BabyNutri：基于光谱重建的成本效益婴儿食品宏量营养素分析仪

婴幼儿的身体和生理发育需要适量的宏量营养素摄入，因此估算婴儿食品中的宏量营养素是一个重要问题。然而，现有的解决方案要么太昂贵，要么性能较差，阻碍了婴儿营养摄入自动记录技术的广泛应用。为了缩小这一差距，本文提出了BabyNutri，一种成本效益高且便携式的婴儿食品宏量营养素估算系统。BabyNutri利用一种新颖的光谱重建算法，从低成本光谱仪可用的低维光谱重建高维信息光谱。我们提出了一个用于重建过程的去噪自动编码器，通过该编码器BabyNutRI可以从5维光谱重建160维光谱。由于高维光谱富含宏量营养素的光吸收特征，因此可以实现更准确的宏量营养素估算。此外，考虑到婴儿食品含有复杂成分，我们还设计了一个具有良好泛化性能的CNN营养估算模型。我们对88种婴儿食品进行了广泛实验，结果显示BabyNutri的光谱重建误差仅为5.91%，与相同时间复杂度的最先进基线方法相比减少了33%。此外，BabyNutri的营养估算性能不仅明显优于最先进和成本效益高的解决方案，而且与专业光谱仪高度相关，蛋白质、脂肪和碳水化合物的相关系数分别为0.81、0.88和0.82。然而，我们系统的价格仅为商业解决方案的百分之一。我们还验证了BabyNutri对各种因素的鲁棒性，例如环境光、食品体积，甚至看不见的婴儿食品样本。