孟留偉 ,楊 良,王靜禹,黃凌霞 ,2*
(1.浙江大學(xué) 應(yīng)用生物資源研究所,浙江 杭州 310058;2.浙江大學(xué)-湖州南太湖農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,浙江 湖州 313000)
基于高光譜成像技術(shù)對(duì)桑椹品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)的研究進(jìn)展
孟留偉1,楊 良1,王靜禹1,黃凌霞1,2*
(1.浙江大學(xué) 應(yīng)用生物資源研究所,浙江 杭州 310058;2.浙江大學(xué)-湖州南太湖農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,浙江 湖州 313000)
高光譜成像技術(shù)是近幾年研究較多的一種檢測(cè)技術(shù),其通過(guò)將計(jì)算機(jī)成像技術(shù)和光譜技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。為進(jìn)一步了解高光譜成像技術(shù)在桑椹無(wú)損檢測(cè)中的研究進(jìn)展,我們對(duì)相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索、分析和學(xué)習(xí),最后對(duì)基于高光譜成像技術(shù)的桑椹無(wú)損檢測(cè)的研究進(jìn)行了總結(jié),并分析和展望了高光譜成像技術(shù)的未來(lái)。
高光譜成像技術(shù);桑椹品質(zhì);無(wú)損檢測(cè);研究進(jìn)展
隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾生活水平的提高,人們對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的要求也更加嚴(yán)格,不僅要品質(zhì)優(yōu)良,還要綠色健康,這就為當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的檢測(cè)提出了一大難題。當(dāng)前對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的檢測(cè)主要是通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)方法進(jìn)行,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且還不符合檢測(cè)的無(wú)損要求,因此在實(shí)際應(yīng)用中也有很大的局限性。因此發(fā)展新型的快速無(wú)損檢測(cè)技術(shù)就成了當(dāng)前的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。目前的無(wú)損檢測(cè)主要基于檢測(cè)物的聲學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等特性進(jìn)行,而其中高光譜成像技術(shù)是目前在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中研究最多的,高光譜成像技術(shù)不僅具有計(jì)算機(jī)成像技術(shù)和光譜技術(shù)的雙重優(yōu)點(diǎn),而且相對(duì)于其他技術(shù)來(lái)說(shuō)還具有快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[1~4],因此可以用來(lái)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè),目前的許多研究已經(jīng)將其應(yīng)用在蔬菜和水果的研究中,并取得了良好的檢測(cè)效果。
桑椹作為第三代水果,其具有酸甜可口、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富、藥用價(jià)值較高等優(yōu)點(diǎn)[5],但由于桑椹皮薄肉軟多汁,極易發(fā)生腐爛變質(zhì),因此對(duì)桑椹進(jìn)行及時(shí)快速的無(wú)損檢測(cè)是避免其品質(zhì)降低和經(jīng)濟(jì)損失的有效手段。當(dāng)前桑椹成熟度和品質(zhì)的評(píng)價(jià)主要是通過(guò)對(duì)顏色、質(zhì)地、紋理、尺寸、香味等指標(biāo)進(jìn)行主觀判斷進(jìn)行的[6],由于評(píng)價(jià)人員在進(jìn)行判斷時(shí)存在個(gè)人主觀性和經(jīng)驗(yàn)偏差,使得品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)論存在誤差甚至錯(cuò)誤,因此需要一種更準(zhǔn)確更客觀地?zé)o損檢測(cè)方法。最近幾年隨著高光譜成像技術(shù)的研究越來(lái)越成熟,已經(jīng)有許多研究人員將其應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)中來(lái)[7],而桑椹作為第三代水果的代表,應(yīng)用高光譜成像技術(shù)對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),也成為了當(dāng)前無(wú)損檢測(cè)研究的熱點(diǎn)之一。因此本文以桑椹作為檢測(cè)對(duì)象,通過(guò)文獻(xiàn)檢索和學(xué)習(xí)總結(jié)來(lái)介紹高光譜成像技術(shù)在桑椹品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中的研究進(jìn)展。
