基于高光譜成像技術(shù)的小黃瓜水分無損檢測

本研究應(yīng)用了900-1700nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS-15進(jìn)行相關(guān)研究。短波近紅外高光譜相機(jī)，采集速度全譜段可達(dá)200FPS,被廣泛應(yīng)用于成分識別，物質(zhì)鑒別，機(jī)器視覺，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，屏幕檢測等領(lǐng)域。

小黃瓜又稱水果黃瓜、迷你黃瓜，以生食為主，長度一般不超過20cm，直徑約3cm，重100g 左右，表皮柔嫩光滑、色澤均勻、口感脆嫩、瓜味濃郁，水分含量高，具有清熱解毒、生津止渴的功效，因此，頗受消費(fèi)者的青睞。隨著人們生活水平的不斷提高，人們選擇食用果蔬的要求也不斷的提高，更加注重果蔬內(nèi)部品質(zhì)的優(yōu)劣。水分含量是評定小黃瓜內(nèi)部品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，傳統(tǒng)的小黃瓜水分的檢測多采用烘箱干燥法，該方法都存在耗時(shí)、費(fèi)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工藝復(fù)雜、破壞實(shí)驗(yàn)樣品等缺陷，從而導(dǎo)致無法快速鑒別小黃瓜的品級和準(zhǔn)確分類，因此急需尋求一種快速無損檢測果蔬品質(zhì)的方法。在無損檢測技術(shù)中，高光譜成像技術(shù)被公認(rèn)為是最有潛力和價(jià)值的無損檢測技術(shù)，它集光譜技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體，可獲得大量包含連續(xù)波長光譜信息的圖像塊，具有多波段、高分辨率等特點(diǎn)。該技術(shù)早期廣泛應(yīng)用于地質(zhì)明、農(nóng)業(yè)、大氣和環(huán)境"等領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者已將高光譜成像技術(shù)應(yīng)用到果蔬品質(zhì)的檢測上。高光譜成像技術(shù)在果蔬品質(zhì)檢測中具有很大的發(fā)展前景。文中探索了近紅外高光譜成像技術(shù)在小黃瓜水分無損檢測中的應(yīng)用。在900~1700nm波段范圍內(nèi)采集了小黃瓜光譜圖像并進(jìn)行建模分析，選取出**建模方法，以期實(shí)現(xiàn)小黃瓜含水量的無損檢測，并為高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于果蔬品質(zhì)的在線分級分選提供參考。

實(shí)驗(yàn)利用高光譜成像技術(shù)在900~1700nm波段范圍內(nèi)對小黃瓜水分含量進(jìn)行無損檢測研究。通過對比不同光譜預(yù)處理后的模型效果，優(yōu)選出Savitzky-Golay卷積平滑預(yù)處理后的光譜進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。對Savitzky-Golay卷積平滑處理后的光譜采用偏最小二乘回歸系數(shù)法優(yōu)選出7個(gè)特征波長(996nm,1017nm,1091nm,1187nm,1360nm,1473nm, 1637nm）。利用特征波長建立的小黃瓜水分校正和驗(yàn)證模型的相關(guān)系數(shù)和均方根誤差分別為0.86，0.111和0.90，0.156，優(yōu)于全波段建立的模型。因此，高光譜成像技術(shù)作為一種快速高效的無損檢測技術(shù)對小黃瓜水分含量的測定是可行的。

因?qū)嶒?yàn)選擇的樣品數(shù)目有限，今后若增加預(yù)測模型的樣品數(shù)，進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，將能得到更穩(wěn)固、適應(yīng)性更強(qiáng)的定量分析模型，為實(shí)現(xiàn)在線無損檢測小黃瓜水分含量提供理論基礎(chǔ)。