利用高光譜成像技術(shù)開展香蕉碰撞損傷檢測工作

更新時間：2025-03-10 點(diǎn)擊次數(shù)：1073

香蕉作為大宗水果，在運(yùn)輸和貯存時，通常會采摘處于綠硬期、未經(jīng)催熟且暫無法食用的青果，即青香蕉。但青香蕉在采收及運(yùn)送過程中極易遭受機(jī)械性損傷，這不僅有損產(chǎn)品外觀，還會降低消費(fèi)者的購買意愿。故而，對香蕉的碰撞損傷程度進(jìn)行檢測十分必要。本文將闡述高光譜成像技術(shù)在香蕉碰撞損傷檢測中的應(yīng)用。

香蕉與碰撞損傷問題

香蕉是中國嶺南特色水果之一。據(jù)統(tǒng)計，2020 年中國香蕉產(chǎn)量達(dá) 1151.3 萬噸。在采收和運(yùn)輸階段，香蕉多處于綠硬期（青香蕉），這一時期它們極易受到各種碰撞損傷。不同類型的碰傷都會加速香蕉果皮活性氧的積累，進(jìn)而促使香蕉果實(shí)衰老腐敗。青香蕉受到碰撞損傷后，微生物容易侵入損傷部位，在催熟過程中，隨著乙烯釋放和果實(shí)軟化，會出現(xiàn)瘀傷腐爛或黑斑花臉的情況，嚴(yán)重影響香蕉的色澤品質(zhì)與銷售價格。所以，迫切需要一種快速、無損檢測青香蕉碰撞損傷的方法。

香蕉碰撞損傷檢測方法的演變

傳統(tǒng)的青香蕉碰撞損傷檢測方法主要有人工肉眼識別和常規(guī) RGB 圖像識別。然而，人工識別主觀性強(qiáng)，常規(guī) RGB 圖像識別難以發(fā)現(xiàn)碰撞初期的損傷。鑒于傳統(tǒng)檢測方法的這些缺陷，利用高光譜技術(shù)進(jìn)行無損檢測的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。高光譜成像技術(shù)融合了傳統(tǒng)圖像和光譜技術(shù)的長處，能夠同時獲取被檢測物體的空間信息與光譜信息，通過測定物體內(nèi)外部的品質(zhì)參數(shù)，并建立這些參數(shù)與青香蕉碰撞損傷之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對碰傷程度的區(qū)分，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的不足。

高光譜成像儀與檢測技術(shù)原理

高光譜成像技術(shù)融合了光譜和圖像兩種技術(shù)，能同時獲取待檢測對象的空間及光譜信息。這意味著它不僅可以檢測出果品的相關(guān)圖像信息，還包含豐富的光譜信息。高光譜圖像技術(shù)能夠檢測水果的內(nèi)外品質(zhì)信息以及食品安全性等綜合性品質(zhì)信息，原因在于圖像檢測技術(shù)可全面反映果品的外在特征，光譜檢測技術(shù)則能檢測果品的化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)等信息。因此，高光譜圖像檢測技術(shù)是一種操作簡便、快速且無損的新型檢測技術(shù)。借助高光譜成像技術(shù)和相應(yīng)分析方法，提取特征波長，再建立相應(yīng)的預(yù)測模型，便可判斷香蕉的碰撞損傷程度。其具體步驟如下：

高光譜圖像數(shù)據(jù)采集：運(yùn)用高光譜成像儀采集數(shù)據(jù)時，需先開啟儀器預(yù)熱，隨后進(jìn)行黑白校正。儀器校正完成后，對樣本進(jìn)行高光譜數(shù)據(jù)采集。
光譜數(shù)據(jù)提取：對獲取的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行感興趣區(qū)域的光譜提取，將每個感興趣區(qū)域中所有像素點(diǎn)的平均光譜作為該區(qū)域的原始光譜。
光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理：由于原始光譜數(shù)據(jù)包含大量冗余信息和噪音，所以要對提取的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。通過預(yù)處理，可避免其他因素降低預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。
預(yù)測模型的建立：采用偏最小二乘法、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元線性回歸等方法，構(gòu)建基于光譜圖像的預(yù)測模型。接著將光譜圖像信息輸入模型，就能準(zhǔn)確檢測出香蕉的損傷程度，并判斷該樣品是否合格。