1. مقدمة

أصبح تطبيق طيف الضوء وأطواله الموجية المختلفة عاملاً مهمًا في تقدم صناعة الرؤية الآلية. من خلال استخدام أطوال موجية مختلفة من الضوء, يمكن لأنظمة الرؤية الآلية تنفيذ مجموعة متنوعة من مهام الفحص بدقة وكفاءة استثنائية.

يتكون طيف الضوء من مجموعة من الأطوال الموجية, ولكل منها مجموعة من الخصائص الخاصة بها لمجموعة واسعة من مهام فحص رؤية الماكينة

على سبيل المثال, فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) ضوء, والتي لها أطوال موجية أقصر من الضوء المرئي, يمكن استخدامها لفحص المواد بحثًا عن الشقوق وأنواع الأضرار الأخرى. تمتص معظم المواد الأشعة فوق البنفسجية ولا تخترق إلا مسافات قصيرة, مما يجعلها أداة مثالية لفحص السطح.

وعلى الجانب الآخر من الضوء المرئي توجد الأشعة تحت الحمراء (و) نطاق, والذي يبدأ خلف ما نراه كضوء مرئي أحمر ويمتد على طول الطريق عبر ما نشعر به كطاقة حرارية, المعروف أيضا باسم الموجة الطويلة ضوء الأشعة تحت الحمراء أو (لوير).

بطول موجي أطول قليلاً من الضوء المرئي ولكنه أقصر بكثير من الطاقة الحرارية, الأشعة تحت الحمراء القريبة (نير) يُستخدم الضوء على نطاق واسع في تطبيقات الرؤية الآلية نظرًا لقدرته على اختراق العديد من المواد وكشف الميزات والخصائص المخفية للأشياء. على سبيل المثال, تُستخدم مصابيح NIR بشكل شائع في الزراعة للتحقق من إجهاد المحاصيل وأمراضها, وفي تصنيع الأغذية والمشروبات للكشف عن التلوث وقضايا الجودة الأخرى.

للمواد مثل البلاستيك, السيراميك, وأشباه الموصلات التي تكون إما غير مرئية أو يصعب ملاحظتها في الطيف المرئي, الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة (سوير) قد يوفر الضوء قدرات فحص أفضل من الأشعة تحت الحمراء القريبة (نير) ضوء, بسبب أطوالها الموجية الأطول. قدرتها على اختراق المواد ذات الخصائص الطيفية التي تظهر انعكاسية في النطاق المرئي ونطاق NIR, ولكن الشفافية في نطاق SWIR, لقد فتح إمكانيات جديدة لعمليات فحص الجودة التي كانت مستحيلة في السابق باستخدام حلول التصوير التقليدية.

2. اعتماد تقنية التصوير SWIR في صناعة الأغذية والمشروبات

تطبق صناعة الأغذية والمشروبات معايير صارمة لمراقبة الجودة لضمان حصول المستهلكين على الأمان, منتجات عالية الجودة. مع نطاق الطول الموجي للفحص الموسع, تقدم تقنية SWIR بشكل أسرع, أكثر دقة, ونتائج موثوقة, تمكين عمليات تفتيش أكثر تقدمًا تؤدي إلى تقليل التلوث, تحسين قدرات الفرز, ومنتجات ذات جودة أعلى. في السنوات الأخيرة, اكتسبت تقنية SWIR شعبية في صناعة الأغذية والمشروبات بفضل التطورات التي عززت جودة الصورة والقدرة على تحمل التكاليف. يناقش هذا القسم التطبيقات المختلفة لتقنية التصوير SWIR في صناعة الأغذية والمشروبات.

3. التفتيش الحبيبي

غالبًا ما تحتوي الحبوب مثل الأرز والقمح على درجات متفاوتة من الشوائب, بما في ذلك المواد الغريبة والحبوب المسحوقة أو التي تغير لونها. يمكن لهذه الشوائب أن تؤدي إلى تدهور جودة المنتج النهائي وتسبب خسائر كبيرة. يستخدم تصوير SWIR لتصنيف وفصل الأشياء مثل الحبوب, المكسرات, حبوب ذرة, وغيرها من المنتجات على أساس الحجم, شكل, وعوامل أخرى لتحديد التلوث بدقة, تغيير اللون, وغيرها من العيوب للفرز بكفاءة وفعالية. يوفر استخدام الكاميرات المزودة بتقنية SWIR العديد من الفوائد لتطبيقات الفحص الحبيبي.