光譜根據(jù)分辨率的高低可以將其分成多光譜、高光譜、超光譜三種類(lèi)型,這三種類(lèi)型對(duì)應(yīng)的光譜分辨率分別為10-1λ以?xún)?nèi)、10-2λ以?xún)?nèi)、10-3λ以?xún)?nèi)[8],而高光譜圖像就是由一系列連續(xù)的光波波長(zhǎng)組成的光學(xué)圖像。因此高光譜成像就是指在特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得由一系列連續(xù)的窄波段圖像組成的包含三維圖像數(shù)據(jù)塊的過(guò)程[9]。一個(gè)典型的高光譜數(shù)據(jù)塊示意圖如圖1所示,進(jìn)行高光譜成像時(shí),成像儀通過(guò)接收被測(cè)物體表面反射和透射光以及在X軸上進(jìn)行分光,在Y軸上進(jìn)行成像,從而獲得包含一維光譜和二維圖像的高光譜三維數(shù)據(jù)塊。通常高光譜的光譜范圍主要包括可見(jiàn)光譜區(qū)域(400~760 nm)和近紅外光譜區(qū)域(760~2560 nm),目前其光譜分辨率可以達(dá)到2~3nm[10]。在利用高光譜成像技術(shù)在獲得樣品圖像的同時(shí),還能夠?yàn)閳D像上每個(gè)像素點(diǎn)提供上千個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的光譜信息,因此包含了樣品內(nèi)部豐富的成分含量信息,可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)樣品的成分、含量、空間分布的無(wú)損測(cè)量的目的。
圖1 典型高光譜數(shù)據(jù)塊示意圖Figure 1 Sketch map oftypical hyperspectral data block
一個(gè)典型的高光譜成像系統(tǒng)主要包含硬件和軟件這兩部分[11]。硬件系統(tǒng)包括:電荷耦合器件探測(cè)器、成像光譜儀、鏡頭、光源及其控制器、可調(diào)載物臺(tái)、移動(dòng)步進(jìn)機(jī)等,而軟件系統(tǒng)包含運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)兩部分。通過(guò)將軟硬件進(jìn)行結(jié)合可以對(duì)樣品信息進(jìn)行快速采集,采集過(guò)程如下:首選是將樣品平穩(wěn)放置已調(diào)整好高光譜系統(tǒng)載物平臺(tái)上,而后應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)移動(dòng)步進(jìn)機(jī),以點(diǎn)掃描、線(xiàn)掃描或者面掃描進(jìn)行圖像的獲?。?2],在圖像采集的過(guò)程中,被測(cè)物體表面的光反射和透射信息被高光譜成像儀接收,從而獲得在平面X軸、Y軸和光波長(zhǎng)λ上的三維信息,因此既包含了圖像信息,也包含了光譜信息,而后將采集的圖譜信息儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中,從而進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析[13]。
高光譜成像采集的三維數(shù)據(jù)塊能夠提供被檢樣品內(nèi)外部豐富的成分含量信息,但由于高光譜數(shù)據(jù)具有波段多、分辨率高、數(shù)據(jù)維度高、冗余性強(qiáng)等特點(diǎn),因此必須采取合適的的數(shù)學(xué)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。通常高光譜圖像處理的流程一般包括:高光譜圖像的獲取、圖像的校正,圖譜信息的提取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)降維和特征變量提取、模型建立、結(jié)果分析等幾個(gè)方面。總結(jié)以上的幾個(gè)方面,可以將其分成三個(gè)方面:高光譜圖像校正、光譜數(shù)據(jù)降維以及檢測(cè)模型構(gòu)建。具體的分析流程圖可見(jiàn)圖2。
