Using VIS-NIR hyperspectral imaging and deep learning for non-destructive high-throughput quantification and visualization of nutrients in wheat grains

高光谱成像 营养物 吞吐量 可视化 计算机科学 深度学习 环境科学 生物系统 人工智能 生物 生态学 电信 无线
作者
Taotao Shi,Yuan Gao,Jingyan Song,Min Ao,Xin Hu,Wanneng Yang,Wei Chen,Yanyan Liu,Hui Feng
出处
期刊:Food Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:461: 140651-140651 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.foodchem.2024.140651
摘要

High-throughput and low-cost quantification of the nutrient content in crop grains is crucial for food processing and nutritional research. However, traditional methods are time-consuming and destructive. A high-throughput and low-cost method of quantification of wheat nutrients with VIS-NIR (400-1700 nm) hyperspectral imaging is proposed in this study. Stepwise linear regression (SLR) was used to predict hundreds of nutrients accurately (R2 > 0.6); results improved when the hyperspectral data was processed with the first derivative. Knockout materials were also used to verify their practical application value. Various nutrients' characteristic wavelengths were mainly concentrated in the visible regions of 400–500 nm and 900–1000 nm. Finally, we proposed an improved pix2pix conditional generative network model to visualize the nutrients distribution and showed better results compared with the original. This research highlights the potential of hyperspectral technology in high-throughput and non-destructive determination and visualization of grain nutrients with deep learning.
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