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基于可见近红外高光谱成像技术的西甜瓜糖度检测

访问量:1310 发布时间:2022-11-05

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  本研究应用了400-1000nm的高光谱相机,可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS13进行相关研究。光谱范围在400-1000nm,波长分辨率优于2.5nm,可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS,波段选择后最高3300Hz(支持多区域波段选择)。

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  糖度是影响西甜瓜营养与风味的主要因素,既可表征成熟度,又可体现其品质。随着成像和光谱技术的快速发展,高光谱成像技术已经广泛应用于农产品品质的快速无损检测。高光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点,可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息,因此该技术既可以检测物体的外部品质,也可以检测物体的内部品质如水果的糖度、坚实度、酸度等。然而,大多数研究者利用光谱仪检测果类品质、糖度、酸度等时,很少有研究者利用多类水果或多品种水果进行研究分析其不同糖度、酸度的光谱差异及特征响应波段范围。研究单一品种或单一类水果的检测模型其稳定性低、普适性弱,不能较好地实现科研成果产业化的发展。因此本研究以无籽/有籽西瓜、青色/黄色甜瓜为研究对象,利用可见/近红外高光谱成像技术,探索不同种类西甜瓜不同糖度光谱差异及特征响应波段范围,为探索不同水果糖度高精度检测模型奠定基础。

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  本研究通过分析不同品种的西瓜、甜瓜的光谱曲线可知,对于不同品种的西瓜而言,其光谱曲线总体变化趋势相似,在550、700、800 nm附近有吸收峰,在570~650 nm 红光区域反射率呈直线上升,形成陡坡,因此570~650 nm波段范围与550、700、800 nm等3个波段都可以作为西瓜瓜瓤的特征波段。对于不同品种的甜瓜,在400~550 nm范围内,黄色甜瓜的光谱反射率显著高于青色甜瓜,甜瓜在700、800 nm 附近也有吸收峰;在500~600 nm 范围内反射率呈直线上升,形成陡坡,因此500~600 nm波段范围与700、800 nm两个波段都可以作为甜瓜的特征波段。比较相似糖度下的西瓜和甜瓜的光谱曲线可知,两种水果都陡坡形成,只是陡坡形成的位置有所差异,甜瓜的光谱曲线陡坡在500~600 nm 附近,西瓜的光谱曲线陡坡在570~650 nm附近;在700 nm和800 nm附近均有吸收峰,在720~1000 nm范围内,不同品种的西瓜、甜瓜光谱反射率曲线变化趋势相似。不同品种的西瓜、甜瓜,其光谱反射率对糖度的响应差异较大,但在红光范围630~670 nm 范围内均有较高的相关性。综合不同品种、不同种类的西甜瓜光谱反射率,分析其对糖度的响应波段范围,研究表明,波段响应最高的是639.3 nm,其相关系数为0.951,利用独立的建模与检验数据,运用639.3 nm处的光谱构建监测模型,并对该模型进行检验,其建模R2为0.904、检验R2为0.847、斜率Slope为0.905、截距为0.867,相对均方根误差为6.78%,取得较好的研究效果,研究结果表明,应用成像高光谱技术检测西甜瓜糖度具有可行性。


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