在高光譜圖像采集過(guò)程中,由于圖像是未經(jīng)校正的原始圖像,在圖像的的采集過(guò)程中由于相機(jī)中的暗電流的存在會(huì)對(duì)采集系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響,使得采集的高光譜圖像穩(wěn)定性較差[14,15],另一方面由于原始高光譜圖像數(shù)據(jù)是光子的強(qiáng)度信息,需要通過(guò)反射校正來(lái)獲取相對(duì)反射率[16]。因此對(duì)高光譜進(jìn)行黑白版校正是數(shù)據(jù)分析前一個(gè)必要的過(guò)程[17]。另外,由于在光譜信息采集的過(guò)程中存在光散射、檢測(cè)物圖像不規(guī)則以及隨機(jī)噪聲等不利因素[18],會(huì)使光譜曲線(xiàn)出現(xiàn)不平滑,信噪比較低等問(wèn)題,所以在進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析之前都會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理,常用的預(yù)處理方法有平滑、歸一化、求導(dǎo)、多元散射校正、傅里葉變換、小波分析等,通過(guò)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)不僅提高了曲線(xiàn)的平滑性和信噪比,而且對(duì)后續(xù)所建模型的準(zhǔn)確性也有一定的提升。
圖2 高光譜數(shù)據(jù)處理和分析流程圖Figure 2 Flowchart of hyperspectral data processing and analysis
由于高光譜采集的數(shù)據(jù)塊通常含有幾百甚至上千個(gè)波段的光譜信息,這就造成了過(guò)高維度的光譜信息和數(shù)據(jù)較大的冗余性,不僅使得計(jì)算過(guò)程繁瑣,而且還會(huì)降低無(wú)損檢測(cè)模型的準(zhǔn)確性,因此在建模前對(duì)高光譜數(shù)據(jù)塊進(jìn)行降維處理是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的重要一步。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)前應(yīng)用較多的降維處理方法主要有以下幾種:主成分分析法、獨(dú)立成分分析法、遺傳算法以及最小噪聲分離法等[19~22],通過(guò)相應(yīng)的降維算法處理后,大量的冗余信息被去除,并且特征波段和圖像被提取,這些對(duì)于簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程和提高模型的準(zhǔn)確性發(fā)揮著重要的作用。
通過(guò)對(duì)降維處理后的圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,可將圖譜信息和待測(cè)品質(zhì)關(guān)聯(lián)起來(lái),目前常用的一些化學(xué)計(jì)量學(xué)建模方法有偏最小二乘法、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元線(xiàn)性回歸法,線(xiàn)性判別分析,F(xiàn)isher判別分析等算法[16,21,23,24],通常的做法是應(yīng)用多種建模方法,最后比較不同建模方法建模集和預(yù)測(cè)集結(jié)果來(lái)選出最優(yōu)模型,因此建模方法不是固定的,而是根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型選用不同的建模算法,不匹配的建模方法通常會(huì)對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性會(huì)產(chǎn)生較大的影響。而對(duì)于降維后的圖像維,通常采用相應(yīng)的數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分割處理,從處理后的圖像中提取特征參數(shù)建立模型,進(jìn)而對(duì)被測(cè)樣本表面缺陷或殘留物進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別[23]。
水果品質(zhì)的好壞,通常是由其內(nèi)外品質(zhì)共同決定的。內(nèi)外品質(zhì)也決定著桑椹的成熟度、貨架期長(zhǎng)短以及市場(chǎng)表現(xiàn)等[25]。因此客觀全面的評(píng)估水果的品質(zhì)就成了采摘和銷(xiāo)售之前必要的內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,高光譜無(wú)損檢測(cè)技術(shù)變得越來(lái)越成熟,以往破壞性的傳統(tǒng)化學(xué)方法也正在被高光譜成像技術(shù)逐漸所取代。桑椹作為一種比較“小眾化”的水果,由于易發(fā)生軟化腐爛,因此應(yīng)用高光譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的研究還較少[26]。但為了更好的了解高光譜在桑椹品質(zhì)檢測(cè)中的研究方向,本部分將介紹高光譜在桑椹和其他水果的上的應(yīng)用,為桑椹以后的研究提供參考方向。
外部品質(zhì)是桑椹品質(zhì)優(yōu)良與否的直觀體現(xiàn),對(duì)桑椹的外部品質(zhì)的評(píng)價(jià)通常是通過(guò)對(duì)顏色、硬度、紋理、尺寸、形狀以及表面缺陷等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)往往根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,因此主觀性較強(qiáng),且不同品種的水果具有不同的外觀特性,使得評(píng)價(jià)結(jié)果容易出現(xiàn)偏差和錯(cuò)誤。而高光譜成像技術(shù)則能很好地解決這一問(wèn)題,并且許多的研究已經(jīng)在不同的水果上展開(kāi)[27]。
