桃果实冷害的高光谱图像特性及检测机理研究

冷害是造成冷敏果实采后损失和品质下降的重要原因，因此，如何快速无损并及时对冷害发生初期果实和果实冷害程度进行检测显得十分重要和关键。本课题以桃果实为研究对象，侧重于高光谱图像技术对桃果实冷害发生初期判断和桃果实冷害程度检测的机理研究。拟通过研究正常桃果实及冷害桃果实的高光谱图像信息的差异及变化规律，确定对桃果实冷害响应灵敏的系列特征波长、光谱和图像参数，探明高光谱图像特征参数与桃果实冷害表征参数的可释性关系，明确高光谱图像技术检测桃果实冷害的机理，建立桃果实冷害的定性和定量预测模型，为高光谱图像无损快速检测桃果实冷害的技术和设备开发奠定理论基础，为其他水果及农产品内部品质的无损检测提供借鉴。

冷害是造成桃果实采后损失和品质下降的重要原因，因此，对冷害发生的果实以及不同冷害等级的快速检测对于保障桃品质具有重要的意义。本项目以“霞晖5号”桃果实为试材，构建了反射和半透射两种高光谱采集单元，并通过反复实验，确定了包括光照强度、传送带运行速度、光源高度和角度等的各系统检测参数。通过感官评定，褐变指数、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、出汁率、果皮叶绿素含量等理化指标的测定研究“霞晖5号”桃果实在低温贮存期的冷害特性变化，将低温贮存期桃果实的冷害状况分为0-3级，依次为：食用品质优良，无明显褐变发生、果型饱满有光泽的果实冷害等级为0级；食用品质尚佳，已产生可见褐变，能够正常后熟软化的果实冷害等级为1级；可食用，褐变已明显发生，丧失其后熟能力，外观可接受的果实冷害等级为2级；失去食用价值，褐变严重，外表皱缩的果实其冷害等级为3级。通过高光谱图像检测获取桃果实不同低温贮存期的反射及半透射光谱值，进而对高光谱图像进行独立主成分分析和权重系数分析，优选出桃果实冷害后的特征波长，反射时为656 nm、674 nm、703 nm，半透射时为640 nm、745 nm、811 nm，其中，冷害后果实的半透射高光谱独立主成分图像中具有显示果实内部冷害的黑色斑点部位。将不同照射方式下优选出的特征波长处的桃果实反射或半透射光谱值作为Fisher判别模型的特征变量集，构建区分桃果实不同冷害等级的预测模型并验证，模型验证结果显示，半透射照射方式下的模型具有较高的判别准确率，验证组正确率为91.0%；利用反射照射方式下的特征变量集能够对初始发生冷害的桃果实实现模型验证组正确率为83.0%的判别，实现桃果实早期冷害的正确判别。而利用反射高光谱采集系统检测“秦光2”油桃，应用独立主成分分析方法（ICA）降维后优选出特征波长为冷害果为672 nm，未冷害果为656 nm、678 nm 和700 nm。通过提取以上4个波长下的反射光谱平均值作为Fisher判别方法建模的特征集，对油桃早期冷害判别正确率为98.9%。本项目的研究成果为高光谱图像技术实现桃果实冷害检测的设备开发和实际应用奠定理论基础，也为其他水果及农产品内部品质的无损检测提供有益借鉴。