Application des imageurs hyperspectraux dans le contrôle non destructif de la qualité des fruits et légumes (interne et externe)

La qualité des fruits et légumes est un indicateur crucial du contrôle qualité et un aspect essentiel de la gestion de la qualité et de la sécurité. Les méthodes d'analyse traditionnelles sont complexes, chronophages et peuvent endommager considérablement les échantillons. L'imagerie hyperspectrale permet d'évaluer rapidement, de manière non destructive, qualitative et quantitative, la qualité des fruits et légumes. Cet article présente l'application des imageurs hyperspectraux au contrôle non destructif de la qualité interne et externe des fruits et légumes.

L'importance des contrôles de qualité des fruits et légumes : Les fruits et légumes sont des aliments indispensables, fournissant à l'homme des vitamines, des fibres, des minéraux et des oligo-éléments essentiels. Leur qualité et leur innocuité ont toujours été une préoccupation majeure. La qualité externe des fruits et légumes est principalement évaluée selon leur couleur, leur texture, leur taille, leur forme et l'absence de défauts de surface. C'est leur caractéristique la plus directe, influençant directement leur prix et les désirs des consommateurs. La qualité interne dépend principalement de leur teneur en sucre, leur acidité, leur fermeté, leur teneur en solides solubles, en amidon, en eau, leur maturité et leur teneur en autres nutriments. Elle reflète leur valeur. La qualité et l'innocuité sont évaluées principalement par la détection de toute contamination étrangère, telle que des matières fécales animales, des maladies, une détérioration de la qualité, une infection bactérienne ou des résidus de pesticides. Ceci est lié à la sécurité alimentaire et à la santé des consommateurs et constitue la caractéristique de qualité la plus importante des fruits et légumes.

Actuellement, la qualité et la sécurité des fruits et légumes sont principalement testées par des méthodes chimiques traditionnelles, longues, laborieuses et destructives. Grâce au développement rapide des technologies d'imagerie et de spectroscopie, l'imagerie hyperspectrale est largement utilisée pour le contrôle rapide et non destructif de la qualité et de la sécurité des produits agricoles. De nombreuses études concluantes ont démontré l'efficacité de l'imagerie hyperspectrale comme outil scientifique pour le contrôle de la qualité et de la sécurité des produits alimentaires et agricoles. L'imagerie hyperspectrale combine les avantages des techniques d'imagerie et de spectroscopie traditionnelles, en acquérant des images hyperspectrales caractérisées par une « intégration image-spectre », c'est-à-dire contenant simultanément des informations visuelles et spectrales. Les informations visuelles permettent d'évaluer la qualité externe des fruits et légumes, tandis que les informations spectrales permettent d'évaluer leur qualité interne et leur sécurité.

Applications des imageurs hyperspectraux au contrôle non destructif de la qualité interne et externe des fruits et légumes : Technologie non invasive, sans contact et novatrice, l’imagerie hyperspectrale fournit des informations spatiales et spectrales sur l’objet étudié. Ses principales caractéristiques sont : une haute résolution spectrale ; une large gamme de réponse spectrale avec de nombreuses bandes étroites ; l’intégration spectre-image ; un volume de données important et riche en informations ; et de multiples modèles de description des données pour une analyse flexible. Ces caractéristiques confèrent à l’imagerie hyperspectrale des avantages uniques pour le contrôle de la qualité interne et externe des aliments. Les données d’image reflétant les caractéristiques externes d’un produit, tandis que les données spectrales permettent d’analyser sa structure physique interne et sa composition chimique, l’imagerie hyperspectrale peut être considérée comme une combinaison idéale de techniques d’imagerie et spectrales. Les données générées par l’imagerie hyperspectrale peuvent être décrites avec précision à l’aide de « blocs de données tridimensionnels », ce qui la rend plus fiable que les techniques de vision industrielle ou spectrales traditionnelles. Ses applications au contrôle de la qualité des fruits et légumes sont les suivantes :

