[发明专利]一种短波近红外检测水果表面腐烂的方法

说明书

本发明公开了一种通过模糊决策优化和光谱分析等技术进行短波近红外检测跃变型水果表面腐烂的方法。该方法结合采收和储藏等因素状况设定光谱波段吸光度的标准指标特征值矩阵，并分析不同波段特征值对于腐烂概念的相对隶属度和不同级别的光谱波段对应吸光度标准值关于腐烂概念的相对隶属度，并建立模糊决策环境下带有等式约束的求极小值目标函数来求解校正标准误差平方最小场景下的最优隶属度和回归系数，则相对标准等级的最优隶属度最大值对应的行数则为对应的级别，从而为水果表面腐烂提供评判参考。

技术领域

本发明属于果品采后处理技术领域，具体涉及一种结合模糊决策优化和光谱分析等技术理论以短波近红外方式检测跃变型水果表面腐烂状况的方法。

背景技术

光谱分析技术是依据某一物质成分对电磁波的吸收特征而进行的定性、定量分析技术。近红外分析技术是近年来在果品采后处理应用领域中非常活跃、受到广泛关注和应用的光谱分析技术之一。近红外光是指波长介于可见区和中红外区之间的电磁波，一般波长范围为780～2526nm(波数为12820～3959cm^-1)，习惯上又将近红外光谱区分为短波近红外区(780～1100nm)和长波近红外区(1100～2526nm)。相对于其它无损检测技术，近红外光谱分析技术的分析速度快、且无污染，样品不需预处理、操作简单，可以同时测定多种成分和指标，从而易于实现工业的实时在线检测，但需要大量代表性样本进行分析建模。

果实腐烂是由果实自身衰老(内因)和病原侵染(外因)共同交互作用的结果。苹果、香蕉、芒果、猕猴桃、西红柿等跃变型水果被采摘之后从新鲜到腐烂之间存在有跃变过程。肉质果实从成熟到后熟的一种生理过程，之后果实将进入衰老，腐烂，从成熟到衰老的过程中，有一个呼吸强度快速增加、内源乙烯大量产生的阶段，称为呼吸高峰，期间当内源乙烯大量产生时，由于乙烯是一个调控果实成熟启动的重要因子，果实内部就会发生一系列变化：淀粉转变成糖，有机酸分解，果实酸度下降，果胶酶活性提高使果胶分化、果肉变软，经过呼吸高峰后，果实就会很快衰老，腐烂。

特征波长选择对于建立稳定的光谱模型是非常重要的。对于光谱数据，通常其光谱波长变量非常多，波长变量在几百个到几千个之间，有些波长变量不包含有用信息，是噪声信号。若是将所有的波长变量用于模型建立，会引起两方面问题。一是建模所需时间变长，模型更加复杂；二是将光谱噪声信号包含在模型中，影响模型的稳定性。因此在建模前进行特征波长选择是非常有必要的。多元线性回归是近红外光谱建模方法中最基本，也是最常用的方法。在水果表面监测获取的特征光谱区间范围，不同腐烂程度的跃变型水果由于果内共性的成分结构可能会展现出相似的光谱轮廓，但光谱由于腐烂程度导致的内部有机物化学成分变化会随着从新鲜到腐烂程度的加深可发现反射强度逐渐降低。

发明内容

本发明的目的在于通过采集水果表面腐烂不同程度的短波近红外光谱波段数据进行分析；首先可结合采收和储藏等因素状况设定对应光谱波段吸光度的标准指标特征值矩阵，且分析短波近红外光谱不同波段特征值对于腐烂概念的相对隶属度和不同级别的光谱波段对应吸光度标准值关于腐烂概念的相对隶属度；而后可建立模糊决策环境下带有等式约束的求极小值目标函数来求解校正标准误差平方最小场景下的最优隶属度和回归系数，并引入拉格朗日常数来建立拉格朗日函数从而变为无约束求极小值问题来得到隶属度和回归系数的优化值表达式；可通过样本集建立短波近红外检测水果表面腐烂的样本集模糊决策识别矩阵来得到回归系数；最后将更新后的回归系数与光谱表征集得到水果相对标准等级的最优隶属度，则其最大值对应的行数则为水果对应的级别。

为了达到上述目的，本发明包括图1中所示的以下步骤：