基于近紅外高光譜圖像技術(shù)對板栗果實的無損檢測與品質(zhì)鑒定.pdf

1、板栗素有“木本糧食”之稱，適于鮮食、炒食、菜用，也可以用于加工板栗全粉、速溶粉，以及生產(chǎn)板栗糊、板栗羹、板栗沖劑、板栗糕點等特色食品，具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)價值，是我國傳統(tǒng)出口農(nóng)產(chǎn)品之一。板栗原產(chǎn)于我國，中國板栗品種大體可分北方栗和南方栗兩大類，在果肉特點上存在著顯著差異，北方栗果肉偏糯性，富含糖和蛋白質(zhì)，而南方栗果肉偏粳性，富含淀粉。同時，在板栗生產(chǎn)中，常受到栗實象甲等害蟲危害，幼蟲在栗實內(nèi)取食子葉，并將蟲糞充滿蛀道內(nèi)。但往往在外觀

2、上難以察覺。另外，板栗果實為頑拗型種子，在貯藏過程中怕熱、怕凍、怕干、怕濕，難以有效得到貯藏保鮮，貯運期果實易混雜已喪失商品價值和食用價值的栗果。
　　傳統(tǒng)的栗果品質(zhì)檢測多采用化學(xué)分析方法，且多在實驗室內(nèi)進(jìn)行，該方法需要對果實進(jìn)行破碎后逐一檢測，費時費力、檢測效率低，往往檢測的樣本數(shù)量有限，難以保證抽樣的代表性，從而無法實現(xiàn)快速無損檢測。因此，開發(fā)一種快速、高效、無損的果品檢測技術(shù)，以滿足果品大規(guī)模品質(zhì)分析和分級處理的需要，提高果

3、品采后處理的標(biāo)準(zhǔn)化水平，是當(dāng)前果品生產(chǎn)中亟待解決的問題。
　　近年來興起的高光譜圖像技術(shù)具有多波段、高分辨率和圖譜合一的特點，能夠融合二維圖像和光譜技術(shù)分析等多方面的優(yōu)勢，同時，該技術(shù)作為一種快速、高效、無損的檢測方法，在農(nóng)產(chǎn)品、醫(yī)藥、化工的檢測等方面得到了快速發(fā)展。但由于高光譜技術(shù)本身的高維特性，降維處理方法的不同，以及光譜數(shù)據(jù)處理方法的差異等造成模型的多樣性。因此，需要我們對基于高光譜圖像技術(shù)分析的果品快速無損檢測方法進(jìn)行進(jìn)一

4、步優(yōu)化。
　　本論文采用近紅外高光譜圖像技術(shù)結(jié)合不同的化學(xué)計量學(xué)方法，建立板栗果實的快速無損檢測和品質(zhì)鑒定方法。試驗選擇一定數(shù)量的建模樣品，按比例隨機(jī)分為建模集和驗證集，應(yīng)用近紅外高光譜圖像技術(shù)掃描獲取所有供試樣品的原始光譜數(shù)據(jù)。采用多元散射校正（Multiplicative signal correction，MSC）、導(dǎo)數(shù)（Derivative）、平滑等方法對原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)所測組分含量和光譜特征選取合適的光譜波長范圍

5、;利用判別分析（discriminant analysis，DA）法，建立板栗果實近紅外高光譜的判別分析模型，用于不同板栗品種和病蟲害果實的區(qū)分和鑒定。再進(jìn)一步利用偏最小二乘（partial least square，PLS）法建立不同品種板栗果實的定量模型。
　　本論文試驗取得了如下主要結(jié)果:
　　1、以“泰栗一號”、“沂蒙短枝”和“舒城小栗”三種板栗果實為供試樣品，比較了不同光譜預(yù)處理方法對板栗果實分析指標(biāo)預(yù)測結(jié)果的影響

6、，采用PLS方法建立了不同板栗品種的混合定量模型，并對果實總糖和淀粉兩個重要品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了預(yù)測分析。結(jié)果表明，MSC+二階導(dǎo)數(shù)+SG平滑為適宜的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，預(yù)測結(jié)果較好，模型預(yù)測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.9313～0.9587，均方根誤差為0.0624～0.225，表征模型的預(yù)測結(jié)果良好。
　　2、運用DA判別分析方法，建立了“泰栗一號”、“舒城小栗”和“沂蒙短枝”板栗果實樣品的定性分析模型。結(jié)果表明，采用MSC+log10+SG平

7、滑的光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，模型的正確識別率最高，判別率達(dá)到96.7％。采用主成分分析法(PCA)能顯著區(qū)分3個供試板栗品種果實，表明本試驗建立的定性模型能夠?qū)Π謇豕麑崢悠愤M(jìn)行品種識別分析。
　　3、再選取“泰栗一號”板栗果實為供試樣品，采用DA判別方法對霉變、蟲害和正常果實建立了定性分析模型。結(jié)果表明，采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換(SNV)+log10+SG平滑的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，模型的正確識別率達(dá)到了98.6％，表明本試驗建立的定性分析模型能夠