Prosjektnummer
901489
Kvalitetsmåling på hvitfisk gjennom analyse av spektrale bilder i sanntid (KVASS)
Det er utviklet teknologi som kan vurdere kvalitet på rund hvitfisk i sanntid i industriell hastighet
• Prosjektet har videreutviklet teknologi fra laboratoriet til anvendbarhet i industriell setting for hvitfisknæringen. Det viser at forskning og utprøving i tett samarbeid med industrien er nødvendig for å utvikle robuste løsninger som kan kommersialiseres.
• Simultan deteksjon av blod på begge sider av en rund hvitfisk er utfordrende å løse med dagens teknologi, uten at behovet for flere kamera går opp. Volumtester indikerer imidlertid en god korrelasjon av blodprofil på høyre og venstre side, og skanning av store volum på en side gir uansett næringen et radikalt høyere datagrunnlag og innsikt enn dagens stikkprøvekontroller.
• Deteksjon av flere parameter enn kun blod er viktige i karaktersettingen av hvitfisk, for eksempel spalting, parasitter eller sår. Måling av slike parametere kan gjennomføres på filetlinja, med Maritech Eye, etter en førstesortering på blod, og muliggjøre en mer automatisert og rasjonell foredling.
• Teknologien og produktet representerer muligheten til å ta i bruk avansert teknologi innen kvalitetsmåling i sjømatnæringen. Behov for individuell tilpasning av blodanalysen til hver enkelt bedrifts kvalitetsparameter kan skape en terskel for å ta i bruk og investere i en slik løsning. Tilliten fra næringen til teknologien må bygges opp over tid og gjennom gode eksempler fra implementering i industrien.
• Simultan deteksjon av blod på begge sider av en rund hvitfisk er utfordrende å løse med dagens teknologi, uten at behovet for flere kamera går opp. Volumtester indikerer imidlertid en god korrelasjon av blodprofil på høyre og venstre side, og skanning av store volum på en side gir uansett næringen et radikalt høyere datagrunnlag og innsikt enn dagens stikkprøvekontroller.
• Deteksjon av flere parameter enn kun blod er viktige i karaktersettingen av hvitfisk, for eksempel spalting, parasitter eller sår. Måling av slike parametere kan gjennomføres på filetlinja, med Maritech Eye, etter en førstesortering på blod, og muliggjøre en mer automatisert og rasjonell foredling.
• Teknologien og produktet representerer muligheten til å ta i bruk avansert teknologi innen kvalitetsmåling i sjømatnæringen. Behov for individuell tilpasning av blodanalysen til hver enkelt bedrifts kvalitetsparameter kan skape en terskel for å ta i bruk og investere i en slik løsning. Tilliten fra næringen til teknologien må bygges opp over tid og gjennom gode eksempler fra implementering i industrien.
Hvitfiskindustrien, her representert ved Lerøy Norway Seafoods, har lenge etterspurt en automatisert kvalitetssortering av
rund/hodekappet og sløyd (HG) hvitfisk basert på blodinnhold. Prosjektet ble initiert på bakgrunn av gjennombrudd i forskning og teknologi for bruk av avbildende spektroskopi til analyse av blodinnhold i hvitfisk kombinert med et stort ønske fra næringen selv. Prosjektet ble gjennomført gjennom flere vitenskapelige tester og utprøvinger for å kunne tilpasse en prototype/modell, både programvare og maskinvare, som skulle tilfredsstille industrielle krav.
Ved bruk av en slik metode (hyperspektral avbildning) vil man få bedre oversikt over kvaliteten i en gitt leveranse, man vil ha et bedre grunnlag for prisfastsettelse, og vil bedre kunne utnytte råstoff av ulik kvalitet. Nofima har gjennom sitt arbeid med hvitfiskfilet utviklet en robust løsning for blodanalyse som kan måle på blodmengde i filetoverflate, så vel som blodmengde i filet. Dette arbeidet er grundig uttestet og analysemetodikken var allerede publisert før prosjektstart (Skjelvareid
et al., 2017). I en videreutvikling av dette arbeidet hadde Nofima også avdekket at det er mulig å måle gjennom skinnet på hvitfisk, og dermed bestemme blodmengden i fisken uten å måtte skjære den opp først. Dette åpner for nye muligheter for hvitfisknæringen og kan få stor betydning for fremtidig landing og videreforedling av hvitfisk.