通過(guò)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),應(yīng)用高光譜成像技術(shù)對(duì)桑椹外部品質(zhì)的研究尚未開(kāi)展,但其他水果的研究較多,例如LU等對(duì)兩個(gè)品種蘋(píng)果表面的的損傷進(jìn)行了研究,結(jié)果表明在波長(zhǎng)為1000~1340nm時(shí),高光譜成像技術(shù)可以檢測(cè)出兩種蘋(píng)果表面的損傷,并且檢測(cè)的準(zhǔn)確性分別介于62%~88%和59%~94%之間[28]。YU等通過(guò)高光譜成像技術(shù)對(duì)藍(lán)莓的愈傷進(jìn)行了研究,通過(guò)采用支持向量機(jī)成功地將愈傷組織和健康組織區(qū)分開(kāi)來(lái),并且準(zhǔn)確性達(dá)到了90%以上[29]。此外也有研究對(duì)水果表面的農(nóng)藥殘留和蟲(chóng)害進(jìn)行了研究,如J.WANG等用反射高光譜成像系統(tǒng)對(duì)棗類(lèi)水果蟲(chóng)害損傷進(jìn)行了研究,通過(guò)檢測(cè)棗的有損表皮和無(wú)損表皮,成功地將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái),區(qū)分總精度達(dá)到了97%以上[30]。而張玲表等應(yīng)用高光譜成像對(duì)番茄表面的農(nóng)藥殘留進(jìn)行了研究,其通過(guò)對(duì)噴灑不同濃度農(nóng)藥的番茄進(jìn)行光譜采集,而后通過(guò)對(duì)圖譜處理和分析,不僅選出了特征波長(zhǎng)而且利用特征波長(zhǎng)建立的識(shí)別模型可以對(duì)經(jīng)過(guò)不同濃度農(nóng)藥噴灑的番茄表面進(jìn)行了識(shí)別,結(jié)果展示高濃度的的農(nóng)藥殘留檢出率為100%,而低濃度檢出率為0,直接說(shuō)明高光譜成像技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測(cè)方面具有一定的應(yīng)用性[31]。除此以外,應(yīng)用高光譜成像技術(shù)對(duì)水果的凍傷[32]、腐爛[33]、缺陷[34]等也有相應(yīng)的研究,而且這類(lèi)檢測(cè)精度通常在80%以上,證明了高光譜成像技術(shù)在水果外觀品質(zhì)檢測(cè)上的巨大潛力。以上所提的幾種外觀檢測(cè)類(lèi)型,在桑椹上的研究還較少,可能的原因是,桑椹體積小且表面凹凸不平,對(duì)于圖像處理和分割有一定的困難性,但隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的進(jìn)步和圖像處理技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用高光譜成像技術(shù)對(duì)桑椹外觀品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和研究會(huì)逐漸變?yōu)榭赡堋?/p>
目前應(yīng)用高光譜成像技術(shù)對(duì)桑椹品質(zhì)的研究主要集中在內(nèi)部品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)上,通常檢測(cè)以下幾項(xiàng)內(nèi)容:可溶性固形物、水分含量、酸度、干物質(zhì)含量、可滴定酸等[35]。目前在桑椹中可溶性固形物的研究較多,如Zhao等通過(guò)將化學(xué)計(jì)量學(xué)方法和高光譜成像技術(shù)進(jìn)行結(jié)合對(duì)桑椹中的總可溶性固形物進(jìn)行了研究,采集了310個(gè)桑椹的高光譜信息,然后用糖度計(jì)對(duì)其可溶性固形物進(jìn)行測(cè)定,通過(guò)相應(yīng)的變量選擇方法得到特征波長(zhǎng),最后應(yīng)用偏最小二乘法和支持向量機(jī)兩種建模方法對(duì)樣品中的可溶性固形物進(jìn)行了研究,成功地將其分布進(jìn)行了可視化呈現(xiàn)[36]。另外我們實(shí)驗(yàn)室也對(duì)桑椹的內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)研究,Huang對(duì)可溶性固形物進(jìn)行了研究,并通過(guò)不同的變量選擇方法和和建模方法,對(duì)桑椹中的可溶性固形物進(jìn)行了預(yù)測(cè),通過(guò)綜合比較選出了最優(yōu)組合,相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.700;除此以外我們還對(duì)pH進(jìn)行了研究,其相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.900,結(jié)果顯示高光譜有成像技術(shù)對(duì)桑椹中的可溶性固形物和pH具有很好的檢測(cè)效果[37]。另外Huang還利用高光譜成像系統(tǒng)中的兩種CCD探測(cè)器對(duì)桑椹中的總花青素含量和抗氧化活性進(jìn)行了快速無(wú)損檢測(cè),相關(guān)的系數(shù)也分別達(dá)到了0.959和0.995[38]。