沙果既可以鮮食，還可以加工制作果脯、飲料等產(chǎn)品，是一種頗受消費(fèi)者青睞的果品。在進(jìn)行沙果產(chǎn)品分級(jí)以及后期的儲(chǔ)藏和保鮮過(guò)程中，其成熟度是一種重要的指標(biāo)。本文介紹了高光譜成像儀在沙果成熟度檢測(cè)中的應(yīng)用。
沙果成熟度檢測(cè)的必要性：
沙果，正名花紅，薔薇科蘋果屬，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含鐵、鋅、硒等多種人體需要的微量元素以及維生素，藥用價(jià)值高，對(duì)高血壓，咳嗽氣喘，冠心病具有較好的治療效果。此外，沙果還具有價(jià)格便宜，貯藏期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。沙果既可以鮮食，還可以加工制作果脯、飲料等產(chǎn)品，是一種頗受消費(fèi)者青睞的果品。
沙果一般成熟在7-8月份，確定其合適的采收期不僅能保持最佳的口感，而且能夠保留其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在進(jìn)行沙果產(chǎn)品分級(jí)以及后期的儲(chǔ)藏和保鮮過(guò)程中，其成熟度是一種重要的指標(biāo)。同時(shí)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，不同成熟度的水果混雜交織，大大增加了沙果在運(yùn)輸，存儲(chǔ)的損壞率，進(jìn)而影響水果整體品質(zhì)，降低了可被消費(fèi)者接受的能力。因此，對(duì)沙果成熟度的確定具有非常重要的意義，采收果實(shí)進(jìn)行的太早，由于生長(zhǎng)期限和陽(yáng)光不足，果實(shí)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)還沒(méi)有充分積累，色澤和外觀品質(zhì)不足；過(guò)晚對(duì)果實(shí)進(jìn)行采摘，由于果實(shí)成熟充分，果肉硬度不夠，品質(zhì)開始下降，儲(chǔ)存的能力不夠。根據(jù)國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB10651-2008，將沙果的成熟度分為4個(gè)等級(jí)，分別為未成熟、可采成熟度、食用成熟度、生理成熟度。在未成熟階段，果實(shí)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)還沒(méi)有積累充分，果實(shí)一般伴有青澀的味道，在顏色和大小上還沒(méi)有達(dá)到沙果果實(shí)采摘的要求；當(dāng)沙果成長(zhǎng)到可采成熟度階段，沙果果實(shí)內(nèi)部各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累已經(jīng)基本充足，果實(shí)充分飽滿，沙果品質(zhì)開始呈現(xiàn)其本身特有的風(fēng)味。此時(shí)，沙果的著色約占果實(shí)的30%-50%；食用成熟度是沙果的最佳食用階段，果實(shí)著色率達(dá)到80%，色、香、味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等水果指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)；生理成熟度是沙果果實(shí)生長(zhǎng)的最后階段，果實(shí)品質(zhì)已經(jīng)開始下降，果實(shí)內(nèi)部分各種化學(xué)物質(zhì)開始水解，果肉硬度下降明顯，口感味道也變得不足。
傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采摘，主要依靠農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)和視力識(shí)別完成，很容易受到光線和環(huán)境等客觀因素以及個(gè)人主觀因素的影響。同時(shí)也無(wú)法滿足準(zhǔn)確性和高效性，為了實(shí)現(xiàn)沙果果實(shí)成熟度的快速無(wú)損識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采摘和分類的機(jī)械化，就可以采用高光譜成像技術(shù)，從光譜維度和圖像維度進(jìn)行沙果品質(zhì)分析，檢測(cè)其成熟度。
高光譜成像儀在沙果成熟度檢測(cè)中的應(yīng)用：
高光譜成像技術(shù)基于化學(xué)物質(zhì)和光的相互之間的關(guān)系，融合了光譜技術(shù)和圖像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)于一體，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)對(duì)象的外部特征表征，而且對(duì)內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行有效顯示。圖像部分可以獲得被測(cè)樣本的圖像信息，以高空分辨率采集其空間特征；光譜部分把樣本的輻射分離成不同的波長(zhǎng)的輻射譜，達(dá)到圖譜合一，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的快速檢測(cè)。具體步驟如下：
1.樣品準(zhǔn)確
挑選多個(gè)沙果樣品，所有沙果表面光滑平整，用水洗凈表面后進(jìn)行標(biāo)記。
2.光譜數(shù)據(jù)采集
將沙果樣本放置在電動(dòng)平移臺(tái)上，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)測(cè)試樣本逐一掃描。
3.圖像校正
由于被測(cè)沙果樣品表面光照強(qiáng)度分布不均和相機(jī)本身存在的暗電流，高光譜成像系統(tǒng)采集到的圖像有很大的噪聲，使用高光譜圖像前需要進(jìn)行黑白校正。
4.數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)的處理主要包括以下幾個(gè)部分：
（1）光譜數(shù)據(jù)提取
在沙果樣品圖像對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)域上提取光譜，求出每個(gè)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。
（2）光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理
采集的原始光譜中有許多噪聲干擾和冗余信息，對(duì)建立模型的精度有很大的影響，選擇合適的預(yù)處理方法可以
降低數(shù)據(jù)中的噪聲干擾，提高模型預(yù)測(cè)精度。
（3）特征波長(zhǎng)提取
特征波長(zhǎng)中有重要的光譜識(shí)別信息，從經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的全光譜波段中選取特征波長(zhǎng)，可以降低數(shù)據(jù)維度，減少數(shù)據(jù)運(yùn)算量，提高模型建立速度和預(yù)測(cè)精度。
（4）建模預(yù)測(cè)模型
將提取的特征波長(zhǎng)建立預(yù)測(cè)模型對(duì)沙果的成熟度進(jìn)行預(yù)測(cè)，建立相關(guān)的預(yù)測(cè)模型。
5.結(jié)果分析
通過(guò)高光譜成像儀采集的沙果樣本的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，然后就可以對(duì)沙果的成熟度進(jìn)行分析。
高光譜成像技術(shù)是一種集圖像和光譜于一體的技術(shù)，圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)都包含特定位置的光譜信息，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)物各組分分布情況的可視化。通過(guò)高光譜成像技術(shù)獲取沙果的高光譜數(shù)據(jù)并結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法獲取沙果的成熟度參數(shù)作為參照，使用分類算法完成對(duì)沙果成熟度進(jìn)行判別，建立成熟度分類預(yù)測(cè)模型，就可以為沙果最佳采摘期的判斷提供科學(xué)依據(jù)。
