Hyperspectral imaging for non-destructive detection of process-related impact damage in whole Atlantic cod (Gadus morhua L.)
Deze studie toont aan dat hyperspectrale beeldvorming effectief Atlantische kabeljauw met procesgerelateerde impactschade kan onderscheiden van onbeschadigde controles door verhoogde spierhemoglobinegehalten te detecteren, hoewel factoren zoals weefseldiepte en verstrooiing momenteel de mogelijkheid beperken om de ernst van de schade nauwkeurig te kwantificeren of individuele vissen te graderen.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In de bruisende wereld van de industriële visverwerking zijn snelheid en automatisering de drijvende krachten, maar ze gaan vaak ten koste van het product zelf. Wanneer vis door machines wordt gehanteerd of op transportbanden wordt gevallen, kunnen er onzichtbare letsels ontstaan die de kwaliteit ruïneren lang voordat het de borden van de consument bereikt. Deze impact kan leiden tot interne bloedingen, botbreuken en het scheiden van spiervezels, waardoor een premium product verandert in iets van ondermaatse kwaliteit. Om deze defecten te detecteren, heeft de industrie traditioneel vertrouwd op menselijke inspecteurs, die naar een kleine steekproef van de vangst kijken en subjectieve oordelen vellen. Deze methode is traag, inconsistent en mist het overgrote deel van de beschadigde vis. Wetenschappers richten zich nu op een technologie genaamd hyperspectrale beeldvorming om dit probleem op te lossen. In tegen tegenover een standaardcamera die alleen de kleuren van de regenboog ziet, legt deze gespecialiseerde camera honderden specifieke lichtgolflengten vast voor elk afzonderlijk punt in een afbeelding. Dit stelt de camera in staat om chemische veranderingen binnenin de vis te zien, zoals de aanwezigheid van bloed, zonder ooit de huid te snijden of het product te beschadigen. Het doel is om een systeem te creëren dat automatisch verborgen letsels kan opsporen terwijl de vis over een productielijn beweegt, zodat alleen de vis van de hoogste kwaliteit wordt verkocht.
Onderzoekers in Noorwegen zetten zich in om te testen of deze technologie betrouwbaar schade kan detecteren in hele Atlantische kabeljauw, een populaire vissoort die vaak wordt gekweekt in de koude Noord-Atlantische Oceaan. Ze creëerden een gecontroleerd experiment om de soorten stoten en vallen te simuleren die voorkomen op vissersboten en in visverwerkingsfabrieken. Met behulp van 120 gekweekte kabeljauwen stelden ze een nulmeting vast door elke vis te scannen voordat er enige schade werd toegebracht. Vervolgens onderwierpen ze de vissen aan een reeks impacts met behulp van zware platen die vanaf een hoogte van 1,7 meter werden laten vallen. De platen wogen 1 kilogram, 2 kilogram en 4 kilogram, wat verschillende niveaus van kracht vertegenwoordigde die een vis in een werkelijke omgeving zou kunnen ervaren. Een controlegroep vissen werd onaangetast gelaten om als vergelijking te dienen. Na de impacts werden de vissen opnieuw gescand met de hyperspectrale camera, die een specifieke belichting gebruikte om door de huid heen te kijken in het spierweefsel. De onderzoekers wachtten vervolgens zes dagen, waarin de vissen op ijs werden bewaard, voordat ze werden gefileerd en onderzocht door een team van getrainde menselijke beoordelaars. Ten slotte namen ze monsters van het spierweefsel om de exacte hoeveelheid hemoglobine, het eiwit dat zuurstof in het bloed transporteert, te meten met behulp van chemische analyse.
De resultaten toonden aan dat de fysieke schade ernstig was en direct gerelateerd aan het gewicht van de vallende plaat. De vissen die geraakt werden door de 2-kilogram en 4-kilogram platen leden aanzienlijk letsel, inclusief gebroken ruggengraten en grote hoeveelheden interne bloedingen. Sterker nog, elke vis in de 4-kilogram groep had een gebroken ruggengraat, en 77 procent van de vissen in de 2-kilogram groep was vergelijkbaar gewond. De 1-kilogram groep was minder beschadigd, waarbij slechts 10 procent tekenen van ruggengraatfracturen vertoonde, maar zij vertoonden nog steeds tekenen van spierscheiding en huidbeschadiging. De menselijke beoordelaars bevestigden deze bevindingen en gaven de zwaar geïmputeerde vissen veel lagere kwaliteits scores, waarbij ze met name wezen op de aanwezigheid van bloedvlekken en gescheiden spiervezels. De chemische analyse ondersteunde dit en toonde aan dat de vissen die door de zwaardere platen waren geraakt, aanzienlijk hogere niveaus van hemoglobine in hun spierweefsel hadden vergeleken met de onaangetaste vissen. Dit bevestigde dat de impacts ervoor zorgden dat bloedvaten knapten, waardoor bloed in het vlees kon lekken.
Toen de onderzoekers naar de gegevens van de hyperspectrale camera keken, vonden ze een gemengd maar veelbelovend beeld. De camera was erg goed in het onderscheiden tussen de beschadigde en de gezonde vissen. Het identificeerde succesvol dat de geïmputeerde vissen hogere niveaus van bloedgerelateerde signalen hadden dan de controlegroep. De technologie had echter moeite om een precieze meting te geven van hoe ernstig de schade voor elke individuele vis precies was. Hoewel de camera kon zien dat er bloed aanwezig was, varieerden de metingen sterk, zelfs onder vissen die met dezelfde kracht waren geraakt. De onderzoekers bepaalden dat dit kwam doordat de camera probeerde door de huid van de vis heen te kijken in diepere spierlagen, een proces dat wordt bemoeilijkt door de manier waarop licht verstrooit en geabsorbeerd wordt in levend weefsel. De vorm van de vis en de dikte van de huid speelden ook een rol, wat het moeilijk maakte om van de ene vis naar de andere een consistente meting te krijgen. Bijgevolg kon het systeem, hoewel het nog niet in staat was om als een perfecte liniaal te fungeren om de exacte hoeveelheid bloed in elke vis te meten, wel bewijzen dat het een betrouwbaar filter kon zijn om beschadigde partijen van gezonde partijen te scheiden.
De studie concludeert dat hyperspectrale beeldvorming een krachtig hulpmiddel is voor de visindustrie, maar het is geen magische oplossing voor elk probleem. Het is zeer effectief in het opsporen van het feit dat er schade is opgetreden en kan onderscheid maken tussen een partij vis die ruw is behandeld en een partij die voorzichtig is behandeld. Deze capaciteit zou fabrieken in staat stellen om vis automatisch te sorteren, waardoor de noodzaak voor subjectieve menselijke inspectie van elk afzonderlijk item vervalt. De technologie is echter nog niet klaar om een producent exact te vertellen hoeveel milligram bloed er in een specifieke vis zit of om de ernst van de schade op een precieze schaal voor individuele vissen te graderen. De uitdagingen van lichtverstrooiing door de huid en de complexe geometrie van een hele vis betekenen dat de metingen altijd een mate van onzekerheid zullen bevatten. Voor nu is de beste toepassing van deze technologie het bieden van een snelle, objectieve controle op de algehele kwaliteit van een vangst, om er zeker van te zijn dat de vis die verder gaat in de productielijn vrij is van de verborgen letsels die zo vaak onopgemerkt blijven.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.