一種果實體積的快速測定方法
2023-08-13 10:19:31
一種果實體積的快速測定方法
【專利摘要】本發明公開了一種果實體積的快速測定方法。該方法採用雷射對旋轉的離體果實垂直掃描，再經計算得到果實的體積。該體積測定方法是依據數學積分原理，首先通過掃描將果實外輪廓轉化為掃描層切片，然後計算每個掃描層的體積，將每層體積加和得到果實的總體積。該方法可根據精確度的要求，設定雷射垂直移動的速度，與排水法等體積測定相比，操作簡單、反覆性好，短時間內完成果實體積的測定。另外，按照該方法計算所得體積結果，有效避免了因人為操作誤差、果實不規則外形等因素對結果的影響，同時反映真實的結果。
【專利說明】一種果實體積的快速測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種果實體積的快速測定方法。
【背景技術】 [0002]果實體積是果樹學研究中常用的生長指標，用於考察果實的生長動態、果實比重、呼吸速率和乙烯釋放量等。
[0003]離體條件下，果實體積常用排水法、果實表面積法、圓球體積法、置換法等方法測定。排水法、果實表面積法雖準確度高，但操作煩瑣、測定速度慢，不能滿足果實體積的快速測定。而在非離體條件下，主要採用圓球體積法測定果實體積，即圓球體積公式為:
[0004]V = -^-R1
4
[0005]其中，R為果實縱徑和橫徑的平均值求得的半徑；
[0006]有研究依據高等數學多重定積分理論推導出一些基於測定果實縱、橫徑而估算果實體積的公式，或者編寫計算體積的電腦程式，但由於果實形狀並非精確球狀，導致精確度較低。置換法是將例如油菜籽等放入一個標準的容器內進行測量的技術，需要反覆校正，同時油菜籽洩露、靜電、受潮等潛在因素都會影響體積測定的精度。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種果實體積的快速測定方法。
[0008]本發明提供的測定果實體積的方法，包括如下步驟:
[0009]I)將待測果實固定在可旋轉的水平底座上，在保持所述待測果實水平勻速旋轉的同時，設定雷射的步長，使雷射由果實頂端垂直移動，水平掃描，對果實的每一個水平切面進行掃描，得到果實橫切面的數據點；
[0010]2)對步驟I)所得同一水平切面的數據點進行處理，得到果實橫切面的數據圖；
[0011]3)根據步驟2)所得果實橫切面的數據圖，計算得到每個橫切面的面積，將所得每個掃描層的表面積乘以所述雷射的步長，得到每個掃描層的體積，加和所有掃描層的體積得到所述待測果實的體積。
[0012]上述方法的步驟I)中，所述步長是雷射每自上而下移動一次的垂直距離。步長越小則測試越精密，掃描時間越長；
[0013]掃描步驟中，待測水果果實的水平旋轉速度為0.5rps ；
[0014]雷射的垂直移動速度為0.5mm/s~20mm/s,具體為2mm/s。
[0015]所得數據點的數目可根據待測果實的形狀進行調整，如果實為蘋果、梨或桃，可為400個數據點。
[0016]另外，在步驟I)中，還可根據需要進行如下預處理:
[0017]將待測水果果實清洗、去梗，並將其固定於底座的刺針上，保證果實在旋轉過程中的穩定性，防止果實在測定過程中位置發生偏移。[0018]上述方法中，所述果實為水果或蔬菜果實；具體的，所述水果為蘋果、梨或桃。
[0019]本發明採用雷射對旋轉的離體果實垂直掃描，再進行積分計算得到果實的體積。該體積測定方法是依據數學積分原理，首先通過掃描將果實外輪廓轉化為掃描層，然後計算每個掃描層的體積，將每層體積加和得到果實的總體積。
[0020]該方法可以根據精確度的要求，設定雷射垂直移動的速度，與排水法等體積測定相比，操作簡單、反覆性好，短時間內完成果實體積的測定。另外，按照該方法計算所得體積結果，有效避免了因人為操作誤差、果實不規則外形等因素對結果的影響，同時反映真實的結果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1測定蘋果果實體積步驟2)中蘋果橫切面的掃描二維圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。
[0023]實施例1、蘋果果實體積的測定
[0024]取市售紅富士品種蘋果果實作為原料，按照如下方法測定其體積:
[0025]I)將蘋果洗淨、去梗後，沿蘋果橫徑方向，將其固定於可旋轉的水平底座的固定支撐針上，並將頂部探針插入果實中；
