高光谱成像仪在水果内外品质快速无损检测中的应用

随着人们生活水平的提高，人们对水果品质与安全标准的要求也越来越高。传统水果品质的检测方法对样本破坏性强，且检测速度慢。因此，为了提升水果内外品质检测的准确性与速度，就可以使用高光谱成像仪。本文介绍了高光谱成像仪在水果内外品质快速无损检测中的应用。

水果内外品质检测的重要性：

我国是世界水果生产大国，根据《中国统计年鉴》2006年我国水果总产量已经达到17239.9 万吨（包括瓜果类），水果产量世界第一，但我国不是水果生产强国，水果出口量只占总产量的2%左右，远远低于9%～10%的世界平均水平。造成水果出口难的主要原因之一就是未能严格按照出口标准对水果品质进行分级。

随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，以及我国加入世界贸易组织，国际水果市场竞争日益加剧，消费者对水果品质的要求越来越高。消费者在挑选水果时从以往仅仅关心水果的外部品质，逐步转向更加注重水果的内部品质。

国内外许多学者利用水果的电学特性、声学特性、光学特性、声波振动特性、太赫兹、核磁共振、X射线、电子鼻、机器视觉等技术对水果品质进行无损检测。水果品质无损检测是在不破坏被检测水果的情况下，应用一定的检测技术和分析方法对其外部品质和内部品质加以测定，并按一定的标准对其做出评价的过程。水果内部品质（成熟度、坚实度、可溶性固形物、水分等）用传统的检测方法进行测量费时、费力，且内部组织成分的测定需依靠破坏性检测方法，受人工影响较大，这严重影响了对水果进行快速、无损、准确的评价。

因此，为了快速、无损、准确的对水果的内外品质进行检测，推动水果行业的健康、持续发展，就可以使用高光谱成像技术。高光谱成像技术把二维成像和光谱技术融为一体，具有多波段、高分辨率和图谱合一的优点特点。高光谱数据包含光谱和图像信息，同时表征被测对象的外部特征和内部信息，实现果蔬品质的快速无损检测。

高光谱成像仪在水果内外品质快速无损检测中的应用：

目前水果的品质与安全主要是通过传统的化学方法进行检测的，化学方法是一种费时费力的破坏性检测技术。随着成像和光谱技术的快速发展，高光谱成像仪已经广泛应用于水果品质与安全的快速无损检测中。高光谱成像仪融合了传统的成像技术和光谱技术的优点，获取的高光谱图像具有“图谱合一”的特点，即同时含有图像信息和光谱信息。图像信息可以用来检测水果的外部品质，而光谱信息则可以用来检测它们的内部品质和安全性。

水果的内部品质是衡量水果营养价值的主要依据。一般来讲，内部品质主要通过检测水果的酸甜度、成熟度、淀粉含量、可溶性固形物含量以及水分含量等指标进行评估。传统的检测方法方法主要通过物理化学等具有破坏性的检测手段进行测量，且检验结果只能代表同批次农产品的质量情况。高光谱成像技术实现了水果的化学成像，使得水果内部品质的快速无损检测成为可能。

通过高光谱成像仪对水果样本进行测量，从从模型样本中提取到包括二维的图像像素信息和第三维的波长信息的“三维”图像块。然后，建立多元分析模型，将提取的光谱数据与样本属性的测量值进行关联，建立定量关系模型，从而就可以对水果样本进行品质检测与分级，并对水果品质做出有效评价。

外部品质是水果最重要的品质，水果的外部品质主要表现在其尺寸、纹理、颜色、形状和表面损伤等方面，是消费者评价水果好坏的最直接依据。目前利用传统的机器视觉技术，已经能够对上述水果的大部分性质进行检测，但是对于大部分特征不明显的缺陷，例如轻微损伤、冻伤等，缺陷区域的外部信息和正常区域处的相似度较高，传统的机器视觉技术很难识别。高光谱成像技术由于其的特殊性和优越性，近年来被越来越多的应用于农产品表面缺陷的检测中。

高光谱成像仪结合了光谱技术和图像处理技术的双重优势，既有光谱技术的优点：快速、高效、测量简单方便、非破坏性分析、多组分同时测定、样品不需预处理或预处理简单、可实现实时分析，又融合了图像技术的优点：可视化、直观形象、再现性好、处理精度高、适用面宽、灵活性高。光谱技术和图像处理技术的融合与交叉，使得光谱信息和图像信息取得双赢效果，都发挥出远大于自身的功用。例如，可以先通过光谱分析方法选择具有代表性的特征波长，再提取特征波长图像的纹理等图像信息进行更深入的分析；可以应用光谱分析方法定量测定样本图像每个像素点的化学成分含量和品质参数，再在图像上进行空间维的显示。

高光谱成像仪作为一种绿色环保的检测技术，具有准确、无损、绿色与环保等特点，在水果品质检测的研究中所建立的模型预测效果良好，在未来水果的品质无损检测方向具有良好的应用前景。