Måling av kvalitet på hver individuell fisk gir også mulighet for utvidet bruk av statistiske metoder (lagring og analyse av “big data”). Dette vil gi økt forståelse av hvordan kvaliteten varierer ut fra sesong, båt, fangstmetode, håndtering osv.
I prosjektet måtte det utvikles et hyperspektralt kamera som tilfredsstiller spesifikasjoner fra industrien. De eksakte optiske spesifikasjonene kom som en del av prosjektet, men en del spesifikasjoner var klare ved prosjektstart. Et kjapt kamera betyr at for å få en tilstrekkelig romlig oppløsning vil integreringstiden for hver piksel være kort, dvs. at det måtte lages et meget lysfølsomt kamera slik at det stiller mindre krav til lyskilden. Med de krevende spesifikasjonen for å kunne levere teknologisk oppsett som var tilfredsstillende nok, var det utfordrende å holde kostnadene nede. Likevel har Maritech AS gjennom prosjektet jobbet med et titalls leverandører av komponenter, og som totalt sett har gitt et produkt Maritech AS mener kan forsvares i innkjøpskostnader sett opp mot de gevinstene som løsningen medfører.
Den nye teknologien synes å fungere godt for å måle kvalitet på rund hvitfisk basert på blodinnhold, i sanntid og i industriell hastighet. Denne dokumentasjon av kvalitet kan gi stor næringsnytte både ved ferskfiskpakking, filetproduksjon og for konvensjonell næring.
Videre vurderes Maritech Eye å være anvendbart til å vurdere flere parametere enn blod. Funn fra flere studier viser at teknologien også kan påvise art, detektere kveis og angi restholdbarhet på filet og rund fisk.
-
Sluttrapport: Kvalitetsmåling av hvitfisk gjennom analyse av spektrale bilder i sanntid
Maritech AS. 11. november 2022. Av Karsten Heia (Nofima), Nils Petter Farstad (Maritech AS) og Per Alfred Nordaune Holte (Maritech AS).
Hvitfiskindustrien, her representert ved Lerøy Norway Seafoods og Havfisk AS, har lenge etterspurt en automatisert kvalitetssortering av rund/hodekappet og sløyd (HG) hvitfisk basert på blodinnhold. Ved bruk av en slik metode vil man få bedre oversikt over kvaliteten i en gitt leveranse, man vil ha et bedre grunnlag for prisfastsettelse, og vil bedre kunne utnytte råstoff av ulik kvalitet.
Nofima har gjennom sitt arbeid med hvitfiskfilet utviklet en robust løsning for blodanalyse som kan måle på blodmengde i filetoverflate, så vel som blodmengde inni fileten. Dette arbeidet er grundig uttestet og analysemetodikken er allerede publisert. I en videreutvikling av dette arbeidet har Nofima også avdekket at det er mulig å måle gjennom skinnet på hvitfisk, og derigjennom bestemme blodmengde i fisken uten å skjære den først. Dette åpner for nye muligheter for hvitfisknæringen og kan få stor betydning for fremtidig videreforedling av hvitfisk.
Måling av kvalitet for hver individuelle fisk gir også mulighet for utvidet bruk av statistiske metoder (lagring og analyse av “big data”). Dette vil gi økt forståelse av hvordan kvaliteten varierer ut fra sesong, båt, fangstmetode, håndtering osv.
Prosjektet er oppfølging av følgende tidligere aktiviteter:
• Oppfølging av prosjekt finansiert av Regionalt Forskningsfond Nord: “Kvalitetsmåling på fersk fisk”.
• Intern strategisk satsing i Nofima: “Sjømatkvalitet”.
• Intern strategisk satsing i Nofima: “Sjømatkvalitet”.
Hovedmål
Å utvikle et kommersielt produkt som kan vurdere kvalitet på rund hvitfisk i sanntid i industriell hastighet.
Å utvikle et kommersielt produkt som kan vurdere kvalitet på rund hvitfisk i sanntid i industriell hastighet.
Delmål
• Å videreutvikle eksisterende analysemetoder for måling av blodinnhold i rund fisk.
• Å klargjøre 1. prototype for datainnsamling innen prosjektets første 6 måneder.
• Å tilpasse løsning for ulike arter av hvitfisk / artsbestemmelse.
