食品行業
鴨梨是我國白梨品系的傳統優良主栽品種，在全國出口水果中居重要位置，每年都為出口創匯做突出貢獻。為了提升我國鴨梨在國際市場上的地位和競爭力，滿足消費者對外觀美、質量好的高檔水果的需求，對鴨梨碰傷進行檢測十分必要。本文以鴨梨為研究對象，采用反射方式采集樣本的高光譜圖像，初步探索了基于高光譜反射圖像分析的鴨梨皮下碰傷檢測方法。通過使樣本從不同高度自由下落撞擊地面制備不同程度的碰傷。實驗結果表明：在400-1000 nm波段范圍內，無碰傷樣本的相對反射率大于碰傷樣本，且碰傷程度越嚴重，其相對反射率值越小。對400-1000 nm波段高光譜反射圖像進行主成分分析的結果表明，通過依次對第四主成分圖像進行中值濾波、閾值分割、填充處理和連通區域面積篩選，可以實現碰傷區域的分割。該結果為后續鴨梨碰傷面積的定量檢測奠定了基礎。
1、樣本制備
將60個大小和顏色一致、表面無缺陷的鴨梨樣本分成4組，每組15個。第1-3組樣本分別從58、43和32 cm高度自由下落，通過與地面撞擊形成不同程度的碰撞瘀傷。第4組樣本表面沒有碰傷，用來作為對照組。由于樣本是自由下落，因此無法控制樣本與地面的撞擊點。但是為了保證所選取的感興趣區域位于所有樣本的相同位置，從而避免由于感興趣區域的位置不同對結果的影響，最終從每組中挑選出8個碰傷區域在赤道部位的樣本進行后續的分析。在整個實驗過程中，所有樣本被放置在實驗室環境下(約7.5℃,相對濕度61%)保存。
2、反射高光譜圖像采集
首先打開光纖光源，待預熱好后，通過觀察重構偽彩色圖像是否清晰、無失真來調整物距、鏡頭旋度和電動位移平臺的移動速度，使高光譜相機清晰成像。然后在載物臺上放置一塊標準白板(聚四氟乙烯板),遵循譜信號無飽和原則調整相機的曝光時間，再獲取白板反射光譜，對高光譜相機進行白校正，并保存。接著蓋上鏡頭蓋，對高光譜相機進行暗場校正，并保存。接著根據樣本的長度和寬度在視場中的大小調整高光譜圖像采集的幀數。最后，將樣本的放在載物臺上，并將碰傷部位調整到掃描面的頂點，每24小時按照采集一次樣本的高光譜反射圖像，共采集3次。
3結果與討論
3.1碰傷區域的相對反射光譜分析
在所獲取的高光譜圖像中選取赤道部位相同位置處50*50的區域為感興趣區域(Regionofinerest:ROI),獲取該區域的相對反射光譜。然后對每組樣本的相對反射光譜取平均。
圖2所示的是在碰后第0、24和48小時各組樣本的平均相對反射光譜。可以看出，在400-1000nm波段范圍，無碰傷樣本的相對反射率均大于碰傷樣本，而且碰傷的程度越嚴重，樣本的相對反射率越小。此外，隨著時間的推移，無論樣本的碰傷程度如何，樣本碰傷區域的相對反射率均逐漸減小。
3.2碰傷區域的分割
通過對400-1000 nm波段的反射高光譜圖像進行主成分分析，獲取前四個主成分圖像，如圖3所示。從圖中可以看出，第二、四主成分圖像中碰傷區域和正常區域灰度差別明顯。在第二主成分圖像(PC-2)中，碰傷區域顏色較深，灰度值小，而正常區域顏色較淺，灰度值大。而在第四主成分圖像(PC-4)中，這種情況正好相反，碰傷區域顏色較淺，而正常區域顏色較深。
由于鴨梨表面粗糙，在第二、四主成分圖像中形成了很多噪點，所以第二和第四主成分圖像都不能直接用于碰傷區域的分割。此外，第二主成分圖像中鴨梨表皮上的黑斑與噪點的灰度值十分接近，因此選取第四主成分圖像用于碰傷區域的分割。首先對PC-4進行中值濾波，然后對濾波后的圖像進行閾值分割，此處設定的閾值為170,接著進行填充處理，最后計算結果圖像中各連通區域內像素點的個數，保留像素點個數大于200的連通區域，即為碰傷區域，圖像分割過程的分步處理結果如圖4所示。
4、結論
本研究基于高光譜反射成像系統，探索了鴨梨碰傷的檢測方法。研究發現，在400-1000nm波段范圍內，無碰傷樣本的相對反射率均大于碰傷樣本，而且碰傷的程度越嚴重，樣本的相對反射率越小。隨著時間的推移，無論樣本的碰傷程度如何，樣本碰傷區域的相對反射率均逐漸減小。對400-1000 nm波段的高光譜反射圖像進行主成分分析的結果表明，第二、四主成分圖像中碰傷區域和正常區域灰度差別明顯。但在第二主成分圖像中鴨梨表面的黑斑與由于鴨梨表面粗糙形成的噪點的灰度值接近，不利于碰傷區域的分割。因此，通過依次對第四主成分圖像進行中值濾波、閾值分割、填充處理和連通區域面積的篩選，最終將碰傷區域分割出來，為后續實現鴨梨碰傷面積的定量檢測奠定了基礎。
