沙果既可以鮮食，還可以加工制作果脯、飲料等產(chǎn)品，是一種頗受消費者青睞的果品。在進行沙果產(chǎn)品分級以及后期的儲藏和保鮮過程中，其成熟度是一種重要的指標。本文介紹了高光譜成像儀在沙果成熟度檢測中的應(yīng)用。

沙果成熟度檢測的必要性：

沙果，正名花紅，薔薇科蘋果屬，營養(yǎng)豐富，富含鐵、鋅、硒等多種人體需要的微量元素以及維生素，藥用價值高，對高血壓，咳嗽氣喘，冠心病具有較好的治療效果。此外，沙果還具有價格便宜，貯藏期長等優(yōu)點。沙果既可以鮮食，還可以加工制作果脯、飲料等產(chǎn)品，是一種頗受消費者青睞的果品。

沙果一般成熟在7-8月份，確定其合適的采收期不僅能保持最佳的口感，而且能夠保留其營養(yǎng)價值。在進行沙果產(chǎn)品分級以及后期的儲藏和保鮮過程中，其成熟度是一種重要的指標。同時傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，不同成熟度的水果混雜交織，大大增加了沙果在運輸，存儲的損壞率，進而影響水果整體品質(zhì)，降低了可被消費者接受的能力。因此，對沙果成熟度的確定具有非常重要的意義，采收果實進行的太早，由于生長期限和陽光不足，果實內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)還沒有充分積累，色澤和外觀品質(zhì)不足；過晚對果實進行采摘，由于果實成熟充分，果肉硬度不夠，品質(zhì)開始下降，儲存的能力不夠。根據(jù)國家檢測標準GB10651-2008，將沙果的成熟度分為4個等級，分別為未成熟、可采成熟度、食用成熟度、生理成熟度。在未成熟階段，果實各項營養(yǎng)指標還沒有積累充分，果實一般伴有青澀的味道，在顏色和大小上還沒有達到沙果果實采摘的要求；當(dāng)沙果成長到可采成熟度階段，沙果果實內(nèi)部各種營養(yǎng)物質(zhì)的積累已經(jīng)基本充足，果實充分飽滿，沙果品質(zhì)開始呈現(xiàn)其本身特有的風(fēng)味。此時，沙果的著色約占果實的30%-50%；食用成熟度是沙果的最佳食用階段，果實著色率達到80%，色、香、味、營養(yǎng)價值等水果指標達到最佳狀態(tài)；生理成熟度是沙果果實生長的最后階段，果實品質(zhì)已經(jīng)開始下降，果實內(nèi)部分各種化學(xué)物質(zhì)開始水解，果肉硬度下降明顯，口感味道也變得不足。

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采摘，主要依靠農(nóng)民的經(jīng)驗和視力識別完成，很容易受到光線和環(huán)境等客觀因素以及個人主觀因素的影響。同時也無法滿足準確性和高效性，為了實現(xiàn)沙果果實成熟度的快速無損識別，進而實現(xiàn)采摘和分類的機械化，就可以采用高光譜成像技術(shù)，從光譜維度和圖像維度進行沙果品質(zhì)分析，檢測其成熟度。

高光譜成像儀在沙果成熟度檢測中的應(yīng)用：

高光譜成像技術(shù)基于化學(xué)物質(zhì)和光的相互之間的關(guān)系，融合了光譜技術(shù)和圖像技術(shù)的優(yōu)點于一體，不僅實現(xiàn)了對被測對象的外部特征表征，而且對內(nèi)部品質(zhì)進行有效顯示。圖像部分可以獲得被測樣本的圖像信息，以高空分辨率采集其空間特征；光譜部分把樣本的輻射分離成不同的波長的輻射譜，達到圖譜合一，從而實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的快速檢測。具體步驟如下：

1.樣品準確

挑選多個沙果樣品，所有沙果表面光滑平整，用水洗凈表面后進行標記。

2.光譜數(shù)據(jù)采集

將沙果樣本放置在電動平移臺上，通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，對測試樣本逐一掃描。

3.圖像校正

由于被測沙果樣品表面光照強度分布不均和相機本身存在的暗電流，高光譜成像系統(tǒng)采集到的圖像有很大的噪聲，使用高光譜圖像前需要進行黑白校正。

4.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理主要包括以下幾個部分：

（1）光譜數(shù)據(jù)提取

在沙果樣品圖像對應(yīng)的感興趣區(qū)域上提取光譜，求出每個感興趣區(qū)域中所有像素點的平均光譜作為該區(qū)域的原始光譜。

（2）光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理

采集的原始光譜中有許多噪聲干擾和冗余信息，對建立模型的精度有很大的影響，選擇合適的預(yù)處理方法可以

降低數(shù)據(jù)中的噪聲干擾，提高模型預(yù)測精度。

（3）特征波長提取

特征波長中有重要的光譜識別信息，從經(jīng)過預(yù)處理后的全光譜波段中選取特征波長，可以降低數(shù)據(jù)維度，減少數(shù)據(jù)運算量，提高模型建立速度和預(yù)測精度。

（4）建模預(yù)測模型

將提取的特征波長建立預(yù)測模型對沙果的成熟度進行預(yù)測，建立相關(guān)的預(yù)測模型。

5.結(jié)果分析

通過高光譜成像儀采集的沙果樣本的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的預(yù)處理，建立相應(yīng)的預(yù)測模型，然后就可以對沙果的成熟度進行分析。

高光譜成像技術(shù)是一種集圖像和光譜于一體的技術(shù)，圖像中的每個像素點都包含特定位置的光譜信息，可實現(xiàn)被測物各組分分布情況的可視化。通過高光譜成像技術(shù)獲取沙果的高光譜數(shù)據(jù)并結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法獲取沙果的成熟度參數(shù)作為參照，使用分類算法完成對沙果成熟度進行判別，建立成熟度分類預(yù)測模型，就可以為沙果最佳采摘期的判斷提供科學(xué)依據(jù)。