高光譜技術(shù)識別砂糖橘損傷：提升柑橘品質(zhì)管控的新手段

砂糖橘因其口感清甜、果皮薄、汁水豐富，成為我國冬季最受歡迎的水果之一。然而，在采摘、運輸和分選過程中，砂糖橘極易產(chǎn)生機械損傷或內(nèi)部隱性損傷。這些損傷往往在早期難以通過肉眼識別，但卻會顯著影響果實品質(zhì)、儲存壽命以及市場銷售價值。因此，如何快速、無損地識別砂糖橘是否損傷，成為當(dāng)前柑橘產(chǎn)業(yè)質(zhì)量控制的重要問題。近年來，高光譜成像技術(shù)為這一問題提供了新的解決方案。

奧譜天成高光譜成像儀

砂糖橘損傷的重要意義

重點：提升果品品質(zhì)與品牌價值

砂糖橘在采摘和物流過程中容易受到擠壓或碰撞，產(chǎn)生輕微損傷。雖然外觀可能暫時沒有明顯變化，但內(nèi)部組織已經(jīng)開始發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，后期容易出現(xiàn)腐爛或變質(zhì)。如果這些果實進入市場，不僅影響消費者體驗，還可能損害產(chǎn)區(qū)品牌形象。

通過高光譜技術(shù)提前識別損傷果實，可以在分選階段將其剔除，從而保證進入市場的果品品質(zhì)更加穩(wěn)定。

重點：減少運輸和倉儲損失

損傷的砂糖橘在儲存過程中更容易出現(xiàn)霉變和腐爛，并可能對周圍果實產(chǎn)生“連鎖影響”。在傳統(tǒng)分選方式下，許多隱性損傷果實無法被及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致儲運損耗率上升。

通過高光譜檢測，可以在早期識別內(nèi)部組織變化，將潛在問題果實提前篩選出來，有效降低儲運損失，提高供應(yīng)鏈效率。

重點：推動水果分選自動化

當(dāng)前水果分選大多依賴顏色、尺寸等外觀指標(biāo)，而無法識別內(nèi)部損傷。高光譜技術(shù)能夠獲取水果的光譜信息，從而識別內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，為水果分選系統(tǒng)提供更全面的檢測維度。

將高光譜成像系統(tǒng)與自動分選設(shè)備結(jié)合，可以實現(xiàn)：

損傷果自動識別

優(yōu)質(zhì)果精準(zhǔn)分級

批量化快速檢測

這對于規(guī)模化柑橘產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

當(dāng)砂糖橘受到機械擠壓或碰撞時，其內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，例如：

細(xì)胞破裂

水分分布變化

組織密度改變

這些變化會影響果實對不同波長光的吸收和反射特性，從而在光譜上形成特征差異。

高光譜成像系統(tǒng)通過獲取多個連續(xù)波段的信息，可以檢測到這些細(xì)微變化，并結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)損傷識別。

一般檢測流程包括：

高光譜數(shù)據(jù)采集
對砂糖橘進行掃描，獲取空間與光譜信息。

光譜數(shù)據(jù)處理
對原始光譜進行去噪、校正和歸一化處理。

特征波段提取

篩選與損傷最相關(guān)的關(guān)鍵波段。

建立識別模型

通過機器學(xué)習(xí)算法建立損傷識別模型，實現(xiàn)自動分類。

通過這一流程，即使是肉眼難以發(fā)現(xiàn)的早期損傷，也能夠被準(zhǔn)確識別。

原始數(shù)據(jù)

奧譜天成模型識別結(jié)果

由于不同砂糖橘表面可能出現(xiàn)裂痕甚至霉變等情況，因此本研究選取了三種典型狀態(tài)進行對比分析：表面完整、表面裂痕以及表面霉變，分別獲取其對應(yīng)的光譜曲線。結(jié)果表明，這三種狀態(tài)在光譜特征上存在較為明顯的差異。

從原始光譜曲線來看，表面裂痕區(qū)域與表面完整區(qū)域的整體光譜走勢較為接近，但在部分特定波段上仍表現(xiàn)出明顯的反射率差異。其中，在若干關(guān)鍵波段處，表面完整區(qū)域的反射率數(shù)值明顯高于裂痕區(qū)域，說明裂痕會對果皮結(jié)構(gòu)及其光學(xué)特性產(chǎn)生一定影響。

進一步對光譜曲線進行一階微分處理后可以更加清晰地觀察到差異特征。在900 nm 波段附近，表面完整區(qū)域的曲線峰值明顯高于表面裂痕區(qū)域，這表明在該波段下，完整果皮的反射率變化幅度更大，而裂痕區(qū)域由于組織結(jié)構(gòu)受損，其光譜響應(yīng)相對減弱。

此外，表面霉變區(qū)域的光譜曲線與前兩種狀態(tài)相比表現(xiàn)出更為顯著的差異。霉變導(dǎo)致果皮內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，從而使其光譜特征發(fā)生明顯偏移，這也為利用高光譜技術(shù)識別砂糖橘表面霉變提供了可靠依據(jù)。

整體來看，不同表面狀態(tài)的砂糖橘在光譜特征上具有可區(qū)分性，為后續(xù)基于高光譜數(shù)據(jù)建立損傷與霉變識別模型提供了重要基礎(chǔ)。

奧譜天成自主研發(fā)的高光譜成像設(shè)備開展砂糖橘損傷檢測研究。通過獲取砂糖橘表面不同區(qū)域的光譜信息，對完整、裂痕及霉變等狀態(tài)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)不同損傷狀態(tài)在特定波段具有一定差異特征。研究表明，奧譜天成高光譜設(shè)備能夠?qū)ι疤情俦砻鎿p傷情況進行識別與分析，為砂糖橘品質(zhì)檢測提供了一種快速、無損的新技術(shù)手段，為水果分級分選和智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供了新的技術(shù)路徑。