试析西瓜品质可见近红外光谱无损检测技术研究

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1、浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士学位论文西瓜品质可见/近红外光谱无损检测技术研究姓名：田海清申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：应义斌20060801浙江大学博士学位论文摘要西瓜品质可见／近红外光谱无损检测技术研究摘要水果品质在线检测与分级处理是农业工程界的重要研究课题，对于满足消费者对水果安全的要求，提高水果产品的市场价值与竞争力，增加农民收入都具有重大意义。西瓜是人们喜爱的水果之一，世界上有90多个国家广泛种植，我国西瓜年总产量在3500万吨以上，居世界首位，但出口量在世界贸易中的份额甚小，基本

2、属于自产自用，西瓜在外贸出口方面尚存在巨大潜力。影响西瓜出口贸易的一个重要因素是我国对出口的西瓜没有科学的手段可以保证质量，另外，随着人们生活水平的不断提高，消费者在选购西瓜时越来越对其内部品质，如口感、甜度和其它营养成分挑剔。表征西瓜品质的主要指标是可溶性固形物含量(与甜度有关)，另外口感沙脆(与坚实度有关)、内部组织是否疏散、有空洞(与密度有关)也是人们所关心的指标。西瓜常见的无损检测方法仍是以人工挑选为主，由主观因素带来的影响是不可避免的，采用技术上可行、经济上适用的无损检测方法非常迫切，本文在这一背景下开展西

3、瓜品质可见以丘红外光谱无损检测技术研究，主要研究内容如下：1．阐述了用于西瓜品质检测的几种方法，分析了这些方法在技术实现上和经济适用性上存在的局限性．利用密度法进行检测、利用声学和振动学特性进行检测和利用核磁共振成像技术进行检测是西瓜品质无损检测中常见的几种方法，本文综述了这些方法的研究概况，并对这些方法在技术实现上和经济适用性上存在的局限性进行了分析；2．构建了适合西瓜内部品质无损检测的光源装置和光谱采集系统．根据西瓜内部组织成分分布不均匀、果型大且果皮厚的特点，对比分析了常见的几种可见，近红外光谱检测方式，选用漫

4、透射作为西瓜光谱检测方式，并构建了适合西瓜内部品质无损检测的光源装置和光谱采集系统：3．研究了果型差异对建模结果与预测结果的影响，并提出三种方法消除或减小这一影响因素。针对西瓜果型大且差异显著的特点，研究果型差异对可见，近红外光谱以及建模与预测结果的影响。并提出三种方法消除或减小这一影响因素，分别是分级消除法、体积平均法和基于体积的正则化(或正规化)方法，其中基于体积的正则化(或正规化)方法，更适合在线生产应用，该方法使果型大小差异明显样品的原始光谱、一阶微分光谱、二阶微分光谱在对可溶性固形物含量检测时，采用偏最d'

5、,--乘法的建模与预测结果由原来的校正相关系数r分别为0．716、0．793、O．848提高到，分别为0．789、0．858、0．947，均方根校正标准偏差RMSEC由原来的0．678、0．592、0．515分别降为0．596、0．499、0．313，均方根预测标准偏差RMSEP由原来的0．825、0．764、0．714分别降为0．606、0．686、0．413；4．研究了果皮对西瓜浸透射光谱与建模结果的影响．针对西瓜果皮较厚的特点，对去皮西瓜与带皮西瓜进行对比试验研究，发现果皮对光谱的影响主要集中在可见光部分浙江大

6、学博士学位论文(650-750nm)，对可溶性固形物含量采用偏摄小二乘法进行分段建模并没有有效消除果皮的影响，对比研究去皮西瓜与完整西瓜光谱在650-950nm范围内的建模结果，完整西瓜二阶微分光谱校正模型相关系数，为0．949，RMSEC为0．292，去皮西瓜校正模型相关系数r为0．973，RMSEC为0．214，果皮对建模结果的影响并不严重，完整西瓜的建模结果可以满足检测要求；5．试验研究光照强度对光谱与建模结果的影响．针对西瓜实现可见，近红外光谱无损检测需要较高能量光源的特点，采用不同光照强度(600W,100

7、0W)观察西瓜漫透射光谱的变化，分析光照强度对建模结果的影响，发现在不损伤西瓜表皮的前提下，恰当的增加光照强度，不仅有助于采集到较为平滑的光谱，而且有助于改善建模效果：6．试验研究光谱采集部位对光谱和建模结果的影响。为了在对西瓜的光谱采集中选择最合适的光谱采集部位，并根据西瓜纵径先发育完毕后，再横向增重发育的特点，分别选择花萼部位、靠近花梗部位和赤道部位作为光谱采集部位对“麒麟”瓜和“早春红玉”瓜进行光谱采集，考察采集部位不同光谱的变化和对建模结果的影响。试验结果表明，上述各部位采集的光谱都可以取得较好的建模结果，并

8、没有明确规律表明，具体在某个采集部位采集到的光谱可以建立更好的预测模型；7．试验研究可见『近红外光谱技术对西瓜物理指标的检测．密度和坚实度是西瓜的两个重要物理指标，坚实度与西瓜的口感是否沙脆有关，密度与西瓜内部组织是否有空洞有关，试验研究表明二阶微分光谱采用偏最小二乘法对密度的建模与预测结果分别为校正相关系数r为O．9lO，RMSEC为0．01