光谱导航技术在果树果实定位中的应用

将光谱技术与导航技术有机结合是光谱分析技术的一个新颖且重要的应用方向。果实表面的反射光谱特征是果实物质的一种固有特征,果实与树叶、树枝的反射光谱在多个波段都有明显差异,根据果实表面反射光谱的不同, 进行导航定位是一项具有实用意义的研究课题。文章提出了一种光谱导航技术,将果实、树叶、树枝的反射光谱作为一个重要的导航参数,利用其差异进行导航。研究结果表明,果树叶光谱在可见-红外区具有明显的“平坦效应”; 果树枝光谱则是在很宽的波长范围内具有平稳的上升趋势; 而果实的反射率具有波动性变化。在850 nm处果实和叶子之间的反射率有较大差别,在这个波段附近设计阈值,则很容易识别果实与树叶。所提出的方法不仅可以快速区分果实、树叶和树枝,还可以有效消除外界环境的干扰。与传统的计算机视觉导航方法相比,光谱导航技术在果树果实定位方面具有一定的特色。     

基于激光光致发光光谱的果实成熟度测试方法研究

介绍了一种探测果实成熟度的新方法。采用红光半导体激光器(655 nm)对果实样品进行照射,所得激光光致发光光谱在685 nm附近产生明显峰值。通过传统的糖度含量检测法测定样品的糖度含量,得到果实的激光光致发光光谱峰值强度随糖度含量增加而降低。利用最小二乘法原理对光致发光强度与糖度含量值进行比较分析,建立了两者的拟合曲线。以红心李和桃子为例, 两者之间的相关系数分别为98.92%与97.31%。设计针对该激光光致发光光谱检测系统的分析软件,实现了生成标准成熟光谱及检测未知成熟度的果实光致发光光谱两部分功能,通过比较可以自动得出果实成熟度等级的判定。结果证明,激光光致发光光谱的成熟度检测方法具有非破坏性、设备小型化、低能耗的优点,在果实成熟度的实时快速检测方面具有应用价值。     

微波消解ICP-AES测定黄瓜果实膨大生长过程中的矿质元素

采用微波消解电感耦合等离子体-原子发射光谱法对黄瓜果实膨大生长过程中的矿质元素B、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Zn含量进行了测定,分析结果的相对标准偏差为0.22%—6.02%。该方法简单、快速、可靠、灵敏度高,且多元素可以同时测定,能满足实际样品分析需要。实验表明,在黄瓜果实膨大生长过程中,矿质元素的含量发生了显著变化,但整体上都呈下降趋势。在整个果实膨大过程中,Ca、K、Mg含量最高,Cu、Mn含量最低。该研究结果为今后深入研究矿质元素与果实膨大生长的相关性提供了理论依据。     

超微弱发光用于番茄果实冷害发生程度的无损监测

超微弱发光测定法可快速、灵敏地反映生物体在逆境下的生理状态,已开始得到广泛应用,但有关其在采后园艺产品冷害发生监测中的应用尚未见报道.文章通过分析番茄果实在不同冷害状态下的超微弱发光规律,及其与冷害程度问的关系,探讨超微弱发光测定法在监测采后番茄果实冷害中应用的可能性.结果表明,果实超微弱发光强度随冷害程度的提高而上升,且在表现冷害症状前,冷害果实的超微弱发光值已显著高于正常果实(P<0.01).不同冷害程度下果实的冷害发病率、冷害指数分别与超微弱发光值的相关系数达到0.901 6和0.957 7(P<0.01),证明超微弱发光可以准确反映番茄果实冷害程度.     

金光杏梅果实发育过程中微量元素含量的光谱测定

利用WFX-110型原子吸收分光光度计对杏梅果实不同生长发育时期Ca,Fe,Zn,Mn和Cu五种微量元素含量进行了测定分析。结果表明:在各元素工作曲线范围内,线性关系良好,回收率在98%~105%之间,结果较为满意。这五种微量元素的总量随果实的生长逐渐增加,而浓度与果实和果核的生长发育有关,这为指导合理施肥提供了有用数据。成熟杏梅果实中Zn,Fe,Ca等人体必需生命元素含量较高,说明金光杏梅果实具有较高的营养价值。     

