專利名稱：一種芒果硬度快速檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芒果硬度快速檢測(cè)方法，具體地，涉及利用芒果的近紅外光譜與芒果的硬度指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型對(duì)芒果硬度進(jìn)行快速測(cè)定的方法。
背景技術(shù)：
芒果是我國(guó)的一種主要的熱帶水果，其硬度作為判斷芒果成熟度的一個(gè)重要指標(biāo)，無論對(duì)芒果的采摘期的判斷，還是對(duì)于芒果的采后保存都具有十分重要的意義?，F(xiàn)在傳統(tǒng)方法對(duì)芒果的硬度的檢測(cè)主要采用抽樣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且檢測(cè)時(shí)候需要對(duì)水果進(jìn)行去皮處理，無法做到無損檢測(cè)。因此，一種簡(jiǎn)單，快速，無損的芒果硬度的檢測(cè)方法，既能有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)芒果成熟度的樹上檢測(cè)、判別，指導(dǎo)選擇最佳的采摘期，又能在芒果的采后運(yùn)輸、儲(chǔ)藏等物流過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)芒果硬度這一代表品質(zhì)變化的重要指標(biāo)的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。近紅外光譜技術(shù)是發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術(shù)之一。所謂近紅外光，是指波長(zhǎng)在780-25^nm范圍內(nèi)，介于可見光和紅外光之間的一種電磁波。近紅外光譜主要反映含氫基團(tuán)X-H振動(dòng)的倍頻和合頻吸收信息。目前已用于石油、煙草中等有機(jī)成分的檢測(cè)。 決定芒果硬度的果膠等物質(zhì)等都含有羥基或羰基，因此，從理論上講，近紅外光譜分析技術(shù)可用于檢測(cè)芒果的硬度。同時(shí)，近紅外光譜分析技術(shù)具有快速、操作簡(jiǎn)單、無損等特點(diǎn)，是一種較為理想的快速檢測(cè)芒果硬度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于近紅外光譜分析技術(shù)的芒果硬度快速檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種芒果硬度快速檢測(cè)方法，包括以下步驟1、建模樣品集的采集采集具有代表性的芒果樣品組成建模樣品集；2、近紅外光譜的測(cè)定應(yīng)用近紅外光譜儀采集樣品的近紅外光譜；3、光譜的預(yù)處理根據(jù)光譜的特點(diǎn)，對(duì)光譜進(jìn)行背景去除、校正、去噪聲、特征數(shù)據(jù)點(diǎn)選擇等預(yù)處理；4、參考值的測(cè)定按照標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定芒果樣品的硬度作為參考值；5、模型的建立采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立近紅外光譜與芒果硬度的參考值之間的校正模型；6、模型的驗(yàn)證采集我國(guó)市場(chǎng)上主要的芒果樣品，按照步驟2和3采集并預(yù)處理其近紅外光譜，根據(jù)步驟5建立的校正模型對(duì)其硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值；同時(shí)按照步驟4 測(cè)定其硬度的參考值；比較該芒果樣品硬度的參考值和預(yù)測(cè)值，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的誤差要求，對(duì)校正模型進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化；7、待測(cè)樣品的分析按照步驟2和3采集并預(yù)處理待測(cè)芒果樣品的近紅外光譜，用經(jīng)驗(yàn)證的校正模型對(duì)其硬度作定量檢測(cè)。上述步驟1要根據(jù)模型將來的應(yīng)用范圍，在一定范圍內(nèi)采集能夠充分代表芒果的產(chǎn)地和品種特點(diǎn)的芒果樣品。上述步驟2通常是應(yīng)用近紅外光譜儀，以漫反射測(cè)量方式采集樣品在 3600-12500(^-1波長(zhǎng)范圍內(nèi)的近紅外光譜。上述步驟3對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理采用的方法包括中心化、標(biāo)準(zhǔn)變量變換、附加散射校正、正交信號(hào)校正、平滑、小波去噪、求導(dǎo)變換、遺傳算法波長(zhǎng)優(yōu)化等，具體采用哪一種或幾種預(yù)處理方法需針對(duì)具體的樣品及光譜反復(fù)比較確定。上述步驟4所述的標(biāo)準(zhǔn)分析方法一般是指國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法。上述步驟5采用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法包括但不限于多元線性回歸、偏最小二乘回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)中的一種或多種的結(jié)合。