一种苹果霉心病检测模型建立的方法技术

本发明专利技术公布了一种苹果霉心病无损检测模型建立的方法，该方法为将待测苹果表面用无纺布擦拭干净，在果梗附近进行标号，应用便携式漫透射近红外光谱仪采用四点横光谱采集方式进行扫描，光谱检测结束后，对苹果进行横切，用游标卡尺测定苹果以及病变区域的直径，并对苹果进行拍照留存。得到的近红外光谱数据，首先运用单位向量归一化方法进行光谱预处理，然后选择特征波长进行PLSR方法建立模型，通过未参与定标的样品，进行模型验证，苹果霉心病无损检测模型的判断正确率达到85%以上。该方法具有操作简便、无损快速的特点，适合于农户、企业对未知霉心病苹果的抽检或者小批量检测。

【技术实现步骤摘要】
一种苹果霉心病检测模型建立的方法
本专利技术属于农产品无损检测领域，特别涉及基于漫透射近红外光谱技术建立一种患有霉心病苹果的无损检测方法，具有操作简便、快速判别的特点。
技术介绍
苹果霉心病是苹果的主要果实病害之一，该病害是由多种病原菌复合侵染所致。其发病特点是霉心病病原菌从果实心室从内往外扩展霉烂，最终导致果肉腐烂，但是在苹果外表并没有表现出明显的病害特征。霉心病病原菌可以以孢子或者菌丝体的形式在树体上、土壤、落叶、病果或坏死组织上存活，在第2年春季借助风雨或者昆虫进行传播，花芽中潜伏或传播到花器上的霉心病病原菌随着花朵开放进果实入子房等内部组织，随着果实的发育，通过果实萼筒进人果心从而导致果实的病变，最终出现各种霉心病症状。霉心病的发病特征是病原菌从果实中心往外病变，果肉逐渐腐烂，且在病变初期苹果外表完好无损，没有表现出任何的病害症状。目前，因我国对霉心病缺乏有效的无损检测技术及其应用，影响了苹果的品质控制和销售市场。无损检测技术是在尽可能不破坏水果原始的物理状态、化学性质等前提下，获取待测物品质有关的性质或成分等理化信息所采取的检测方法。其中，近红外光谱技术（Nearinfraredspectroscopictechnique,NIST）、生物电阻抗检测技术（Bioelectricalimpedancetechnique,BIT）、高光谱成像技术（Hyperspectralimaging,HI）及电子计算机断层扫描（Computedtomography,CT）等无损检测技术越来越多地被应用于农产品的品质和各种缺陷的检测并成为研究的热点。近年来，近红外无损检测技术迅速发展，国内外学者对其进行了大量的研究。其原理是水果内部分子与化学键相结合的各种基团的自身振动具有固定频率，在近红外光照射下水果吸收近红外光谱区特定波长的光线，可以获取该物质的特征光谱。然后将特征峰值与水果的品质参数结合起来建立两者的相关关系，进而检测水果的品质。不同近红外光谱检测技术对苹果霉心病的判别研究中主要包括：检测方式、波长范围、判别方法以及判别正确率等。目前文献中主要为漫反射光谱、透射光谱，但多为大型仪器或光谱采集要求严格，存在着不便于携带、操作繁琐、成本高的特点。目前便携式漫透射近红外光谱仪在多种果蔬品质上进行了研究，但在苹果霉心病检测上未见报道。通过便携式漫透射近红外光谱仪在苹果霉心病无损检测模型的建立，有利于实现农户、企业等人员对苹果霉心病发生情况进行快速检测，提高电商平台、大型超市、连锁水果店中苹果的品质。
技术实现思路
本专利技术的目的是填补以往研究空白，提供一种苹果霉心病无损检测模型建立的方法。本专利技术提供了一种基于漫透射近红外光谱技术建立一种患有霉心病苹果的无损检测方法，具有操作简便、快速判别的特点。为实现上述目的，本专利技术公开了如下的
技术实现思路
：本专利技术公开了一种苹果霉心病无损检测模型建立的方法，其包括如下步骤：步骤1：将待测苹果表面用无纺布擦拭干净，在果梗附近进行标号1、2、3、4（图2）；步骤2：应用便携式漫透射近红外光谱仪（光谱检测范围400～1100nm），优选光谱检测范围650～950nm，采用四点横光谱采集方式进行扫描。四点采集点为412、123、234和341，见图2。步骤3：光谱检测结束后，对苹果进行横切，用游标卡尺测定苹果以及病变区域的直径，并对苹果进行拍照留存；步骤4：得到的近红外光谱数据，首先运用单位向量归一化方法进行光谱预处理，然后选择特征波长进行PLSR方法建立模型；步骤5：通过未参与定标的样品，进行模型验证，苹果霉心病无损检测模型的判断正确率达到85%以上。本专利技术公开了苹果霉心病分为四个等级，健康果、轻度果、中度果，重度果，区分标准见图3。本专利技术公开的苹果霉心病无损检测模型的判断正确率为85～90%。本专利技术进一步公开了所述苹果霉心病无损检测模型建立方法，具有操作简便、无损快速、准确率高的特点，适合于农户、企业对霉心病苹果的抽检或者小批量检测。本专利技术主要解决了苹果霉心病无损检测中存在的设备昂贵、操作繁琐、环境条件要求高、不便于田间检测等问题，重点考察了不同采集方式、光谱预处理、建模方法、特征波长对便携式漫透射近红外光谱仪苹果霉心病检测模型的精度影响，主要的难点在于基于便携式漫透射近红外光谱仪构建苹果霉心病检测模型。