基于近红外图像的温室环境下黄瓜果实信息获取

为实现温室环境机器人采摘作业中果实的品质判别和空间定位,研究了基于近红外图像的黄瓜果实识别及特征获取方法。分析比较黄瓜果实、茎、叶在各光谱波段的分光反射特性,确定采用850 nm干涉滤光片来获取图像,解决近色系目标、背景的区分问题;利用果实的灰度特征,将P参数阈值法用于图像分割,实现目标的初步识别,并对目标图像进行等间距区域化处理,依据区域块重心、面积差异滤除噪声、标记果实;根据黄瓜的形状纹理特征,计算果实中心线长度和弯曲度作为黄瓜的质量判别标准,利用果实与果柄交界处灰度的变化标记出可抓取区域。通过对温室场景下随机拍摄的包含30幅黄瓜果实图像和10幅无果实图像分别进行算法验证,结果表明识别准确率各为83.3%和100%,对抓取区域提取的成功率为83.3%。     

共振拉曼光谱方法研究生长期与光照对树椒果实β-胡萝卜素含量的影响

利用共振拉曼光谱技术,在体测量了室内盆栽树椒果实的拉曼光谱.实验结果表明,树椒果实的β-胡萝卜素含量随成熟期临近而增加,成熟期后(约45天)达最高值;没受光照的树椒果实β-胡萝卜素含量明显低于接受阳光照射的果实含量;生长(成熟)前期受阳光照射部位由黄白色变为紫色,其β-胡萝卜素含量高于其他部位.本文为在体分析水果蔬菜中β-胡萝卜素含量提供了方法和依据,也验证了阳光在植物生长中的作用.     

光谱及成像技术在果蔬损伤检测研究中的应用现状与展望

果蔬在收获、运输、贮藏、分拣、包装和销售过程中均会遭受不同程度的挤压、碰撞或摩擦,从而造成果蔬损伤,如挤伤、开裂、擦伤等外部损伤,同时,在生长过程中会产生黑心、水心、褐腐、霉心等内部损伤。果蔬损伤初期特征不明显,外观与正常果实基本无异,然而随着时间的推移,损伤组织恶化扩散,最终导致整个果实腐烂变质,又进而接触感染其他果实,造成周边甚至整箱果蔬病变,对果蔬产业造成巨大的经济损失。果蔬采后损伤检测方法多种多样,其中人工检测最为简单常用,但是该方法不仅耗时耗力,容易造成错判和漏判现象,而且无法实现肉眼不可见的皮下或内部损伤检测。近年来,随着计算机技术的快速发展,越来越多的无损检测技术被广泛应用于果蔬损伤检测,其中最为常用的当属光谱和成像技术。光谱成像技术通常结合图像处理、光谱分析、化学计量学方法、统计分析等手段,利用损伤果蔬和正常果蔬的图谱信号差异实现损伤检测,具有无损、快速等优点,能解决人工检测耗时耗力且准确率低的问题。在此主要概述了8种光谱及成像技术（近红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、高光谱成像、空间频域成像、核磁成像、X射线成像和热成像）在果蔬损伤检测的最新研究进展,包括检测原理及其技术特点,总结分析了各技术在果蔬损伤检测方面的应用情况,并展望未来发展趋势,以期为果蔬损伤无损检测提供借鉴与参考。     

ICP-OES法分析桑椹果实成熟过程中14种矿物元素含量的变化

桑椹果实在成熟过程中各种成分不断发生变化,但对期间矿物元素的变化了解甚少。文章以桑椹果实为材料,采用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-OES)法对绿色期、粉色期、红色期、黑色期四种不同成熟度桑椹果实的九种必需元素和五种重金属元素含量进行了测定。结果发现,随着果实成熟度的增加,Na,K,Ca,Mg,Fe,Zn,Mn和Cu等元素的含量均出现明显的下降趋势,绿色期桑椹果实中上述各种元素的含量分别为2.99,2 957.49,809.00,559.95,36.30,10.07,2.12和1.32 mg·kg-1,而粉色期上述各种元素的含量下降了62.9%(Zn)至12.3%(Na),红色期上述各种元素的含量分别降至1.63, 2 367.13, 489.30, 221.54, 19.01, 2.64, 0.40和0.59 mg·kg-1,黑色期果实各种元素的含量保持继续下降的趋势,但幅度大大减小。Se元素的含量绿色期最高,为1.24 mg·kg-1,粉色期下降,红色期上升至0.88 mg·kg-1,而黑色期又下降为0.65 mg·kg-1。重金属元素中Pb含量在前三个成熟时期变化不显著,而黑色期大大下降,绿色期最高为0.27 mg·kg-1,未超出国家标准。Cr含量随着果实成熟度的增加而增加,但黑色期又降至粉色期的水平,虽然红色期为54.07 mg·kg-1,但仍未超出国家标准。文章通过测定不同成熟时期桑椹果实的矿物元素含量,为果实采收时期的确定提供理论依据,也为桑椹果实的功能评价和安全评价提供参考数据。     