由于當(dāng)前桑椹的研究還較少,桑椹的許多內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)尚未應(yīng)用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行研究,而在其他水果中已經(jīng)進(jìn)行許多相關(guān)內(nèi)部指標(biāo)的檢測(cè),如對(duì)草莓[39,40]、蘋(píng)果[41,42]、桃子[43,44]水分含量、總的可溶性固形物、硬度等的檢測(cè)。通過(guò)學(xué)習(xí)和借鑒高光譜成像技術(shù)在其他水果內(nèi)部品質(zhì)中的應(yīng)用,可以為以后桑椹的研究奠定基礎(chǔ)和研究方向,另外從這些研究中可以看出高光譜成像技術(shù)在桑椹品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中廣闊前景。
基于高光譜成像技術(shù)對(duì)于桑椹品質(zhì)進(jìn)行快速無(wú)損檢測(cè),已經(jīng)成為當(dāng)前無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中研究最多的一項(xiàng)技術(shù),通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)不僅可以進(jìn)行品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè),而且還可以用來(lái)確定最優(yōu)采摘時(shí)機(jī),指導(dǎo)定價(jià)以及分級(jí)銷(xiāo)售,從而提高桑椹的經(jīng)濟(jì)效益。但應(yīng)用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行對(duì)桑椹進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)還存在一些不足:首先是利用高光成像技術(shù)對(duì)桑椹品質(zhì)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)存在檢測(cè)指標(biāo)過(guò)于單一的問(wèn)題,未能形成一套全面的無(wú)損檢測(cè)模型和體系,因此只能對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),不能從整體確認(rèn)桑椹品質(zhì)的優(yōu)劣,這也說(shuō)明全面系統(tǒng)地對(duì)桑椹進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)是以后研究的熱點(diǎn)方向。其次是利用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行的某些品質(zhì)指標(biāo)的無(wú)損檢測(cè),其準(zhǔn)確性較低,造成模型實(shí)用性不高,因此對(duì)于如何提高模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性也是當(dāng)前需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。再次是當(dāng)前的一些光譜預(yù)處理方法,數(shù)據(jù)挖掘方法、圖像處理方法以及建模方法不夠豐富,雖然相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法已有十幾種,但由于高光譜圖像所具有的高維度性、冗余性以及圖譜合一性,使得數(shù)學(xué)算法在光譜數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中占有重要的地位,有時(shí)甚至決定著模型的復(fù)雜度和準(zhǔn)確性,因此開(kāi)發(fā)盡量多的新數(shù)學(xué)算法,對(duì)于推廣和應(yīng)用高光譜成像技術(shù)具有重要意義。最后是高光譜設(shè)備采集信息較為緩慢,且高光譜成像儀價(jià)格昂貴,不利于大范圍的推廣和應(yīng)用,因此開(kāi)發(fā)輕便、快速、簡(jiǎn)單的高光譜成像系統(tǒng)對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)更加實(shí)用。以上幾個(gè)問(wèn)題是以后研究的重點(diǎn)內(nèi)容和方向,相信隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟,會(huì)極大地提高高光譜成像技術(shù)的適用性。因此高光譜成像技術(shù)在桑椹等農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)上具有較大的發(fā)展?jié)摿?,相信不久的將?lái)會(huì)成為一種重要的無(wú)損檢測(cè)手段。
[1]李江波,饒秀勤,應(yīng)義斌.農(nóng)產(chǎn)品外部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].光譜學(xué)與光譜分析,2011(08):2021-2026.