• Å tilpasse eksisterende instrumentering og analysemetoder for bruk i sanntid, i industriell hastighet.
• Å vurdere prototype i industriell setting.
• Å videreutvikle prototype og lansere kommersielt produkt.
• Å videreutvikle eksisterende analysemetoder for måling av blodinnhold i rund fisk.
• Å klargjøre 1. prototype for datainnsamling innen prosjektets første 6 måneder.
• Å tilpasse løsning for ulike arter av hvitfisk / artsbestemmelse.
• Å tilpasse eksisterende instrumentering og analysemetoder for bruk i sanntid, i industriell hastighet.
• Å vurdere prototype i industriell setting.
• Å videreutvikle prototype og lansere kommersielt produkt.
Nytteverdien på kort eller lang sikt
Sjømatnæring
Bedre og mer konsistent kvalitetsvurdering – sortering inn i tre kvalitetsklasser (primera, sekunda og produksjon). I dag avdekkes ikke kvaliteten før fisken er skjært. Da er det for sent å styre råstoffet til en annen anvendelse. Med den nye teknologien som skal kommersialiseres vil kvalitetssorteringen kunne gjøres på rund fisk og danne grunnlag for 1) objektiv fastsettelse av pris på råstoff (premiering for god kvalitet / trekk for dårlig) og 2) styring av råstoff til riktig anvendelse (klippfisk, filet, saltfisk, tørrfisk, blanktorsk, …).
Sjømatnæring
Bedre og mer konsistent kvalitetsvurdering – sortering inn i tre kvalitetsklasser (primera, sekunda og produksjon). I dag avdekkes ikke kvaliteten før fisken er skjært. Da er det for sent å styre råstoffet til en annen anvendelse. Med den nye teknologien som skal kommersialiseres vil kvalitetssorteringen kunne gjøres på rund fisk og danne grunnlag for 1) objektiv fastsettelse av pris på råstoff (premiering for god kvalitet / trekk for dårlig) og 2) styring av råstoff til riktig anvendelse (klippfisk, filet, saltfisk, tørrfisk, blanktorsk, …).
Anvendelse på trålere
Kvalitetssortering rett etter sløying og hodekapping av fisken vil gjøre at råstoffet sorteres til den best egnede anvendelsen så tidlig som mulig. Under produksjon om bord vil en tidlig få tilbakemelding om kvalitetsutfordringer og kan raskt sette inn nødvendige tiltak. Historiske data vil også kunne gi bedre forståelse av hvilke faktorer som påvirker kvaliteten.
Kvalitetssortering rett etter sløying og hodekapping av fisken vil gjøre at råstoffet sorteres til den best egnede anvendelsen så tidlig som mulig. Under produksjon om bord vil en tidlig få tilbakemelding om kvalitetsutfordringer og kan raskt sette inn nødvendige tiltak. Historiske data vil også kunne gi bedre forståelse av hvilke faktorer som påvirker kvaliteten.
Maritech
Først ut i markedet med nytt produkt, økte salgsinntekter, befeste posisjon i fiskefabrikker, får mulighet til å knytte kvalitetsdata fra råvareinntak til varene videre i verdikjeden.
Først ut i markedet med nytt produkt, økte salgsinntekter, befeste posisjon i fiskefabrikker, får mulighet til å knytte kvalitetsdata fra råvareinntak til varene videre i verdikjeden.
NEO
NEO har i 15 år levert hyperspektrale kameraer til det vitenskapelige markedet. De siste årene har NEO begynt å konsentrere seg om sanntidsprosessering av data i tillegg til mer vektlegging på sluttbrukerapplikasjoner. NEO skal nå utvikle et billigere og enklere kamera som kan produseres raskere og som møter kravene fra industrien. Selv om kameraet blir billigere og enklere må det tilfredsstille kravet om spektral integritet per piksel /bånd, uten at dette kravet er tilfredsstilt vil aldri en sluttbrukerapplikasjon bli løst. Dette prosjektet vil bidra til at vi får et slikt produkt på markedet som kan gjenbrukes i flere sluttbrukerapplikasjoner.
På kort sikt er det mulig å samkjøre kvalitetsmåling utviklet i dette prosjektet med tilgjengelig båndvekt for å kunne sortere fisken både på vekt, kvalitet og art.