与哈姆林甜橙果实内在品质主要参数同步相关的特征光谱研究

基于光谱分析的甜橙内在品质检测技术近年得到较快发展,但目前采用的大多为单一品质指标的光谱分析,而甜橙果实品质往往取决于果实多项品质指标的共同作用。本研究的目的在于研究甜橙果实反射光谱与果实内在品质的相关性,筛选与哈姆林甜橙果实多个品质指标同步相关的特征光谱,为建立甜橙果实在内品质的实时检测技术提供依据。以哈姆林甜橙(Citrus sinensis (L) cv. Hamlin sweet orange)成熟果实为试材,逐个果实进行果实反射光谱和果实可溶性固形物(TSS)、柠檬酸、维生素C(Vc)含量和固酸比等在内品质主要参数的分析,对所获数据采用Excel,Spss Statg和View SpecPro软件进行统计与分析。结果表明,哈姆林甜橙果实TSS、固酸比和Vc均与波长988 nm近红外光反射光谱呈极显著或显著正相关,相关系数分别为0.387**,0.440**和0.309*,TSS和固酸比与该波长反射率的最佳拟合方程分别为y＝13.957x+5.405和y＝75.120x+37.256;可见光429 nm光谱二阶导数与TSS和Vc呈显著和极显著正相关,相关系数分别为0.350 72*和0.386 9**。波长944 nm近红外光谱倒数对数与固酸比呈显著正相关(r＝0.304*)。试验结果为柑桔果实内在品质主要参数的同步、快速无损检测奠定了基础。     

激光二极管点火系统研究进展

综述了激光点火方式、激光二极管点火系统的组成及最新发展。提出了一种激光二极管点火系统结构,描述了各部分的关键技术。介绍了国外在光回路检测、保险与解保险及多路点火方面的研究成果,以及国内在温度控制、光纤芯径对点火阈值功率的影响和激光点火器设计的研究成果。指出了当前激光点火技术在武器装备中的应用和现阶段激光点火遇到的技术难点。     

高光谱成像在水果内部品质无损检测中的研究进展

随着高光谱成像技术的日趋成熟与高光谱成像硬件、软件成本的不断下降,以及高光谱图像数据处理算法的不断改进, 应用高光谱成像技术对水果品质进行无损检测成为当前研究热点之一。为了能跟踪国内外的最新研究成果, 对高光谱成像在水果内部品质(成熟度、坚实度、可溶性固形物、水分)检测研究进行综述,以期对我国相关研究人员的研究工作提供参考。     

近红外漫反射光谱检测梨内部指标可溶性固性物的研究

旨在建立近红外漫反射光谱与梨水果内部可溶性固形物之间的关系,以评价近红外漫反射光谱在测量梨水果内部指标可溶性固形物的应用价值。应用近红外光谱(350～1 800 nm),采用多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘法(PLS)三种不同的数学校正方法对梨水果的可溶性固形物(SSC)进行了定量分析,并且对梨水果不同位置的吸光度原始光谱,一阶微分和二阶微分三种不同预处理情况下的模型进行了最优化分析。在梨水果赤道部位预测结果较为理想,采用一阶微分预处理方法下应用PLS方法。研究结果为预测集的相关系数为0.851 7, 预测样本均方根误差为0.879 3。研究表明,近红外漫反射光谱可以作为一种准确、可靠和无损的检测方法用于评价梨水果内部指标可溶性固形物。     

The direct effect of ultrasound on the extraction of date syrup and its micro-organisms

In the date syrup industry, date fruits are mixed with a suitable amount of water at a temperature greater than 50 °C for about 1 h. This condition is not sufficient for killing the micro-organisms present in the fruit. In addition, Overheating for a long time can damages nutritious materials and also changes the final product's color. Ultrasound was applied for improving the quantity and quality of the extraction, and also to overcome the health problem. In this research, the following variables were examined: date fruit/water ratio, ultrasonic intensity and temperature. The results showed that sonication under the proper conditions can lead to a higher extraction in a shorter time with a better physical quality of the product. Most importantly, the sonication significantly decreased the microbial count in comparison to the classical method. This study also confirmed the presence of anti-microbial substances in date fruit, and that ultrasonic waves can accelerate their effects.     

