Ứng dụng giải pháp kiểm tra quang học và phân loại dựa trên AI trong chế biến hạt cà phê

Những thách thức đối với chất lượng hạt cà phê

Để đảm bảo chất lượng hạt cà phê cho thị trường quốc tế, chúng phải trải qua quá trình sàng lọc để phát hiện các vấn đề như đổi màu, lên men, nấm mốc, côn trùng gây hại và vỏ bị vỡ hoặc sứt mẻ trước khi rang. Tuy nhiên, việc phân loại thủ công tốn nhiều công sức và dễ xảy ra sai sót do mệt mỏi, dẫn đến chất lượng không đồng nhất. Advantech cung cấp các giải pháp hỗ trợ dựa trên AI cho các nhà sản xuất cà phê để phân tích và phân loại hạt cà phê dựa trên các đặc điểm khác nhau trong toàn bộ chuỗi cung ứng và chuỗi giá trị. Những công nghệ này bao gồm một hệ thống phân loại chất lượng và phân loại quang học tận dụng khả năng kiểm tra AI theo thời gian thực để cho phép kiểm tra hiệu quả và không xâm lấn. Hơn nữa, những công nghệ này có thể được áp dụng rộng rãi cho toàn ngành nông nghiệp.

Trên toàn cầu, cà phê từng đứng thứ hai chỉ sau dầu thô trong giao dịch hàng hóa. Sự phổ biến của cà phê như một loại nước uống tăng năng lượng hoặc giúp tỉnh táo đã khiến nó trở thành sản phẩm thiết yếu hàng ngày của hàng triệu người, tạo ra một thị trường khổng lồ. Hạt cà phê thường được ví như “vàng đen” của ngành nông nghiệp bởi giá trị của chúng. Hương vị của cà phê bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, nhưng chất lượng của hạt cà phê là yếu tố quan trọng nhất.

Một vấn đề tồn tại lâu nay là chất lượng nông sản thiếu đồng bộ. Hiện tại, không có phương pháp quy mô lớn nào sử dụng trí tuệ nhân tạo để đánh giá chất lượng cây trồng trong ngành. Ngay cả những loại cây trồng không có vấn đề rõ ràng như vỡ, rò rỉ hoặc đổi màu cũng có thể khó đánh giá trong một khoảng thời gian ngắn, vì các vết bầm rập hoặc hư hỏng khác có thể ẩn bên dưới bề mặt. Điều này gây khó khăn cho việc duy trì chất lượng vì các triệu chứng bầm rập chỉ có thể xuất hiện sau đó.

Theo truyền thống, việc phân loại hạt cà phê xanh được thực hiện thủ công, đây là một quá trình chậm chạp, tẻ nhạt và dễ mắc lỗi. Để giải quyết thách thức này, ngành công nghiệp cần các phương pháp phát hiện nhanh, toàn diện và không xâm lấn. May mắn thay, những tiến bộ gần đây trong công nghệ hình ảnh đa phổ (MSI) và máy học đã mở rộng đáng kể khả năng sắp xếp theo thời gian thực của chúng ta.

Giờ đây, lần đầu tiên với việc kiểm tra và phân loại dựa trên AI, các nhà sản xuất cà phê có thể tách hạt với khối lượng lớn hơn với tốc độ vượt xa các phương pháp tách cơ học truyền thống, vốn yêu cầu rang và nếm để đánh giá chất lượng. Bằng cách sử dụng Máy phân loại quang học AI, các nhà sản xuất cà phê có thể phân loại các lô đồng nhất theo các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt, cho phép họ cung cấp hỗn hợp chất lượng cao hơn một cách nhất quán.

Yêu cầu hệ thống

Trong thị trường ngày nay, nhu cầu đang ngày càng tăng về các phương pháp hiệu quả và chính xác để chọn ra những hạt cà phê tốt nhất. Các hạt cà phê có chất lượng cao nhất được phân biệt bằng màu sắc, hình dạng, kích thước và hình thái học. Đây là lúc hệ thống kiểm tra quang học tự động sử dụng trí tuệ nhân tạo mang lại lợi ích. Bằng cách sử dụng thuật toán dựa trên dữ liệu, có thể huấn luyện hệ thống phân loại đối tượng một cách chính xác. Đổi lại, điều này sẽ nâng cao quy trình kiểm tra chất lượng và giảm nhu cầu kiểm tra truyền thống, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí và thời gian. Để thực hiện một hệ thống như vậy, có một số yêu cầu như sau:

• CPU và GPU hiệu suất cao để thu thập và xử lý hình ảnh
• Hệ thống kiểm tra quang học tự động dựa trên AI để phân loại và phân tích
• Một thuật toán phù hợp để xác định chất lượng và loại đối tượng
• Công nghệ xử lý, phân tích ảnh đáp ứng yêu cầu hình thái học

Mô tả hệ thống

Giải pháp Kiểm tra quang học dựa trên AI bao gồm một bộ điều khiển có tên MIC-770V2, đây là một máy tính công nghiệp không quạt dựa trên kiến trúc x86. Nó đi kèm với một bộ lấy khung (frame grabber) và máy ảnh CameraLink tích hợp, cũng như các mô-đun chiếu sáng, cảm biến. Máy ảnh CameraLink hoạt động ở tốc độ cao, chụp ảnh hạt cà phê khi chúng di chuyển qua khay nạp. Điều này tăng tốc đáng kể quá trình sắp xếp. Sau đó, hình ảnh được truyền đến hệ thống MIC-710AIX tích hợp nền tảng NVIDIA Jetson Xavier NX. Hệ thống này phân tách các lô hạt, xác định các loại cụ thể và chất lượng vượt trội bằng AI. Nhìn chung, giải pháp Kiểm tra quang học AI được thiết kế để sàng lọc hạt cà phê thông lượng cao và không xâm lấn nhằm phân loại chất lượng dựa trên các đặc điểm cụ thể của hạt cà phê.

Triển khai dự án

• Máy tính điều khiển MIC-770V2 với bộ lấy khung CameraLink 
• Mô-đun máy ảnh, đèn, cảm biến và đầu phun
• MIC-710AIX được tích hợp nền tảng NVIDIA Jetson Xavier NX

Giải pháp AI từ Advantech

Các công nghệ phân loại chất lượng và phân loại hạt cà phê quang học được hỗ trợ bởi AI của Advantech cung cấp cho các nhà sản xuất cà phê một bộ công cụ mạnh mẽ và hiệu quả để phân tích và phân loại nhiều thuộc tính khác nhau trong chuỗi cung ứng và chuỗi giá trị. Điều này dẫn đến sự cải thiện về chất lượng và doanh thu trong khi tuân thủ các nguyên tắc chất lượng nghiêm ngặt.

Các công nghệ phân loại có thể được tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu phân loại và xử lý cụ thể của khách hàng, cho phép họ tận dụng các tính năng độc đáo của từng máy để đạt hiệu quả và hiệu suất tối ưu.

Các hệ thống máy tính không quạt như MIC-770V2 và MIC-710AIX rất lý tưởng cho các nhà máy công nghiệp thực phẩm. MIC-770V2 có thể được tích hợp với các tiện ích bổ sung và giao diện điều khiển như COM và DIDO để điều khiển các thiết bị. MIC-710AIX, được tích hợp NVIDIA Jetson Xavier NX mạnh mẽ, cung cấp cho các doanh nghiệp các phương pháp sản xuất nhanh hơn và hiệu quả hơn. Các hệ thống dựa trên các công nghệ này có thể tăng đáng kể khả năng xử lý, đặc biệt khi sử dụng các phương pháp kiểm soát chất lượng dựa trên AI.