水果內部品質快速檢測模型的建模方法
2023-06-26 04:36:26
專利名稱：水果內部品質快速檢測模型的建模方法
技術領域：
本發明涉及一種水果內部品質檢測模型的建模方法，特別涉及一種基於計算機斷層掃描快速檢測水果內部品質的模型的建模方法，屬於農產品無損檢測技術領域。
背景技術：
水果的品質檢測在日常的生產生活中有很廣泛的應用。但是傳統的化學檢測方法，比如測定糖的蒽酮比色法，要對水果進行複雜的前處理，不但步驟繁瑣，費時費力，並且有一定的實驗技能的要求。因此對於農產品快速無損檢測的方法，國內外的很多學者都正在研究光學特性法由於農產品的內部成分和外部特性不同，在不同波長光線照射下會有不同的吸收、反射或散射特性，即農產品的分光反射率或吸收率在某一特定波長內會比 其他部分大，根據這一特性結合光學檢測裝置實現農產品品質的無損檢測，主要包括紫外光譜法、可見光譜法和近紅外光譜檢測分析法。該方法利用實驗室的光譜儀器，而且受限於物料對於光譜的消耗，導致有效的光譜信息提取困難，影響其檢測精度。高效液相色譜法由高效液相色譜對待測樣品進行分析，雖然此法可以得到非常高的準確度，但是由於儀器對分析樣品的要求非常高，同樣需要較為複雜繁瑣的處理。前人的研究多是採用同一種水果，但是對於不同產地的蘋果，由於其生長環境的極大差異，水果主要成分的含量也有很大的區別。CT技術是利用軟X射線穿透物體的原理，通過掃描圖像可以得出被攝物體內部確切位置的部分物質的特性信息。在醫學，無損檢測等方面得到了廣泛的應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於計算機斷層掃描的水果內部品質的快速檢測模型的建模方法。該方法可以根據水果的產地，水果的貯藏時間以及水果計算機斷層掃描的CT值準確預測出水果的內部品質，以實現水果無損檢測。本發明的水果內部品質快速檢測模型的建模方法，其步驟如下I)試驗樣品的準備挑選大小均勻，無傷疤，蟲蛀的水果作為待測水果，試驗期間將待測水果貯藏於不見光透氣的紙箱中，保持室溫，空氣溼度在509^70%之間；2) CT掃描及數據來源的確定將待測水果放入CT機進行縱向掃描，掃描結束後，選取水果最大剖面的CT圖像，作為獲取CT值的數據來源。3) CT值的獲取在最大水果剖面的CT圖像上，均勻選取6個直徑Icm的圓形區域作為試驗區域並編號，其中3個靠近果核,另外3個遠離果核,利用eFilm Workstation軟體獲取各試驗區域CT值。4)水果內部品質參數的測量在待測水果最大剖面對應的6個試驗區域，分別切取直徑1cm、厚度為2cm的圓形水果塊，按相應國家標準分別檢測各水果塊的可溶性固形物含量、酸度、PH值以及含水率；
5)周期試驗按5 7天為一個周期，共測試6 7個周期，每個周期重複上述步驟I) 4);6)水果產地參數的確定根據檢測數據分別計算同一產地水果的可溶性固形物含量、酸度、PH值以及含水率的平均值，將此平均值分別作為該水果可溶性固形物含量模型、酸度模型、PH值模型以及含水率模型中產地的參數；7)預測模型的建立將步驟3)中得到的各試驗區域CT值、步驟4)中得到的水果可溶性固形物含量、酸度、PH值以及含水率品質參數、步驟5)的周期試驗總天數以及步驟
6)中得到的水果產地參數，利用SAS數據處理軟體中的最小二乘擬合方法進行擬合，分別建立水果可溶性固形物含量、酸度、pH值以及含水率的預測模型Y=Bc^a1Xja2Xja3Xja4X1Wa5X1Xfa6X1Xja7X2Wa8X2Xja9X32,其中 X1 是水果各試驗區域的CT值，X2是水果的貯藏總天數，X3是相應模型的水果產地參數，Y是水果相應的可溶性 固形物含量、酸度、PH值以及含水率的預測值，BtTa9是由最小二乘擬合方法得到的方程各項的係數。本發明中，所說的待測水果為蘋果、梨或桃。為了全面提取水果的信息，步驟3)中所述的3個靠近果核和3個遠離果核的試驗區域通常採用沿水果剖面周向交替選取。本發明中，對水果進行CT掃描的參數設置為，掃描參數掃描方式扇形形束360度旋轉掃描，並行連續數據採集；掃描速度2. 