På lang sikt: Mulig å bruke/videreutvikle utstyr og analysemetode for bruk på filet av hvitfisk og rødfisk. For rødfisk er det aktuelt å detektere blod- og melaninflekker, samt å måle farge og fettinnhold. Finansiering for tilpasning av utstyret for rød fisk kan tenkes søkt i parallelt prosjekt.
NEO har i 15 år levert hyperspektrale kameraer til det vitenskapelige markedet. De siste årene har NEO begynt å konsentrere seg om sanntidsprosessering av data i tillegg til mer vektlegging på sluttbrukerapplikasjoner. NEO skal nå utvikle et billigere og enklere kamera som kan produseres raskere og som møter kravene fra industrien. Selv om kameraet blir billigere og enklere må det tilfredsstille kravet om spektral integritet per piksel /bånd, uten at dette kravet er tilfredsstilt vil aldri en sluttbrukerapplikasjon bli løst. Dette prosjektet vil bidra til at vi får et slikt produkt på markedet som kan gjenbrukes i flere sluttbrukerapplikasjoner.
På kort sikt er det mulig å samkjøre kvalitetsmåling utviklet i dette prosjektet med tilgjengelig båndvekt for å kunne sortere fisken både på vekt, kvalitet og art.
På lang sikt: Mulig å bruke/videreutvikle utstyr og analysemetode for bruk på filet av hvitfisk og rødfisk. For rødfisk er det aktuelt å detektere blod- og melaninflekker, samt å måle farge og fettinnhold. Finansiering for tilpasning av utstyret for rød fisk kan tenkes søkt i parallelt prosjekt.
Økt lønnsomhet gjennom reduserte kostnader/økte inntekter
Kvalitetsmålingen vil gi en stor fordel ved produksjon av filet. Ferdig kvalitetssortert råstoff inn i produksjonen gir et forutsigbart sluttprodukt, og vil gi salgsavdelingen mulighet til å gjøre avtaler på levert volum med en gitt kvalitet.
Ved å kjenne potensialet til råstoffet kan det gjøres valg med tanke på hvor stor innsats som skal legges i å “reparere” produktet. Dette vil medføre lavere personellkostnad for filetbedriftene.
Ved å kjenne potensialet til råstoffet kan det gjøres valg med tanke på hvor stor innsats som skal legges i å “reparere” produktet. Dette vil medføre lavere personellkostnad for filetbedriftene.
Ved å kvalitetssortere rund fisk kan også konvensjonelle næringer (saltfisk, klippfisk og tørrfisk) kunne tilby produkter med en mer forutsigbar kvalitet. Dette kan være med på å heve omdømme til norsk fisk og sikre høyere pris i markedet.
Basert på eksisterende algoritme for estimering av blodinnhold i rundfisk skal det gjennomføres forsøk der fisk av ulik kvalitet og fra ulike relevante arter velges ut i samarbeid med industrien, her representert av Havfisk AS og Lerøy Norway Seafoods (NWS) AS. Basert på høyoppløselige data fra Nofimas eksisterende instrumentering gjøres det simuleringer av hvordan instrumenteringen kan forenkles for industriell bruk. Dette inkluderer valg av romlig og spektral oppløsning samt bølgelengdeområde. Det skal også vurderes om LED-belysning kan brukes i og med at det er en mer robust/stabil lyskilde som har mindre behov for kjøling enn halogenbelysning.
Lerøy NWS og Havfisk skal utarbeide en kravspesifikasjon til maskinen: Krav til hastighet, maksimal fysisk størrelse, bredde på inspeksjonsbelte, brukergrensesnitt, osv.
Basert på dette skal det designes/bygges en prototype som baserer seg på det nåværende instrumentering hos Nofima (dette oppsettet inneholder det nåværende 1. generasjons “industri-kameraet” fra NEO. Prototypen skal testes i industrien og hensikten her er å teste måleoppsettet og logge data ved et av Lerøy NWS sine hvitfiskmottak.
Algoritmene utviklet av Nofima må tilpasses og implementeres for kjøring i sanntid, for å danne grunnlag for videre sortering av råstoffet. Sanntidsanalyse skal utvikles av Maritech AS med hjelp av Nofima og NEO og skal i tillegg til selve blodanalysen også inneholde statistikkverktøy som gir mulighet for å knytte kvalitetsdata til produksjonssystemene i fabrikkene for øvrig.
