柑橘果面光泽度识别方法的建立

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wiaini0
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柑橘是我国重要的经济作物之一,栽培面积和产量均位居全国水果产业首位。近年来随着柑橘产业的迅速发展和全民生活水平的提高,消费者对果实的外观品质也提出了更高的要求。果面光泽能直接反映鲜食柑橘果实的新鲜程度,是评价柑橘外观品质的重要指标之一,富有光泽的柑橘对消费者更具吸引力,因此维持和提高果面光泽是柑橘采后保鲜研究的重要内容。打蜡是目前柑橘采后生产中提高果面光泽的主要途径,但增亮型果蜡容易造成果实内部异味物质积累,降低果实风味和口感。由于缺乏对果面光泽度量化评价的科学体系,生产中主要通过感官评价对果面光泽度进行分级,但该方法存在人为主观性强、效率低下和评定误差大等不足;在科研中,研究人员通常使用色差仪的L*值定量描述柑橘光泽度,但研究发现测定结果与感官评价的误差很大,说明L*值并不能准确表征果面光泽度。基于以上问题,本研究结合图像处理和机器学习,建立柑橘果面光泽度的分级模型与量化评价体系;同时探寻了提高柑橘果面光泽度的新途径,为果实新鲜度的评价提供更加科学的依据,也为提高采后柑橘果实的外观品质和鲜果的市场竞争力提供技术支撑。主要研究结果如下:1.建立了柑橘果面光泽度的量化评价方法。对纽荷尔(Citrus sinensis Osbeck‘Newhall’)及其光亮型突变体赣南1号的L*值,以及夏橙(Citrus sinensis Osbeck‘Valencia’)和纽荷尔脐橙涂抹402D增亮果蜡前后的L*值进行测定,发现均无显著差异,与其光泽度感官评价的结果相悖。因此本研究基于HSI颜色模型建立了一种更加准确的柑橘光泽度的量化评价方法,并选取I值作为柑橘的光泽度指标,因为I值表示图像亮度,更符合人类视觉对亮度的感知。结果显示:低光泽、中光泽和高光泽柑橘的I值分别为6.55、150.12、223.46,三者之间具有显著差异,并且与感官评价的结果趋势一致,表明该方法和指标能够准确评价柑橘光泽。2.抛光可提高柑橘果面光泽度,配合涂蜡处理能够实现增亮和保鲜的双重目标。利用纱布对柑橘果实进行抛光处理可以提高果面光泽度,并且未对果面造成损伤。抛光处理后柑橘果面蜡质的结构和含量结果显示,抛光处理后蜡质的片状晶体结构基本消失,表面变得平整光滑;而抛光后柑橘的总蜡含量及各组分含量与抛光前相比并无明显变化,表明柑橘果面光泽度是由蜡质结构而非含量决定的。在实验过程中发现,抛光处理后的果面光泽在4~10 d内逐渐降低直至消失,表明单纯通过抛光处理难以持久保持果面光泽。进一步研究发现,抛光处理和保鲜型果蜡配合使用既可以弥补保鲜果蜡亮度不足的缺陷,也可以延长果面光泽度维持的时间。处理后的柑橘果面光泽度从高到低依次为:402D果蜡处理>抛光+保鲜蜡处理>抛光处理>保鲜蜡处理>CK。不同处理后柑橘光泽度变化的结果显示:抛光+保鲜蜡和402D处理组光泽度变化较小,常温贮藏20 d仍能维持较高光泽;抛光处理则因柑橘品种不同,光泽维持时间存在差异,但通常都在10 d左右光泽完全消失。此外,抛光+保鲜果蜡处理还具有良好的采后保鲜效果,该处理能够显著降低果实失水,与商业果蜡402D处理相比,还能够显著降低果实异味物质的含量。3.基于计算机视觉技术建立了柑橘果面光泽度的分级模型。在环形光源的照射下,富有光泽的柑橘表面能够反射出清晰明亮的光环,光泽度越高,反射越强。利用图像采集装置获取不同光泽柑橘的图像后,通过最大类间方差法(Otsu)、分量法、伽马变换等图像预处理方法对采集的图像进行背景分割、灰度化和增强处理,以消除光照、灰尘等外界因素造成的冗余信息,同时分割出柑橘反光区域,然后基于RGB和HSI颜色模型以及灰度共生矩阵提取反光区域的颜色特征、纹理特征以及几何特征,并通过随机森林算法进行特征筛选,最终选取10个特征参数导入BP神经网络(Back Propagation neural network)构建柑橘光泽的分级模型。结果显示该模型对3种不同光泽度(高光泽、中光泽、低光泽)果实分级的正确率为99.2%。综上所述,本研究建立的分级模型及量化评价方法能够更科学的评价柑橘果面光泽度,并在此基础上提供了一条提高柑橘光泽的新思路,为建立完善的柑橘光泽评价体系和增亮保鲜技术提供了理论依据。
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