وهنا بعض الأمثلة:

دقة عالية
كاميرات مثل JAI سو-4010Q نموذج, قادرة على توفير التصوير المتزامن RGB وSWIR, دعم التقاط صور عالية الدقة للمواد الحبيبية في مسار واحد مع الارتباط على مستوى البكسل وعدم وجود مشكلات في اختلاف المنظر. وهذا يتيح إجراء عمليات تفتيش دقيقة, مما يجعل من الممكن التعرف حتى على أصغر العيوب أو الملوثات, تحسين الجودة الشاملة للمنتج النهائي. على سبيل المثال, الشوائب مثل الحجارة, يمكن التعرف على المعادن وشظايا الزجاج عند فحص الحبوب والمكسرات.

الكشف عن الشوائب في فحص الفاصوليا الحمراء باستخدام التصوير SWIR plus RGB

التفتيش في الوقت الحقيقي
يتيح دمج تقنية SWIR في الكاميرات إجراء فحص فوري للمواد الحبيبية بسرعات عالية, تمكين الإجراءات التصحيحية الفورية, تقليل مقدار الوقت والموارد اللازمة للفحص وإعادة العمل. وهذا يعزز سلامة الأغذية عن طريق تقليل خطر التلوث ويسرع أيضًا عملية الإنتاج ويبسطها.

اختراق أعمق
بالمقارنة مع الكاميرات التي تستخدم الضوء المرئي أو الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء, تعد كاميرات SWIR مناسبة بشكل أفضل لتحليل المواد الكثيفة وغير الشفافة التي تتطلب اختراقًا أعمق لالتقاط صور مفصلة. كاميرات سوير, على سبيل المثال, يمكن أن يخترق الطبقات الخارجية لنواة الحبوب ويكشف الرطوبة أو غيرها من الخصائص بداخلها, والتي يمكن استخدامها لتقييم جودة الحبوب وقيمتها الغذائية. بصورة مماثلة, يمكنهم اختراق الطبقات الخارجية للمساحيق للكشف عن الأجسام الغريبة أو الملوثات داخل المسحوق, ضمان جودة المسحوق وسلامته.

فيما يلي بعض الأمثلة على كيفية تطبيق تصوير SWIR في الفحص الدقيق:

تصنيف المواد
يمكن استخدام الكاميرات المزودة بتقنية SWIR المدمجة لتصنيف المواد الحبيبية مثل المكسرات, الحبوب, والذرة بناءً على خصائصها الفريدة وخصائصها الطيفية. عندما يتم إضاءة هذه المواد بضوء SWIR, خصائصها تسبب لهم الامتصاص, ينقل أو يعكس أطوال موجية مختلفة للضوء. يمكن لكاميرات SWIR التمييز بين الاختلافات الدقيقة بين أنواع مختلفة من المكسرات مثل اللوز, الكاجو, أو الفول السوداني, وكذلك الحبوب مثل القمح, الشعير, والشوفان بحيث يمكن تصنيفها بناءً على توقيعاتها الطيفية المميزة. في هذه الحالة, باستخدام كاميرا متعددة المستشعرات تسمح بالتقاط صور مرئية ومتزامنة بالإضافة إلى تقنية SWIR، مما يتيح فصلًا أكثر سرعة ودقة لأنواع الحبوب المختلفة, زيادة كفاءة عملية الإنتاج وتقليل مخاطر التلوث. 

الكشف عن الملوثات
عندما يتم حصاد الطعام أو نقله, الشوائب مثل الأجسام الغريبة, قد يختلط الغبار وقشور الجوز بالطعام. تتمثل إحدى طرق اكتشاف ذلك في استخدام كاميرات SWIR لالتقاط الصور التي ستظهر اختلافات في أنماط انعكاسها. على سبيل المثال, يمكن أن يتلوث الدقيق بقشور الجوز, والتي تشكل خطراً على الأشخاص الذين لديهم حساسية من المكسرات. يمكن استخدام بيانات SWIR للكشف عن هذه الملوثات وإزالتها من خط المعالجة, تقليل مخاطر الإضرار بالمستهلك.