本發(fā)明提供的芒果硬度的快速檢測(cè)方法能夠快速、準(zhǔn)確、無損地檢測(cè)出芒果的硬度值，具言之，本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)1、快速簡(jiǎn)便。近紅外光譜的采集時(shí)間非常短，模型一旦建立，模型計(jì)算的時(shí)間基本可以忽略。2、無損檢測(cè)。采用近紅外光譜分析技術(shù)，僅僅需要通過光纖采集其漫反射光譜，不需要對(duì)芒果樣品進(jìn)行去皮處理等損害處理。3、本發(fā)明為在物流過程中芒果品質(zhì)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和跟蹤提供了技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中臺(tái)農(nóng)芒果樣品的近紅外光譜。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中臺(tái)農(nóng)芒果樣品的硬度的預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的散點(diǎn)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施主要包括模型建立和模型的使用及維護(hù)，軟硬件設(shè)施包括近紅外光譜儀、Y型光纖、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件、計(jì)算機(jī)等部分。下面以實(shí)施例說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例芒果硬度的CXD-OTR無損檢測(cè)樣品制備芒果樣品為采集108個(gè)‘臺(tái)農(nóng)’芒果，采集時(shí)挑選不同大小、顏色的芒果，使其硬度的含量范圍盡可能大，樣品的代表性更好。這些芒果在購(gòu)入后置于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境 ( 20°C )存放5小時(shí)，使其溫度與實(shí)驗(yàn)室溫度一致。近紅外光譜采集采用AVaSpeC-2048CCD近紅外光譜儀(Avantes公司)測(cè)量芒果樣品的漫反射光譜。光源為鹵鎢燈(AvaLight-HAL)，檢測(cè)器為2048象元線性陣列CCD檢測(cè)器，配75mm聚焦光學(xué)平臺(tái)，光譜范圍580 llOOnm，CXD積分時(shí)間為^iis，掃描次數(shù)為100。 以直徑30mm，厚度為5mm的BaSO4標(biāo)準(zhǔn)反射板作為參比。在20°C恒溫實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)定，采用Y型光纖測(cè)量芒果的漫反射光譜，Y型光纖可同時(shí)發(fā)射和接收近紅外光，光纖頭部與芒果表面接觸，光通過光纖照射到芒果上，與芒果內(nèi)部化學(xué)成分作用后，再返回被光纖接收。試驗(yàn)時(shí)，在每個(gè)芒果的腎形的果體的正反2個(gè)縱軸的中心位置各取一個(gè)點(diǎn)，標(biāo)上記號(hào)，標(biāo)記時(shí)避開明顯的表面缺陷(碰傷、傷疤)，再對(duì)標(biāo)號(hào)處進(jìn)行光譜掃描，得到216個(gè)采樣點(diǎn)的近紅外光譜。參考值的測(cè)定在光譜采集后，在對(duì)應(yīng)的位置，根據(jù)NY/T 492-2002用GY-I型硬度壓力計(jì)測(cè)量果實(shí)的硬度(N/cm2)。模型的建立對(duì)于216個(gè)芒果樣品，建立硬度的預(yù)測(cè)模型。建模時(shí)先根據(jù)外在學(xué)生化殘差-杠桿值圖去掉6個(gè)異常的樣本，然后采用K-S法劃分校正集、驗(yàn)證集。劃分后各指標(biāo)的樣本數(shù)和分布范圍見表1。校正集樣本用來建立模型，驗(yàn)證集樣本用來對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。用小波變換對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理，以去除光譜采集的噪聲對(duì)預(yù)測(cè)造成的影響，用偏最小二乘回歸法建立近紅外光譜與參考值之間的校正模型。表1.校正集和驗(yàn)證集芒果樣品硬度指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值
_樣品集樣品數(shù)量范圍(N/cm2) 平均值(N/cm2) 標(biāo)準(zhǔn)偏差(N/cm2)校正集 120 8^18 OO 驗(yàn)證集 80_9-17_rL80_L60_模型驗(yàn)證對(duì)于建立的校正模型，均采用驗(yàn)證集樣品來進(jìn)行驗(yàn)證。用模型預(yù)測(cè)樣品的硬度得到預(yù)測(cè)值，用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定硬度的參考值(即測(cè)量值)， 將預(yù)測(cè)值與測(cè)量值進(jìn)行比較，結(jié)果如表2和圖2所示，表明所建立的模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)芒果硬度這個(gè)參數(shù)指標(biāo)，其相關(guān)系數(shù)均較高(0.8；3)。以上建模結(jié)果說明近紅外光譜能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)定芒果的硬度。表2.芒果硬度的近紅外預(yù)測(cè)結(jié)果