本专利技术公开的苹果霉心病无损检测模型建立的方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：（1）采用便携式漫透射近红外光谱仪，具有价格低廉、携带方便、操作简便、检测速度快的特点，可以满足当下电商商户、大型超市、连锁水果店、小型企业等的需求。（2）采集方式进行多方面摸索，从两点横向、四点横向和四点纵向三种采集方式，进行数据的采集与分析，进而得到最优的四点横向采集方法。在实际测定中，仅需要横向扫描一次。与现有技术相比，模型的建立考虑到了光谱采集方式上的影响，选择出的光谱采集方式更加准确。（3）在光谱预处理中，前期探索了6种预处理方法、4种建模方法，通过判断正确率的比较，最终选取了单位向量归一化预处理方法和PLSR建模方法，同时选择了4种特征波长进行PLSR建模，通过判断正确率的比较，最终选取特征波长710~950nm。模型的建立通过了光谱预处理、建模方法、特征波长的全面研究，数据真实可靠。（5）本专利技术建立的方法，在判断正确率来看，在85～90%之间，与文献中报道范围基本一致，但其以仪器便于携带、价格低、操作简便等优势，可以满足不同客户群的需求。附图说明图1四点横漫透射光谱波段的划分；图2漫透射光谱采集方式示意图；（a：横采；b：纵采；c：采集范围--两点（412、234）和采集范围--四点（412、123、234和341）横向采集，其中1、2、3、4为苹果记号笔标记位置）；图3不同等级富士苹果霉心病果实样本；（a.健康果；b.轻度霉心病果；c.中度霉心病果；d.重度霉心病果）。具体实施方式下面通过具体的实施方案叙述本专利技术。除非特别说明，本专利技术中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本专利技术的范围，本专利技术的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本专利技术实质和范围的前提下，对这些实施方案中的采集方式和特征波长进行的各种改变或改动也属于本专利技术的保护范围。本专利技术所用便携式漫透射近红外光谱仪有市售。实施例1将待测苹果表面用无纺布擦拭干净，在果梗附近进行标号，应用便携式漫透射近红外光谱仪（光谱检测范围650～950nm，分辨率3nm）采用不同光谱采集方式进行扫描，光谱检测结束后，对苹果进行横切，用游标卡尺测定苹果以及病变区域的直径，并对苹果进行拍照留存。得到的近红外光谱数据，首先运用单位向量归一化方法进行光谱预处理，然后全波段进行PLSR方法建立模型，通过未参与定标的样品，进行模型验证。采集方式包括：（1）两点横向采集，如图2中a、图2中c；（2）四点横向采集，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种苹果霉心病无损检测模型建立的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤实施：/n步骤1：将待测苹果表面用无纺布擦拭干净，在果梗附近进行标号；/n步骤2：应用便携式漫透射近红外光谱仪，光谱检测范围400～1100 nm，采用四点横光谱采集方式进行扫描；/n步骤3：光谱检测结束后，对苹果进行横切，用游标卡尺测定苹果以及病变区域的直径，并对苹果进行拍照留存；/n步骤4：得到的近红外光谱数据，首先运用单位向量归一化方法进行光谱预处理，然后选择特征波长进行偏最小二乘法回归（Partial least squares regression, PLSR）方法建立模型；/n步骤5：通过未参与定标的样品，进行模型验证。/n

【技术特征摘要】
1.一种苹果霉心病无损检测模型建立的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤实施：
步骤1：将待测苹果表面用无纺布擦拭干净，在果梗附近进行标号；
步骤2：应用便携式漫透射近红外光谱仪，光谱检测范围400～1100nm，采用四点横光谱采集方式进行扫描；
步骤3：光谱检测结束后，对苹果进行横切，用游标卡尺测定苹果以及病变区域的直径，并对苹果进行拍照留存；
步骤4：得到的近红外光谱数据，首先运用单位向量归一化方法进行光谱预处理，然后选择特征波长进行偏最小二乘法回归（Partialleastsquaresregression,PLSR）方法建立模型；
步骤5：通过未参与定标的样品，进行模型验证。


2.权利要求1所述的一种苹果霉心病无...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，李江阔，薛友林，毕金峰，徐祥彬，
申请(专利权)人：天津市林业果树研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12