[2]QIN J,CHAO K,KIM M S,et al.Hyperspectral and mul?tispectral imaging for evaluating food safety and quality[J].Journal of Food Engineering,2013,118(2):157-171.
[3]王雷,喬曉艷,董有爾,等.高光譜圖像技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].應(yīng)用光學(xué),2009(04):639-645.
[4]彭彥昆,張雷蕾.農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)安全高光譜無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展和趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013(04):137-145.
[5]李嬌嬌,郜海燕,陳杭君,等.溫度對(duì)桑椹采后貯藏品質(zhì)及細(xì)胞壁代謝酶的影響[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào),2016(02):166-172.
[6]CHENG J H,SUN D W.Rapid Quantification Analysis and Visualization of Escherichia coli Loads in Grass Carp Fish Flesh by Hyperspectral Imaging Method[J].Food and Bioprocess Technology,2015,8(5):951-959.
[7]WU D,SUN D W.Advanced applications of hyperspec?tral imaging technology for food quality and safety analy?sis and assessment:A review-Part II:Applications[J].In?novative Food Science&Emerging Technologies,2013,19(1):15-28.
[8]劉木華,趙杰文,鄭建鴻,等.農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中高光譜圖像技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2005(09):139-143.
[9]黃培賢,姚志湘,粟暉,等.高光譜圖像技術(shù)在食品無(wú)損檢測(cè)中的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2012(15):412-417.
[10]孫梅,付妍,徐冉冉,等.基于高光譜成像技術(shù)的水果品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)[J].食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2013(02):67-71.
[11]陳守滿(mǎn).高光譜圖像與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)研究進(jìn)展[J].安康學(xué)院學(xué)報(bào),2011(06):1-6.
[12]FENG Y Z,SUN D W.Application of hyperspectral imag?ing in food safety inspection and control:a review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2012,52(11):1039.
[13]GOWEN A A,O'DONNELL C P,CULLEN P J,et al.Hy?perspectral imaging-an emerging process analytical tool for food quality and safety control[J].Trends in Food Science&Technology,2007,18(12):590-598.
[14]YAO H,LEWIS D.CHAPTER 2-Spectral Preprocessing and Calibration Techniques[J].Hyperspectral Imaging for Food Quality Analysis&Control,2010:45-78.
[15]NICOLA? B M,L?TZE E,PEIRS A,et al.Non-destruc?tive measurement of bitter pit in apple fruit using NIR hyperspectral imaging[J].Postharvest Biology&Technol?ogy,2006,40(1):1-6.
[16]周竹,李小昱,高海龍,等.馬鈴薯干物質(zhì)含量高光譜檢測(cè)中變量選擇方法比較[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2012(02):128-133.
