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ZHEJIANGYIXIANG

藍(lán)莓憑借其高營養(yǎng)價值與經(jīng)濟(jì)價值,，在水果市場中占據(jù)重要地位,。從種植、運(yùn)輸,，到儲存和銷售,，新鮮度始終是衡量藍(lán)莓品質(zhì)與價格的關(guān)鍵指標(biāo)。如何實(shí)現(xiàn)無損,、精準(zhǔn),、快速的藍(lán)莓新鮮度檢測，成為提升藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)競爭力的核心。企業(yè)若能實(shí)時把握藍(lán)莓品質(zhì)變化,，就能優(yōu)化采摘時機(jī),、倉儲條件以及運(yùn)輸流程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益

在過去,，藍(lán)莓新鮮度的檢測主要依靠感官判斷,，像觀察藍(lán)莓的色澤、果霜,、果蒂形態(tài),，以及嗅聞氣味、感受軟硬程度等,。然而,，這些傳統(tǒng)方法受個人主觀因素影響大，檢測結(jié)果并不準(zhǔn)確,。

隨著科技的進(jìn)步,，智能化果蔬分選技術(shù)逐漸在產(chǎn)業(yè)中得到應(yīng)用。當(dāng)前,，在藍(lán)莓分選過程中，常見的是利用可見光圖像或單波段近紅外圖像開展視覺檢測,?；诳梢姽庀鄼C(jī)的機(jī)器視覺方案，雖能對藍(lán)莓的外觀,，如大小,、形狀、表面瑕疵等進(jìn)行檢測,，卻難以深入了解其內(nèi)部品質(zhì),，像內(nèi)部是否腐爛、營養(yǎng)成分含量等,。而近紅外成像技術(shù),，雖然能夠檢測出藍(lán)莓的水分、糖分,、酸度等信息,，可單一波段的近紅外檢測容易受到環(huán)境光強(qiáng)度、藍(lán)莓表面的光潔度,、濕度等因素干擾,，導(dǎo)致檢測精度下降。

所以,，如何提升藍(lán)莓新鮮度檢測的能力,，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、高效的檢測，依然是當(dāng)下藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中迫切需要解決的問題,。

多光譜相機(jī)的工作波段處于可見近紅外區(qū)域,，能夠同步采集從藍(lán)光波段直至近紅外波段的多譜段信息。通過對這些豐富的圖譜特征進(jìn)行深度挖掘與分析,，它可以實(shí)現(xiàn)高精度的光譜視覺定量分析,，從而為更精準(zhǔn)地檢測藍(lán)莓新鮮度提供有力支持。

根據(jù)公開資料,，隨著藍(lán)莓存儲時長增加,，其光譜反射率曲線會出現(xiàn)明顯變化。尤其是在 400 - 1000nm 的可見光 - 近紅外波段范圍內(nèi),，波譜差異尤為顯著,，這表明該波段在藍(lán)莓新鮮度檢測方面具備巨大潛力。

1. 連續(xù)觀測實(shí)驗(yàn)

為深入探究不同新鮮度藍(lán)莓的光譜特性,，同時驗(yàn)證光譜視覺技術(shù)在察覺藍(lán)莓新鮮度細(xì)微變化方面的潛力,，特開展如下實(shí)驗(yàn)：按照果實(shí)硬度、果粉密度等指標(biāo),，挑選出一批新鮮藍(lán)莓作為實(shí)驗(yàn)樣本,。將這批樣本平均分成兩組，其中一組置于室溫（約 20℃）環(huán)境下保存,，作為對照組 1；另一組則保存在冷藏（0 - 4℃）環(huán)境中,，作為對照組 2,。隨后，利用可見近紅外光譜分析儀,，連續(xù) 10 天對兩組實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行多光譜圖像數(shù)據(jù)采集,。

2. 光譜差異性分析

在對照組 1 的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程里，10 天內(nèi)樣本發(fā)生了顯著改變,。起初飽滿的藍(lán)莓逐漸干癟,，尤其是第 5 天之后,，這種變化對比更為鮮明,。對第 1 - 3 天的光譜曲線展開對比后發(fā)現(xiàn)：“1 - 7 可見光波段” 的特征值近乎重合，從直觀上看，樣本的外觀與色澤幾乎沒有變化,；然而,，“8 - 12 近紅外波段” 的特征值卻出現(xiàn)了明顯下降。此外,，根據(jù)光譜數(shù)據(jù)能夠得出,，藍(lán)莓在前 3 天新鮮度變化較為劇烈,，3 天之后，新鮮度變化趨于平緩,。

