Quality assessment of butter cookies applying multispectral imaging

应用多光谱成像的黄油曲奇质量评估

摘要：提出了一种通过使用多光谱图像评估表面褐变和含水量来表征黄油曲奇质量的方法。根据对黄油曲奇褐变的评估，将曲奇手动分组。根据该分类，计算了将多光谱图像与褐变分数相关联的统计预测模型的参考值。褐变分数是作为烤箱温度和烘烤时间的函数计算的。它表示为二次响应面。研究的过程窗口是强制对流电加热烤箱中4-16分钟和160-200°C 的间隔。除了褐变分数外，还提出了一个基于相同图像预测平均含水量的模型。这显示了黄油曲奇的多光谱图像如何用于评估不同的质量参数。统计分析表明，褐变预测最显着的波长在400-700nm 区间内，而对水预测显着的波长主要位于近红外光谱中。发现水预测模型正确估计了平均含水量，绝对误差为0.22%。从图像中，还可以跟踪从饼干边缘向中心的褐变和干燥传播。

图2.训练数据的频谱

饼干的烘烤时间和平均光谱之间存在明显的相关性（图2）。光谱被绘制为作为波长函数的光谱反射率值；它们根据烘烤时间着色。浅色表示烘烤时间短，颜色深表示烘烤时间长。光谱的反射率随着烘烤时间而降低。这表明cookie的亮度正在降低。反射率差异在400和700nm（可见光波长）之间最大，而在NIR区域则较小。在光谱的短波（400-500 nm）端可以看到反射率的降低步骤。众所周知，类黑素是由美拉德反应形成的棕色成分，在该区域具有吸收特性，特别是在420nm。

第1组的感官评估结果如图3a所示。每个烘焙时间的饼干由每个单独的小组成员进行评估；评价表明，6分钟后达到充分烘烤状态。专家组普遍认为烘烤时间低于6分钟会导致饼干烘烤不足。烘烤6到10分钟的曲奇被认为是充分烘烤的；烘烤超过1分钟的饼干被认为是烤过头的。没有cookie被评估为属于所有三个类别。也没有任何cookie被评估为同时属于欠烤和烤过头的类别。

这表明就本研究的目的而言，类别之间有足够清晰的分离。在量化褐变阶段的图3b中也可以看到清晰的分离。在图中，极端类之间的巨大差距显示为基于计算的褐变分数的欧几里得距离。图4显示了来自FDA的两个最重要的投影向量。

图3.(a)感官评价。(b)褐变分数平均值的箱线图

第一次加载中最重要的波长是395和525nm，这两个波长都对图2中的差异有很大贡献。图3b中的每个框都包含用于训练FDA 模型的cookie的平均得分值以及其他两次重复的平均得分值。值的分布相对较低，而随着时间的推移，整体褐变分数显着下降。

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