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Erkennen von Verunreinigungen in Lebensmitteln

Ein neuer Ansatz: die hyperspektrale Bildverarbeitung

STEMMER IMAGING AG

Jelly Beans - aufgrund unterschiedlicher Formen und Farben, aber ähnlicher Dichte, können nichtmetallische Fremdkörper mit konventionellen Methoden schwer identifiziert werden.

STEMMER IMAGING AG

Mit hyperspektraler Bildverarbeitung werden Verunreinigungen kenntlich.

01.06.2017:

Inspektionen sind ein wichtiger Bestandteil von HACCP-Programmen in der Lebensmittelindustrie (HACCP - Hazard Analysis Critical Control Point = Gefahrenanalyse kritischer Kontrollpunkte).  Die hyperspektrale Bildverarbeitung stellt dem Bildverarbeitungsspezialisten jetzt ein leistungsfähiges ergänzendes Konzept zur Verfügung.

Die Fähigkeit, Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung organischer Stoffe festzustellen, eröffnet umfangreiche neue Möglichkeiten für die Auffindung von Verunreinigungen in Lebensmitteln. Am bemerkenswertesten ist, dass damit nun Systeme zur Verfügung stehen, die in Echtzeit arbeiten, so dass sie in Hochgeschwindigkeits-Fertigungslinien eingesetzt werden können.

Obwohl Metalldetektoren, Röntgen und konventionelle Bildverarbeitung vielfach als wichtigste Methoden von HACCP zur Feststellung physikalischer Verunreinigungen auf Lebensmittelproduktionslinien verwendet werden, stößt jede von ihnen an Grenzen. Metalldetektoren konzentrieren sich auf die Feststellung metallischer Verunreinigungen, während Röntgenuntersuchungen nur dann effektiv sind, wenn eine ausreichende Differenz zwischen der Dichte der Verunreinigung und der des untersuchten Produktes besteht. Konventionelle Bildverarbeitungssysteme suchen mit Parametern wie Größe, Form und Farbe nach Verunreinigungen. Die hyperspektrale Bildverarbeitung verbindet jedoch die spektroskopische Analyse mit Bildverarbeitung, so dass die Bilder entsprechend der chemischen Zusammensetzung der abgebildeten Stoffe farblich gekennzeichnet werden können. Damit können sowohl organische als auch anorganische Verunreinigungen mit ein und demselben System festgestellt werden.

Hyperspektrale Bildverarbeitung in Aktion

Die Möglichkeiten der hyperspektralen Bildverarbeitung lassen sich anhand des abgebildeten Beispiels mit Süßwaren erläutern. Die Jelly Beans (Geleebohnen), die man auf dem Hauptbild sieht, enthalten einige nichtmetallische Fremdkörper. Diese haben verschiedene Formen und Farben, jedoch eine ähnliche Dichte wie die Süßwaren selbst, so dass sie mit konventionellen Methoden schwer festzustellen sind. Die hyperspektrale Bildverarbeitung macht sie jedoch einwandfrei kenntlich. Die Geleebohnen haben alle die gleiche chemische Zusammensetzung und werden grün abgebildet, während die Verunreinigungen eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen und rot erscheinen. Das hyperspektrale Bild wird in die Bildverarbeitungssoftware zur Farbsortierung und für die üblichen Messungen übernommen.

Die hyperspektrale Bildverarbeitungstechnik

Das Prinzip der farblichen Abbildung chemischer Stoffe beruht auf der spektroskopischen Analyse der Wellenlänge des vom Objekt kommenden Lichtes in Echtzeit. Sie ergibt einen „chemischen Fingerabdruck“ des abgebildeten Stoffes. Jeder festgestellte chemische Bestandteil kann auf dem Bild eine eigene Farbkennzeichnung erhalten. So können bei ähnlich aussehenden Stoffen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen festgestellt werden. Ebenso können chemisch identische Stoffe in unterschiedlich aussehenden Objekten bestimmt werden. Zur Aufgliederung des vom Muster reflektierten Lichtes in die verschiedenen Wellenlängen seiner Bestandteile benötigt man einen Spektrographen.  Danach erstellt ein IR-empfindlicher Sensor ein Bild des Musters für jede dieser Wellenlängen. Diese Bilder werden zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Datenwürfel zusammengesetzt, der sehr große Datenmengen enthalten kann.

Das System CVS HyperInspect von Stemmer Imaging integriert diese Kernkomponenten in ein voll funktionales System, das auf einfachem Weg an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassbar ist. 

Wesentlicher Bestandteil des Systems ist zudem eine flexible Hochgeschwindigkeitssoftware, die die Daten aus dem Datenwürfel extrahiert und daraus Farbzuweisungen in den Bildern generiert. Die Bilder können mit der ebenfalls enthaltenen leistungsstarken Bildverarbeitungssoftware weiterverarbeitet und analysiert werden.

Eine Vielzahl von Anwendungen

CVS HyperInspect vereinfacht den Gesamtprozess des Hyperspektralverfahrens und erschließt zusätzliche Anwendungen in einer Vielzahl von Industriezweigen, so z.B. in der Pharmazie und der Verpackungsindustrie. Besonders interessant ist der Umstand, dass viele Verpackungsmaterialien Infrarotlicht typischerweise ungehindert passieren lassen. Dadurch kann die chemische Zusammensetzung des Inhalts selbst durch die Verpackung hindurch geprüft werden.

 

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