0秒；連續X射線掃描層厚5mm ；掃描與重建並行進行方向角0-355度，5度遞增；最大掃描範圍500mm ;掃描層厚5mm ；進床速度37. 5mm /秒，窗寬460 520，窗位 180 210 ；圖象質量參數空間解析度-15.01p/cmi0%MTF ；密度解析度5.OmmiO. 3%。本發明方法有如下優點，I)操作簡便，耗時短，只需將水果經過計算機斷層掃描的CT值和貯藏的天數，就可以預測水果內部品質參數；2)把不同的產地作為預測水果內部品質的一個參數，將離散的變量通過相應品質參數的平均值將其變為連續的參數，提高預測模型的精度；3)靈敏度高，重複性好，可以實現水果無損檢測。
圖I是本發明的水果內部品質快速檢測模型的建模方法流程圖；圖2是最大水果剖面的試驗區域選取示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖並通過實施例對本發明作進一步的說明
以不同產地的蘋果酸度、可溶性固形物含量的檢測模型的建模為例，建模過程參照圖I所示流程圖。I)試驗樣品的準備本試驗中蘋果分別為山東紅富士，陝西紅富士和新疆阿克蘇糖心富士蘋果，挑選大小均勻，無傷疤，蟲蛀的蘋果作為待測水果，試驗期間將待測蘋果貯藏於不見光透氣的紙箱中，保持室溫，空氣溼度在509^70%之間；2) CT掃描及數據來源的確定將待測蘋果放入CT機，進行縱向掃描，掃描結束後，選取蘋果最大剖面的CT圖像，作為獲取CT值的數據來源。3) CT值的獲取如圖2所示，在最大蘋果剖面的CT圖像上，均勻選取6個直徑Icm的圓形區域作為試驗區域並編號，其中3個靠近果核，另外3個遠離果核，靠近果核的試驗區域和遠離果核的試驗區域交替選取,編號1，3，5的試驗區域遠離果核A,編號2，4，6的試驗區域靠近果核A,利用eFilm Workstation軟體獲取各試驗區域CT值。4)蘋果內部品質參數的測量在待測蘋果最大剖面對應的6個試驗區域，分別切取直徑1cm、厚度為2cm的圓形蘋果塊，參照國家標準《GB/T 12293-1990水果、蔬菜製品可滴定酸度的測定》檢測蘋果的酸度，參照國家標準《GB/T12295-1990水果、蔬菜製品可溶性固形物含量的測定折射儀法》檢測蘋果的可溶性固形物含量。5)周期試驗按7天為一個周期，共測試7個周期，每個周期重複上述步驟I)
4)；6)蘋果產地參數的確定計算山東紅富士蘋果可溶性固形物含量平均值為12. 41，酸度平均值為I. 27，將此平均值分別作為山東紅富士蘋果可溶性固形物含量模型、酸度模型中產地的參數；計算陝西紅富士蘋果可溶性固形物含量平均值為12. 78，酸度平均值為I. 92，將此平均值分別作為陝西紅富士蘋果可溶性固形物含量模型、酸度模型中產地的參數；計算新疆阿克蘇糖心紅富士蘋果可溶性固形物含量平均值為12. 62，酸度平均值為0. 68，將此平均值分別作為新疆阿克蘇糖心紅富士蘋果可溶性固形物含量模型、酸度模型中產地的參數；7)預測模型的建立利用SAS數據處理軟體中的最小二乘方法進行擬合，將步驟
3)中得到的CT值、步驟4)中得到的蘋果品質參數，步驟5)中獲得的蘋果貯藏天數以及步驟6)中得到的代表蘋果產地的數值，建立山東紅富士，陝西紅富士和新疆阿克蘇糖心富士蘋果酸度的統一模型，如公式(I)所示Y=O. 253192+0. 008691Xl+0. 003464x2+0. 671846x3+0. 000030405x^+0. 000053048xlX2+0. 000412x22-0. 005817Xix3-0. 020717x2x3+0. 013408x32(I)式中Xl為蘋果試驗區域的CT值，X2為蘋果貯藏的天數，X3為蘋果產地參數，Y為蘋果的酸度。建立山東紅富士，陝西紅富士和新疆阿克蘇糖心富士蘋果可溶性固形物含量含量的統一模型，如公式(2)所不Y=2609. 843001-0. 083779Xl+0. 198376x2_415. 83825xs+0. 000017804x^+0. 000191X1XjO. 000597x22+0. 005451x03-0. 019874x2x3+16. 624252x32(2)式中Xl為蘋果試驗區域的CT值，X2為蘋果貯藏的天數，X3為蘋果產地參數，Y為蘋果的可溶性固形物含量。
