華中農(nóng)大研發(fā)新近紅外光譜技術(shù)，識(shí)別帶殼霉變板栗

喜愛吃板栗的人群常常會(huì)遇到這樣狀況，板栗外表光鮮亮麗，但內(nèi)在卻霉?fàn)€變質(zhì)了，使得在人們食用的過程中備受“煎熬”。如何才能讓人們識(shí)別帶殼的板栗是否變質(zhì)呢？

日前，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院研發(fā)出一種近紅外光譜技術(shù)，該技術(shù)能快速的識(shí)別帶殼板栗是否變質(zhì)，解除人們的煩惱。該方法的研制成功，可以取代人工，快速、準(zhǔn)確、無損地進(jìn)行帶殼板栗的品質(zhì)檢測和分選，大大提高了效率和效益，同時(shí)也為其它帶殼堅(jiān)果物料的自動(dòng)化檢測分選提供了技術(shù)借鑒。該項(xiàng)目填補(bǔ)了國內(nèi)外同類研究的一項(xiàng)空白。

該研究成果刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2011年第3期上，題為“基于GA-LSSVM和近紅外傅里葉變換的霉變板栗識(shí)別”，第一作者為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院博士生周竹，通信作者為李小昱教授。霉變是板栗綜合品質(zhì)評價(jià)的重要指標(biāo)。我國板栗年總產(chǎn)量達(dá)46.98萬噸，居世界第1位。但采后損失達(dá)總產(chǎn)量的35%~50%，重要原因之一是板栗發(fā)生霉變?，F(xiàn)有的霉變板栗分選主要采用人工分選或鹽水浮選，分選效率低，不僅給貯藏加工、銷售帶來困難，也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。研究一種快速、準(zhǔn)確、無損的霉變板栗分選方法，對于保證板栗品質(zhì)，促進(jìn)板栗深加工產(chǎn)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易，提高產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效率具有重要的意義。

近紅外光譜技術(shù)可利用全譜或部分波段的光譜數(shù)據(jù)對農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行檢測，該研究組的前期工作表明，近紅外光譜技術(shù)結(jié)合模式識(shí)別方法對于帶殼霉變板栗進(jìn)行檢測是可行的。
然而，利用近紅外光譜識(shí)別霉變板栗，一方面栗殼增加了識(shí)別的難度，需要合適有效的光譜預(yù)處理方法，另一方面近紅外光譜變量較多，為了提高識(shí)別的準(zhǔn)確性和快速性，需要選擇較優(yōu)的特征變量和建模方法。用近紅外光譜技術(shù)檢測霉變板栗，發(fā)現(xiàn)合格板栗和霉變板栗的近紅外光譜存在差異，但考慮到栗殼的影響，僅通過光譜預(yù)處理方法建立的霉變板栗識(shí)別模型效果不佳。為克服板栗近紅外光譜變量多、共線性強(qiáng)等缺點(diǎn)，對經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換預(yù)處理的板栗近紅外光譜進(jìn)行傅里葉變換，光譜變量從2048個(gè)降低為50個(gè)。

然后采用遺傳算法，該算法中染色體編碼由近紅外光譜傅里葉變換后的50點(diǎn)傅里葉系數(shù)、最小二乘支持向量機(jī)分類器的正則化參數(shù)γ和核函數(shù)參數(shù)σ2共同組成，使得建立的霉變板栗識(shí)別模型所用的傅里葉系數(shù)減少為13點(diǎn)，并對合格板栗、表面霉變板栗和內(nèi)部霉變板栗的平均識(shí)別正確率分別為95.89%、100%和98.25%，總體平均識(shí)別正確率提高到97.54%。與未優(yōu)選傅里葉系數(shù)建立的模型相比，不僅建模所需傅里葉系數(shù)減少，而且對測試集中合格板栗、內(nèi)部霉變板栗的識(shí)別率分別提高了5.48%、8.78%，識(shí)別時(shí)間也相應(yīng)減少。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用近紅外光譜技術(shù)開展了各種農(nóng)產(chǎn)品的檢測方法研究，然而鮮有對帶殼堅(jiān)果類物料的近紅外光譜鑒別的研究，更無應(yīng)用近紅外光譜進(jìn)行帶殼霉變板栗識(shí)別方法的研究。該研究提出采用近紅外光譜技術(shù)識(shí)別帶殼霉變板栗，在采用光譜預(yù)處理降低栗殼影響的情況下，還同時(shí)考慮了板栗光譜特征以及分類器參數(shù)對識(shí)別模型的影響，這一方法的研究填補(bǔ)了國內(nèi)外同類研究的空白。研究結(jié)果表明，近紅外光譜技術(shù)可以快速、無損進(jìn)行帶殼板栗的品質(zhì)檢測和分選，為板栗的實(shí)時(shí)檢測和分選提供了理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，同時(shí)也為其他帶殼堅(jiān)果物料的研究提供了新方法。