基於可見、近紅外技術的黑枸杞品質分析研究

1. 可見、近紅外設備介紹

高光譜圖像數據采集采用四川雙利合譜科技有限公司的 GaiaSorter雙係統高光譜分選儀係統（V10E、N25E-SWIR）。該係統主要由高光譜成像儀、麵陣列相機、鹵素燈光源、暗箱
、計算機組成，如圖1。實驗儀器參數設置如表1。

圖1  GaiaSorter雙係統高光譜分選儀

表1   GaiaSorter 雙係統高光譜分選儀係統參數

在進行高光譜圖像采集時，需要設置相機曝光時間，平台移動速度以及物鏡之間的距離。這 3 個參數相互影響，圖像調節的目的是使采集的圖像大小合適，清晰，不變形失真。經過反複嚐試，物鏡高度設置為 31 cm，曝光時間設置為10ms，平台移動速度分別設置為 6.0 mm/s（400-1000 nm）
、16mm/s（1000-2500 nm）。圖像采集軟件采用四川雙利合譜科技有限公司提供的高光譜成像係統采集軟件完成。圖像處理采用 ENVI5.3 軟件進行處理。在進行圖像處理之前，先要對采集的光譜圖像進行圖像校正，圖像校正公式如下：

              (1)

式中，R_ref 是校正過的圖像，DN_raw 是原始圖像，DN_white為白板校正圖像，DN_dark 是黑板校正圖像。。

2.  實驗目標

高光譜成像設備采集的實驗目標為黑枸杞，分為紅果、爛果、黴變果，其中紅果是指沒有成熟就摘下來的果實；爛果是沒有發生黴變，隻是果實沒壓碎了，可與黴變果作對比參照；黴變果是指發生黴變的果實，如下圖所示。

圖2  需要高光譜設備采集的實驗目標

3.  實驗結果

3.1  可見、近紅外技術分析黑枸杞品種

    圖3為黑枸杞爛果、黴變果和紅果在400-1000nm波長範圍內的光譜反射率曲線，從其反射率曲線來看，在可見光區域，爛果
、黴變果和紅果的光譜反射率曲線變化趨勢相似，其相對值也很接近，但在近紅外區域，特別是730nm以後，紅果的光譜反射率則開始異於爛果和黴變果，在800nm以後，紅果的光譜反射率值則小於爛果和黴變果的光譜反射率值。爛果和黴變果在400-1000nm範圍內，其光譜曲線變化趨勢一致
，唯一不同的一點可能就在於爛果在720nm處反射率曲線陡然上升，而黴變果則在680nm處就已經陡然上升。總體上，爛果和黴變果曲線上升的斜率均大於紅果上升的斜率。圖3右側為利用400-1000nm光譜範圍對爛果、黴變果、紅果的分類研究，上半部分為爛果、中間部分為黴變果、下xia半ban部bu分fen為wei紅hong果guo。由you於yu紅hong果guo中zhong也ye有you少shao量liang的de黴mei變bian果guo
，而er黴mei變bian果guo中zhong肯ken定ding也ye不bu是shi全quan部bu整zheng個ge果guo子zi都dou發fa生sheng黴mei變bian，同tong理li爛lan果guo中zhong也ye可ke能neng存cun在zai黴mei變bian果guo等deng，因yin此ci分fen類lei結jie果guo隻zhi能neng大da致zhi的de告gao知zhi哪na些xie是shi爛lan果guo

、黴變果和紅果。

圖 3 爛果、黴變果以及紅果在400-1000nm的光譜及分類

3.2  短波紅外技術分析黑枸杞品種

     圖4為黑枸杞爛果、黴變果和紅果在短波紅外1000-2500nm波長範圍內的光譜反射率曲線
，從其反射率曲線來看，在1000-1250nm範圍內，紅果的光譜反射率低於爛果和黴變果的光譜反射率
，在1120nm處。爛果和黴變果有明顯的峰穀
，而紅果的峰穀不明顯；但在1250-2500nm範圍內
，紅果的光譜反射率則高於爛果和黴變果的光譜反射率，然而在1250-2500nm範圍內
，紅果與爛果
、黴變果的光譜曲線變化趨勢則非常相似。在短波紅外1000-2500nm範圍內，爛果和黴變果的光譜反射曲線也十分相似
，在1000-1400nm和1600-2500nm範圍內

，爛果的光譜反射率值高於黴變果的反射率值
；在1400-1600nm和範圍內，爛果的光譜反射率值則低於黴變果的反射率值。圖4右側為利用1000-2500nm光譜範圍對爛果
、黴變果、紅果的分類研究，上半部分為爛果、中間部分為黴變果、下(xia)半(ban)部(bu)分(fen)為(wei)紅(hong)果(guo)。從(cong)分(fen)類(lei)結(jie)果(guo)來(lai)看(kan)，黴(mei)變(bian)果(guo)有(you)一(yi)部(bu)分(fen)被(bei)分(fen)為(wei)了(le)爛(lan)果(guo)，而(er)紅(hong)果(guo)中(zhong)由(you)於(yu)本(ben)身(shen)存(cun)在(zai)黴(mei)變(bian)果(guo)，所(suo)以(yi)部(bu)分(fen)被(bei)分(fen)為(wei)黴(mei)變(bian)果(guo)或(huo)者(zhe)爛(lan)果(guo)屬(shu)於(yu)正(zheng)常(chang)現(xian)象(xiang)。黴(mei)變(bian)果(guo)中(zhong)由(you)於(yu)不(bu)可(ke)能(neng)全(quan)部(bu)或(huo)者(zhe)整(zheng)個(ge)果(guo)子(zi)都(dou)發(fa)生(sheng)黴(mei)變(bian)，所(suo)示(shi)在(zai)分(fen)類(lei)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，有(you)部(bu)分(fen)沒(mei)發(fa)生(sheng)黴(mei)變(bian)的(de)被(bei)分(fen)為(wei)紅(hong)果(guo)屬(shu)於(yu)正(zheng)確(que)分(fen)類(lei)。

圖4 爛果、黴變果以及紅果在1000-2500nm的光譜及分類