[17]單佳佳,彭彥昆,王偉,等.基于高光譜成像技術(shù)的蘋(píng)果內(nèi)外品質(zhì)同時(shí)檢測(cè)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011(03):140-144.
[18]GOMEZSANCHIS J,MOLTO E,CAMPSVALLS G,et al.Automatic correction of the effects of the light source on spherical objects.An application to the analysis of hyper?spectral images of citrus fruits[J].Journal of Food Engi?neering,2008,85(2):191-200.
[19]羅陽(yáng),何建國(guó),賀曉光,等.農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)中高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013(06):1-7.
[20]周竹,李小昱,陶海龍,等.基于高光譜成像技術(shù)的馬鈴薯外部缺陷檢測(cè)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012(21):221-228.
[21]YU K,ZHAO Y,LI X,et al.Identification of crack fea?tures in fresh jujube using Vis/NIR hyperspectral imag?ing combined with image processing[J].Computers&Electronics in Agriculture,2014,103(103):1-10.
[22]張保華,黃文倩,李江波,等.基于高光譜成像技術(shù)和MNF檢測(cè)蘋(píng)果的輕微損傷[J].光譜學(xué)與光譜分析,2014(05):1367-1372.
[23]陳全勝,張燕華,萬(wàn)新民,等.基于高光譜成像技術(shù)的豬肉嫩度檢測(cè)研究[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2010(09):2602-2607.
[24]ELMASRY G,WANG N,VIGNEAULT C.Detecting chill?ing injury in Red Delicious apple using hyperspectral im?aging and neural networks[J].Postharvest Biology&Technology.2009,52(1):1-8.
[25]MOREDA G P,ORTIZCA?AVATE J,GARCíARAMOS F J,et al.Non-destructive technologies for fruit and vege?table size determination-A review[J].Journal of Food Engineering,2009,92(2):119-136.
[26]韓強(qiáng),郜海燕,陳杭君,等.臭氧處理對(duì)桑椹采后生理品質(zhì)的影響及機(jī)理[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào),2016,16(10):147-153.
[27]ZHANG R,YING Y,RAO X,et al.Quality and safety as?sessment of food and agricultural products by hyperspec?tral fluorescence imaging[J].Journal of the Science of Food&Agriculture,2012,92(12):2397-2408.
[28]LU R.Detection of Bruises on Apples Using Near-Infra?red Hyperspectral Imaging[J].Transactions of the Asae,2003,46(2):523-530.
[29]JIANG Y,LI C,TAKEDA F.Nondestructive Detection and Quantification of Blueberry Bruising using Near-in?frared(NIR)Hyperspectral Reflectance Imaging[J].Sci?entific Reports,2016,6:35679.
[30]WANG J,NAKANO K,OHASHI S,et al.Detection of ex?ternal insect infestations in jujube fruit using hyperspec?tral reflectance imaging[J].Biosystems Engineering,2011,108(4):345-351.
[31]張令標(biāo),何建國(guó),劉貴珊,等.基于可見(jiàn)/近紅外高光譜成像技術(shù)的番茄表面農(nóng)藥殘留無(wú)損檢測(cè)[J].食品與機(jī)械,2014(01):82-85.
[32]CEN H,LU R,ZHU Q,et al.Nondestructive detection of chilling injury in cucumber fruit using hyperspectral im?aging with feature selection and supervised classification[J].Postharvest Biology&Technology,2016,111:352-361.
[33]李江波,王福杰,應(yīng)義斌,等.高光譜熒光成像技術(shù)在識(shí)別早期腐爛臍橙中的應(yīng)用研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(1):142-146.
[34]CHO B K,KIM M S,BAEK I S,et al.Detection of cuti?cle defects on cherry tomatoes using hyperspectral fluo?rescence imagery[J].Postharvest Biology&Technology,2013,76:40-49.