在對照組 2 的實(shí)驗(yàn)過程中,，通過分析光譜曲線可知，“1-7 可見光波段” 的特征值基本重合,。這一結(jié)果反映在圖像上,，便是藍(lán)莓在 10 天內(nèi)的形態(tài)與顏色均未出現(xiàn)明顯變化,。與之不同的是,，“8-12 近紅外波段” 的特征值呈現(xiàn)出緩慢下降的態(tài)勢,，其中第 1 天到第 2 天的下降幅度相對較大,，變化較為明顯,，而在這之后，下降趨勢逐漸趨于平緩 ,。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：
【1】在實(shí)驗(yàn)的短期觀察中,，兩組藍(lán)莓的外觀沒有明顯差異，但光譜曲線已經(jīng)清晰地顯示出其內(nèi)部成分的改變,。相較于傳統(tǒng)的人工感官判斷,，以及僅能檢測外觀的可見光成像技術(shù),，多光譜視覺技術(shù)在檢測藍(lán)莓新鮮度方面優(yōu)勢顯著，它能夠捕捉到肉眼難以察覺的內(nèi)部品質(zhì)變化,。

【2】藍(lán)莓光譜的變化主要是由花青素降解,，以及總水分和結(jié)合水含量改變所引起。從長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看,，這種變化并非呈線性發(fā)展,，而是具有非線性特征。在某些時間段內(nèi),，變化速度會逐漸減緩,，最終趨于穩(wěn)定，不再發(fā)生明顯改變,?！?】即便采用冷藏的方式延緩藍(lán)莓品質(zhì)下降，光譜技術(shù)依然能夠敏銳地捕捉到藍(lán)莓新鮮度的細(xì)微波動,，精準(zhǔn)地反映出其品質(zhì)變化情況,，充分證明了該技術(shù)在藍(lán)莓新鮮度檢測上的高靈敏度和準(zhǔn)確性,。

藍(lán)莓新鮮度檢測建模與驗(yàn)證

1. 特征波段選取與算法構(gòu)建

基于前期實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論,，近紅外波段在反映藍(lán)莓新鮮度變化方面表現(xiàn)出色,。不過,，在實(shí)際的藍(lán)莓新鮮度檢測過程中，存在著諸多干擾因素。藍(lán)莓自身表面并不平整,，在產(chǎn)線檢測時,，局部打光很難做到均勻一致,，而且藍(lán)莓在傳送帶上處于快速運(yùn)動狀態(tài)。這些因素綜合作用,，使得單波段反射信息產(chǎn)生偏差,。從實(shí)際檢測圖像中可以看到（如下圖所示）,，藍(lán)莓的邊緣區(qū)域常常會被錯誤地判定為不新鮮,，這就導(dǎo)致了檢測結(jié)果出現(xiàn)誤判,。

為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地運(yùn)用可見光 - 近紅外范圍內(nèi)的多個波段，構(gòu)建了歸一化比值型指數(shù)。這種方法用相對變化趨勢替代了原本容易受干擾的絕對變化值,，成功解決了因藍(lán)莓三維形態(tài)導(dǎo)致的陰影問題,，以及因快速運(yùn)動產(chǎn)生的信號偏差問題,。如此一來，有效避免了對藍(lán)莓邊緣區(qū)域的誤判,，極大地提升了檢測精度,。在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合先進(jìn)的視覺算法,，就能夠精準(zhǔn)定位每一顆藍(lán)莓,，并準(zhǔn)確檢測其新鮮度。

2. 模擬產(chǎn)線動態(tài)驗(yàn)證

為精準(zhǔn)評估在真實(shí)產(chǎn)線動態(tài)檢測環(huán)境下的實(shí)際成效,，專門搭建了一套實(shí)驗(yàn)裝置,。裝置通過傳動帶模擬分選產(chǎn)線的運(yùn)動狀態(tài)，原藍(lán)莓在生產(chǎn)線上的運(yùn)動場景,。同時,，選用與前期實(shí)驗(yàn)確定的特征波段相匹配的多光譜工業(yè)相機(jī)，用于獲取檢測數(shù)據(jù),。此外,，將研發(fā)出的檢測算法封裝成動態(tài)庫，以便高效調(diào)用,。