基于高光谱图像技术的水果表面农药残留检测试验研究

以脐橙为研究对象,初步探讨了应用高光谱图像技术检测水果表面农药残留的方法.用蒸馏水把农药分别配置成1:20,1:100和1:1000倍的溶液.然后把同种不同浓度的溶液滴到10个洗净的脐橙表面,溶液量约为120 μL,200μL和400μL,脐橙表面形成一个3×3的矩阵形状.将水果放置到通风阴凉处放168 h后,拍摄图像.采集脐橙在625～725 nm范围的高光谱图像,应用主成分分析方法(PCA)获得特征波长的图像,应用第三主成分图像(PC-3)并经过适当的图像处理方法对脐橙表面的农药残留进行检测.检测结果表明,高光谱技术对检测较高浓度农药残留非常明显.     

可见/近红外光估测完整柑橘水果可溶性固形物含量的研究

研究用可见/近红外光谱(Vis/NIR spectroscopy)漫透射方式对柑橘类水果的可溶性固形物含量(SSC)进行了无损、快速定量分析。通过自行设计的Vis/NIR光谱系统测定了110个柑橘样品的SSC。82个柑橘样品用来建模,其余28个用来验证模型的性能。对实验室测得的柑橘水果的SSC实际值与Vis/NIR光谱数据进行相关性分析,用光谱定量分析软件中集成的偏最小二乘回归法(PLS)和主成分回归法(PCR)建立校正和预测模型。对比了不同光谱预处理方法, 如微分处理, 标准归一化处理(SNV), 多元散射校正(MSC)和Savitzky-Golay 光谱平滑方法)对模型检测结果的影响。根据预测平方根误差(RMSEP)和相关系数(r2)进行不同模型的预测性能评价,建立的最好的柑橘水果SSC预测模型的RMSEP＝0.538%,r2＝0.896。结果表明Vis/NIR可以作为一种准确、快速的无损检测方法来评价柑橘类水果的可溶性固形物含量。     

Automatic method of fruit object extraction under complex agricultural background for vision system of fruit picking robot

Fruit picking robot is required for agricultural automation for fruit harvest, and vision system is the important and crucial composition of a robot system. An automatic extraction method of fruit object under complex agricultural background for vision system in fruit picking robot is presented in this study. The method is based on an improving Otsu threshold algorithm using a new feature in OHTA color space. Color features are extracted in OHTA color space and then used as an input for the Otsu threshold algorithm which calculates the segmentation threshold value automatically. Four kinds of fruit images are selected to validate the automatic extraction method. The fruit objects are automatically extracted with this method and the outputs are presented in binary images. Numerous of experiments show that the automatic extraction method can extract mature fruit from complex agricultural background and the extraction accuracy is more than 95%. The results indicate an effective fruit object extraction method for vision system of fruit picking robot.     

高光谱荧光成像技术在识别早期腐烂脐橙中的应用研究

腐烂是发生在柑橘类水果中最普遍、最严重的病害,早期腐烂果的自动化检测有助于提高水果加工业的市场竞争力.然而,目前没有有效的自动化检测技术.以脐橙为研究对象,利用荧光高光谱成像检测早期腐烂果.最佳指数OIF理论用于识别腐烂果的最优波段组合(498.6和591.4 nm).基于最优波长的比图像及双阈值分割算法,识别率达到1...     

近红外光谱检测技术及其在林业中的应用

近红外光谱是20 世纪80 年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术。文章介绍了近红外光谱技术的发展历程和在国外的应用概况,重点列举了近红外光谱在林业中的成功应用实例。资料表明, 近红外光谱以其快速、无损伤、操作简单、稳定性好、效率高等特点,在国外的水果品质检测、木材性质检测和林业育种中的应用已成为一个活跃的研究领域。而近红外光谱技术在我国林业上的研究和应用则刚刚起步,因此本文对国内外利用近红外光谱技术在林业上的应用作一综述,并对近红外检测技术在林业上的应用进行了展望,以推动近红外光谱技术在我国林业科技和生产中的应用。