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一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法

花匠小妙招
2024-12-21 01:53

一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法

本发明属于水果品质快速检测领域，特别是涉及一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法。

背景技术：

1、榴莲是一种跃变型水果，贮藏期和保质期较短。榴莲营养丰富，具有浓郁的气味和独特的味道，因此受到消费者的青睐。目前榴莲出口贸易面临的一个主要挑战是：榴莲成熟度的准确检测。具体而言，如果出口未成熟的榴莲，那么即使到达目的地，甚至经过很长时间，它们也很难成熟。而榴莲成熟度过高采收，其保质期较短，不利于储藏。此外，榴莲出口时也会根据不同运输距离，选择不同成熟度的榴莲。因此，快速、准确实现榴莲成熟度检测对于榴莲产业具有重要意义。

2、榴莲种植者大多数依赖于果实的物理外观，例如大小、形状和颜色，计算花后天数以及采用声学敲击的做法来估计榴莲果实成熟阶段。依靠人工经验存在检测效率低，检测精度低等问题。现代检测技术，如电磁散射技术、近红外高光谱成像、热成像等虽然在榴莲成熟度和品质检测上得到应用，但这些技术难以实现在线快速检测。透射光谱技术具有快速无损检测的优点，适合于获取榴莲等大尺寸水果的全部信息，且在水果成熟度在线检测方面已经得到了广泛应用。

3、目前，一方面大多数研究为基于近红外漫反射技术的榴莲果肉品质检测，为有损试验且检测精度有待进一步提高。受榴莲果皮厚度影响，漫反射技术难以穿透果皮进而采集果肉的信息，因此难以准确反映大尺寸水果的内部品质。这也进一步限制了榴莲成熟度检测模型的精度。另一方面，鲜有基于近红外透射光谱技术的榴莲品质研究，且缺少可以实现在线检测的方法和设备。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、(一)一种榴莲成熟度检测方法

4、所述的榴莲成熟度检测方法具体包括以下步骤：

5、s1)采集待测榴莲的近红外透射光谱，并从待测榴莲的近红外透射光谱中获取特征波长处的光强值，或者直接采集待测榴莲在特征波长处的光强值；所述特征波长包括特征波长λ1和特征波长λ2，所述特征波长λ1为860nm，所述特征波长λ2为670nm。进一步地，所述特征波长仅由特征波长λ1和特征波长λ2构成。

6、s2)将待测榴莲在特征波长处的光强值输入预先构建的榴莲成熟度检测模型中，得到榴莲成熟度预测值，榴莲成熟度预测值越高则榴莲成熟度越高。所述预先构建的榴莲成熟度检测模型为：

7、r＝iλ1/iλ2

8、式中，r为榴莲成熟度预测值，iλ1为待测榴莲在特征波长λ1的光强值，iλ2为待测榴莲在特征波长λ2的光强值。

9、所述的榴莲成熟度检测方法进一步包括：

10、s3)将步骤s2)得到的榴莲成熟度预测值输入至预设的榴莲成熟度分类模型中，获得榴莲的成熟度检测结果。所述的榴莲的成熟度检测结果具体是指与成熟度预测值所属成熟度阈值区间对应的成熟度类别。

11、所述预设的榴莲成熟度分类模型通过以下步骤得到：

12、首先，根据采摘后榴莲储藏天数的长短，预设若干个成熟度类别，获取不同成熟度类别的榴莲作为榴莲样品，采集所有榴莲样品的透射光谱并从各个榴莲样品的透射光谱中获取各个榴莲样品在特征波长处的光强值，或者直接采集各个榴莲样品在特征波长处的光强值，将各个榴莲样品在特征波长处的光强值分别输入至预先构建的榴莲成熟度检测模型中，得到各个榴莲样品的榴莲成熟度预测值，所有榴莲样品的榴莲成熟度预测值构成榴莲样品数据；

13、接着，基于榴莲样品数据，分别针对各个成熟度类别，计算其中所有榴莲样品的榴莲成熟度预测值的平均值，得到各个成熟度类别对应的平均成熟度值，并将平均成熟度值作为成熟度阈值，各个成熟度类别以及各自对应的成熟度阈值构成榴莲成熟度分类模型。

