運(yùn)用嵌入式視覺實(shí)現(xiàn)咖啡AI選豆

如今的咖啡生產(chǎn)業(yè)急需一種快速、全面且非侵入性且精確的檢測(cè)方法。近年來AI深度學(xué)習(xí)的發(fā)展讓實(shí)時(shí)篩選的效能顯著提升，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)處理更多的豆子，進(jìn)而有效解決質(zhì)量管理的問題。
咖啡豆的質(zhì)量對(duì)于風(fēng)味的形成至關(guān)重要，因此對(duì)其進(jìn)行精密篩選以確保質(zhì)量成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不可或缺的一環(huán)。全球氣候異常造成的作物質(zhì)量不穩(wěn)定，一直以來都是各種農(nóng)產(chǎn)品所面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。
然而至今在這些產(chǎn)業(yè)中，仍然依循傳統(tǒng)方式仰賴人工選別，并未大規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)代科技AI人工智能來提升效率。像是重大瑕疵豆，如發(fā)霉豆、黑豆、貝殼豆、夾雜碎石粒等狀況不僅會(huì)影響咖啡的風(fēng)味，更有可能會(huì)對(duì)身體造成傷害。即使作物看似沒有明顯的外觀問題，其表面下可能仍存在隱藏的碰撞傷或其他損傷，這使得在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行選豆變得很有挑戰(zhàn)。由于這些損傷的癥狀可能要到后來才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，因此「質(zhì)量管理」一直是個(gè)大問題。
傳統(tǒng)的人工篩選過程可能比較緩慢，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，所需的時(shí)間還取決于許多的因素，包括篩選的豆子數(shù)量、篩選的方法、篩選人員的熟練程度等。為了能夠更快速且有效的篩選咖啡豆，咖啡生產(chǎn)業(yè)急需一種快速、全面且非侵入性且精確的檢測(cè)方法。
近年來AI深度學(xué)習(xí)的發(fā)展讓實(shí)時(shí)篩選的能力在效率上有顯著的進(jìn)步。以傳統(tǒng)的手工篩選法為例，如果是小規(guī)模的篩選工作，可能每小時(shí)只能處理幾公斤的咖啡豆，篩選一批豆子可能需要數(shù)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。但是，利用現(xiàn)代化的技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)，更能在極短的時(shí)間內(nèi)處理更多的豆子，可能只需要幾分鐘到幾十分鐘就能完成一批咖啡豆的篩選。
借助人工智能驅(qū)動(dòng)的檢測(cè)與篩選技術(shù)，咖啡生產(chǎn)商得以超越傳統(tǒng)人工篩選方法，運(yùn)用The Imaging Source TIS DFM 36AX296-ML的優(yōu)勢(shì)、及機(jī)器深度學(xué)習(xí)訂定的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)來高速判別咖啡豆的形狀、顏色，排除其中瑕疵豆無需經(jīng)歷傳統(tǒng)的烘焙后品嘗過就可直接進(jìn)行分級(jí)，從而穩(wěn)定生產(chǎn)出更高質(zhì)量又穩(wěn)定的咖啡配方。一家咖啡豆生產(chǎn)商借助The Imaing Sourc的嵌入式視覺來檢測(cè)與篩選咖啡豆，咖啡生產(chǎn)得以超越傳統(tǒng)機(jī)械篩選方法，以高速處理大量咖啡豆，而無需經(jīng)歷傳統(tǒng)的烘焙和品嘗過程來判斷質(zhì)量。利用AI人工智能光學(xué)篩選器，咖啡生產(chǎn)商能夠根據(jù)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，選擇出符合要求的批次，從而穩(wěn)定生產(chǎn)出更高質(zhì)量的咖啡配方。

