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Die Fähigkeit, Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung organischer Stoffe festzustellen, eröffnet umfangreiche neue Chancen 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 einsetzbar sind.
Bekannte Methoden stossen an Grenzen. Obwohl Unternehmen Metalldetektoren, Röntgen und konventionelle Bildverarbeitung vielfach als wichtigste Methoden von HACCP zur Feststellung physikalischer Verunreinigungen auf Lebensmittel-Produktionslinien verwenden, stösst jede von ihnen an Grenzen. Metalldetektoren konzentrieren sich auf die Feststellung metallischer Verunreinigungen. Röntgenuntersuchungen sind nur dann effektiv, 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 lassen sich die Bilder entsprechend der chemischen Zusammensetzung der abgebildeten Stoffe farblich kennzeichnen. Damit sind sowohl organische als auch anorganische Verunreinigungen mit ein und demselben System feststellbar.
Hyperspektrale Bildverarbeitung in Aktion. Die Chancen der hyperspektralen Bildverarbeitung lassen sich anhand des abgebildeten Beispiels mit Süsswaren erläutern. Die Jelly Beans (Geleebohnen), die auf dem Hauptbild zu sehen sind, 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 feststellbar sind.
Die hyperspektrale Bildverarbeitung macht sie jedoch einwandfrei kenntlich. Die Geleebohnen haben alle die gleiche chemische Zusammensetzung und sind grün abgebildet, während die Verunreinigungen eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen und rot erscheinen (Bild rechts). 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 Fachleute bei ähnlich aussehenden Stoffen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen feststellen. Ebenso sind chemisch identische Stoffe in unterschiedlich aussehenden Objekten bestimmbar.
Zur Aufgliederung des vom Muster reflektierten Lichtes in die verschiedenen Wellenlängen seiner Bestandteile ist ein Spektrograph nötig. Danach erzeugt ein IR-empfindlicher Sensor ein Bild des Musters für jede dieser Wellenlängen. Diese Bilder werden zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Datenwürfel zusammengesetzt, der grosse Datenmengen enthalten kann.
Problemlösung. Das System CVS Hyperinspect 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 ebenfalls enthaltene leistungsstarke Bildverarbeitungssoftware analysiert und verarbeitet die Bilder weiter.
Eine Vielzahl von Anwendungen. CVS Hyperinspect vereinfacht den Gesamtprozess des Hyperspektralverfahrens und erschliesst zusätzliche Anwendungen in einer Vielzahl von Industriezweigen, so zum Beispiel in der Pharmazie und der Verpackungsindustrie. Besonders interessant ist der Umstand, dass viele Verpackungsmaterialien Infrarotlicht typischerweise ungehindert passieren lassen. Dadurch lässt sich die chemische Zusammensetzung des Inhalts selbst durch die Verpackung hindurch prüfen.
Weitere Informationen:
STEMMER IMAGING
www.stemmer-imaging.ch