[35]SADEGHI N,NAYAK A,WALKER L,et al.Analysis of the contribution of experimental bias,experimental noise,and inter-subject biological variability on the assessment of developmental trajectories in diffusion MRI studies of the brain[J].Food and Bioprocess Technology,2012,5(4):1121-1142.
[36]ZHAO Y R,YU K Q,HE Y.Hyperspectral Imaging Cou?pled with Random Frog and Calibration Models for As?sessment of Total Soluble Solids in Mulberries[J].Jour?nal of Analytical Methods in Chemistry,2015,2015(2):343782.
[37]HUANG L,WU D,JIN H,et al.Internal quality determi?nation of fruit with bumpy surface using visible and near infrared spectroscopy and chemometrics:A case study with mulberry fruit[J].Biosystems Engineering,2013,109(4):377-384.
[38]HUANG L,ZHOU Y,MENG L,et al.Comparison of dif?ferent CCD detectors and chemometrics for predicting to?tal anthocyanin content and antioxidant activity of mul?berry fruit using visible and near infrared hyperspectral imaging technique[J].Food Chemistry,2017,224:1.
[39]NAGATA M,TALLADA J G,KOBAYASHI T.Non-De?structive Estimation of Firmness of Strawberries(Fragar?ia*ananassa Duch.)Using NIR Hyperspectral Imaging[J].Environmental Control in Biology,2006,44(4):245-255.
[40]ELMASRY G,WANG N,ELSAYED A,et al.Hyperspec?tral imaging for nondestructive determination of some quality attributes for strawberry[J].Journal of Food Engi?neering,2007,81(1):98-107.
[41]PENG Y K,LI Y Y,ZHAO J,et al.Establishment of rap?id and non-destructive detection method of apple firm?ness using hyperspectral images[J].Journal of Food Safe?ty&Quality,2012.
[42]DONG J,GUO W.Nondestructive Determination of Ap?ple Internal Qualities Using Near-Infrared Hyperspectral Reflectance Imaging[J].Food Analytical Methods,2015,8(10):1-12.
[43]GUO W C,DONG J L.Nondestructive detection on firm?ness of peaches based on hyperspectral imaging and arti?ficial neural networks[J].Guangxue Jingmi Gongcheng/optics&Precision Engineering,2015,23(6):1530-1537.
[44]LU R,MENDOZA F A,ARIANA D P.Peach maturity/quality assessment using hyperspectral imaging-based spatially resolved technique[J].Sensing for Agriculture&Food Quality&Safety III,2011,8027(4):80270L.
Research Progress of Hyperspectral Imaging Technology in Non-destructive Detection of Mulberry Fruit
MENG Liu-wei1,YANG Liang1,WANG Jing-yu1,HUANG Ling-xia1,2*
(1.Research Institute of Applied Bioresource,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China 2.South Taihu Agriculutural Technology Extension Center in Huzhou Zhejiang University,Hangzhou 313000 Zhejiang,China)
Hyperspectral imaging technology is a kind of testing technology and more researched in recent years,which is a new non-destructive detection technology by combining computer imaging technology and spectral technology.In order to concludethe research progress of the non-destructive testing in mulberry quality based on hyperspectral imaging technology,the research on the mulberry non-destructive testing based on hyperspectral imaging technology was described and summarized.Moreover,the future of hyperspectral imaging technology were also analyzed and prospected.
mulberry quality;hyperspectral imaging technology;non-destructive testing;research progress
S663.9
A
0258-4069[2017]03-009-06
中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助(2017QNA6025);國(guó)家自然科學(xué)基金(3170100331);浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2017C32013);現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng)(CARS-22);湖州市公益性技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目(2015GZ12)
孟留偉(1989-),男,河南周口人,碩士研究生。主要從事數(shù)字蠶桑研究。E-mail:1193414839@qq.com
黃凌霞,女,副研究員,碩士生導(dǎo)師。E-mail:lxhuang@zju.edu.cn