在實(shí)驗(yàn)過程中,，嚴(yán)格按照實(shí)際產(chǎn)線檢測速率要求，實(shí)時獲取多光譜視頻數(shù)據(jù)，并同步進(jìn)行處理,。最終,，成功實(shí)現(xiàn)了對藍(lán)莓新鮮度的快速、無損檢測,，為該技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支持與實(shí)踐驗(yàn)證。

在動態(tài)驗(yàn)證環(huán)節(jié),，多光譜工業(yè)相機(jī)所采集的數(shù)據(jù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用,。借助這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠迅速且精準(zhǔn)地分辨出外觀近乎一致的藍(lán)莓在新鮮度上的細(xì)微差別,。這一成果充分證實(shí)了光譜視覺技術(shù)在藍(lán)莓新鮮度檢測領(lǐng)域的性能,，不僅檢測精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法，而且檢測效率也契合產(chǎn)線分選的實(shí)際需求,，為藍(lán)莓分選的高效,、精準(zhǔn)作業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)保障 。

不僅如此,，多光譜相機(jī)還具備一項(xiàng)重要優(yōu)勢,。它能利用采集到的多波段信息，合成高分辨率真彩色圖像,，以此對藍(lán)莓外觀是否存在缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)檢測,。這項(xiàng)功能使它能夠勝任傳統(tǒng)可見光相機(jī)的工作，甚至在性能上,。多光譜相機(jī)實(shí)現(xiàn)了對藍(lán)莓內(nèi)部品質(zhì)（如新鮮度,、水分、糖分等）和外觀缺陷的同步檢測,，讓生產(chǎn)者可以全面,、深入地掌握藍(lán)莓的整體品質(zhì)狀況。這一技術(shù)革新極大提升了藍(lán)莓分選過程中的檢測效率與準(zhǔn)確性,，助力藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)更高效,、更優(yōu)質(zhì)的發(fā)展。

結(jié)論

光譜視覺技術(shù)在藍(lán)莓新鮮度檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢,。它能以快速,、無損的方式，敏銳捕捉到藍(lán)莓新鮮度的細(xì)微變化,，提供更為精準(zhǔn)的檢測結(jié)果,，為藍(lán)莓品質(zhì)的準(zhǔn)確評估筑牢根基。同時,，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)莓內(nèi)部品質(zhì)（如水分,、糖分含量及新鮮度等）與外觀品質(zhì)（如大小、色澤、有無瑕疵等）的同步檢測,，為藍(lán)莓分選提供了一套更高效,、更全面的視覺檢測方案，有力推動藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)向智能化,、精細(xì)化方向發(fā)展,。

設(shè)備推薦

本次實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的可見近紅外光譜分析儀和多光譜面陣相機(jī)，均為長光馳宇自主研發(fā)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,，分別是 LabS VNIR 可見近紅外光譜分析儀以及 4 波段多光譜面陣工業(yè)相機(jī),。

LabS VNIR 可見近紅外光譜分析儀是一款業(yè)光譜分析系統(tǒng)。其波段覆蓋范圍廣泛,，從可見光區(qū)域延伸至近紅外范圍,，能全面采集不同波段的光譜信息。設(shè)備擁有微米級空間分辨率,，可精準(zhǔn)識別微小區(qū)域的光譜特征,，所生成的圖像均經(jīng)過嚴(yán)格的光譜輻射校正，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,。憑借強(qiáng)大的光譜視覺特征在線分析能力,，它能夠快速完成待測物體的光譜建庫工作，并高效篩選出特征波段,，為后續(xù)的檢測分析提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),。

4 波段多光譜面陣工業(yè)相機(jī)采用了窄帶光譜調(diào)制成像技術(shù)，這一技術(shù)賦予了相機(jī)靈活的波段定制能力,。用戶只需更換光學(xué)調(diào)制模塊,，就能以較低成本實(shí)現(xiàn)波段的個性化設(shè)置，滿足不同檢測場景的需求,。此外,，該相機(jī)具備更 “純凈” 的光譜信息獲取能力，能夠有效減少干擾,，提取更準(zhǔn)確的光譜數(shù)據(jù),，搭配無縫兼容傳統(tǒng)工業(yè)視覺標(biāo)準(zhǔn)化體系的特性，既能提升目標(biāo)檢測精度,，又能讓方案部署過程更加便捷高效,，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

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