NEO skal designe et hyperspektralt kamera som tilfredsstiller behovene som avdekkes i starten av dette prosjektet. Når kamera er ferdigstilt skal prototype oppdateres med nytt kamera, programvare for sanntidsanalyse og kommunikasjon med grader for sortering av fisk. Utforming, kapasitet og robusthet på utstyret tilpasses bruk på tråler og landanlegg.
Deretter skal prototype 2 testes. Estimert blodnivå vurderes opp mot kvalitetsgrad vurdert av industrien, og grenseverdier for forskjellige kvalitetsklasser vurderes. Kommunikasjon med eksterne systemet testes, evt. justeringer i f.eks. brukergrensesnitt eller fysisk utforming vurderes. Denne prototypen skal også testes på en tråler fra havfiskeflåten.
Når test av prototype 2 er gjennomført og eventuelle nødvendige justeringer gjennomført skal Maritech utvikle en endelig kommersiell versjon av produktet. Maskinen installeres på 2–4 ulike lokasjoner hos Lerøy NWS og Havfisk hvor de testes over lengre tid og på et stort antall fisk. Kvalitetsansvarlige hos Lerøy NWS og Havfisk vurderer hvorvidt kvalitetssorteringen som gjøres er god nok og om det gir grunnlag for bedre priser og bedre utnyttelse av råstoffet.
Lerøy NWS og Havfisk skal utarbeide en kravspesifikasjon til maskinen: Krav til hastighet, maksimal fysisk størrelse, bredde på inspeksjonsbelte, brukergrensesnitt, osv.
Basert på dette skal det designes/bygges en prototype som baserer seg på det nåværende instrumentering hos Nofima (dette oppsettet inneholder det nåværende 1. generasjons “industri-kameraet” fra NEO. Prototypen skal testes i industrien og hensikten her er å teste måleoppsettet og logge data ved et av Lerøy NWS sine hvitfiskmottak.
Algoritmene utviklet av Nofima må tilpasses og implementeres for kjøring i sanntid, for å danne grunnlag for videre sortering av råstoffet. Sanntidsanalyse skal utvikles av Maritech AS med hjelp av Nofima og NEO og skal i tillegg til selve blodanalysen også inneholde statistikkverktøy som gir mulighet for å knytte kvalitetsdata til produksjonssystemene i fabrikkene for øvrig.
NEO skal designe et hyperspektralt kamera som tilfredsstiller behovene som avdekkes i starten av dette prosjektet. Når kamera er ferdigstilt skal prototype oppdateres med nytt kamera, programvare for sanntidsanalyse og kommunikasjon med grader for sortering av fisk. Utforming, kapasitet og robusthet på utstyret tilpasses bruk på tråler og landanlegg.
Deretter skal prototype 2 testes. Estimert blodnivå vurderes opp mot kvalitetsgrad vurdert av industrien, og grenseverdier for forskjellige kvalitetsklasser vurderes. Kommunikasjon med eksterne systemet testes, evt. justeringer i f.eks. brukergrensesnitt eller fysisk utforming vurderes. Denne prototypen skal også testes på en tråler fra havfiskeflåten.
Når test av prototype 2 er gjennomført og eventuelle nødvendige justeringer gjennomført skal Maritech utvikle en endelig kommersiell versjon av produktet. Maskinen installeres på 2–4 ulike lokasjoner hos Lerøy NWS og Havfisk hvor de testes over lengre tid og på et stort antall fisk. Kvalitetsansvarlige hos Lerøy NWS og Havfisk vurderer hvorvidt kvalitetssorteringen som gjøres er god nok og om det gir grunnlag for bedre priser og bedre utnyttelse av råstoffet.
Bruk av teknologien og praktiske resultater publiseres gjennom faglig og/eller populærvitenskapelig artikkel samt presentasjon på FHF-samling(er) og Nor-fishing 2020. Maritech vil også gjøre en aktiv formidling direkte mot kunder.
-
Sluttrapport: Kvalitetsmåling av hvitfisk gjennom analyse av spektrale bilder i sanntid
Maritech AS. 11. november 2022. Av Karsten Heia (Nofima), Nils Petter Farstad (Maritech AS) og Per Alfred Nordaune Holte (Maritech AS).