14、所述步骤s3)中，通过比较步骤s2)得到的待测榴莲的榴莲成熟度预测值与榴莲成熟度分类模型中各个成熟度阈值的大小关系，获得榴莲成熟度预测值所属的成熟度阈值区间，进而获得榴莲成熟度预测值对应的榴莲成熟度等级并将榴莲成熟度等级作为待测榴莲的成熟度检测结果。

15、(二)一种用于采集榴莲近红外透射光强的透射光谱采集装置

16、所述步骤s1)中，采用透射光谱采集装置采集待测榴莲的近红外透射光谱或者待测榴莲在特征波长处的光强值。

17、所述透射光谱采集装置包括光源1、升降单元2、果托3、传送带4和光谱仪5；所述传送带4上方布置有至少一个果托3，所述果托3上放置有待测榴莲，所述传送带4上方布置有光源1，所述光源1安装于升降单元2上，所述升降单元2用于带动光源1竖直上下移动。

18、所述待测榴莲以果梗朝上的位姿进行光谱采集，所述光谱仪5采集的近红外透射光谱或者光强值反映了整个榴莲样品的成熟度信息。

19、其中，所述光源1为六盏卤钨灯，六盏卤钨灯对称布置于传送带4的两侧，所述卤钨灯的功率为150w。

20、本发明方法和装置基于透射光谱技术，可实现榴莲成熟度的在线无损检测。

21、本发明的有益效果如下：

22、(1)本发明采用近红外透射光谱技术检测榴莲成熟度，近红外光能够穿透果皮更准确地反应果实的内部信息。

23、(2)本发明方法仅需采集榴莲在两个特征波长处的透射光强，无需进行全光谱扫描，提高了检测速度，减少了需要处理的数据量，并且降低了检测成本，能实现榴莲成熟度的快速在线检测。

24、(3)本发明方法受榴莲尺寸的影响较小，能检测不同尺寸的榴莲的成熟度。

25、(4)本发明方法仅需将两个光强值输入预先构建的榴莲成熟度检测模型中，即可得到榴莲成熟度，无需对果肉进行有损的成分分析，能实现榴莲成熟度的无损检测。

技术特征：

1.一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述的榴莲成熟度检测方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述特征波长包括特征波长λ1和特征波长λ2，所述特征波长λ1为860nm，所述特征波长λ2为670nm。

3.根据权利要求2所述的一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述特征波长仅由特征波长λ1和特征波长λ2构成。

4.根据权利要求2或3任一所述的一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述预先构建的榴莲成熟度检测模型为：

5.根据权利要求1所述的一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述的榴莲成熟度检测方法进一步包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述步骤s1)中，采用透射光谱采集装置采集待测榴莲的近红外透射光谱或者待测榴莲在特征波长处的光强值；所述透射光谱采集装置包括光源(1)、升降单元(2)、果托(3)、传送带(4)和光谱仪(5)；所述传送带(4)上方布置有至少一个果托(3)，所述果托(3)上放置有待测榴莲，所述传送带(4)上方布置有光源(1)，所述光源(1)安装于升降单元(2)上，所述升降单元(2)用于带动光源(1)竖直上下移动；所述待测榴莲以果梗朝上的位姿进行光谱采集，所述光谱仪(5)采集榴莲的近红外透射光谱或者光强值。

7.根据权利要求6所述的一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法，其特征在于：所述光源(1)包括六盏卤钨灯，六盏卤钨灯对称布置于传送带(4)的两侧，所述卤钨灯的功率为150w。

技术总结
本发明公开了一种基于透射光谱的榴莲成熟度检测方法。此检测方法包括：S1)采集待测榴莲的近红外透射光谱并从中获取特征波长处的光强值，或者直接采集待测榴莲在特征波长处的光强值；S2)将光强值输入预先构建的榴莲成熟度检测模型中，得到榴莲成熟度预测值，榴莲成熟度预测值越高则榴莲成熟度越高。本发明基于透射光谱与数据处理技术，可以实现榴莲成熟度的快速无损检测。

技术研发人员：徐惠荣,安长青,应义斌,李麟
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15