~#1 預(yù)處理方法主成分?jǐn)?shù)相關(guān)系數(shù)預(yù)測(cè)均方根誤差(N/cm2) Parameter pre-treatment LV#_r_RMSEP__
權(quán)利要求
1.一種芒果硬度快速檢測(cè)方法，包括以下步驟(1)建模具有代表性的樣品集的采集；(2)近紅外光譜的測(cè)定；(3)對(duì)近紅外光譜的預(yù)處理；(4)按照標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定芒果樣品參考值；(5)采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立近紅外光譜與芒果硬度的參考值之間的校正模型。(6)采集我國(guó)市場(chǎng)上主要的芒果樣品，按照步驟(2)和(3)采集并預(yù)處理其近紅外光譜，根據(jù)步驟( 建立的校正模型對(duì)其硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值；同時(shí)按照步驟(4)測(cè)定其硬度的參考值；比較該芒果樣品硬度的參考值和預(yù)測(cè)值，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的誤差要求， 對(duì)校正模型進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化；(7)待測(cè)樣品的分析按照步驟( 和C3)采集并預(yù)處理待測(cè)芒果樣品的近紅外光譜， 用經(jīng)驗(yàn)證的校正模型對(duì)其硬度作定量檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)根據(jù)校正模型的應(yīng)用范圍，內(nèi)采集能夠充分代表芒果的產(chǎn)地和品種特點(diǎn)的芒果樣品。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)采集樣品在3600-12500(3!^1 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的漫反射近紅外光譜。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)采用Y型光纖測(cè)量芒果的漫反射光譜，Y型光纖頭部與芒果表面接觸，光通過光纖照射到芒果上，與芒果內(nèi)部化學(xué)成分作用后，再返回被光纖接收，測(cè)量光譜時(shí)避開明顯的表面缺陷(碰傷、傷疤)，再進(jìn)行光譜掃描。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理采用的方法選自中心化、標(biāo)準(zhǔn)變量變換、附加散射校正、正交信號(hào)校正、平滑、小波去噪、求導(dǎo)變換和遺傳算法波長(zhǎng)優(yōu)化中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中所述標(biāo)準(zhǔn)分析方法是國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(5)采用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法選自多元線性回歸、偏最小二乘回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)中的一種或多種。
全文摘要
為了解決芒果硬度檢測(cè)的分析方法操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、且檢測(cè)時(shí)對(duì)果體具有破壞性的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于近紅外光譜分析技術(shù)的芒果硬度快速檢測(cè)方法，包括以下步驟采集建模芒果樣品；測(cè)定樣品的近紅外光譜；預(yù)處理光譜；用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定樣品芒果硬度；采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立近紅外光譜與芒果硬度之間的校正模型；對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化；采集待測(cè)樣品近紅外光譜，應(yīng)用模型對(duì)其硬度作定量檢測(cè)。本發(fā)明方法檢測(cè)快速，并對(duì)果體沒有損壞，為在物流過程中芒果品質(zhì)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和跟蹤提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102252971SQ20111008483
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者馮霖, 孫麗娟, 屠振華, 溫凱 申請(qǐng)人:食品行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心