استخدام SWIR للكشف عن الأجسام الغريبة عند فحص الصواميل

تحليل الرطوبة
باستخدام التصوير SWIR, من الممكن تحديد كمية الماء الموجودة في المواد الحبيبية, مما يؤثر على مدة الصلاحية, جودة, وسلامة المنتجات الغذائية. على سبيل المثال, كاميرات سوير, يمكن استخدامها مع تقنيات الإضاءة الصحيحة لتحديد كمية الضوء التي يمتصها القمح عند أطوال موجية مختلفة والتي يمكن بعد ذلك استخدامها لإنشاء خريطة الرطوبة. يوضح هذا مقدار الماء الموجود في أجزاء مختلفة من العينة. كلما زاد الماء الموجود في القمح, كلما زاد امتصاص الضوء عند أطوال موجية معينة. يمكن أن تؤدي كمية الرطوبة الزائدة في المواد الحبيبية إلى زيادة احتمالية التلف وتقصير مدة صلاحيتها. في المقابل, سيؤدي عدم كفاية الرطوبة إلى هشاشة المواد وفقدان قيمتها الغذائية, مما يجعلها أقل قيمة للاستخدام في إنتاج الغذاء.

4. فحص التغليف

فحص التغليف هو عملية شاملة تتضمن فحصًا شاملاً لضمان التزامها بمتطلبات الجودة والسلامة ودعم ثقة المستهلك في المنتج.. يوفر استخدام الكاميرات المدمجة مع تقنية SWIR العديد من الفوائد لتطبيقات فحص التغليف.

وهنا بعض الأمثلة:

اختراق أعمق
لأن ضوء SWIR يمكن أن يمر عبر العديد من أنواع البلاستيك, وكذلك طبقة الطباعة على سطح البلاستيك, يمكن لكاميرات SWIR توفير صور واضحة ومفصلة للمحتويات الموجودة بداخلها. على سبيل المثال, يمكنهم اكتشاف مستويات تعبئة الحاويات البلاستيكية غير الشفافة لضمان تعبئة الكمية الصحيحة من المنتج.

تحديد المواد
في منطقة سوير, مواد مختلفة, مثل البلاستيك, ورق, والمعادن, سيكون لها أنماط انعكاس مختلفة, السماح بالتعرف عليهم. على سبيل المثال, إذا كانت شركة أغذية تستخدم التغليف الورقي لمنتجاتها, يجب عليهم التأكد من أن الورق ذو جودة ثابتة وغير ملوث بمواد ضارة يمكن أن تتسرب إلى المنتج.

تحسين الكشف عن العيوب والتلوث
غالبًا ما يتم تعبئة منتجات الأغذية والمشروبات في مواد مثل البلاستيك, الزجاج أو المعدن, والتي يمكن أن تكون عرضة للتلوث بالزيوت, شحم, أو السوائل الأخرى أثناء عملية الإنتاج. بسبب نفاذيتها الطيفية المختلفة في النطاق الموجي SWIR, ويمكن تمييز هذه الملوثات, مما يسمح للمصنعين بتحديد وإزالة المنتجات المتضررة بسرعة أكبر وبدقة أكبر, ضمان سلامة المنتج. على سبيل المثال, يمكنهم اكتشاف العيوب في مواد التعبئة والتغليف مثل جيوب الهواء أو الأختام الضعيفة, مما قد يؤدي إلى تلف المنتج أو تلوثه. فضلاً عن ذلك, يمكن لكاميرات SWIR اكتشاف التلوث الزيتي من العبوات مثل العلب والسماح للأنظمة بإزالتها من خط المعالجة.

فيما يلي بعض الأمثلة على كيفية استخدام تصوير SWIR لفحص التغليف:

كشف الرطوبة
يمكن أن تؤثر الرطوبة على مواد التعبئة والتغليف, مما يسبب لهم التجاعيد, تغير اللون, أو حتى تصبح غير صالحة للاستعمال. غالبًا ما تكون كاميرات SWIR هي الكاميرا المفضلة لأن جزيئات الماء تمتص الضوء في هذا الطيف, مما يجعل من الممكن اكتشاف وجود الماء حتى من خلال مواد التعبئة والتغليف غير الشفافة أو متعددة الطبقات ذات الهياكل المعقدة مثل الأفلام والأكياس المصفحة.

فحص المنتج من خلال التغليف
يمكن لكاميرات SWIR فحص المنتج داخل مواد التغليف مثل البلاستيك. يمكنهم ذلك, على سبيل المثال, تحديد مستوى تعبئة المنتجات السائلة مثل العصائر لأغراض مراقبة الجودة.