[0026]2)保持水平底座以0.5rps的速度勻速旋轉，設定雷射從果實頂端自上而下掃描的步長為2_後，開啟雷射掃描系統，使其由蘋果最高處開始，沿豎直方向以2mm/s的速度移動，水平掃描，同時底座對蘋果的輪廓進行有間隔的垂直測試，對果實的每一個水平切面進行掃描，得到400個數據點。
[0027]3)將同一水平切面的400個數據點進行連接，得到一個虛擬切面，同時生成可視的二維圖形，即果實橫切面的數據圖，如圖1所示，每一圈代表一個橫切面，以蘋果中心層為例，所得 400 個數據點為:35.6mm、36.1mm、37.2mm、35.4mm、38.2mm......；
[0028]4)根據步驟3)所得蘋果橫切面的數據圖，可計算得出每個橫切面的表面積；利用計算機軟體數學積分的方法，由每個掃描層的表面積乘以步長即可得到每個掃描層的體積，加和所有掃描層的體積就得到待測蘋果的體積為234.72cm3 ；
[0029]利用排水法測得該待測蘋果果實的體積為231.2cm3 ；
[0030]按照與上相同的方法，選取另外兩個蘋果果實進行測定，測定結果如下:利用該實施例方法測得蘋果果實的體積依次為301.54cm3,286.1Ocm3 ；
[0031]而利用排水法測得的體積依次為296.3cm3、280.8cm3。
[0032]可見，本發明提供的測定果實體積的方法能夠快速精確完成測定，且測定數據可靠，與傳統的排水法測定體積相比，具有較高的準確性和易操作性。
[0033]實施例2、梨果實體積的測定
[0034]取市售新鮮梨果實作為原料，按照如下方法測定其體積:
[0035]I)將梨洗淨、去梗後，沿梨橫徑方向，將其固定於可旋轉的水平底座的探針上；
[0036]2)保持水平底座以0.5rps的速度勻速旋轉，設定雷射從果實頂端自上而下掃描的步長為2mm後，開啟雷射掃描系統，使其由蘋果最高處開始，沿豎直方向以2mm/s的速度移動，同時底座對梨的輪廓進行有間隔的垂直測試，每個橫切面包含400個數據點(以梨的中心層為例，31.2mm、32.5mm、32.3mm、33.lmm、32.2mm......);
[0037]3)利用計算機軟體數學積分的方法，將步驟2)所得梨每個橫切面掃描所得數據點連接起來，得到橫切面的數據圖；
[0038]4)根據步驟3)所得梨橫切面的數據圖，對400個數據點累加，計算得到每個掃描層的表面積；由所得表面積乘以步長得到每個掃描層的體積，加和所有掃描層的體積得到待測蘋果果實的體積為120.14cm3 ；
[0039]利用排水法測得該待測蘋果果實的體積為118.5cm3 ；
[0040]按照與上相同的方法，選取另外兩個蘋果果實進行測定，測定結果如下:利用該實施例方法測得蘋果果實的體積依次為137.22cm3、110.98cm3 ；
[0041]而利用排水法測得的體積依次為134.6cm3、107.4cm3。
[0042]可見，本發明提供的測定果實體積的方法能夠快速精確完成測定，且測定數據可靠，與傳統的排水法測定體積相比，具有較高的準確性和易操作性。
【權利要求】
1.一種測定果實體積的方法，包括如下步驟: 1)將待測果實固定在可旋轉的水平底座上，在保持所述待測果實水平勻速旋轉的同時，設定雷射的步長，使雷射由果實頂端垂直移動，水平掃描，對果實的每一個水平切面進行掃描，得到果實橫切面的數據點； 2)對步驟I)所得同一水平切面的數據點進行處理，得到果實橫切面的數據圖； 3)根據步驟2)所得果實橫切面的數據圖，計算得到每個橫切面的面積，將所得每個掃描層的表面積乘以所述雷射的步長，得到每個掃描層的體積，加和所有掃描層的體積得到所述待測果實的體積。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述步驟I)掃描步驟中，待測水果果實的水平旋轉速度為0.5rps ； 雷射的垂直移動速度為0.5mm/s?20mm/s。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於:所述果實為水果或蔬菜果實。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於:所述水果為蘋果、梨或桃。
【文檔編號】G01B11/00GK103486967SQ201310392219
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月2日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】畢金峰, 劉璇, 白沙沙, 陳芹芹, 吳昕燁, 王強, 王沛 申請人:中國農業科學院農產品加工研究所