一種無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法
【專利摘要】本發明涉及一種無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法，通過一套可見近紅外高光譜成像系統來拍攝蘋果表面的高光譜圖像，就可以同時得到蘋果的圖像信息和光譜信息，運用黑白板校正將每個波長下的光譜響應轉化為對應的反射率。采用連續投影算法SPA提取鑒別蘋果表面打蠟類型的特征波長，運用線性判別分析法LDA建立典型判別函數，結合matlab編程就可以實現未知打蠟類型蘋果的無損檢測。不僅操作簡單，不需要破壞蘋果組織，檢測快速準確，提供了鑒別蘋果表面打蠟類型的科學依據，在蘋果上市之前實行在線檢測，保證市場上銷售蘋果的質量。
【專利說明】一種無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種物質檢測方法，特別涉及一種無損檢測蘋果表面打蠟種類的方 法。
【背景技術】
[0002] 中國是水果生產大國，水果質量安全的檢測一直是中國需要重視的問題，這是提 高我國水果營養品質的關鍵。在眾多營養豐富的水果中，蘋果具有很高的營養價值，它不僅 可以調節腸胃功能，降低膽固醇，降血壓，防癌，減肥，還可以增強兒童的記憶力。然而，蘋果 打蠟現在已經非常的普遍，食用蠟是一種合法的保鮮技術，是國家允許的，但是不法商販在 蘋果表面打工業蠟，會使得吃蘋果對人體無利而有害，這會嚴重影響消費者的身體健康。
[0003] 目前，國內外關于蘋果打蠟表面類型的檢測方法，主要是采用餐巾紙去擦拭，有淡 淡的紅色就判斷蘋果表面可能打工業蠟，這種方法可信度不高，缺乏科學性。質檢部門的 工作人員則稱，食用蠟和工業蠟很難用肉眼分辨，水果食用前應用鹽水清洗，或者干脆去皮 之后再食用。但是蘋果皮對人體來說是具有很高的營養價值的，去皮吃會大大損失蘋果的 營養價值。目前已有應用高光譜成像技術對打蠟蘋果無損鑒別研究(高俊峰，章海亮，孔汶 汶等.應用高光譜成像技術對打蠟蘋果無損鑒別研究.2013，33 (7))，但是并沒有給出具 體的鑒別模型，這還無法實際應用于鑒別蘋果打蠟類型。目前市場上用于檢測蘋果表面打 蠟類型的技術還不是很多，大家只能通過自己的肉眼，手感和用餐巾紙擦拭的方式來進行 判斷，準確性不高，要核實打蠟類型必須通過質檢部門才能進行檢測，這樣嚴重威脅到消費 的身體健康，也是蘋果質量安全檢測所必須考慮的問題。因此發展一種快速無損檢測蘋果 表面打蠟類型的方法是當今市場上所迫切需求的，這將大大提高我國市場上銷售的蘋果質 量。
【發明內容】
[0004] 本發明是針對打工業蠟的蘋果有害人體健康的問題，提出了一種無損檢測蘋果表 面打蠟種類的方法，不僅操作簡單，不需要破壞蘋果組織，檢測快速準確，提供了鑒別蘋果 表面打蠟類型的科學依據，在蘋果上市之前實行在線檢測，讓一些不法商販打工業蠟的蘋 果無法上市，可以保證市場上銷售蘋果的質量。
[0005] 本發明的技術方案為：一種無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法，具體包括如下步 驟： 1) 選取體積大小接近的蘋果作為測試樣品； 2) 將選取的所有蘋果樣品用水溫為40-50攝氏度的鹽水清洗干凈后，將蘋果分成等個 數兩組，在室溫下，人工在兩組測試樣品蘋果上分別打上工業蠟和食用蠟； 3) 將兩組測試樣品做好標記靜置在干凈的工作臺上48小時，確保蘋果表面的蠟已干， 而且人眼無法區分； 4) 將測試樣品放入高光譜圖像拍攝系統，在拍攝的過程中結合黑白板校正得到測試樣 品整個曲面清晰的高光譜圖像； 5) 將高光譜圖像結合HSI Analyzer圖像分析軟件得到每個被測蘋果樣品 375. 976-1026. 5nm范圍內的相對反射率數據，依次編號保存于計算機中； 6) 運用matlab處理兩組測試樣品的平均光譜反射率值，結合Origin Pro8繪制兩組測 試樣品的平均光譜-反射率曲線圖； 7) 運用連續投影算法SPA提取鑒別蘋果表面打蠟類型的特征波長，得到7個特 征波長依次為：543. 255nm，679. 345nm，713. 08nm，909. 896nm，975. 722nm，1013. 845nm， 1023. 975nm ;運用線性判別分析法建立典型判別函數為： Type = -0. 252135682463851*X1 + 0.148490236828785*X2 + I.40317402369708*X3 -2. 47596373356493*X4 + 1. 97 17838692684*X5 + 0. 488728076982528*X6 -0.917816360371274*X7 - 9.48999245993855, 其中XI，X2, X3, X4, X5, X6, X7為7個特征波長下對應的光譜反射率； 8) 將需要預測樣品依次進行步驟4)和5)得到預測樣品反射率數據，再提取步驟7)提 取的特征波長下的反射率，運用步驟7)建立的典型判別函數進行打蠟類型的檢測，當典型 判別函數的值小于〇時，打蠟類型為工業蠟，大于〇時，打蠟類型為食用蠟。