الحماية المزيفة
في حين لا تتعلق بالغذاء بشكل صارم, ويمكن أيضًا تطبيق نفس التقنية المستخدمة للتحقق من الملصقات الموجودة على المنتجات الغذائية على العملة المستخدمة لشرائها. يمكن لكاميرات SWIR اكتشاف الأوراق النقدية المزيفة من خلال تحليل الميزات الفريدة بما في ذلك خصائص الحبر, نسيج الورق وتقنيات الطباعة. باستخدام خوارزميات متطورة, يتم تحليل الصور الملتقطة للكشف عن وجود أو عدم وجود الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من المواد المستخدمة في الأوراق النقدية الحقيقية, مما يجعل من السهل التعرف عليها.

5. مزيج من التصوير المتزامن والمنفصل لضوء RGB بالإضافة إلى SWIR

على الرغم من أن كاميرات SWIR يمكنها تحسين كفاءة الفحص, لا تزال كاميرات الضوء المرئي ضرورية للعديد من تطبيقات الرؤية الآلية المتعلقة بالأغذية. يمكن لهذه الكاميرات تحليل الفروق الدقيقة في الألوان, فحص الحجم, والشكل, والتحقق من لون الملصقات أو المواد المطبوعة في الطيف المرئي. للكشف عن مجموعة واسعة من العيوب, غالبًا ما تتطلب متطلبات فحص الجودة في صناعة الأغذية والمشروبات استخدام تقنيات التصوير المرئية وغير المرئية على نفس خط الإنتاج.

هناك العديد من المزايا المهمة لاستخدام كاميرا واحدة توفر تقنية أجهزة الاستشعار المتعددة:

مراقبة الجودة بشكل أفضل
يوفر الاستخدام المتزامن لتصوير RGB وSWIR تحليلاً أكثر شمولاً للمنتجات الغذائية مع زيادة دقة الفحص. يلتقط تصوير RGB الضوء المرئي وينتج صورة ملونة للكائن الذي يمكن استخدامه للكشف عن عيوب السطح وتحليل اختلافات الألوان. تصوير سوير, لكن, يلتقط ضوء الأشعة تحت الحمراء قصير الموجة ويوفر معلومات حول الخصائص البصرية للجسم خارج الطيف المرئي, مما يسمح لها باختراق مواد معينة واكتشاف الميزات تحت السطح. في المثال أدناه, يتم استخدام الضوء المرئي للتحقق من دقة الطباعة الملونة ونص الملصق الموجود على العبوة, بينما يتم استخدام ضوء SWIR لاختراق العبوة لاكتشاف المكسرات الموجودة بداخلها والتي تبدو داكنة. تتيح هذه البيانات المجمعة إجراء فحص أكثر دقة وموثوقية للوفاء بمعايير جودة المنتج وسلامته.

فحص متزامن لكل من الطباعة الملونة ومحتويات الحزمة باستخدام تقنية RGB+SWIR.

تقليل تعقيد الإعداد والتكاليف
من خلال الجمع بين تقنيتين للتصوير في جهاز واحد, الحاجة إلى كاميرات منفصلة, العدسات, الكابلات, ويتم التخلص من معدات التركيب. يؤدي هذا إلى تقليل التكلفة الإجمالية وتعقيد نظام الفحص مع تسهيل دمج الكاميرا في خط الإنتاج الحالي.

تحسين الكفاءة والأداء
توفر إمكانات التصوير RGB وSWIR المتزامنة والمنفصلة لنموذج SW-4010Q من سلسلة Sweep+ من JAI فوائد أداء أكبر, مما يسمح بالكشف الدقيق عن الملوثات والعيوب في المنتجات الغذائية. تصوير آر جي بي, على سبيل المثال, يمكن أن توفر معلومات مفصلة حول مظهر ولون المنتجات مثل تغير اللون, بينما يمكن لتصوير SWIR اختراق العبوة لاكتشاف الميزات الموجودة تحت السطح مثل الرطوبة, الكدمات والعيوب الداخلية.

6. خاتمة

يعد تصوير SWIR تقنية قيمة لصناعة الأغذية والمشروبات. مع قدرته على اكتشاف العيوب والملوثات غير المرئية, يمكن أن تساعد تقنية SWIR الشركات في الحفاظ على معايير عالية لجودة المنتج والتأكد من أن المنتجات آمنة للاستهلاك.

الاعتراف بـ JAI كمصدر لهذه المقالة