1. Contrôle non destructif des fruits et légumes

Les méthodes traditionnelles d’analyse de la qualité des fruits et légumes causent certains dommages aux fruits et légumes et nécessitent beaucoup de temps, de main d’œuvre et de ressources, ne répondant pas aux exigences des analyses modernes de la qualité des fruits et légumes. La dureté et la teneur en solides solubles sont des indicateurs intrinsèques importants déterminant la maturité et le moment de la récolte des fruits et légumes. En outre, les indicateurs importants de la qualité des fruits et légumes comprennent le goût, l’apparence, l’arôme et la composition chimique. Basée sur la technologie d’imagerie hyperspectrale, la détermination de ces indicateurs ne nécessite qu’un petit nombre d’échantillons et permet de réaliser des tests rapides et non destructifs des indicateurs de qualité pertinents. Le personnel de test doit uniquement extraire un bloc d'image « tridimensionnel » de l'échantillon du modèle, comprenant des informations sur les pixels de l'image en deux dimensions et des informations sur la longueur d'onde en trois dimensions. Ensuite, un modèle d'analyse multivariée est établi, corrélant les données spectrales extraites avec les valeurs mesurées des attributs de l'échantillon pour établir un modèle de relation quantitative. Cela permet de tester la qualité et de classer les échantillons de fruits et légumes, ainsi que d'évaluer efficacement la qualité des fruits et légumes.

2. Détection des contaminants à la surface des fruits et légumes

Des recherches montrent que l'irradiation de fruits et légumes à différentes longueurs d'onde par le personnel de contrôle révèle des phénomènes de diffusion, d'absorption, de réflexion et de transmission de la lumière. Des études ont démontré que lorsque la lumière de longueurs d'onde spécifiques pénètre à l'intérieur des fruits et légumes, les données spectrales recueillies par transmission et diffusion contiennent de précieuses informations sur leur composition interne. Ces dernières années, la technologie hyperspectrale a été appliquée à la détection des dommages sur les fruits et légumes. L'imagerie hyperspectrale permet un contrôle non destructif tout en acquérant rapidement et précisément des informations complètes sur l'image et le spectre des échantillons. Les inspecteurs utilisent l'analyse d'image et spectrale pour déterminer la composition chimique, la structure physique et les caractéristiques de surface des fruits et légumes. Dans la gamme spectrale du visible et du proche infrarouge (400 à 1000 nanomètres), en combinant le temps d'exposition, la vitesse de balayage et la correction spectrale, ils peuvent acquérir des blocs d'image « tridimensionnels », incluant des informations bidimensionnelles sur les pixels et tridimensionnelles sur la longueur d'onde. Grâce à ses canaux multispectraux, sa haute résolution spectrale et son spectre continu, l'hyperspectral permet de distinguer deux images très similaires mais différentes à des longueurs d'onde distinctes. Il est ainsi possible d'obtenir des courbes spectrales continues pour chaque pixel et des courbes spectrales différentes pour chaque substance. Cette technologie exploite les différences significatives entre les valeurs spectrales des zones saines et endommagées à certaines longueurs d'onde spécifiques pour réaliser des contrôles non destructifs des surfaces de fruits et légumes.

3. Détection des résidus de pesticides à la surface des fruits et légumes

En pratique, il existe diverses technologies de détection des résidus de pesticides. Les procédés traditionnels de haute précision exigent un personnel hautement qualifié et sont chronophages, ce qui limite leur application aux analyses de laboratoire et à la détection précise des résidus de pesticides. Les méthodes de détection chimique sont généralement destructives, consommatrices de réactifs organiques, nécessitent une préparation d'échantillon complexe et engendrent des coûts élevés. L'imagerie hyperspectrale, en revanche, permet une détection efficace, en temps réel, rapide et non destructive. Les opérateurs acquièrent des images hyperspectrales des aliments à l'aide d'un analyseur hyperspectral, appliquent une analyse en composantes principales pour analyser ces images et identifier les images à des longueurs d'onde caractéristiques. Des techniques de traitement d'image sont ensuite utilisées pour analyser ces images caractéristiques, permettant ainsi la détection des niveaux de résidus de pesticides à la surface des fruits et légumes.