為了便於驗證所建模型的準確性，本例步驟7)採取隨機選取6個試驗區域中的5個試驗區域的試驗數據進行建模，用剩下的I個試驗區域的實測數據進行模型的驗證。驗證結果見表I表I誤差率驗證表
權利要求
1.水果內部品質快速檢測模型的建模方法，其步驟如下 1)試驗樣品的準備挑選大小均勻，無傷疤，蟲蛀的水果作為待測水果，試驗期間將待測水果貯藏於不見光透氣的紙箱中，保持室溫，空氣溼度在509^70%之間； 2)CT掃描及數據來源的確定將待測水果放入CT機進行縱向掃描，掃描結束後，選取水果最大剖面的CT圖像，作為獲取CT值的數據來源； 3)CT值的獲取在最大水果剖面的CT圖像上，均勻選取6個直徑Icm的圓形區域作為試驗區域並編號，其中3個靠近果核，另外3個遠離果核,利用eFilm Workstation軟體獲取各試驗區域CT值； 4)水果內部品質參數的測量在待測水果最大剖面對應的6個試驗區域，分別切取直徑1cm、厚度為2cm的圓形水果塊，按相應國家標準分別檢測各水果塊的可溶性固形物含量、酸度、PH值以及含水率； 5)周期試驗按5 7天為一個周期，共測試6 7個周期，每個周期重複上述步驟I) 4)； 6)水果產地參數的確定根據檢測數據分別計算同一產地水果的可溶性固形物含量、酸度、PH值以及含水率的平均值，將此平均值分別作為該水果可溶性固形物含量模型、酸度模型、PH值模型以及含水率模型中產地的參數； 7)預測模型的建立將步驟3)中得到的各試驗區域CT值、步驟4)中得到的水果可溶性固形物含量、酸度、pH值以及含水率品質參數、步驟5)的周期試驗總天數以及步驟6)中得到的水果產地參數，利用SAS數據處理軟體中的最小二乘擬合方法進行擬合，分別建立水果可溶性固形物含量、酸度、pH值以及含水率的預測模型A=Bc^a1Xja2Xfa3Xfa4X1Wa5X1X^a6X1Xfa7X2Wa8X2Xfa9X32,其中X1是水果各試驗區域的CT值，X2是水果的忙藏總天數，X3是相應模型的水果產地參數，Y是水果相應的可溶性固形物含量、酸度、pH值以及含水率的預測值，B0^a9是由最小二乘擬合方法得到的方程各項的係數。
2.根據權利要求I所述的水果內部品質快速檢測模型的建模方法，其特徵在於，所說的待測水果為蘋果、梨或桃。
3.根據權利要求I所述的水果內部品質快速檢測模型的建模方法，其特徵在於，對水果進行CT掃描的參數設置為， 掃描參數 掃描方式扇形形束360度旋轉掃描，並行連續數據採集； 掃描速度2.0秒； 連續X射線掃描層厚5mm; 掃描與重建並行進行方向角0-355度，5度遞增； 最大掃描範圍500mm ;掃描層厚5mm ； 進床速度37. 5mm /秒， 窗寬460 520，窗位180 210 ； 圖象質量參數 空間高解析度-8. 51p/cmi50%MTF 密度解析度5. OmmiO. 3%。
4.根據權利要求I所述的水果內部品質快速檢測模型的建模方法，其特徵在於，步驟3)中所述的3個靠近果核和3個遠離果核的試驗區域沿水果剖面周向交替選取 。
全文摘要
本發明公開了一種水果內部品質快速檢測模型的建模方法，通過測量水果貯藏期內水果的CT值，進而根據不同水果的產地，水果的貯藏時間和CT值，建立預測模型Y=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x12+a5x1x2+a6x1x3+a7x22+a8x2x3+a9x32，可用於預測水果內部品質參數，其中x1是水果區域的平均CT值，x2是水果的貯藏天數，x3是相應模型的水果產地參數，Y是相應的品質參數的預測值。採用本發明只需將水果經過計算機斷層掃描的CT值和貯藏的天數，就可以預測水果內部品質參數；預測精度高；重複性好，可以實現水果無損檢測。
文檔編號G01N23/04GK102706908SQ201210179569
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者孫騰, 張京平 申請人:浙江大學