人工智能篩選咖啡豆的過程
隨著科技的進(jìn)步，人們開始探索如何利用人工智能（AI）技術(shù)來改善咖啡豆的篩選過程。在傳統(tǒng)的篩選方法中，辨識(shí)咖啡豆的瑕疵通常需要人力，這可能會(huì)因?yàn)橹饔^判斷或疲勞而導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果。然而，借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)，我們可以訓(xùn)練AI模型來辨識(shí)咖啡豆的各種特征，從而實(shí)現(xiàn)更精確和高效的篩選。
在使用嵌入式視覺技術(shù)進(jìn)行咖啡豆篩選的過程中，首先將咖啡豆進(jìn)行初步分類，譬如區(qū)分是否有石頭或是其他外來物質(zhì)，是否有蟲蛀等狀況。接著，將這些分類好的咖啡豆輸入給AI模型進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練。透過大量的樣本數(shù)據(jù)，AI模型能夠?qū)W習(xí)并辨識(shí)出各種瑕疵豆，如發(fā)霉豆、黑豆、或是受損豆等，并將其分類出來。
當(dāng)訓(xùn)練完成后，嵌入式視覺系統(tǒng)就可以將咖啡豆送入篩選機(jī)中，透過攝影機(jī)捕捉影像，然后利用已經(jīng)訓(xùn)練好的AI模型進(jìn)行分析和辨識(shí)。如此一來，篩選過程不僅更加高效，而且還可以確保篩選結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性，從而提高了咖啡豆的質(zhì)量和產(chǎn)量。
透過嵌入式視覺與AI技術(shù)的結(jié)合，咖啡生產(chǎn)業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)篩選，不僅提高了生產(chǎn)效率，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量與競(jìng)爭(zhēng)力。這種技術(shù)的應(yīng)用將為整個(gè)咖啡豆產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變革，同時(shí)也為其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思維和可能性。

嵌入式視覺捕捉影像去蕪存菁
The Imaging Source提供多款不同尺寸規(guī)格，像是The Imaging Source DFM 36AX296-ML和DFK 36CX296-167，該系統(tǒng)的分辨率達(dá)1.6MP；幀速率達(dá)60fps，能夠及時(shí)觸發(fā)捕捉影像，篩選出瑕疵品，如此幀數(shù)便能大幅加速篩選過程。
The Imaging Source兆鎂新嵌入式視覺的trigger功能，可以在豆子掉下來時(shí)經(jīng)由Sony IMX296傳感器觸發(fā)拍攝，加以清楚且快速地拍攝到咖啡豆在同個(gè)位置上，因此，吸引很多咖啡豆制造商的青睞。
當(dāng)影像被擷取后，隨后會(huì)傳送至搭載NVIDIA Jetson Xavier N的小型計(jì)算機(jī)，這套系統(tǒng)會(huì)批處理咖啡豆，并運(yùn)用人工智能來辨識(shí)特定類型和優(yōu)良質(zhì)量的豆子。靈活運(yùn)用這些技術(shù)和系統(tǒng)可以顯著提升生產(chǎn)能力，而結(jié)合人工智能的質(zhì)量控制方法更能進(jìn)一步增強(qiáng)其效益。


 
圖一 : The Imaging Source DFM 36AX296-ML搭載Sony傳感器；全局及卷簾快門，使得咖啡業(yè)者得以高效控管咖啡豆質(zhì)量。（source：The Imaging Source）


 
圖二 : DFM 36AX296-ML（source：The Imaging Source）

結(jié)論
The Imaging Source嵌入式視覺結(jié)合AI的光學(xué)咖啡豆篩選機(jī)與質(zhì)量分類技術(shù)，讓咖啡豆生業(yè)者獲得一系列精準(zhǔn)以及高效的工具，能夠針對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈與價(jià)值鏈中各種質(zhì)量特性進(jìn)行分析與篩選，進(jìn)而提升質(zhì)量與效益，同時(shí)嚴(yán)守質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，篩選技術(shù)能被客制化，以符合特定篩選及處理需求，充分發(fā)揮個(gè)機(jī)器獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到最佳效率與產(chǎn)能。

嵌入式視覺于農(nóng)業(yè)未來展望
目前，在亞洲地區(qū)以嵌入式視覺結(jié)合人工智能外觀檢測(cè)仍少有咖啡廠商投入，但隨著人力日漸缺乏，需求日增，農(nóng)產(chǎn)質(zhì)量管理及效率思維提升，越來越多農(nóng)業(yè)缺工議題及農(nóng)產(chǎn)品管思維提升，適應(yīng)于各式農(nóng)產(chǎn)品之機(jī)器視覺導(dǎo)入有極大發(fā)展空間。
當(dāng)我們思考咖啡生產(chǎn)過程中的技術(shù)革新時(shí)，不僅是對(duì)咖啡質(zhì)量的改進(jìn)，更是對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的革命性改變。透過嵌入式視覺技術(shù)的應(yīng)用，我們能夠?qū)崿F(xiàn)更有效率、更精確的篩選和分級(jí)，從而提高生產(chǎn)效率，降低成本，并確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅限于咖啡豆，還可以擴(kuò)展到其他農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工過程中，為整個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和可能性。
未來，我們可以預(yù)見，嵌入式視覺技術(shù)將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新的活力和動(dòng)力。