tipikus alkalmazás Hús márványossága Gombás fertőzés: képfeldolgozással Követés fólián keresztül 3D kezelése akár előny is lehet Térbeli eloszlásból fruktóztartalom

1. Hús márványossága A hús porhanyósságát meghatározó egyik legfontosabb tényezőt, a márványozottságot szakértők bírálják a vágásfelület alapján (marha:1..5, sertés:1..10). A digitális képfeldolgozás elterjedése óta (1994) számtalan cikk foglalkozott a márványosság algoritmikus leírásával. De 1. Általában nem foglalkoznak ezen algoritmusok objektivitásának mérésével (pedig a szakértők véleménye, az egyetlen támpont, szubjektív) 2. Nem tesznek különbséget a márványosságot meghatározó intramuszkuláris zsír/faggyú és kötőszövet(imct) között. 3. Nem tesznek különbséget márványosság és a zsírosságot meghatározó intermuszkuláris vagy bőr alatti zsír között. fatcontent kobe, angus, vagyu fat marbling expert

Firtha Ferenc, Romvári Róbert (2014) A hús márványozottságának RGB-, hiperspektrális-és CT képfeldolgozással történő jellemzésének kritériumai. Acta AgrariaKaposváriensis 164 Danbred típusú sertést 6 takarmányozási csoportban (eltérő lizin és emészthető energia arány) neveltek, majd az optikai mérésekhez a tarja és karaj mintákat használtuk. meat ratio fat in cuts marbling score SEUROP analytical RGB algorithm experts NIR spectrometer HSI (IMCT<->fat) CT (stability) scattering

Módszert dolgoztunk ki: 1. RGB képeken a zsír és márványosság jellemzésére 2. A jellemzés objektivitásának mérésére 3. A táplálás hatásának leírására További kérdés, hogy a HS képek alapján lehet-e különbséget tenni zsír, kötőszövet és színhús között. Példa, amikor hasznos lehet akár egy pixel spektrumának mérése. reflektancia RGB kép, zsír, márványosság, színhús Tarja szelet képe 1272 nm-en

2. Gombás fertőzés: Viktória Parrag, J. Felföldi, L. Baranyai, A. Geösel,F. Firtha (2014) Early detection of cobweb disease on champignon caps. ActaAlimentaria Csiperke gombás fertőzését követtük nyomon HS méréssel. A víztartalom változása (1450nm-en) már az első nap felfedezhető dactylium / trichoderma fertőzött és kontroll minták (LDA síkon) még a növényvédőszerekis kimutathatók (PCA) biological synthetic control

Lehetne sikertörténet, de az LDA és PCA modelleket adott populációra építettük fel ismeretlen mintára nem biztos a működésük. A fertőzött területek kiszáradása az első naptól mérhető 1450nm-en. Reflektancia képen ez világosodást mutat. Példa, amikor nem a felület átlagos spektruma, hanem az inhomogenitás, annak képfeldolgozással való leírása jellemző a fertőzésre. Dactilium fertőzés a legelső napon RGB képen és 1450nm-en (refletancia)

3. Sajt érlelése: Lívia Darnay, F. Králik, G. Oros, Á. Koncz, Ferenc Firtha (2016) Monitoring the effect of transglutaminase in semi-hard cheese duringripening. Journal of FoodEngineering A kutatás célja a mikrobiálistranszglutamináz(mtg) enzim fehérje tartalmú élelmiszerekben, konkrét esetben trappista jellegű félkemény sajtban kifejtett állománymódosító hatásának nyomon követése volt. Az érlelés során, az enzimaktivitás meghatározása, az analitikaiés állományvizsgálati mérések mellett optikai mérések történtek. A hiperspektrális módszer alkalmasnak bizonyult a távoli, fólián keresztül történő mérésére hús-, tejtermékek érlelési kísérleteinél fontos lehet, hogy a mérés ne befolyásolja a minta állapotát lyukak inhomogén megvilágításának kezelésére különböző zsírtartalmú minták osztályozására enzim zsírtartalomtól független detektálására Egyes anyagok (csokoládé, hús, sajt,...) mérése során csak különösen részletes mérésutasítással biztosítható a megvilágítás hőhatásának elkerülése.

4. Teafű nedvességtartalma Gombafejek mérésénél tapasztaltuk, hogy bár a spektrumok szórása nagy, azok spektrálisan hasonlóak. Kétféle normalizálást alkalmazunk: a) kivonjuk az átlagot (shifting) b) osztunk az átlaggal (streching) Hogy melyik hatékonyabb? Ez az objektumtól függ. shaded image on 1329nm normalized image on 1329nm

A teafű a jobb oldalon egy óráig nedves légtérben volt (mindössze fél csepp, azaz 0.02g víz az 1 literes kamrában) Normalized reflectance at 1459nm type1: dry wet type2 type3 high variance no clear singal low variance clear singal HSI módszer akár jobb eredményt is adhat, mint egy hagyományos spektrofotométer

5. Katalin Kerti-Badak, Szabina Németh, Andreas Zitek, Ferenc Firtha (2016) Hyperspectralcheckingof fructosecontentinmarzipan. Biosystems and Food Engineering Conference. A marcipánban enzim bontja le a cukrot glükózra és fruktózra. A szacharóz, glükóz, fruktóz keverék viszkozitása kisebb és kevésbé hajlamos a kristályosodásra. A termék lágyabb marad. Sajnos a NIR spektrum nem jól detektálja a különböző cukrokat. A polarimetriás mérés különbséget tesz, de több összetevő esetén használhatatlan és a reflexió összevissza forgatja a polár-síkot. sacharose 66.56 glucose(38%alpha + 62%beta) 52.61 Fructose -93.72 invertsugar(syrup) -39.7 Hogyan mérjünk fruktóz tartalmat? A fruktózhigroszkopikus: vonzza és megköti a vizet.

Normális közeg: Fourier modell eloszlás coszinus-szerű Higroszkopikus közeg esetén: középen konstans, csak a szélén változik roncsolásos: csak a széle változik kontakt: csak a széle változik Dimenziótlan számok: T ( x, t) -T J : = T0 -T Megoldás: J( X, t ) = Â A n e 2 n -l t X : = x L cos( l X ) n optikai: csak a széle változik Csak térbeli eloszlásból lehet a fruktóz-tartalomra következtetni

NIR Klub a SZIE Élelmiszertudományi Kar és az ÉTB közös rendezvénye http://fizika2.kee.hu/nir-klub/

Élelmiszerek, nyersanyagaikmérésespektrálisképfeldolgozásieszközökkel Firtha Ferenc Szent István Egyetem, Élelmiszertudományi Kar hús márványossága fertőzés: képfeldolgozás követés fólián keresztül normalizálás térbeli eloszlásból fruktóztartalom Köszönöm a figyelmet!