[發明專利]一種無損檢測梨的硬度方法

在審

• 申請號: 201410630019.4
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104359838A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 李柏承;侯寶路;周瑤;李夢遠;徐邦聯;王琦;張大偉;黃元申
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種水果硬度檢測方法，特別涉及一種基于可見近紅外高光譜成像技術無損檢測梨的硬度的方法。

背景技術

梨是深受世界各地歡迎的水果，梨的內部品質狀況直接影響梨的價值，然后以往測量梨的硬度的方法是通過硬度計等方法將梨破壞掉，這也是中國測量水果硬度的國家標準方法。但這些方法都會對梨產生破壞，造成不必要的損失和浪費，而且測量麻煩，準確率低。

高光譜成像技術近年來得到飛速發展，并被廣泛的應用于遙感探測，生物醫學，食品安全等領域。它通過掃描物體表面得到物體的反射光譜圖，通過對反射光譜信息的提取和分析，可以實現很多方向的檢測與研究。高光譜成像技術最大的特點就是無損性和快捷性。

可見-近紅外高光譜成像技術應用于無損檢測果蔬的品質的方向已經得到了越來越多的重視。近年來已經有很多運用高光譜成像技術無損檢測水果、蔬菜品質的新方法和新發明的產生。

發明內容

本發明是針對測量梨的硬度易造成梨的損壞的問題，提出了一種無損檢測梨的硬度方法，涉及可見-近紅外高光譜成像技術，通過高光譜成像系統測得梨表面的反射光譜，結合主成分分析PCA和偏最小二乘法PLS算法建立回歸模型得出回歸函數，通過測得梨的反射光譜就可以根據回歸模型計算出梨的硬度，實現快捷無損的檢測梨的硬度。

本發明的技術方案為：一種無損檢測梨的硬度方法，通過可見-近紅外波段的高光譜成像系統測得多個不同種類的梨的高光譜圖像，再通過黑白版校正，將高光譜圖像中每一點的光譜響應強度轉換成統一的0-100%的反射率圖像，再通過Labview軟件對圖像的亮度進行提取和著色，將不同的亮度區域區分開，然后在同一顏色區域選取10個不同的點求平均代表整個梨的反射率，結合梨的反射率曲線提取每一波段的反射率信息通過主成分分析PCA提取特征波段，通過國家標準方法測得的梨的硬度的實際值，再用偏最小二乘法PLS算法建立回歸模型，得到各種類梨的回歸方程，根據回歸方程，便可通過測量所測梨的光譜圖，計算出所測梨的硬度。

所述黑白版校正過程為：將反射率高達99.99的聚四氟乙烯的白板放在高光譜相機的聚焦透鏡焦平面處，改變曝光時間使相機接收光強在最大光強的80%，記下白板反射強度W，將聚焦透鏡用黑板封閉，記下黑板反射強度B1，測完后放回樣品，調節曝光時間使得相機接收光強為最大光強的80%，再用黑板封閉透鏡，記下樣品黑板反射強度B2，通過電機載著樣品勻速移動實現樣品的全掃描，最終測得樣品反射強度為S，則帶入校正公式：光譜反射率R=(S-B2/W-B1)x100%，實現黑白板校正。

本發明的有益效果在于：本發明無損檢測梨的硬度方法，可以廣泛應用于梨的質量檢測，等級分類，成熟度檢測等方面，甚至可以用于檢測還未摘下，且正常生長的梨的硬度。檢測過程，方便、快捷、無損、準確，可以用于大規模檢測?？梢怨澥〈罅康娜肆ξ锪?，不但不會損耗梨，而且測得結果，比通過國家規定的標準方法測得的結果更加方便，準確。

附圖說明

圖1為本發明所用可見-近紅外高光譜成像系統示意圖；

圖2為本發明通過軟件提取梨的反射率信息的流程圖；

圖3為本發明高光譜圖像三維信息原理圖；

圖4為本發明不同品種的梨的平均反射率曲線圖；

圖5為本發明建模預測梨的硬度的散點圖。

具體實施方式

一種無損檢測梨的硬度方法，通過可見-近紅外波段（400-1000nm）的高光譜成像系統分別測得多個梨的高光譜圖像，再通過黑白版校正，將高光譜圖像中每一點的光譜響應強度轉換成統一的0-100%的反射率圖像，再通過Labview編寫的軟件對圖像的亮度進行提取和著色，將不同的亮度區域區分開，然后在同一顏色區域選取10個不同的點求平均代表整個梨的反射率。結合梨的反射率曲線提取每一波段的反射率信息通過PCA提取特征波段，根據通過國家標準方法測得的梨的硬度的實際值，再用PLS算法建立回歸模型，得到回歸方程。根據回歸方程，便可以通過測量未知梨的光譜圖，計算出它的硬度。