[0006] 本發明的有益效果在于：本發明無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法，采用SPA可 以提取鑒別蘋果表面打蠟類型的特征波長，大大減少分析的自變量，卻不降低鑒別的正確 率；整個檢測的過程操作簡單且不需要損壞蘋果組織，可快速實現大批量蘋果樣品的檢測， 從而廣泛應用于各個蘋果產地蘋果上市的合格檢測，通過建立不同的典型判別函數可以擴 展到各種水果表面打蠟類型的無損檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法實施例系統結構示意圖； 圖2為本發明陜西紅富士蘋果不同打蠟類型蘋果表面各點光譜反射率信息的平均光 譜-反射率曲線圖； 圖3為本發明蘋果測試樣品打蠟類型的典型判別函數建模結果圖。
[0008] 圖4為本發明蘋果預測樣品打蠟類型的典型判別函數預測結果圖。
【具體實施方式】
[0009] 一種無損檢測蘋果表面打蠟類型的方法，實施例：用水溫為40-50攝氏度的鹽水 清洗從超市購買的陜西紅富士蘋果，確保表面原有的蠟清洗干凈。在室溫下，人工為等量的 陜西紅富士蘋果分別打上工業蠟和食用蠟。靜置48小時后，分別拍攝高光譜圖像。采用連 續投影算法（SPA)提取鑒別蘋果表面打蠟類型的特征波長，運用線性判別分析法（LDA)建 立典型判別函數。在以后的測量中，只需要得到檢測樣品特征波長下的反射率，結合典型判 別函數就可以實現未知打蠟類型蘋果的無損檢測。
[0010] 如圖1所示無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法實施例的系統結構示意圖：光源1 為功率可調的鹵素燈，通過玻璃光纖2將一束光分成兩束光，再經由兩個矩形聚光透鏡3將 光線會聚到放在水平位移平臺7上蘋果樣品，反射的光線由蘋果樣品上方的變焦聚光透鏡 4接收，再由光譜儀5進行分光，之后運用面陣(XD6來采集375. 976-1026. 5nm范圍內的光 譜響應，蘋果放置在位移平臺7上，通過軟件控制水平位移平臺7的移動從而得到蘋果樣品 的高光譜圖像。支架8起到的關鍵作用是控制整個系統各個部件的相對位置。
[0011] 具體步驟如下： 1、 從當地超市購買128個直徑約為IOOmm的陜西紅富士蘋果； 2、 將所有蘋果樣品用水溫為40-50攝氏度的鹽水清洗干凈后，在室溫下，人工為等量 的陜西紅富士蘋果分別打上工業蠟和食用蠟； 3、 將等量的食用蠟和工業蠟蘋果做好標記靜置在干凈的工作臺上48小時，確保蘋果 表面的蠟已干，而且人眼無法區分； 4、 將樣品放在水平位移平臺7上，調節蘋果樣品的高度和光源1的強度以及矩形聚光 透鏡3照射在樣品上的角度，調節透鏡的焦距，保證拍攝到樣品整個曲面的清晰像，通過調 節相機的曝光時間使相機的拍攝效果最佳。調好后移開測試樣品，在與其同一平面位置，僅 調節曝光時間完成絕對黑白板校正，再將測試樣品放回高光譜拍攝系統，調到之前的曝光 時間，在完成樣品黑板校正之后，再進行測試樣品高光譜圖像的采集，最后可以拍攝到測試 樣品整個曲面清晰的高光譜圖像； 5、 拍攝得到的高光譜圖像包含四個光譜響應的數據，即絕對白板強度Rw，絕對黑板強 度Rd，樣品黑板強度Rsd和樣品強度Rs，導入HSI Analyzer圖像分析軟件，運用公式：
【權利要求】
1. 一種無損檢測蘋果表面打蠟種類的方法，其特征在于，具體包括如下步驟： 1) 選取體積大小接近的蘋果作為測試樣品； 2) 將選取的所有蘋果樣品用水溫為40-50攝氏度的鹽水清洗干凈后，將蘋果分成等個 數兩組，在室溫下，人工在兩組測試樣品蘋果上分別打上工業蠟和食用蠟； 3) 將兩組測試樣品做好標記靜置在干凈的工作臺上48小時，確保蘋果表面的蠟已干， 而且人眼無法區分； 4) 將測試樣品放入高光譜圖像拍攝系統，在拍攝的過程中結合黑白板校正得到測試樣 品整個曲面清晰的高光譜圖像； 5) 將高光譜圖像結合HSI Analyzer圖像分析軟件得到每個被測蘋果樣品 375. 976-1026. 5nm范圍內的相對反射率數據，依次編號保存于計算機中； 6) 運用matlab處理兩組測試樣品的平均光譜反射率值，結合Origin Pro8繪制兩組測 試樣品的平均光譜-反射率曲線圖； 7) 運用連續投影算法SPA提取鑒別蘋果表面打蠟類型的特征波長，得到7個特 征波長依次為：543. 255nm，679. 345nm，713. 08nm，909. 896nm，975. 722nm，1013. 845nm， 1023. 975nm ;運用線性判別分析法建立典型判別函數為： Type = -0. 252135682463851*X1 + 0.148490236828785*X2 + 1.40317402369708*X3 -2. 47596373356493*X4 + 1. 9717838692684*X5 + 0. 488728076982528*X6 -0.917816360371274*X7 - 9.48999245993855, 其中XI，X2, X3, X4, X5, X6, X7為7個特征波長下對應的光譜反射率； 8) 將需要預測樣品依次進行步驟4)和5)得到預測樣品反射率數據，再提取步驟7)提 取的特征波長下的反射率，運用步驟7)建立的典型判別函數進行打蠟類型的檢測，當典型 判別函數的值小于〇時，打蠟類型為工業蠟，大于〇時，打蠟類型為食用蠟。
【文檔編號】G01N21/31GK104406928SQ201410714312
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】李柏承, 周瑤, 侯寶路, 趙曼彤, 徐邦聯, 王 琦, 張大偉, 黃元申 申請人:上海理工大學